CN107881420A

CN107881420A - 一种抗拉强度550Mpa级热轧钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN107881420A
Application number: CN201610866363.2A
Authority: CN
Inventors: 殷胜; 邓丽琴
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-04-06

Abstract

本发明涉及一种抗拉强度550Mpa级热轧钢板及其制造方法，解决现有轿车车轮用热轧钢板的抗拉强度低、制造成本高、用其制成车轮后车轮疲劳性能不足的技术问题。本发明提供的抗拉强度550Mpa级热轧钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.05％～0.08％、Si：0.05％～0.15％、Mn：1.35％～1.55％、P≤0.012％、S≤0.003％、Nb：0.013％～0.023％、Ti：0.015％～0.025％、Mg：0.0005％～0.0015％、Alt:0.02％～0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明热轧钢板的抗拉强度为550MPa～650MPa；主要用于制作轿车车轮。

Description

一种抗拉强度550Mpa级热轧钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种热轧钢板，特别涉及一种抗拉强度550Mpa级热轧钢板及其制造方法，具体而言涉及一种抗拉强度550Mpa级高疲劳性能热轧钢板及其制造方法，该热轧钢板主要用于制造轿车车轮，属于铁基合金技术领域。

背景技术

随着汽车工业的不断发展与壮大，汽车车轮用钢的不断增加，对汽车车轮钢的要求也越来越高。现有技术中，汽车车轮均为内胎车轮，其车轮车轮多采用型钢加工而成，这种工艺落后，车轮本身自重大，而且大部分车轮采用抗拉380Mpa或者490Mpa级别的车轮钢制造，此类钢抗拉强度不高，耐疲劳性能差。随着汽车工业的节能、环保的要求，车轮用钢要求向高强度、高疲劳性能方向、易加工、焊接性能良好的方向发展。

申请公布号为CN102400042A，名称为高强热轧钢板及其制造方法的中国专利文件公开的技术方案中Mn、Nb含量最高值在超过本发明的条件下，最终材料的屈服强度最低为410Mpa，抗拉强度最低为500Mpa，断后伸长率最低为24％，疲劳寿命最低为10万次；疲劳性能的关键是夹杂物控制，该专利申请夹杂物控制核心工艺为钙处理，钙控制范围为15-25ppm，主要目的是使夹杂物变性上浮，但在工业实践中往往由于不同炉次之间不可避免氧含量的波动，导致钙处理往往不能使夹杂物变性上浮，反而使夹杂物因变性条件不满足而留在钢中成为疲劳裂纹源，这种情况对于车轮用钢是极其有害的，因为车轮是车辆的安全件，服役过程中不断加载、卸载的疲劳过程，若是钢中存在大量夹杂物、大尺寸夹杂物，裂纹会从夹杂物处萌生，导致车轮疲劳失效，造成安全事故；该申请中公开的高强热轧钢板抗拉强度、疲劳寿命不能满足市场新的要求。

申请公布号为CN102127706A，名称为一种高强度高疲劳寿命重卡汽车车轮用钢及其制造方法的中国专利文件公开的技术方案中钢板的C含量为0.12％～0.14％，焊接性能是车轮用钢必须考虑的性能，因此整个车轮零件是由车轮和轮辋通过焊接方式连接在一起，若是碳当量高，最终容易导致焊缝附近出现失效的概率大大增加，对于车轮这种安全性零件来说是不允许的，该专利申请公开的重卡汽车车轮用钢的焊接性能不能满足市场新的要求。

申请公布号为CN102586678A，名称为高强度高疲劳寿命重载卡车用车轮钢及其处理工艺的中国专利文件公开的技术方案中钢的合金设计在其他元素相当的合金设计条件下，还有昂贵合金元素Mo：0.01％～0.2％、Ni：≤1.5％、V：0.01％～0.2％，获得的材料的抗拉强度不低于500Mpa的车轮用钢；该专利申请公开的重载卡车用车轮钢的制造成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗拉强度550Mpa级热轧钢板及其制造方法，解决现有轿车车轮用热轧钢板的抗拉强度低、制造成本高、用其制成车轮后车轮疲劳性能不足的技术问题。

本发明采用的技术方案是：一种抗拉强度550Mpa级热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.05％～0.08％、Si：0.05％～0.15％、Mn：1.35％～1.55％、P≤0.012％、S≤0.003％、Nb：0.013％～0.023％、Ti：0.015％～0.025％、Mg：0.0005％～0.0015％、Alt:0.02％～0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明抗拉强度550Mpa级热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为10-11级；3.0～5.0mm厚热轧钢板的上屈服强度R_eL≥450MPa，抗拉强度R_m为550MPa～650MPa，断后伸长率A≥25％；按照《GB/T5334—2005乘用车车轮性能要求-车轮动态弯曲疲劳试验最低循环次数》弯曲疲劳寿命大于等于15万次(加载力矩3327N·m),本发明热轧钢板主要用于轿车车轮的制作，采用本发明钢板制成车轮后车轮具有疲劳性能优良的特征。

本发明所述的抗拉强度550Mpa级热轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：碳元素是影响高强度低合金高强度钢的强韧性的主要元素，碳增加可提高强度，但降低韧性；而且考虑到车轮用钢的焊接工艺要求，碳设计越低越好，本发明设定的C含量为0.05％～0.08％。

硅：硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，碳钢中每增加0.1％重量百分比的硅，可使热轧钢的抗拉强度提高7.8Mpa～8.8Mpa，屈服强度提高3.9Mpa～4.9Mpa。但是硅含量超过0.2％以后对韧性和表面质量不利影响明显增大，特别是使热轧钢板生成红铁皮，经续酸洗后在钢板表面留下麻点，成为车轮疲劳过程的裂纹源，因此本发明设定的Si含量为0.05％～0.15％。

锰：锰是高强度低合金高强度钢的基本合金化元素，通过固溶强化发挥作用，锰的添加可以减少碳的加入，从而使钢板具有高的强度，本发明设定的Mn含量为1.35％～1.55％。

磷、硫：磷在高强度低合金高强度钢中容易带来偏析和恶化韧性的不利影响，磷会导致钢材“冷脆”，本发明限定P≤0.012％。

硫易与锰形成硫化锰夹杂，降低钢的韧性，而且在车轮疲劳过程的成为裂纹源，因此高强度车轮用钢中尽量硫含量。本发明采用喂镁线处理，使硫化锰夹杂细化、分散，减少其不利对疲劳性能的影响。本发明限定S≤0.003％。

铌：铌是高强度低合金高强度钢的主要微合金化元素，主要起细晶强化作用。一方面Nb能显著提高钢的再结晶温度Tnr，使热轧过程的大变形得以在低于其再结晶温度Tnr以下进行，从而获得细小的、含有大量变形带的奥氏体组织，使相变前的奥氏体组织尽量细化；另一方面在控制冷却过程中细小的碳氮化铌在控轧控冷过程中析出，起到沉淀强化作用，提高钢的强度。本发明限定Nb含量为0.013％～0.023％。

钛：钛在低碳微合金钢中，加入钛可细化晶粒和析出强化，能提高钢的屈服强度和韧性。这种性能的改善主要与钛能提高奥氏体再结晶温度和奥氏体粗化温度，从而提高连铸和加热过程中奥氏体晶粒度有关；加入Ti的同时加入Nb钢中可以延长NbC的析出孕育期，使Nb-Ti复合钢中的碳化物的析出开始时间较Nb钢中晚，从而使析出物更加细小、弥散；由于钛在高温下，能与N形成TiN高温难熔质点，因此钛的加入还能提高焊接热影响区的晶粒度，从而改善车轮钢焊缝的焊接热影响区的韧性。本发明限定Ti含量为0.015％～0.025％。

镁：钢经过镁处理后，使钢中夹杂物由氧化铝转变为镁铝尖晶石或纯的氧化镁，尺寸从3～5μm降至1～2μm，大大降低了夹杂物的尺寸，减少防止车轮用钢在疲劳过程中在夹杂物处应力集中导致疲劳提前失效，大大提升车轮用钢的疲劳性能。本发明限定Mg含量为0.0005％～0.0015％。

铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al₂O₃在炼钢时去除。铝过高会形成过多的Al₂O₃夹杂，Al₂O₃夹杂对于车轮用钢疲劳性能损害极大，车轮用钢必须对Al₂O₃夹杂进行控制。本发明限定Al含量为0.02％～0.05％。

一种抗拉强度550Mpa级热轧钢板的制造方法，该方法包括：

钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.05％～0.08％、Si：0.05％～0.15％、Mn：1.35％～1.55％、P≤0.012％、S≤0.003％、Nb：0.013％～0.023％、Ti：0.015％～0.025％、Mg：0.0005％～0.0015％、Alt:0.02％～0.05％，余量为铁和不可避免夹杂；

连铸板坯于1200℃～1240℃，加热180～240min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1020℃～1050℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为840～880℃；精轧后，钢板厚度为3.0～5.0mm，层流冷却采用前段冷却，层流冷却速度冷却速度≥30℃/s，卷取温度为560～600℃时卷取得热轧钢卷。

本发明采取的热轧工艺制度的理由如下：

1、连铸板坯加热温度和加热时间的设定

连铸板坯出炉温度和时间的设定在于保证连铸坯中粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物颗粒的溶解，本发明技术方案Nb、Ti含量，在连铸板坯冷却过程中会析出Nb、Ti微合金碳、氮化物颗粒，此时析出的Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子粗大，没有强化作用；需要在热轧前的板坯加热时，将粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物充分溶解，这样才能将化合态的Nb、Ti元素固溶入奥氏体中去，在随后的热轧和冷却过程的相变时形成相间析出，强化铁素体，这对于本发明技术方案非常重要；温度过低和加热时间过短，连铸板坯中原始粗大的Nb、Ti微合金碳、氮化物粒子不能充分溶解，温度过高，加热时间过长，板坯表面氧化脱碳严重，不利于钢板最终性能和表面质量，同时也消耗能源。因此本发明设定连铸板坯加热温度为1200℃～1240℃，加热时间为180min～240min。

2、粗轧结束温度设定

粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制，确保奥氏体经过反复变形和再结晶，得到均匀细小的奥氏体晶粒。通过理论计算，本发明成分设计下再结晶温度为1000℃附近，故本发明设定粗轧结束温度为1020℃～1050℃。

3、精轧结束温度设定

本发明的精轧温度设定有两方面的作用，一方面通过奥氏体未再结晶区轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，发挥细晶强化的作用。本发明晶粒细化很重要，细晶强化可以在不降低强度同时实现高韧性。另一方面精轧温度也不能过低，过低的精轧温度容易诱发Nb、Ti微合金碳、氮化物在轧制过程中的奥氏体状态析出，导致在后续的相变过程中没有足够的析出物，影响析出强化效果。本发明成分设计下Ar₃温度为830℃，故精轧结束温度设定为840℃～880℃。

4、精轧后层流冷却方式和冷却速度的设定

本发明的热轧钢板，在精轧后的冷却目的是采用快的层流冷却速度来抑制晶粒的长大和Nb、Ti微合金碳氮化物在高温段的析出，因此冷却方式为前段冷却。通过快速冷却抑制Nb、Ti微合金碳氮化物粒子在奥氏体的析出，在形变奥氏体中保留固溶Nb、Ti元素，使得在较低温度下的铁素体区间析出细小弥散的Nb、Ti微合金碳氮化物成为可能；冷却速度过慢，无法抑制Nb、Ti微合金碳氮化物在高温变形奥氏体中的提前析出。因此本发明设定层流冷却阶段采用前段强冷，冷却速度≥30℃/S。

5、热轧卷取温度的设定

热轧卷取温度主要影响材料的组织、性能。本发明中有Nb、Ti，根据铌钛微合金元素最佳析出温度，将卷取温度设计为560℃～600℃。若是卷取温度低于560℃，将会导致Nb、Ti微合金碳、氮化物析出受到抑制而强度不足；若是卷取温度高于600℃，将会导致Nb、Ti微合金碳、氮化物析出物粗化而导致韧性不足，后续用户折弯、冲压等过出现开裂问题。

本发明方法生产的抗拉强度550Mpa级热轧钢板，其金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为10-11级；3.0～5.0mm厚热轧钢板的上屈服强度R_eL≥450MPa，抗拉强度R_m为550MPa～650MPa，断后伸长率A≥25％。

本发明方法生产的热轧钢板制造的轿车车轮按照《GB/T5334—2005乘用车车轮性能要求-车轮动态弯曲疲劳试验最低循环次数》弯曲疲劳寿命大于等于15万次(加载力矩3327N·m)。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过合适的成分设计和热轧工艺设计，本发明方法生产的热轧钢板在具有高强度的同时制成车轮后具有疲劳性能和焊接性能，满足了车轮制造企业对车轮用钢板高强度减薄、高疲劳性和焊接性的需求。2、本发明成分设计采用低C、中Mn、低Nb、低Ti的成分体系，配合常规TMCP工艺，能够获得细晶粒铁素体+少量珠光体，保证获得高强度和伸长率。3、本发明成分设计采用低C、中Mn、低Nb、低Ti的成分体系，使钢板具备良好的焊接性能。4、本发明通过合适夹杂物处理工艺，使氧化铝夹杂和硫化锰夹杂，尺寸细小且弥散分布，减小了疲劳试验过程中裂纹从夹杂物起裂的可能性，大大提升钢板的疲劳性能。

附图说明

图1是本发明实施例1热轧钢板的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例1～3对本发明做进一步说明。

表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。

表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。

通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水，钢水经LF钢包精炼炉精炼工序吹Ar处理，RH炉进行真空循环脱气处理和成分微调，后进行板坯连铸得到连铸板坯；连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为900～1600mm，长度为8500～11000mm。

炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采取前段冷却，产出合格热轧钢卷。热轧钢板的厚度为3.0～5.0mm。热轧工艺控制参数见表2。

表2本发明实施例热轧工艺控制参数

利用上述方法得到的抗拉强度550Mpa级热轧钢板，参见图1，热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为10-11级，热轧钢板的上屈服强度R_eL≥450MPa，抗拉强度R_m为550MPa～650MPa，断后伸长率A≥25％。

将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，其力学性能见表3。

表3本发明实施例热轧钢板的力学性能

性能指标	钢板厚度/mm	上屈服强度/Mpa	抗拉强度/Mpa	断后伸长率A/％
					本发明	3.0～5.0	≥450	550-650	≥25
实施例1	3.0	520	573	30
					实施例2	3.6	515	567	34
实施例3	4.5	502	568	27.5

将本发明得到的热轧钢板制作的轿车车轮按照《GB/T5334—2005乘用车车轮性能要求-车轮动态弯曲疲劳试验最低循环次数》弯曲疲劳寿命大于等于15万次(加载力矩3327N·m)。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种抗拉强度550Mpa级热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.05％～0.08％、Si：0.05％～0.15％、Mn：1.35％～1.55％、P≤0.012％、S≤0.003％、Nb：0.013％～0.023％、Ti：0.015％～0.025％、Mg：0.0005％～0.0015％、Alt:0.02％～0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；热轧钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量珠光体，所述组织中铁素体的晶粒度为10-11级。

2.如权利要求1所述的抗拉强度550Mpa级热轧钢板，其特征是，3.0～5.0mm厚热轧钢板的上屈服强度R_eL≥450MPa，抗拉强度R_m为550MPa～650MPa，断后伸长率A≥25％。

3.如权利要求1所述的抗拉强度550Mpa级热轧钢板，其特征是，所述热轧钢板制作的轿车车轮的弯曲疲劳寿命≥15万次。

4.一种抗拉强度550Mpa级热轧钢板的制造方法，该方法包括：

连铸板坯于1200℃～1240℃，加热180～240min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1020℃～1050℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶温度区轧制，精轧结束温度为840～880℃；精轧后层流冷却采用前段冷却，层流冷却速度冷却速度≥30℃/s，卷取温度为560～600℃时卷取得热轧钢卷。

5.如权利要求4所述的抗拉强度550Mpa级热轧钢板的制造方法，其特征是，精轧后，控制钢板厚度为3.0～5.0mm。