CN116770173A - 一种低成本高强度热成型车轮及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本高强度热成型车轮及其生产方法，所述车轮钢带化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13‑0.16%，Si：0.70‑0.90%，Mn：1.50‑1.60%，P：≤0.018%，S：≤0.003%，Als：0.015‑0.035%，Nb：0.015‑0.025%，Ti：0.035‑0.045%，N：≤0.0035%，B：0.0020‑0.0030%,余量为Fe和不可避免的杂质。生产方法包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、集中缓冷、轮辐轮辋加工、轮辐轮辋激光焊接、加热炉奥氏体化、淬火、回火。生产的高强热成型车轮最终成品组织为回火马氏体＋铁素体组织，回火马氏体含量在75‑80%，铁素体含量在20‑25%，晶粒度12‑13级，成品疲劳试验达到120万次以上未开裂，满足标准要求的不低于100万次。

Description

一种低成本高强度热成型车轮及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低成本高强度热成型车轮及其生产方法。

背景技术

车轮作为汽车的行走部件，减重效果是非旋转件的1.5倍。各大主机厂和车轮生产企业积极研发轻量化车轮，车轮重量逐步减轻，材料强度也阶梯型的提升,随着强度的提升，对车轮厂家的加工成型设备提出了更高的要求，多数厂家现有设备不能满足加工生产条件。目前商用车钢制轻量化产品还处于路试验证阶段，当前有少数车轮企业利用热成型工艺开发新一代轻量化车轮，材料强度可达到1200-1500Mpa，车轮重量可达26-28kg，基本与铝轮重量相当，价格为铝轮的一半。其热成型商用车轮如此轻的重量，已达到国内领先水平，但也存在一系列问题：如稀有合金Cu、Cr、Ni等的添加导致钢卷成本增加；制成的高强车轮的疲劳试验不能达到标准要求；普通的闪光对焊，焊口处焊剂不平整，易产生开裂；受强度高的影响，冲击值普遍偏低很难满足车轮在行走过程中的颠簸和轻微撞击，易在使用过程中出现开裂。多方面的影响，对低成本轻量化热成型车轮钢的开发产生了较大的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本高强度热成型车轮，具有成本低、高强韧性的优点，本发明还提供一种低成本高强度车轮的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种低成本高强度热成型车轮，所述车轮用钢化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13-0.16％，Si：0.70-0.90％，Mn：1.50-1.60％，P：≤0.018％，S：≤0.003％，Als：0.015-0.035％，Nb：0.015-0.025％，Ti：0.035-0.045％，N：≤0.0035％，B：0.0020-0.0030％,余量为Fe和不可避免的杂质。

一种低成本高强度热成型车轮成分设计方案中，以相变相变强化为主，同时采用C、Si、Mn的固溶强化、Ti的析出强化，并通过添加适当Nb的细晶强化总体提高钢的力学性能，不添加高成本的Cu、Cr、Ni元素，大大降低了合金成本。同时，为改善对车轮冲压、成型、焊接效果，添加了适当的B元素，增加淬火工序的淬透性，改善厚度方向的性能均匀性。为降低大尺寸TiN引起的晶粒不均现象，对N的含量进行了加严控制。

一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、集中缓冷、轮辐轮辋加工、轮辐轮辋焊接、加热炉奥氏体化、淬火、回火；所述连铸工序，连铸坯化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13-0.16％，Si：0.70-0.90％，Mn：1.50-1.60％，P：≤0.018％，S：≤0.003％，Als：0.015-0.035％，Nb：0.015-0.025％，Ti：0.035-0.045％，N：≤0.0035％，B：0.0020-0.0030％,余量为Fe和不可避免的杂质。

上述的一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，所述转炉冶炼工序，Si、Mn合金加入量大，为了保证精炼工序进站温度，要求转炉出钢温度1630-1660℃，出钢1/4时加入铝粒后加入24-28kg高碳锰铁/吨钢、12-16kg硅铁/吨钢，出钢1/2时加入3.2-4kg石灰/吨钢。

上述的一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，所述精炼LF造渣脱硫石灰加入量9.5-10kg/吨钢，同时利用电脑一级操作***自动调整空气阀开度，保证整个冶炼过程中钢包炉内微正压，最大限度避免钢水增N和被氧化，最终保证钢水出站S在0.002％以下，N在0.0035％以下，钢水在RH处理时，要求极限真空度≤1mbar，真空循环时间≥12min，RH总处理时间控制在20-25min，RH喂线结束至开浇之间的静止时间≥25min。

上述的一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，所述连铸工序，采用低过热度浇铸，过热度控制在10-20℃，拉速1.0-1.1m/min，液芯凝固末端对应4段采用动态轻压下，总压下比为铸坯原始厚度的3.6-3.8％，减轻高合金元素含量带来的中心偏析问题。

上述的一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，所述轧制工序，板坯加热温度1240±20℃，中间坯厚度为铸坯厚度的24-26％，终轧温度900±20℃；所述冷却工序采用前段1/4冷却模式，冷却水温20-25℃，冷速20-30℃/s；所述卷取工序，卷取温度700±20℃，钢带厚度区间为3-10mm，钢卷下线后放入堆垛中缓冷48小时。

上述的一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，加工车轮过程中轮辋及轮辐轮辋合成焊采用激光焊接方式：焊接速度为0.4-0.5m/min、激光功率2000-3000W、激光频率40-60Hz、焊接深度2.5-3.0mm、焊接宽度0.2-0.3mm，焊接后的车轮采用热处理工艺：加热至840-860℃保温20min，水雾冷却至200-240℃，然后加热至300-360℃保温20min；最终晶粒度达12-13级。

本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本高强度热成型车轮及其生产方法。产品生产前期，为最大限度的降低合金成本，进行了相近钢种不同工艺热处理试验，最终考虑到产品高强度需要中等C含量来产生马氏体相变提升强度，故而采用常规中碳容器钢Q345R进行不同工艺的热处理试验，以期能够在低合金成分体系条件下通过合金微调整，附加热处理工艺能够生产高强度的车轮钢材料。对车轮中的轮辋、轮辐所需要的4mm和10mm的厚度规格分别用Q345R进行取样热处理模拟试验，通过对Q345R加热至840-860℃保温20min奥氏体化后采用空冷、水雾、水淬、油淬四种降温方法将温度降至200-240℃，然后分别在加热炉中进行300-360℃保温20min。试验结果显示，水淬模式强度最高，同时冲击和延伸值较低，不能满足车轮的疲劳试验及实际运行稳定性需求，而水雾冷却工艺不仅抗拉强度能够达到700Mpa，同时冲击功值也良好。综上，在成分设定方面，在Q345R的大的成分体系下，通过加入Si、Mn、Ti来提升固溶强化、细晶强化效果，继续增加钢的强度，同时添加一定的B，增加后续热处理过程的淬透性。

钢材冶炼工艺设定方面，考虑了合金含量高，提高转炉出钢温度，保证炉后加料的充分溶解和LF的进站温度便于常规精炼，同时根据C含量控制，不同的Mn铁等合金对C的增加量不等，根据C含量选择需要添加的合金种类，在LF工序将钢水成分百分含量控制在95％的内控要求，RH工序可以根据LF的最终成分化验结果直接调整成分并进行真空循环，大大降低RH的钢水处理时间，降低生产成本，保证生产节奏顺行稳定；RH出站后至钢水开浇静止时间保证在25min以上，可以有充足的时间来促使夹杂物上浮，增加钢水的纯净度。在连铸浇铸工序，考虑热成型车轮钢的合金含量高，钢水液相线温度低，采取低过热度浇铸，减少钢液在坯壳内部凝固前的存在时间，减轻枝晶长大，同时增加动态压下段的压下量，减轻高合金钢引起的中心偏析，减少钢的脆性断裂和内质分层的现象。轧制工序，考虑了Mn、Si、Ti合金含量高，适当提高加热炉温度使合金完全溶解，根据试验情况合理制定中间坯厚度，使得粗轧工序奥氏体晶粒变小，精轧工序减轻拉长变形。受合金含量高的影响，高冷速和低卷取将产生强度较高的马氏体、贝氏体等硬相组织，车轮加工前的高强度不利于设备成型，并容易导致开裂，本发明的理念是在加工车轮前使其具有中等的强度值，对车轮进行整体热处理后达到高强度级别。因此在冷却工艺制定采取高终轧温度、低冷速、高卷取，同时下线钢卷进行缓慢冷却。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明通过Q345R热处理试验分析，在其基础上只添加Si、Mn、Ti、B等元素，生产出低成本的热成型车轮钢；2、本发明热成型车轮钢具有的特点是车轮加工前钢质强度低，便于高质量成型，对成型设备能力要求低，成型后进行热处理，强度等综合性能大大提升，巧妙规避问题难点；

3、热成型车轮钢为铁素体+珠光体组织，制成车轮经热处理工艺为回火马氏体+铁素体组织，其中回火马氏体含量在75-80％，铁素体含量在20-25％，具有良好的强韧性，车轮减重效果良好。

4、经本发明工艺加工生产的热成型车轮疲劳试验达120万次以上，满足标准要求的100万次。

附图说明

图1为实施例1的热成型钢金相组织图(500×)；

图2为实施例1的热成型车轮金相组织图(500×)；

图3为实施例4的热成型钢金相组织图(500×)；

图4为实施例4的热成型车轮金相组织图(500×)；

图5为实施例7的热成型钢金相组织图(500×)；

图6为实施例7的热成型车轮金相组织图(500×)；

图7为对比例1的热成型车轮轮辋开裂组织图(50×)。

具体实施方式

一种低成本高强度热成型车轮及其生产方法，包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、集中缓冷、轮辐轮辋加工、轮辐轮辋激光焊接、加热炉奥氏体化、淬火、回火，对应工序应用本发明工艺参数，未体现工艺参数按照常规生产参数执行。连铸坯化学成分组成及质量百分含量为C：0.13-0.16％，Si：0.70-0.90％，Mn：1.50-1.60％，P：≤0.018％，S：≤0.003％，Als：0.015-0.035％，Nb：0.015-0.025％，Ti：0.035-0.045％，N：≤0.0035％，B：0.0020-0.0030％,余量为Fe和不可避免的杂质。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明。实施例炼钢采用250吨转炉、双精炼250吨LF炉，双流230mm厚度板坯连铸机。

实施例1

对3mm厚度低成本高强度热成型钢按设计成分工艺进行生产，成品成分及工艺参数C：0.13％，Si：0.80％，Mn：1.50％，P：0.012％，S：0.001％，Als：0.035％，Nb：0.015％，Ti：0.035％，N：0.0035％，B：0.0020％。转炉出钢温度1630℃，出钢1/4时加入24kg高碳锰铁/吨钢、12kg硅铁/吨钢，出钢1/2时加入3.2kg石灰/吨钢；RH极限真空度0.81mbar，真空循环12min，RH总处理时间20min，静止时间25min；连铸平均过热度10℃，拉速1m/min，液芯凝固末端4段采用动态轻压下，总压下比为铸坯原始厚度的3.6％。轧制工序板坯加热温度1220℃，中间坯厚度为板坯厚度的24％，终轧温度880℃，采用前段1/4冷却模式，冷却水温20℃，冷速20℃/S，卷取温度控制680℃。加工车轮过程中轮辋及轮辐轮辋合成焊采用激光焊接方式，焊接速度0.4m/min、激光功率2000W、激光频率40Hz、焊接深度2.5mm、焊接宽度0.2mm；焊接后的车轮采用热处理工艺，工艺参数如表1。

按此工艺生产，热处理前后的强度控制符合预期，综合性能合格且优异，最终成品的晶粒度13级、疲劳试验合格。如图1显示3mm厚度热成型车轮钢热处理前铁素体+珠光体组织，图2显示3mm厚度热成型车轮回火马氏体组织，具体热处理工艺参数、热处理前热成型钢及热处理后热成型车轮性能、疲劳试验情况如表1所示：

表1 3mm厚度综合性能

实施例2

对3mm厚度低成本高强度热成型钢按设计成分工艺进行生产，成品成分及工艺参数C：0.16％，Si：0.70％，Mn：1.60％，P：0.015％，S：0.002％，Als：0.015％，Nb：0.025％，Ti：0.045％，N：0.0033％，B：0.0030％。转炉出钢温度1660℃，出钢1/4时加入25kg高碳锰铁/吨钢、13kg硅铁/吨钢，出钢1/2时加入3.6kg石灰/吨钢；RH极限真空度0.75mbar，真空循环15min，RH总处理时间25min，静止时间27min；连铸平均过热度20℃，拉速1.1m/min，液芯凝固末端4段采用动态轻压下，总压下比为铸坯原始厚度的3.8％。轧制工序板坯加热温度1260℃，中间坯厚度为板坯厚度的26％，终轧温度920℃，采用前段1/4冷却模式，冷却水温25℃，冷速30℃/S，卷取温度控制720℃。加工车轮过程中轮辋及轮辐轮辋合成焊采用激光焊接方式，焊接速度0.5m/min、激光功率3000W、激光频率60Hz、焊接深度3mm、焊接宽度0.3mm；焊接后的车轮采用热处理工艺，工艺参数如表2。

按此工艺生产，热处理前后的强度控制符合预期，综合性能合格且优异，最终成品的晶粒度13级、疲劳试验合格。具体热处理工艺参数、热处理前热成型钢及热处理后热成型车轮性能、疲劳试验情况如表2所示：

表2 3mm厚度综合性能

实施例3

对3mm厚度低成本高强度热成型钢按设计成分工艺进行生产，成品成分及工艺参数C：0.14％，Si：0.90％，Mn：1.56％，P：0.018％，S：0.003％，Als：0.022％，Nb：0.020％，Ti：0.041％，N：0.0030％，B：0.0025％。转炉出钢温度1640℃，出钢1/4时加入28kg高碳锰铁/吨钢、16kg硅铁/吨钢，出钢1/2时加入4kg石灰/吨钢；RH极限真空度0.55mbar，真空循环13min，RH总处理时间21min，静止时间25min；连铸平均过热度15℃，拉速1.05m/min，液芯凝固末端4段采用动态轻压下，总压下比为铸坯原始厚度的3.7％。轧制工序板坯加热温度1240℃，中间坯厚度为板坯厚度的25％，终轧温度890℃，采用前段1/4冷却模式，冷却水温22℃，冷速22℃/S，卷取温度控制700℃。加工车轮过程中轮辋及轮辐轮辋合成焊采用激光焊接方式，焊接速度0.45m/min、激光功率2600W、激光频率50Hz、焊接深度2.7mm、焊接宽度0.25mm；焊接后的车轮采用热处理工艺，工艺参数如表3。

按此工艺生产，热处理前后的强度控制符合预期，综合性能合格且优异，最终成品的晶粒度12.5级、疲劳试验合格。具体热处理工艺参数、热处理前热成型钢及热处理后热成型车轮性能、疲劳试验情况如表3所示：

表3 3mm厚度综合性能

实施例4

对5mm厚度低成本高强度热成型钢按设计成分工艺进行生产，成品成分及工艺参数C：0.13％，Si：0.70％，Mn：1.50％，P：0.014％，S：0.003％，Als：0.035％，Nb：0.015％，Ti：0.035％，N：0.0028％，B：0.0025％。转炉出钢温度1630℃，出钢1/4时加入24kg高碳锰铁/吨钢、12kg硅铁/吨钢，出钢1/2时加入3.2kg石灰/吨钢；RH极限真空度0.62mbar，真空循环12min，RH总处理时间20min，静止时间25min；连铸平均过热度10℃，拉速1m/min，液芯凝固末端4段采用动态轻压下，总压下比为铸坯原始厚度的3.6％。轧制工序板坯加热温度1220℃，中间坯厚度为板坯厚度的24％，终轧温度880℃，采用前段1/4冷却模式，冷却水温20℃，冷速20℃/S，卷取温度控制680℃。加工车轮过程中轮辋及轮辐轮辋合成焊采用激光焊接方式，焊接速度0.5m/min、激光功率3000W、激光频率60Hz、焊接深度3mm、焊接宽度0.3mm；焊接后的车轮采用热处理工艺，工艺参数如表4。

按此工艺生产，热处理前后的强度控制符合预期，综合性能合格且优异，最终成品的晶粒度13级、疲劳试验合格。如图3显示5mm厚度热成型车轮钢热处理前铁素体+珠光体组织，图4显示5mm厚度热成型车轮回火马氏体组织，具体热处理工艺参数、热处理前热成型钢及热处理后热成型车轮性能、疲劳试验情况如表4所示：

表4 5mm厚度综合性能

实施例5

对3mm厚度低成本高强度热成型钢按设计成分工艺进行生产，成品成分及工艺参数C：0.14％，Si：0.82％，Mn：1.52％，P：0.018％，S：0.002％，Als：0.015％，Nb：0.025％，Ti：0.045％,N：0.0027％，B：0.0020％。转炉出钢温度1660℃，出钢1/4时加入27kg高碳锰铁/吨钢、15kg硅铁/吨钢，出钢1/2时加入3.7kg石灰/吨钢；RH极限真空度0.45mbar，真空循环16min，RH总处理时间25min，静止时间26min；连铸平均过热度15℃，拉速1.05m/min，液芯凝固末端4段采用动态轻压下，总压下比为铸坯原始厚度的3.7％。轧制工序板坯加热温度1260℃，中间坯厚度为板坯厚度的26％，终轧温度920℃，采用前段1/4冷却模式，冷却水温25℃，冷速30℃/S，卷取温度控制720℃。加工车轮过程中轮辋及轮辐轮辋合成焊采用激光焊接方式，焊接速度0.4m/min、激光功率2000W、激光频率40Hz、焊接深度2.5mm、焊接宽度0.2mm；焊接后的车轮采用热处理工艺，工艺参数如表5。

按此工艺生产，热处理前后的强度控制符合预期，综合性能合格且优异，最终成品的晶粒度12级、疲劳试验合格。具体热处理工艺参数、热处理前热成型钢及热处理后热成型车轮性能、疲劳试验情况如表5所示：

表5 5mm厚度综合性能

实施例6

对5mm厚度低成本高强度热成型钢按设计成分工艺进行生产，成品成分及工艺参数C：0.16％，Si：0.90％，Mn：1.60％，P：0.013％，S：0.0005％，Als：0.025％，Nb：0.018％，Ti：0.037％，N：0.0029％，B：0.0030％。转炉出钢温度1642℃，出钢1/4时加入28kg高碳锰铁/吨钢、16kg硅铁/吨钢，出钢1/2时加入4kg石灰/吨钢；RH极限真空度0.33mbar，真空循环16min，RH总处理时间23min，静止时间27min；连铸平均过热度20℃，拉速1.10m/min，液芯凝固末端4段采用动态轻压下，总压下比为铸坯原始厚度的3.8％。轧制工序板坯加热温度1240℃，中间坯厚度为板坯厚度的25％，终轧温度903℃，采用前段1/4冷却模式，冷却水温23℃，冷速26℃/S，卷取温度控制700℃。加工车轮过程中轮辋及轮辐轮辋合成焊采用激光焊接方式，焊接速度0.46m/min、激光功率2700W、激光频率55Hz、焊接深度2.6mm、焊接宽度0.26mm；焊接后的车轮采用热处理工艺，工艺参数如表6。

按此工艺生产，热处理前后的强度控制符合预期，综合性能合格且优异，最终成品的晶粒度12级、疲劳试验合格。具体热处理工艺参数、热处理前热成型钢及热处理后热成型车轮性能、疲劳试验情况如表6所示：

表6 5mm厚度综合性能

实施例7

对10mm厚度低成本高强度热成型钢按设计成分工艺进行生产，成品成分及工艺参数C：0.16％，Si：0.90％，Mn：1.60％，P：0.011％，S：0.003％，Als：0.015％，Nb：0.015％，Ti：0.035％，N：0.0032％，B：0.0025％。转炉出钢温度1630℃，出钢1/4时加入24kg高碳锰铁/吨钢、12kg硅铁/吨钢，出钢1/2时加入3.2kg石灰/吨钢；RH极限真空度0.81mbar，真空循环12min，RH总处理时间20min，静止时间25min；连铸平均过热度10℃，拉速1m/min，液芯凝固末端4段采用动态轻压下，总压下比为铸坯原始厚度的3.6％。轧制工序板坯加热温度1220℃，中间坯厚度为板坯厚度的24％，终轧温度920℃，采用前段1/4冷却模式，冷却水温25℃，冷速30℃/S，卷取温度控制720℃。加工车轮过程中轮辋及轮辐轮辋合成焊采用激光焊接方式，焊接速度0.5m/min、激光功率3000W、激光频率60Hz、焊接深度3mm、焊接宽度0.3mm；焊接后的车轮采用热处理工艺，工艺参数如表7。

按此工艺生产，热处理前后的强度控制符合预期，综合性能合格且优异，最终成品的晶粒度13级、疲劳试验合格。如图5显示10mm厚度热成型车轮钢热处理前铁素体+珠光体组织，图6显示10mm厚度热成型车轮回火马氏体组织，具体热处理工艺参数、热处理前热成型钢及热处理后热成型车轮性能、疲劳试验情况如表7所示：

表7 10mm厚度综合性能

实施例8

对10mm厚度低成本高强度热成型钢按设计成分工艺进行生产，成品成分及工艺参数C：0.13％，Si：0.70％，Mn：1.50％，P：0.018％，S：0.0017％，Als：0.035％，Nb：0.025％，Ti：0.045％，N：0.0031％，B：0.0020％。转炉出钢温度1660℃，出钢1/4时加入26kg高碳锰铁/吨钢、14kg硅铁/吨钢，出钢1/2时加入3.9kg石灰/吨钢；RH极限真空度0.75mbar，真空循环15min，RH总处理时间25min，静止时间27min；连铸平均过热度20℃，拉速1.1m/min，液芯凝固末端4段采用动态轻压下，总压下比为铸坯原始厚度的3.8％。轧制工序板坯加热温度1260℃，中间坯厚度为板坯厚度的26％，终轧温度880℃，采用前段1/4冷却模式，冷却水温20℃，冷速20℃/S，卷取温度控制680℃。加工车轮过程中轮辋及轮辐轮辋合成焊采用激光焊接方式，焊接速度0.4m/min、激光功率2000W、激光频率40Hz、焊接深度2.5mm、焊接宽度0.2mm；焊接后的车轮采用热处理工艺，工艺参数如表8。

按此工艺生产，热处理前后的强度控制符合预期，综合性能合格且优异，最终成品的晶粒度12.5级、疲劳试验合格。具体热处理工艺参数、热处理前热成型钢及热处理后热成型车轮性能、疲劳试验情况如表8所示：

表8 10mm厚度综合性能

实施例9

对10mm厚度低成本高强度热成型钢按设计成分工艺进行生产，成品成分及工艺参数C：0.15％，Si：0.81％，Mn：1.53％，P：0.013％，S：0.0005％，Als：0.027％，Nb：0.022％，Ti：0.041％，N：0.0033％，B：0.0030％。转炉出钢温度1635℃，出钢1/4时加入28kg高碳锰铁/吨钢、16kg硅铁/吨钢，出钢1/2时加入4kg石灰/吨钢；RH极限真空度0.27mbar，真空循环13min，RH总处理时间22min，静止时间28min；连铸平均过热度16℃，拉速1.05m/min，液芯凝固末端4段采用动态轻压下，总压下比为铸坯原始厚度的3.7％。轧制工序板坯加热温度1235℃，中间坯厚度为板坯厚度的25％，终轧温度892℃，采用前段1/4冷却模式，冷却水温21℃，冷速26℃/S，卷取温度控制688℃。加工车轮过程中轮辋及轮辐轮辋合成焊采用激光焊接方式，焊接速度0.44m/min、激光功率2850W、激光频率53Hz、焊接深度2.8mm、焊接宽度0.24mm；焊接后的车轮采用热处理工艺，工艺参数如表9。

按此工艺生产，热处理前后的强度控制符合预期，综合性能合格且优异，最终成品的晶粒度12级、疲劳试验合格。具体热处理工艺参数、热处理前热成型钢及热处理后热成型车轮性能、疲劳试验情况如表9所示：

表9 10mm厚度综合性能

对比例1

对3mm厚度低成本高强度热成型钢按设计成分工艺进行生产，成品成分及工艺参数C：0.16％，Si：0.72％，Mn：1.60％，P：0.014％，S：0.001％，Als：0.015％，Nb：0.025％，Ti：0.045％，N：0.0033％，B：0.0027％。转炉出钢温度1660℃，出钢1/4时加入25kg高碳锰铁/吨钢、13kg硅铁/吨钢，出钢1/2时加入3.7kg石灰/吨钢；RH极限真空度0.70mbar，真空循环15min，RH总处理时间25min，静止时间28min；连铸平均过热度15℃，拉速1.1m/min，液芯凝固末端4段采用动态轻压下，总压下比为铸坯原始厚度的3.8％。轧制工序板坯加热温度1260℃，中间坯厚度为板坯厚度的26％，终轧温度920℃，采用前段1/4冷却模式，冷却水温25℃，冷速30℃/S，卷取温度控制715℃。加工车轮过程中轮辋及轮辐轮辋合成焊采用普通闪光对焊；焊接后的车轮采用热处理工艺，工艺参数如表10。

按此工艺生产，热处理前后的强度控制符合预期，但疲劳试验未达到标准要求，轮辋焊接处发生开裂。如图7显示3mm厚度热成型车轮闪光对焊后疲劳试验40万次时轮辋焊缝处开裂，没达到标准要求的≥100万次。具体热处理工艺参数、热处理前热成型钢及热处理后热成型车轮性能、疲劳试验情况如表10所示：

表10 3mm厚度综合性能

综合9个实例及1个对比例结果，针对不同厚度低成本高强度热成型车轮，在设定的成分区间内，应用本发明的优化创新技术，生产并应用的热成型车轮与普通轻量化车轮相比，成本大大降低，同时焊接方式、焊接工艺的选择对成品车轮的疲劳试验影响较大。本发明在满足高强度的同时，冲击值也优异，减少行驶过程中的异常损坏，增加车轮使用寿命，产品成本低、强韧性优异，轻量化效果极佳，市场应用前景广阔。

Claims (8)

1.一种低成本高强度热成型车轮，其特征在于：所述车轮用钢化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13-0.16%，Si：0.70-0.90%，Mn：1.50-1.60%，P：≤0.018%，S：≤0.003%，Als：0.015-0.035%，Nb：0.015-0.025%，Ti：0.035-0.045%，N：≤0.0035%，B：0.0020-0.0030%,余量为Fe和不可避免的杂质；所述车轮金相组织为回火马氏体+铁素体，回火马氏体含量在75-80%，铁素体含量在20-25%，晶粒度12-13级。

2.一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，包括转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、集中缓冷、轮辐轮辋加工、轮辐轮辋焊接、加热炉奥氏体化、淬火、回火；其特征在于：所述连铸工序，连铸坯化学成分组成及质量百分含量为：C：0.13-0.16%，Si：0.70-0.90%，Mn：1.50-1.60%，P：≤0.018%，S：≤0.003%，Als：0.015-0.035%，Nb：0.015-0.025%，Ti：0.035-0.045%，N：≤0.0035%，B：0.0020-0.0030%,余量为Fe和不可避免的杂质。

3.如权利要求2所述的一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼工序，要求转炉出钢温度1630-1660℃，出钢1/4时加入铝粒后加入24-28kg高碳锰铁/吨钢、12-16kg硅铁/吨钢，出钢1/2时加入3.2-4.0kg石灰/吨钢。

4.如权利要求2所述的一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，其特征在于：所述轮辐轮辋焊接采用激光焊接，焊接速度0.4-0.5m/min、激光功率2000-3000W、激光频率40-60Hz、焊接深度2.5-3.0mm、焊接宽度0.2-0.3mm。

5.如权利要求2所述的一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，其特征在于：所述LF精炼工序，精炼LF造渣脱硫石灰加入量9.5-10kg/吨钢，保证钢水出站S在0.002%以下，通过控制整个冶炼过程中钢包炉内微正压，保证N含量在0.0035%以下；

所述RH精炼工序，要求极限真空度≤1mbar，真空循环时间≥12min，RH总处理时间控制在20-25min，RH喂线结束至开浇之间的静止时间≥25min。

6.如权利要求2所述的一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，其特征在于：所述连铸工序，采用低过热度浇铸，过热度控制在10-20℃，拉速1.0-1.1m/min，液芯凝固末端对应4段采用动态轻压下，总压下比为铸坯原始厚度的3.6-3.8%。

7.如权利要求2所述的一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，其特征在于：所述轧制工序，板坯加热温度1240±20℃，中间坯厚度为铸坯厚度的24-26%，终轧温度900±20℃；

所述冷却工序采用前段1/4冷却模式，冷却水温20-25℃，冷速20-30℃/s；所述卷取工序，卷取温度700±20℃，钢带厚度区间为3-10mm，钢卷下线后放入堆垛中缓冷48小时。

8.如权利要求2所述的一种低成本高强度热成型车轮的生产方法，其特征在于：所述热处理工序参数为：加热至840-860℃保温20min，水雾冷却至200-240℃，然后加热至300-360℃保温20min。