CN111334715A - 一种适应焊接热影响的车轮钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适应焊接热影响的车轮钢及其生产方法，车轮钢由以下重量百分比计的组分组成，C≤0.10％，Si≤0.15％，Mn≤1.40％，P≤0.020％，S≤0.015％，Alt：0.020～0.050％，Nb≤0.030％，Ti≤0.030％，CEV≤0.34％，Pcm≤0.19％，Cu≤0.30％，Ni≤0.30％，Cr≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质；一种适应焊接热影响的车轮钢的生产方法，包括以下步骤：转炉冶炼工序、板坯检验工序、板坯加热工序、板坯除鳞工序、热轧工序和冷却工序；通过微Ti处理，铌、钛强化，基于炼钢和冷却工艺，获得了适应焊接热影响的380CL‑540CL系列车轮用钢。

Description

一种适应焊接热影响的车轮钢及其生产方法

技术领域

本发明属于低合金钢技术领域，具体涉及一种适应焊接热影响的车轮钢及其生产方法。

背景技术

车轮是汽车行驶中的重要安全结构件。它是由钢板经辊压或旋压成形、焊接、喷漆处理等一系列严格制造工艺获得的。目前各车轮厂生产制造的多为无内胎辊型车轮，具有精度高、重量轻、动平衡性良好、疲劳寿命长以及安全性可靠等优点，在汽车上得到了广泛的应用。

车轮用钢必须解决成形和焊接装配中焊接开裂和热影响区软化等一系列难题。

2008年11月19日公开的国家专利CN101736194B中记载了一种车轮钢及其制备方法和车轮。该专利提供一种440MPa级别车轮钢的生产方法，轧后采取常规方法冷却，与本专利有明显的不同。

2011年07月20日公开的国家专利申请CN102127706A中记载了一种高强度高疲劳寿命重卡汽车用车轮钢及其制造方法。该专利C元素0.12-0.14％，与本专利有明显不同。

2016年12月14日公开的国家专利申请CN106222549A中记载了一种钛强化汽车车轮钢及其生产方法。该专利的卷取温度460℃-520℃，与本专利有明显不同。

2018年01月09日公开的国家专利申请CN107557682A中记载了一种3-6mm540MPa级热轧车轮钢及其生产方法，该方法基于微量元素Ce，得到高强度的车轮钢产品，与本专利有明显不同。

2019年01月08日公开的国家专利申请CN109161797A中记载了一种轻量化耐疲劳热轧双相车轮钢及其生产方法，该发明Si含量0.5％-0.8％，Cr含量0.4％-0.7％，组织为铁素体和马氏体，与本专利有明显不同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适应焊接热影响的车轮钢及其生产方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适应焊接热影响的车轮钢，由以下重量百分比计的组分组成，C≤0.10％，Si≤0.15％，Mn≤1.40％，P≤0.020％，S≤0.015％，Alt：0.020～0.050％，Nb≤0.030％，Ti≤0.030％，CEV≤0.34％，Pcm≤0.19％，Cu≤0.30％，Ni≤0.30％，Cr≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质。

具体的是，所述车轮钢的级别是380CL-540CL，车轮钢的钢卷厚度为2-20mm。

一种适应焊接热影响的车轮钢的生产方法，包括以下步骤：转炉冶炼工序、板坯检验工序、板坯加热工序、板坯除鳞工序、热轧工序和冷却工序；

转炉冶炼工序，在炼钢过程中控制钢中氧含量，并采用滑板进行挡渣，用以控制出钢的下渣量；

板坯检验工序，在板坯连铸过程中的保护浇筑，以使铸坯低倍质量满足C类≤1.5级，中心疏松≤0.5；

板坯加热工序，采用低温加热工艺，进行均匀加热，均热段温度≤1240℃；

板坯除鳞工序，粗轧R2全道次除鳞，精轧入口采用双排除鳞工艺、开启精轧机架间除鳞水；

热轧工序，粗轧出口温度为1000-1100℃，控制精轧出口温度为820-880℃；

冷却工序，380CL-440CL级别的车轮钢采用前段超快冷的层流模式，卷取温度控制在520-580℃，用以得到细小的铁素体组织，490CL-540CL级别的车轮钢采取适度高温卷取工艺，卷取温度控制在560-640℃，用以得到细晶铁素体和珠光体的组织。

本发明具有以下有益效果：通过微Ti处理，铌、钛强化，基于炼钢工艺，2050mm热连轧生产产线，严格控制钢种含氧量，脱氧合金含量，软吹时间，铸坯加热温度，精轧出口温度，冷却速度和卷取温度等生产工艺参数，获得了适应焊接热影响的380CL-540CL系列车轮用钢，该钢板具有良好的焊接性能，适应焊接过程的热影响，且要求力学性能稳定、均匀，强度波动范围小，延伸性能好。

附图说明

图1为适应焊接热影响的380CL车轮钢的金相组织图。

图2为适应焊接热影响的420CL车轮钢的金相组织图。

图3为适应焊接热影响的490CL车轮钢的金相组织图。

图4为适应焊接热影响的540CL车轮钢的金相组织图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

一种适应焊接热影响的车轮钢，其由下述按重量百分比计的组分组成，C≤0.10％，Si≤0.15％，Mn≤1.40％，P≤0.020％，S≤0.015％，Alt：0.020～0.050％，Nb≤0.030％，Ti≤0.030％，CEV≤0.34％，Pcm≤0.19％，Cu≤0.30％，Ni≤0.30％，Cr≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质。

一种适应焊接热影响的车轮钢的生产方法，包括以下流程：KR脱硫、转炉冶炼工序、精炼、板坯检验工序、板坯加热工序、板坯除鳞工序、粗轧、精轧、层流冷却工序、卷取、平整(根据情况)、检验、(酸洗)、包装、入库。

在转炉冶炼过程中控制钢中氧含量，避免钢水过氧化，并采用滑板进行挡渣出钢，严格控制出钢下渣量，同时进行炉外精炼，有效去除夹杂；

连铸过程全程保护浇注，避免钢水二次氧化，铸坯低倍质量满足C类≤1.5级，中心疏松≤0.5，无中间裂纹，无表面缺陷；

在板坯加热工序中，确认加热制度采用低温加热工艺，确保均匀加热的基础上，均热段温度≤1240℃，避免高温加热造成氧化铁皮过厚；

在板坯除鳞工序中，粗轧R2全道次除鳞，精轧入口采用双排除鳞工艺、精轧机架间除鳞水全部开启；

在热轧工序中，严控精轧入口温度及出口温度，细化晶粒尺寸，获得细小的铁素体晶粒。控制粗轧出口温度范围为1000-1100℃，控制精轧出口温度范围为820-880℃；

在层流冷却工序中，380CL-440CL级车轮钢轧后直接采用前段超快冷的层流模式，同时控制适当低的卷取温度，卷取温度控制范围为520-580℃，最终得到细小的铁素体组织；490CL-540CL级别采取适度高温卷取等工艺技术路线，卷取温度控制范围为560-640℃，得到细晶铁素体和珠光体的组织，与焊缝热影响区的组织基本一致，实现了高强度、高成型性能和高的抗疲劳性能的合理匹配。

本发明主要合金元素的作用及机理：

碳：碳是低碳钢中最经济的强化元素，增加碳含量可以增加强度、硬度、耐磨性，但降低钢的塑性和冲击韧性，恶化冷成型性能和焊接性能。由于该钢种需要进行辊压或旋压及焊接，因此碳含量不能太高，在保证强度的前提下，尽量降低C含量，为保证最终成品性能的稳定性，碳含量应控制在较小的波动范围内。所以设计车轮钢的碳含量控制在0.06～0.10％范围内。

锰：锰是钢中主要的合金元素，在钢中一部分锰和其他元素形成化合物，但大部分和铁形成固溶体，起到提高钢中铁素体和珠光体的强度和硬度的作用。锰在钢中使钢的临界转变温度Ar3降低，起到细化珠光体的作用，因此锰对提高钢的强度起重要作用。锰含量偏低，强度不够，过高则影响钢板的冷冲压和焊接性能；较高的锰含量会加剧铸坯的中心偏析，从而造成产品带状组织严重。所以设计330CL-540CL车轮钢的锰含量控制在≤1.40％范围内。

硅：硅在炼钢时一般作为脱氧剂，也可作为合金元素。硅进入铁素体起固溶强化作用，可显著提高钢的抗拉强度和较小程度提高屈服强度，从而改善材料的屈强比，但同时在一定程度上降低钢的韧性、塑性。对于闪光对焊来讲，硅含量增加，焊接性能变差，因此设计380CL以下硅含量≤0.10％，其它级别的车轮钢硅含量≤0.15％。

磷：磷提高钢的强度，但降低钢的塑性，对焊接性能、低温韧性不利，并增加焊裂的敏感性；且磷易形成偏析，提高了带状组织的级别。因此在汽车车轮用钢中是一种有害元素，应尽可能降低磷在钢中的含量，试制时将P含量控制在0.020％以下。

硫：硫易和锰反应生成硫化物夹杂而存在钢中，沿着钢板的轧制方向延伸，形成严重的带状，降低钢的塑性、可焊性、冷成型性、冲击韧性及疲劳寿命，所以降低硫含量和改变其在钢中的夹杂物形态是提高车轮钢焊接性能和疲劳寿命的重要途径。在成分设计时要求尽量降低硫含量，试制时硫含量控制在0.010％以下。

铌：铌元素在过冷奥氏体中可以以固溶的铌和析出的铌两种状态存在。固溶的铌显著降低形变初期铁素体的形核率。随着变形的深入进行，大量的Nb(C、N)在晶内弥散析出，析出物非常细小。它们为铁素体的相变提供了有利的形核位置，提高了铁素体的形核率，并钉扎铁素体晶界，阻止铁素体长大，有效的细化晶粒。

钛：钛是强碳化物形成元素，它与碳、氮都有极强的亲和力。在钢液凝固过程中形成大量弥散分布的TiC颗粒，可以成为钢液凝固时的固体晶核，利于钢的结晶，减少粗大柱状晶和树枝状组织的生成，细化钢的组织，达到提高强韧性目的，可减少偏析降低带状组织级别。另外，钛易与氮结合生成稳定的高弥散化合物，不但可以消除钢中自由氮，提高钢材的抗时效性能，而且能抑制钢在的热加工过程和焊接过程晶粒的长大，改善焊缝及热影响区性能。在含铌钢中，当氮含量较高时，易沿晶界析出铌的氮化物或碳、氮化物，致使晶界脆化，会加剧含铌钢铸坯横向裂纹的形成。但含铌钢中若加微量钛，由于钢中氮优先与钛反应，减少了与铌反应的氮，可以有效抑制Nb(C、N)的析出，进而降低含铌钢的裂纹敏感性。有资料表明，含铌钢中Ti/N略高于3.42时，可有效地减少连铸坯的横裂纹。

铝：铝作为脱氧剂加入钢中，可充分脱除钢中的氧，改善钢质。钢中的酸溶铝能控制钢坯加热时的奥氏体晶粒度，提高精力粗化温度，使晶粒细化、提高钢的强度，铝与钢中的[N]结合生成AlN，可防止应变时效，因此生产时控制铝含量为0.020～0.050％。

经上述分析设计，380CL-540CL系列车轮钢的最大碳当量CEV≤0.34％；均低于0.4％，因此在化学成分设计方面，该材料适合焊接，且焊接时可不用预热。

实施例1

本实施例为380CL车轮钢的具体成分如表1所示。

表1 380CL车轮钢化学成分

本实施例的一种适应焊接热影响的车轮钢及其生产方法如下：

KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、连铸、板坯检验、加热、高压水除鳞、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、平整(根据情况)、检验、(酸洗)、包装、入库。

在冶炼过程中，转炉冶炼的终点成分严格控制C≤0.07％，P≤0.012％，S≤0.015％，保证钢质的纯净度、均匀性。转炉冶炼终点温度1630-1690℃，出钢时间≥3min；

LF冶炼的钢水到站温度≥1560℃。

在板坯连铸过程中，铸坯低倍质量C类≤1.5级，中心疏松≤0.5，无中间裂纹，无表面缺陷。

加热温度为1210℃，精轧7道次，出口温度为830-870℃，卷曲温度为520-600℃。得到厚度为2-20mm，屈服强度为≥235MPa，抗拉强度为380-480MPa，延伸率为≥28％的合格车轮钢。

采用以上工艺生产的钢板，最终的金相组织如图1所示，组织为铁素体加珠光体，晶粒度为9-11级。钢板的力学性能如表5所示。

实施例2

本实施例为420CL车轮钢的具体成分如表2所示。

表2 420CL车轮钢化学成分

本实施例的一种适应焊接热影响的车轮钢及其生产方法如下：

KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、连铸、板坯检验、加热、高压水除鳞、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、平整(根据情况)、检验、包装、入库。

在冶炼过程中，转炉冶炼的终点成分严格控制C≤0.06％，P≤0.012％，S≤0.010％，保证钢质的纯净度、均匀性。转炉冶炼终点温度1630-1690℃，出钢时间≥5min；

LF冶炼的钢水到站温度≥1560℃，LF处理周期≥15min。

在板坯连铸过程中，铸坯低倍质量C类≤1.5级，中心疏松≤0.5，无中间裂纹，无表面缺陷。

板坯加热温度为1170～1270℃，粗轧5道次，出口温度为1000-1100℃，精轧7道次，出口温度为830-870℃，卷曲温度为500-600℃。得到厚度为2-20mm，屈服强度为≥290MPa，抗拉强度为420-520MPa，延伸率为≥24％的合格车轮钢。

采用以上工艺生产的钢板，最终的金相组织如图2所示，组织为铁素体加珠光体，晶粒度为9-11级。钢板的力学性能如表5所示。

实施例3

本实施例为490CL车轮钢的具体成分如表3所示。

表3 490CL车轮钢化学成分

本实施例的一种适应焊接热影响的车轮钢及其生产方法如下：

KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、板坯检验、加热、高压水除鳞、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、平整(根据情况)、检验、包装、入库。

在冶炼过程中，转炉冶炼的终点成分严格控制C≤0.06％，P≤0.012％，S≤0.012％，保证钢质的纯净度、均匀性。转炉冶炼终点温度1630-1690℃，出钢时间≥5min。

LF冶炼的钢水到站温度≥1560℃，LF处理周期≥15min。

在精炼过程中，RH精炼的到站温度1605℃～1625℃，中包第一炉或换水口炉次1615℃～1635℃，真空度≤200pa，保压时间≥15min，连浇炉次1565～1580℃，中包1炉次1575～1590℃，换水口炉次1570～1585℃，其它异常情况适当调整，软吹时间≥10min。

在板坯连铸过程中，铸坯低倍质量C类≤1.5级，中心疏松≤0.5，无中间裂纹，无表面缺陷。

合格的板坯加热温度为1220℃，精轧7道次，出口温度为830-870℃，卷曲温度为580-620℃。得到厚度为2-20mm，屈服强度为≥325MPa，抗拉强度为490-600MPa，延伸率为≥24％的合格车轮钢。

采用以上工艺生产的钢板，最终的金相组织如图3所示，组织为细铁素体+少量珠光体，晶粒度为10-12级。钢板的力学性能如表5所示。

实施例4

本实施例为540CL车轮钢的具体成分如表4所示。

表4 540CL车轮钢化学成分

本实施例的一种适应焊接热影响的车轮钢及其生产方法如下：

KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、板坯检验、加热、高压水除鳞、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、酸洗、平整(根据情况)、检验、包装、入库。

在冶炼过程中，转炉冶炼的终点成分严格控制C≤0.06％，P≤0.012％，S≤0.012％，保证钢质的纯净度、均匀性。转炉冶炼终点温度1630-1690℃，出钢时间≥5min；

LF冶炼的钢水到站温度≥1560℃，LF处理周期≥15min。

在精炼过程中，RH精炼的到站温度1605℃～1625℃，中包第一炉或换水口炉次1615℃～1635℃，真空度≤200pa，保压时间≥14min，连浇炉次1565～1580℃，中包1炉次1575～1590℃，换水口炉次1570～1585℃，其它异常情况适当调整，软吹时间≥10min。

在板坯连铸过程中，铸坯低倍质量C类≤1.5级，中心疏松≤0.5，无中间裂纹，无表面缺陷。

板坯加热温度为1210℃，精轧7道次，出口温度为830-870℃，卷曲温度为560-640℃。得到厚度为2-20mm，屈服强度为≥355MPa，抗拉强度为540-660MPa，延伸率为≥22％的合格车轮钢。

采用以上工艺生产的钢板，最终的金相组织如图4所示，组织为细铁素体+少量珠光体，晶粒度为10-12级。钢板的力学性能如表5所示。

采用以上工艺生产的钢板，钢板的力学性能汇总如表5所示。

表5各实施例的性能检测统计表

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (3)

1.一种适应焊接热影响的车轮钢，其特征在于，由以下重量百分比计的组分组成，C≤0.10％，Si≤0.15％，Mn≤1.40％，P≤0.020％，S≤0.015％，Alt：0.020～0.050％，Nb≤0.030％，Ti≤0.030％，CEV≤0.34％，Pcm≤0.19％，Cu≤0.30％，Ni≤0.30％，Cr≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种适应焊接热影响的车轮钢，其特征在于，所述车轮钢的级别是380CL-540CL，车轮钢的钢卷厚度为2-20mm。

3.基于权利要求1-2所述的适应焊接热影响的车轮钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：转炉冶炼工序、板坯检验工序、板坯加热工序、板坯除鳞工序、热轧工序和冷却工序；

转炉冶炼工序，在炼钢过程中控制钢中氧含量，并采用滑板进行挡渣，用以控制出钢的下渣量；

板坯检验工序，在板坯连铸过程中的保护浇筑，以使铸坯低倍质量满足C类≤1.5级，中心疏松≤0.5；

板坯加热工序，采用低温加热工艺，进行均匀加热，均热段温度≤1240℃；

板坯除鳞工序，粗轧R2全道次除鳞，精轧入口采用双排除鳞工艺、开启精轧机架间除鳞水；

热轧工序，粗轧出口温度为1000-1100℃，控制精轧出口温度为820-880℃；

冷却工序，380CL-440CL级别的车轮钢采用前段超快冷的层流模式，卷取温度控制在520-580℃，用以得到细小的铁素体组织，490CL-540CL级别的车轮钢采取适度高温卷取工艺，卷取温度控制在560-640℃，用以得到细晶铁素体和珠光体的组织。

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