CN107937815A - 一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢及生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.08~0.10%，Si≤0.02%，Mn：0.70~0.90%，P≤0.008%，S≤0.002%，Als：0.020~0.060%，Nb：0.046~0.055%。生产方法：经转炉冶炼后进入RH炉进行真空处理；连铸成坯后对铸坯加热；进行热轧；进行分段冷却；卷取；进行精整及后工序。本发明晶粒度为13.5级，金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体，下屈服强度≥420MPa、抗拉强度540~650MPa，延伸率到A≥30%；‑40℃条件下冲击功Akv≥180J，横向试样180°冷弯实验时，试样宽度50mm，弯心直径d=0a合格，完全满足更高端用户的加工要求。

Description

一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢及生产方法
技术领域
本发明涉及一种汽车用钢及生产方法，具体属于一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢及生产方法。
背景技术
随着国内钢铁行业的持续发展，对于铁矿石的需求不断增加，也使得矿山的开采量日益增加。采矿车辆在严寒地区的矿山作业时，由于恶劣的低温环境，通常需要在秋冬季节将钢制车轮更换为铝制车轮，在春夏季节再换回钢轮，这不仅增加了生产成本，还对生产节奏等造成严重的影响。因此急需开发出一种能在严寒地区使用的具有良好的低温冲击韧性的厚规格矿山车轮用钢，而关键的技术问题是如何在厚规格的轧制条件下获得细晶粒的钢材组织。同时随着钢材强度和厚度的增加，在折弯成形时容易出现开裂，需要提高钢材的宽冷弯性能。
经初步检索，专利申请号为：CN 201610392108.9的文献，其公开了一种厚规格载重汽车轮辐用钢及其制备方法。该发明轮辐用钢，由以下重量百分比成分组成：C：0.07～0.10％，Si：0.01～0.20％，Mn：0.85～1.00％，P：0.01％～0.025％，S：0.01％～0.015％，Als：0.010～0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质；其制备方法包括：板坯加热温度为1200～1240℃；粗轧采用5道次轧制，每道次变形量≥20％；精轧入口温度985～1050℃，终轧温度为830～870℃；采用分段冷却方式，卷取温度为530～580℃。该专利公布的实施例中冲击性能实验温度为20℃，无法满足低温环境使用。
中国专利申请号为CN201410786247.0的文献，公开了一种600MPa级的厚规格热轧轮辐用钢及其制造方法，采用C-Si-Mn-Cr体系和轧后常规冷却至350℃以下，由于常规冷却冷速较低，对轧后晶粒回复长大的抑制作用较低，不利于获得细晶粒组织，无法满足良好低温冲击韧性的要求。
中国专利申请号为CN200810016183.0的文献，采用C-Si-Mn体系和后段冷却方式，其后段冷却方式，使得轧制后的钢材需要先经过一段冷速极低的空冷，这段时间内钢材的晶粒将发生回复长大，使最终成品难以获得细晶粒组织，无法满足良好低温冲击韧性的要求。
中国专利申请号为CN200810176548.6的文献，采用C-Si-Mn-Ti体系，轧后冷却平均速度10.5～25.0℃/s，冷却速度较低难以获得细晶粒组织，无法满足良好低温冲击韧性的要求。
中国专利申请号为CN201310407739.X的文献，采用C-Si-Mn体系，采用冷速25～30℃/s的普通层流冷却，冷却速度较低难以获得细晶粒组织，无法满足良好低温冲击韧性的要求。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种力学性能：晶粒度为13.5级，金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体，下屈服强度≥420MPa、抗拉强度540～650MPa，延伸率到A≥30％；-40℃条件下冲击功Akv≥180J，横向试样180°冷弯实验时，试样宽度50mm，弯心直径d＝0a合格的宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢及生产方法。
实现上述目的的措施：
一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.08～0.10％，Si≤0.02％，Mn：0.70～0.90％，P≤0.008％，S≤0.002％，Als：0.020～0.060％，Nb：0.046～0.055％，余量为Fe及不可避免的杂质；力学性能：晶粒度为13.5级，金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体，下屈服强度≥420MPa、抗拉强度540～650MPa，延伸率到A≥30％；-40℃条件下冲击功Akv≥180J，横向试样180°冷弯实验时，试样宽度50mm，弯心直径d＝0a合格。
优选地：Si的重量百分比含量≤0.012％。
优选地：Mn的重量百分比含量为0.75～0.85％。
优选地：Nb的重量百分比含量为0.048～0.052％。
优选地：Als的重量百分比含量为0.022～0.055％。
生产一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢的方法，其步骤：
1)经转炉冶炼后进入RH炉进行真空处理，处理时间不低于15min；
2)连铸成坯后对铸坯进行加热：加热温度控制在1250～1290℃，加热时间不低于160min；
3)进行热轧，并控制粗轧结束温度在1040～1080℃，精轧终轧温度在820～860℃；
4)对轧制后的钢卷进行分段冷却，第一段在冷却速度为90～130℃/s下冷却至720～770℃，
第二段再冷却速度为10～25℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，控制卷曲温度在540～580℃；
6)进行精整及后工序。
优选地：步骤4)中第一段冷却速度为98～125℃/s，第二段再冷却速度为15～22℃/s。
本发明中各元素及主要工序的作用及机理：
碳：碳是廉价的固溶强化元素。根据本钢种的应用范围，主要用于加工汽车车轮等零件，需要进行较大程度的冲压变形加工，因此要求材料在满足强度要求的同时，具有良好的冷成形性能。如果其含量小于0.08％，则不能满足材料强度的要求；如果其含量大于0.10％，则不能满足材料的良好成形性能。所以，将其含量限定在0.08～0.10％范围。
锰：锰是提高强度和韧性最有效的元素。如果其含量小于0.70％，则不能满足材料强度要求；但是添加多量的锰，会导致增加钢的淬透性，由于焊接硬化层的出现而使裂纹敏感性增高，且增加钢材的合金成本。鉴于此，将其上限定为0.90％，所以，将其含量限定在0.70～0.90％范围。优选地：Mn的重量百分比含量为0.75～0.85％。
磷：为了避免材料的焊接性能、冲压成形性能、韧性、二次加工性能发生恶化，设定其含量上限为0.008％。所以将其含量控制在0.008％以下。
硫：硫是非常有害的元素。钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的成形性能十分不利，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。因此，将钢中硫含量控制在0.002％以下。
铌：铌主要通过细化晶粒和析出强化来提高钢的强度，在钢中主要以Nb(C、N)形式存在，使铁素体晶粒尺寸变小，细化组织。当其含量低于0.045％时，不能满足材料高强度的要求；而加入的铌高于0.055％时，已能满足其强度与成型性能的要求，若再添加，合金成本会显著上升。所以，根据钢种的性能目标要求，将其含量限定在0.045～0.055％范围。优选地Nb的重量百分比含量为0.048～0.052％。
硅：硅在本发明中属于有害元素。Si元素在高温环境下经过氧化会产生Fe2SiO4，增加了氧化铁皮与钢基表面的附着力，降低了除鳞工序的效果，恶化钢板的表面质量。因此对于硅含量进行了严格控制，将其含量限定在0.02％以下。优选地Si的重量百分比含量≤0.012％。
铝：铝是为了脱氧而添加的，当Als含量不足0.020％时，不能发挥其效果；另一方面，由于添加多量的铝容易形成氧化铝团块，所以，规定Als上限为0.060％。优选地：Als的重量百分比含量为0.022～0.055％。
本发明之所以进行分段轧制，并控制粗轧结束温度在1040～1080℃，控制精轧终轧温度在820～860℃。这是因为如果粗轧结束温度低于1040℃，则无法保证精轧终轧温度达到设定值，增大轧制负荷，增加能耗；如高于1080℃，则会产生较多的氧化铁皮，影响钢材的表面质量。如果精轧终轧温度低于820℃，则会在材料的二相区内进行轧制，造成混晶等缺陷；如高于860℃，则钢材的原始奥氏体晶粒会过于粗大，降低钢材的强度。
本发明之所以在轧制后立即在第一段在冷却速度为90～130℃/s下冷却至720～770℃，是为了保证在钢材的再结晶晶粒还未开始长大时及时进行冷却，避免粗大组织的产生，使材料获得细小的原始奥氏体晶粒组织；第二段再冷却速度为10～25℃/s下冷却至卷取温度，第二段冷却过程按照冷却速度为10～25℃/秒进行冷却，这样有利于等到均匀的金相组织，使碳化物等析出物能够均匀弥散分布在钢基中，保证材料具备良好的成形性能。冷却至540～580℃，其目的是通过高的冷却速度抑制钢中晶粒轧后长大，使其在卷取前保持细小均匀的晶粒状态，从而更好的发挥Nb(C、N)等析出物的强化效果，使最终的钢材具有细小的晶粒尺寸，晶粒度达到13级。优选地第一段在冷却速度为98～125℃/s，第二段再冷却速度为15～22℃/s：
本发明与现有技术相比，力学性能：晶粒度为13.5级，金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体，下屈服强度≥420MPa、抗拉强度540～650MPa，延伸率到A≥30％；-40℃条件下冲击功Akv≥180J，横向试样180°冷弯实验时，试样宽度50mm，弯心直径d＝0a合格，完全满足更高端用户的加工要求。
附图说明
图1为本发明的金相组织图；
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施案例的化学成分列表；
表2为本发明各实施案例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施案例的性能检测列表。
本发明各实施案例均按照以下步骤进行生产：
1)经转炉冶炼后进入RH炉进行真空处理，处理时间不低于15min；
2)连铸成坯后对铸坯进行加热：加热温度控制在1250～1290℃，加热时间不低于160min；
3)进行热轧，并控制粗轧结束温度在1040～1080℃，精轧终轧温度在820～860℃；
4)对轧制后的钢卷进行分段冷却，第一段在冷却速度为90～130℃/s下冷却至720～770℃，第二段再冷却速度为10～25℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，控制卷曲温度在540～580℃；
6)进行精整及后工序。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
表3本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表
从表3可以看出，采用本发明设计的成分和工艺制造的钢板，相对于对比钢板，其具有更细的晶粒组织，从而使钢材获得优良的低温冲击性能，在-40℃条件下冲击功能保证在180J以上，同时细的晶粒组织也使得钢材具有良好的宽冷弯性能，可达到d＝0合格。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (7)

1.一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：0.08~0.10%，Si≤0.02%，Mn：0.70~0.90%，P≤0.008%，S≤0.002%，Als：0.020~0.060%，Nb：0.046~0.055%，余量为Fe及不可避免的杂质；力学性能：晶粒度为13.5级，金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体，下屈服强度≥420MPa、抗拉强度540~650MPa，延伸率到A≥30%； -40℃条件下冲击功Akv≥180J，横向试样180°冷弯实验时，试样宽度50mm，弯心直径d=0a合格。
2.如权利要求1所述的一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢，其特征在于：Si的重量百分比含量≤0.012%。
3.如权利要求1所述的一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢，其特征在于：Mn的重量百分比含量为0.75~0.85%。
4.如权利要求1所述的一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢，其特征在于：Nb的重量百分比含量为0.048~0.052%。
5.如权利要求1所述的一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢，其特征在于：Als的重量百分比含量为0.022~0.055%。
6.生产如权利要求1所述的一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢的方法，其步骤：
1）经转炉冶炼后进入RH炉进行真空处理，处理时间不低于15min；
2）连铸成坯后对铸坯进行加热：加热温度控制在1250~1290℃，加热时间不低于160min；
3）进行热轧，并控制粗轧结束温度在1040~1080℃，精轧终轧温度在820~860℃；
4）对轧制后的钢卷进行分段冷却，第一段在冷却速度为90～130℃/s下冷却至720～770℃，第二段再冷却速度为10～25℃/s下冷却至卷取温度；
5）进行卷取，控制卷曲温度在540～580℃；
6）进行精整及后工序。
7.如权利要求6所述的生产一种宽冷弯性能良好的厚规格轮辐用钢的方法，其特征在于：步骤4）中第一段冷却速度为98～125℃/s，第二段再冷却速度为15～22℃/s。
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