CN113981319A - 低合金成本的高强度汽车车轮用钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低合金成本的高强度汽车车轮用钢,按重量百分比计包括以下成分:C 0.15~0.20%、Si 0.20~0.30%、Mn 0.35~0.50%、P≤0.025%、S≤0.010%、Ti 0.030~0.050%、Als 0.015~0.050%,余量为Fe及不可避免的杂质。本发明还公开了低合金成本的高强度汽车车轮用钢的制备方法,按照低合金成本的高强度汽车车轮用钢的成分冶炼成板坯,然后依次进行热轧、卷取和冷却的步骤后得到成品。采用本发明的成分及其制备方法制备的汽车车轮用钢的屈服强度≥355MPa,抗拉强度≥540MPa,断后伸长率≥20%,180°弯曲试验D=2a,实现了优良的塑性和弯曲性能。
Description
技术领域
本发明涉及热连轧板带生产技术领域,尤其是一种低合金成本的高强度汽车车轮用钢以及一种低合金成本的高强度汽车车轮用钢的制备方法。
背景技术
随着人类对环境和资源的重视,轻型、节能、环保、安全、低成本成为了汽车制造业的新目标。汽车车轮一类的旋转零件减轻重量带来的节能效果是非旋转零件的1.2~1.3倍,同时汽车车轮是汽车行驶***中重要的***件,起着承载、转向、驱动、制动等作用,故汽车车轮的技术发展方向是在保证可靠性和安全性的前提下,尽可能降低成本、减轻质量,因此对低成本高强度汽车车轮用钢的需求越来越大。
公布号为CN104611626A的中国专利申请公开了一种低成本高强度汽车车轮用钢及其生产方法,其化学成分重量百分比如下:C:0.07~0.10%,Si:0.146~0.246%,Mn:0.76%~0.95%,P≤0.02%,S≤0.015%,余量为Fe和不可避免的夹杂元素。该专利所公开的产品可实现的抗拉强度为440MPa以上,强度较低。
公布号为CN107130178A的中国专利申请公开了一种500MPa级汽车高强车轮钢及其CSP工艺生产方法,该钢的化学成分按重量百分比计为:C:0.04~0.07%,Si≤0.30%,Mn:0.80~1.00%,P≤0.015%,S≤0.010%,Nb:0.02~0.03%,Als:0.020~0.045%,其他为Fe及不可避免的夹杂元素。该专利所公开的产品添加了较高含量的Mn和一定量的Nb,材料的合金成本较高,且采用CSP产线进行生产,生产工艺不适用于常规热连轧产线。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种低合金成本的高强度汽车车轮用钢。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是:低合金成本的高强度汽车车轮用钢,按重量百分比计包括以下成分:C 0.15~0.20%、Si 0.20~0.30%、Mn 0.35~0.50%、P≤0.025%、S≤0.010%、Ti 0.030~0.050%、Als 0.015~0.050%,余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步的是:所述汽车车轮用钢的碳当量CEV≤0.28%。
进一步的是:所述汽车车轮用钢的屈服强度≥355MPa,抗拉强度≥540MPa,断后伸长率≥20%,180°弯曲试验D=2a。
进一步的是:所述汽车车轮用钢的厚度为10.0~16.0mm。
本发明还公开了上述低合金成本的高强度汽车车轮用钢的制备方法,按照上述内容中所述低合金成本的高强度汽车车轮用钢的成分冶炼成板坯,然后依次进行热轧、卷取和冷却的步骤后得到成品。
进一步的是:所述热轧步骤包括加热、侧压、粗轧和精轧。
进一步的是:所述加热步骤中加热温度为1180~1220℃,加热时间为180~400min。
进一步的是:所述粗轧步骤中道次压下量≥18%,奇道次全长全数除磷,中间坯厚度为53~57mm。
进一步的是:所述精轧步骤中精轧开轧温度≤1030℃,终轧温度为830~870℃。
进一步的是:所述卷取步骤中卷取温度为580~620℃;所述冷却步骤中采用两段冷却模式进行层流冷却,中间温度点为660~700℃,等温时间为5s。
本发明的有益效果是:本发明通过较高含量的廉价强化元素C,并通过控制Si、Mn元素的含量来降低汽车车轮用钢的碳当量,通过添加一定量的Ti元素以发挥细晶强化和析出强化效果来进一步提高汽车车轮用钢的强度,同时通过添加Ti元素在焊接过程中形成析出物抑制热影响区组织粗化来提高产品的焊接性能,实现了汽车车轮用钢的低成本、高强度和优良的焊接性能。采用本发明的成分及其制备方法制备的汽车车轮用钢的屈服强度≥355MPa,抗拉强度≥540MPa,断后伸长率≥20%,180°弯曲试验D=2a,实现了优良的塑性和弯曲性能。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面结合实施例对本发明进行进一步的说明。
本发明所公开的低合金成本的高强度汽车车轮用钢,按重量百分比计包括以下成分:C 0.15~0.20%、Si 0.20~0.30%、Mn 0.35~0.50%、P≤0.025%、S≤0.010%、Ti0.030~0.050%、Als 0.015~0.050%,余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明中低合金成本的高强度汽车车轮用钢采用上述成分及成分比例的理由如下:
C是钢中有效的强化元素,可以溶入基体中起到固溶强化的作用,且能够与Ti结合形成碳化物析出粒子,起到细晶强化和析出强化的作用,提高碳含量,对提高强度有利,但是过高的碳含量会在钢中形成较多粗大脆性的碳化物颗粒,对塑性和韧性不利,碳含量过高还会在钢板中心偏析带,对弯曲性能成型性不利,同时过高的碳含量增加焊接碳当量和焊接裂纹敏感指数,不利于焊接加工;因此本发明中C的取值范围设定为0.15~0.20%。
Si在钢中具有较高的固溶度,有利于细化锈层组织,降低钢整体的腐蚀速率,提高韧度,但含量过高会使轧制时除鳞困难,还会导致焊接性能下降。因此本发明中Si的取值范围设定为0.20~0.30%。
Mn具有较强的固溶强化作用,能显著降低钢的相变温度,细化钢的显微组织,是重要的强韧化元素,但Mn含量过多时连铸过程容易产生铸坯裂纹,同时可能造成钢板心部成分偏析,还会降低钢的焊接性能;因此本发明中Mn的取值范围设定为0.35~0.50%。
P和S元素会对钢板组织性能产生不利影响,P含量过高会显著降低钢的塑性及低温韧性,S会形成硫化物夹杂使钢的性能恶化;因此本发明中P和S的取值范围设定为P≤0.025%,S≤0.010%。
Ti与C、N形成的Ti(C,N)析出物,能够有效细化奥氏体晶粒、以及抑制焊接过程中粗晶区的组织粗化,同时可产生析出强化效果,但Ti含量过高容易形成微米级的TiN,导致成形性能、疲劳性能下降;因此本发明中Ti的取值范围设定为Ti 0.030~0.050%。
Al加入钢中起脱氧的作用,可改善钢质,但是Al含量过高,其氮氧化物容易在奥氏体晶界析出导致铸坯裂纹产生;因此本发明中Als的取值范围设定为0.015~0.050%。
本发明采用上述成分所制备的低合金成本的高强度汽车车轮用钢厚度为10.0~16.0mm,碳当量CEV≤0.28%,屈服强度≥355MPa,抗拉强度≥540MPa,断后伸长率≥20%,180°弯曲试验D=2a;实现了低成本、高强度和优良的焊接性能。
本发明还公开了上述低合金成本的高强度汽车车轮用钢的制备方法,在制备上述低合金成本的高强度汽车车轮用钢时,按照上述低合金成本的高强度汽车车轮用钢的成分冶炼成板坯,然后依次进行热轧、卷取和冷却的步骤后得到低合金成本的高强度汽车车轮用钢成品。
具体到对板坯进行热轧的步骤中,热轧步骤包括加热、侧压、粗轧和精轧。
进一步具体到加热步骤中,对板坯进行加热是为了对铸态组织和成分偏析起到均匀化作用,同时使合金元素固溶,但加热温度过高、加热时间过长会出现烧损、过热、过烧等问题。因此本发明中在加热步骤中设定加热温度为1180~1220℃,加热时间为180~400min。
进一步具体到侧压步骤中,对钢坯采用定宽压力机进行侧压是为了实现用户要求钢带宽度,但侧压量过大会使钢坯形成类“骨头”形状,边部增厚过大,而导致后续粗轧时板坯中部的压下量不够,使厚度方向的奥氏体再结晶不完全,产生混晶组织;因此本发明在侧压步骤中设定定宽压力机的侧压量≤120mm。
进一步具体到粗轧步骤中,粗轧需要达到足够的变形量以保证奥氏体再结晶,细化奥氏体晶粒,防止出现混晶组织,粗轧除鳞可充分去除氧化铁皮,避免氧化铁皮压入造成的表面质量问题;若中间坯厚度太大,粗轧变形量可能不足,且精轧轧制负荷增大,若中间坯厚度太小,则精轧变形量可能不足。因此本发明中设定粗轧步骤中粗轧道次压下量≥18%,奇道次全长全数除鳞,中间坯厚度为53~57mm。
进一步具体到精轧步骤中,若精轧开轧温度太高,则精轧过程在奥氏体未再结晶区的变形量不足,不利于组织细化;若终轧温度太低,则与开轧温度相差太大,使精轧过程冷速过快,且存在精轧后几机架在两相区轧制的风险,产品综合性能差;若终轧温度太高,则未再结晶区变形量不足,不利于最终组织细化。因此本发明中设定精轧步骤中精轧开轧温度≤1030℃,终轧温度为830~870℃。
具体到卷取步骤中,若卷取温度太低,则会因后续冷却过程的冷速太大从而导致异常组织产生;若卷取温度太高,则会使晶粒粗大从而导致成品综合性能变差。因此本发明中设定卷取温度为580~620℃。
具体到冷却步骤中,由于本发明所涉及低合金成本的高强度汽车车轮用钢的厚度较大,为了避免因冷速过快而在层流冷却时出现返红,导致厚度方向组织不均匀等组织异常现象,因此本发明中采用两段冷却模式,并通过工业试验和验证最终制定了中间温度点和等温时间。本发明中采用两段冷却模式,并设定中间温度为660~700℃,等温时间为5s。
实施例
为了进一步理解本发明,提供三组采用本发明所述低合金成本的高强度汽车车轮用钢的成分及制备方法的实施例进行说明,三组实施例的具体化学成分如表1所示。
表1实施例的化学成分/%
C | Si | Mn | P | S | Ti | Als | |
实施例1 | 0.17 | 0.23 | 0.44 | 0.013 | 0.003 | 0.033 | 0.047 |
实施例2 | 0.18 | 0.22 | 0.41 | 0.013 | 0.002 | 0.040 | 0.028 |
实施例3 | 0.18 | 0.25 | 0.40 | 0.009 | 0.006 | 0.048 | 0.033 |
实施例1的具体加工工艺为:按照表1的化学成分将冶炼得到的板坯进行加工,加热温度为1210℃,加热时间为200min;定宽压力机侧压量100mm,粗轧道次压下量≥18%,奇道次全长全数除鳞,中间坯厚度为56mm;精轧开轧温度为1010~1030℃,终轧温度为840~860℃,卷取温度为580~610℃;轧后进行层流冷却,采用两段冷却模式,中间点温度为660~680℃,等温时间为5s。
实施例2的具体加工工艺为:按照表1的化学成分将冶炼得到的板坯进行加工,加热温度为1190℃,加热时间为250min;定宽压力机侧压量100mm,粗轧道次压下量≥18%,奇道次全长全数除鳞,中间坯厚度为55mm;精轧开轧温度为1000~1020℃,终轧温度为830~850℃,卷取温度为590~610℃;轧后进行层流冷却,采用两段冷却模式,中间点温度为670~680℃,等温时间为5s。
实施例3的具体加工工艺为:按照表1的化学成分将冶炼得到的板坯进行加工,加热温度为1200℃,加热时间为230min;定宽压力机侧压量110mm,粗轧道次压下量≥18%,奇道次全长全数除鳞,中间坯厚度为55mm;精轧开轧温度为1000~1030℃,终轧温度为850~870℃,卷取温度为590~620℃;轧后进行层流冷却,采用两段冷却模式,中间点温度为670~690℃,等温时间为5s。
对三组实施例制备所得成品进行性能测试,具体的力学性能和弯曲性能测试结果如表2所示。
表2实施例的性能测试结果
厚度/mm | 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 断后伸长率/% | 180°弯曲试验 | |
实施例1 | 10.0 | 445 | 578 | 26.0 | D=2a合格 |
实施例2 | 12.5 | 416 | 562 | 24.0 | D=2a合格 |
实施例3 | 16.0 | 396 | 562 | 25.0 | D=2a合格 |
注1:表2中D为弯曲压头直径,a为试样厚度
根据表2所得三组实施例的性能测试结果可知,本发明所公开的低合金成本的高强度汽车车轮用钢及其制备方法,通过合理的合金成分和生产工艺设计,在实现了产品的高强度,良好的塑性和弯曲性能以及优良焊接性能的同时,显著降低了合金成本,产品的生产方法简单、生产成本低廉、综合性能优异,具有很好的应用前景。
Claims (10)
1.低合金成本的高强度汽车车轮用钢,其特征在于:按重量百分比计包括以下成分:C0.15~0.20%、Si 0.20~0.30%、Mn 0.35~0.50%、P≤0.025%、S≤0.010%、Ti 0.030~0.050%、Als 0.015~0.050%,余量为Fe及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的低合金成本的高强度汽车车轮用钢,其特征在于:所述汽车车轮用钢的碳当量CEV≤0.28%。
3.如权利要求1所述的低合金成本的高强度汽车车轮用钢,其特征在于:所述汽车车轮用钢的屈服强度≥355MPa,抗拉强度≥540MPa,断后伸长率≥20%,180°弯曲试验D=2a。
4.如权利要求1所述的低合金成本的高强度汽车车轮用钢,其特征在于:所述汽车车轮用钢的厚度为10.0~16.0mm。
5.低合金成本的高强度汽车车轮用钢的制备方法,其特征在于:按照如权利要求1至4任意一项所述低合金成本的高强度汽车车轮用钢的成分冶炼成板坯,然后依次进行热轧、卷取和冷却的步骤后得到成品。
6.如权利要求5所述的低合金成本的高强度汽车车轮用钢的制备方法,其特征在于:所述热轧步骤包括加热、侧压、粗轧和精轧。
7.如权利要求6所述的低合金成本的高强度汽车车轮用钢的制备方法,其特征在于:所述加热步骤中加热温度为1180~1220℃,加热时间为180~400min。
8.如权利要求6所述的低合金成本的高强度汽车车轮用钢的制备方法,其特征在于:所述粗轧步骤中道次压下量≥18%,奇道次全长全数除磷,中间坯厚度为53~57mm。
9.如权利要求6所述的低合金成本的高强度汽车车轮用钢的制备方法,其特征在于:所述精轧步骤中精轧开轧温度≤1030℃,终轧温度为830~870℃。
10.如权利要求5所述的低合金成本的高强度汽车车轮用钢的制备方法,其特征在于:所述卷取步骤中卷取温度为580~620℃;所述冷却步骤中采用两段冷却模式进行层流冷却,中间温度点为660~700℃,等温时间为5s。
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