一種商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼及其制備方法
【專利摘要】一種商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼及其制備方法，屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，輪輞用鋼成分按重量百分比含C0.06～0.09%，Si0.10～0.20%，Mn1.30～1.50%，P≤0.015%，S≤0.005%，Al0.02～0.05%，Nb0.04～0.06%，Ti0.03～0.05%，N≤0.0060%，余量為Fe，抗拉強(qiáng)度為600～680MPa，屈服強(qiáng)度為500～580MPa，斷后伸長(zhǎng)率≥23%；制備方法為：（1）將鐵水進(jìn)行KR脫硫處理、進(jìn)行LF精煉處理、RH精煉處理、Ca處理；軟吹后進(jìn)入中間包，全保護(hù)澆鑄；（2）將鑄坯重新加熱均熱處理，經(jīng)除鱗和定寬后進(jìn)行粗軋和精軋，層流冷卻后卷取。本發(fā)明通過合理的性能、規(guī)格、成分及熱軋工藝設(shè)計(jì)，生產(chǎn)高強(qiáng)度、高表面質(zhì)量、高疲勞壽命且性能穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)及用戶要求的高強(qiáng)輪輞專用鋼。
【專利說明】一種商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和資源短缺、能源危機(jī)、環(huán)境保護(hù)的雙重壓力下，人們對(duì)汽車提出的發(fā)展要求是安全、節(jié)能、環(huán)保、舒適和低成本化。有關(guān)資料表明，汽車輕量化是降低油耗、減少二氧化碳排放的最主要途徑。據(jù)分析，汽車車重每減輕10%，可節(jié)省燃油3?7%，而汽車車輪作為行走部件，使用高強(qiáng)鋼來減輕質(zhì)量的節(jié)能效果相當(dāng)于其他零部件的1.2^1.3倍。在這種輕量化趨勢(shì)的推動(dòng)下，車輪用鋼必然向高強(qiáng)化發(fā)展。
[0003]在國(guó)家城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中，商用汽車承擔(dān)著人口與貨物運(yùn)輸?shù)闹匾蝿?wù)，為減少汽車尾氣排放，保護(hù)消費(fèi)者權(quán)益，落實(shí)《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》和《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部定于2014年12月31日廢止適用于國(guó)家第三階段汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油車產(chǎn)品，實(shí)施商用汽車國(guó)家第四階段汽車排放標(biāo)準(zhǔn)；由此可見，政策導(dǎo)向非常鼓勵(lì)商用車輕量化的發(fā)展，商用車高強(qiáng)車輪鋼在這種環(huán)境下將有很大的市場(chǎng)需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼及其制備方法，滿足車輪制造廠對(duì)于商用汽車輕量化無內(nèi)胎輪輞專用鋼的需求，提高輪輞閃光對(duì)焊后加工成材率及整卷性能穩(wěn)定性，提高輕量化車輪徑向疲勞壽命。
[0005]本發(fā)明的商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼的成分按重量百分比含C0.06?0.09%, Si 0.10?0.20%, Μη 1.3(Γ?.50%, Ρ 彡 0.015%, S 彡 0.005%, Α10.02?0.05%,Nb 0.04?0.06%, Ti 0.03?0.05%, N ^ 0.0060%,余量為Fe和不可避免雜質(zhì)，抗拉強(qiáng)度為60(T680MPa，屈服強(qiáng)度為500?580 MPa，斷后伸長(zhǎng)率彡23%，厚度為3.0?6.0mm。
[0006]上述的商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼的組織為鐵素體和珠光體混合組織，鐵素體晶粒度等級(jí)為12?13級(jí)，鐵素體體積分?jǐn)?shù)為9(Γ95%。
[0007]本發(fā)明的的商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼的制備方法按以下步驟進(jìn)行:
(1)煉鋼與連鑄:將鐵水進(jìn)行KR脫硫處理后，進(jìn)行LF精煉+RH精煉的雙精煉處理，再喂S1-Ca線進(jìn)行Ca處理；Ca處理后軟吹，軟吹后進(jìn)入中間包，然后采用連鑄結(jié)晶器進(jìn)行全保護(hù)澆鑄；澆鑄后下線入緩冷坑緩冷，獲得上述成分的鑄坯；
(2)軋鋼:將鑄坯用3飛小時(shí)加熱至122(Tl280°C，進(jìn)行30?40分鐘均熱處理，均熱處理后出爐溫度為122(T126(TC，再進(jìn)行除鱗和定寬，然后進(jìn)行粗軋和精軋；粗軋出口溫度為102(Tl060°C，粗軋總壓下率為82?83% ;精軋的終軋溫度為85(T890°C，精軋總壓下率為85^93% ;精軋后的鋼板層流冷卻至62(T660°C，最后卷取并進(jìn)入緩冷坑緩冷至室溫，制成商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼。
[0008]上述方法中，進(jìn)行LF精煉處理時(shí)，控制到站時(shí)鋁的重量含量為0.02、.05%。
[0009]上述方法中，RH精煉處理時(shí)純循環(huán)時(shí)間彡8分鐘，所述的Ca處理后軟吹時(shí)間彡12分鐘。
[0010]上述方法中，粗軋結(jié)束后進(jìn)入精軋前，開啟保溫罩防止粗軋后的中間坯溫度降低。
[0011]上述方法獲得的商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼經(jīng)180°冷彎，b=35mm，d=2a測(cè)試結(jié)果合格。
[0012]上述方法中，KR脫硫處理時(shí)采用S1-Mn合金配Si，用Mn_Fe合金配Mn，LF精煉爐時(shí)采用S1-Fe合金調(diào)Si，Mn-Fe合金調(diào)Mn，Nb-Fe合金配Nb，RH精煉時(shí)采用Mn_Fe合金調(diào)Mn, Nb-Fe合金調(diào)Nb，最后用Ti_Fe合金調(diào)Ti。
[0013]本發(fā)明的成分控制的原理是:為減小LF脫硫壓力，入爐鐵水先進(jìn)行KR脫硫處理，防止轉(zhuǎn)爐冶煉過程回硫，不使用生鐵塊，精煉到站鋁含量控制0.02、.05%，給控制回硅創(chuàng)造有利條件；保證RH純循環(huán)時(shí)間，結(jié)束后進(jìn)行Ca處理，以利于夾雜物的控制；采用LF+RH爐精煉處理對(duì)鋼水的化學(xué)成分進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，然后進(jìn)行全保護(hù)澆鑄，防止鋼水增氮，利用連鑄機(jī)獲得所需要的鑄坯。
[0014]本發(fā)明通過合理的性能、規(guī)格、成分及熱軋工藝設(shè)計(jì)，采用適量的碳、錳作為基礎(chǔ)強(qiáng)化元素，添加微合金元素Nb、Ti的化學(xué)成分設(shè)計(jì)；采用LF+RH雙聯(lián)精煉模式，控軋控冷熱軋工藝技術(shù)，生產(chǎn)高強(qiáng)度、高表面質(zhì)量、高疲勞壽命且性能穩(wěn)定的，滿足生產(chǎn)及用戶要求的高強(qiáng)輪輞專用鋼；經(jīng)國(guó)內(nèi)鋼圈車輪廠試用于制造供國(guó)外市場(chǎng)的大無內(nèi)胎輕量化車輪輪輞，車輪類型:大無內(nèi)胎商用車輪，規(guī)格:22.5X8.25J，車輪總成重量彡33.0Kg，實(shí)驗(yàn)經(jīng)閃光對(duì)焊后成型良好，車輪總成徑向疲勞壽命達(dá)125?150萬次，滿足客戶需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼的制備方法流程示意圖；
圖2為采用本發(fā)明制備的產(chǎn)品試制的商用汽車車輪輪輞照片圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼的金相顯微組織圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明實(shí)施例中KR脫硫處理時(shí)采用的S1-Mn合金為FeMn68Sil8合金，采用的Mn-Fe合金為FeMn88C0.4合金，LF精煉爐時(shí)采用的Si_Fe合金為FeSi75A12.0合金，采用的Mn-Fe合金為FeMn78C2.0合金，采用的Nb_Fe合金為-FeNb60_A合金(65%Nb)，RH精煉時(shí)采用Mn-Fe合金為FeMn78C2.0合金，采用的Nb_Fe合金為-FeNb60_A合金(65%Nb )，采用的T1-Fe合金為FeTi30-A合金。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例中軋制是采用首鋼京唐2250熱連軋機(jī)組進(jìn)行軋制，鋼材的寬度規(guī)格為1000?2000臟。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例中輪輞的疲勞檢測(cè)是車輪徑向疲勞，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為《GB/T 5909-2009商用車輛車輪性能要求和試驗(yàn)方法》。
[0019]本發(fā)明實(shí)施例中金相組織圖是將金相試樣經(jīng)研磨、拋光后，用重量濃度4%的硝酸酒精溶液腐蝕，再利用Leica-DMI5000M金相顯微鏡拍攝。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例中的粗軋是采用二輥和四輥粗軋機(jī)進(jìn)行1+5道次或3+3道次粗軋。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例中的精軋是采用7機(jī)架精軋機(jī)進(jìn)行連續(xù)精軋。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例中的除鱗采用高壓水除鱗機(jī)。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例中的定寬采用定寬壓力機(jī)。
[0024]實(shí)施例1
將鐵水進(jìn)行KR脫硫處理后，進(jìn)行LF精煉+RH精煉的雙精煉處理，再喂S1-Ca線進(jìn)行Ca處理；Ca處理后軟吹，軟吹后進(jìn)入中間包，然后采用連鑄結(jié)晶器進(jìn)行全保護(hù)澆鑄；澆鑄后下線入緩冷坑緩冷，獲得的鑄坯成分按重量百分比含C 0.06%, Si 0.20%, Μη 1.35%，Ρ0.014%, S 0.004%, A1 0.05%, Nb 0.06%, Ti 0.03%, N 0.0037%,余量為 Fe 和不可避免雜質(zhì)；其中進(jìn)行LF精煉處理時(shí)，控制到站時(shí)鋁的重量含量為0.02% ；RH精煉處理時(shí)純循環(huán)時(shí)間8分鐘，所述的Ca處理后軟吹時(shí)間13分鐘；
將鑄坯用3.5小時(shí)加熱至122(Tl280°C，進(jìn)行35分鐘均熱處理，均熱處理后出爐溫度為1241°C,再進(jìn)行除鱗和定寬，然后進(jìn)行1+5道次粗軋和精軋；粗軋出口溫度為1025°C,粗軋總壓下率為83% ;精軋的終軋溫度為863°C，精軋總壓下率為87% ；
其中粗軋結(jié)束后進(jìn)入精軋前，開啟保溫罩防止粗軋后的中間坯溫度降低；
精軋后的鋼板層流冷卻，至641°C卷取并進(jìn)入緩冷坑緩冷至室溫，制成商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼；抗拉強(qiáng)度為615MPa，屈服強(qiáng)度為545 MPa,斷后伸長(zhǎng)率26.5%，厚度為5.0mm，組織為鐵素體和珠光體混合組織，鐵素體晶粒度等級(jí)為12級(jí)，鐵素體體積分?jǐn)?shù)為92%,經(jīng)180°冷彎，b=35mm, d=2a測(cè)試結(jié)果合格,金相顯微組織如圖3所示。
[0025]實(shí)施例2
將鐵水進(jìn)行KR脫硫處理后，進(jìn)行LF精煉+RH精煉的雙精煉處理，再喂S1-Ca線進(jìn)行Ca處理；Ca處理后軟吹，軟吹后進(jìn)入中間包，然后采用連鑄結(jié)晶器進(jìn)行全保護(hù)澆鑄；澆鑄后下線入緩冷坑緩冷，獲得的鑄坯成分按重量百分比含C 0.08%, Si 0.13%，Mn 1.50%, Ρ0.013%, S 0.005%, A1 0.04%, Nb 0.04%, Ti 0.04%, N 0.0052%,余量為 Fe 和不可避免雜質(zhì)；其中進(jìn)行LF精煉處理時(shí)，控制到站時(shí)鋁的重量含量為0.03% ；RH精煉處理時(shí)純循環(huán)時(shí)間8分鐘，所述的Ca處理后軟吹時(shí)間14分鐘；
將鑄坯用4小時(shí)加熱至122(T128(TC，進(jìn)行35分鐘均熱處理，均熱處理后出爐溫度為1245°C，再進(jìn)行除鱗和定寬，然后進(jìn)行1+5道次粗軋和精軋；粗軋出口溫度為1040°C，粗軋總壓下率為82% ;精軋的終軋溫度為878°C，精軋總壓下率為88% ；
其中粗軋結(jié)束后進(jìn)入精軋前，開啟保溫罩防止粗軋后的中間坯溫度降低；
精軋后的鋼板層流冷卻，至623°C卷取并進(jìn)入緩冷坑緩冷至室溫，制成商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼；抗拉強(qiáng)度為630MPa，屈服強(qiáng)度為548MPa，斷后伸長(zhǎng)率25.5%，厚度為5.0mm，組織為鐵素體和珠光體混合組織，鐵素體晶粒度等級(jí)為12.5級(jí)，鐵素體體積分?jǐn)?shù)為90%,經(jīng)180°冷彎，b=35mm, d=2a測(cè)試結(jié)果合格。
[0026]實(shí)施例3
將鐵水進(jìn)行KR脫硫處理后，進(jìn)行LF精煉+RH精煉的雙精煉處理，再喂S1-Ca線進(jìn)行Ca處理；Ca處理后軟吹，軟吹后進(jìn)入中間包，然后采用連鑄結(jié)晶器進(jìn)行全保護(hù)澆鑄；澆鑄后下線入緩冷坑緩冷，獲得的鑄坯成分按重量百分比含C 0.07%, Si 0.12%，Μη 1.44%，Ρ0.012%, S 0.003%, A1 0.03%, Nb 0.05%, Ti 0.04%, N 0.0048%,余量為 Fe 和不可避免雜質(zhì)；其中進(jìn)行LF精煉處理時(shí)，控制到站時(shí)鋁的重量含量為0.05% ；RH精煉處理時(shí)純循環(huán)時(shí)間8分鐘，所述的Ca處理后軟吹時(shí)間13分鐘； 將鑄坯用4小時(shí)加熱至122(T128(TC，進(jìn)行30分鐘均熱處理，均熱處理后出爐溫度為1252°C，再進(jìn)行除鱗和定寬，然后進(jìn)行3+3道次粗軋和精軋；粗軋出口溫度為1060°C，粗軋總壓下率為83% ;精軋的終軋溫度為865°C，精軋總壓下率為89% ；
其中粗軋結(jié)束后進(jìn)入精軋前，開啟保溫罩防止粗軋后的中間坯溫度降低；
精軋后的鋼板層流冷卻，至642°C卷取并進(jìn)入緩冷坑緩冷至室溫，制成商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼；抗拉強(qiáng)度為638MPa，屈服強(qiáng)度為553 MPa，斷后伸長(zhǎng)率27.5%，厚度為4.5mm，組織為鐵素體和珠光體混合組織，鐵素體晶粒度等級(jí)為12級(jí)，鐵素體體積分?jǐn)?shù)為92%,經(jīng)180°冷彎，b=35mm, d=2a測(cè)試結(jié)果合格。
[0027]實(shí)施例4
將鐵水進(jìn)行KR脫硫處理后，進(jìn)行LF精煉+RH精煉的雙精煉處理，再喂S1-Ca線進(jìn)行Ca處理；Ca處理后軟吹，軟吹后進(jìn)入中間包，然后采用連鑄結(jié)晶器進(jìn)行全保護(hù)澆鑄；澆鑄后下線入緩冷坑緩冷，獲得的鑄坯成分按重量百分比含C 0.07%, Si 0.18%，Mn 1.30%, Ρ0.015%, S 0.004%, A1 0.02%, Nb 0.045%, Ti 0.05%, N 0.0060%，余量為 Fe 和不可避免雜質(zhì)；
其中進(jìn)行LF精煉處理時(shí)，控制到站時(shí)鋁的重量含量為0.045% ;RH精煉處理時(shí)純循環(huán)時(shí)間9分鐘，所述的Ca處理后軟吹時(shí)間13分鐘；
將鑄坯用3.8小時(shí)加熱至122(Tl280°C，進(jìn)行40分鐘均熱處理，均熱處理后出爐溫度為1238°C，再進(jìn)行除鱗和定寬，然后進(jìn)行3+3道次粗軋和精軋；粗軋出口溫度為1041°C，粗軋總壓下率為82% ;精軋的終軋溫度為852°C，精軋總壓下率為93% ；
其中粗軋結(jié)束后進(jìn)入精軋前，開啟保溫罩防止粗軋后的中間坯溫度降低；
精軋后的鋼板層流冷卻，至631°C卷取并進(jìn)入緩冷坑緩冷至室溫，制成商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼；抗拉強(qiáng)度為649MPa，屈服強(qiáng)度為559 MPa，斷后伸長(zhǎng)率23.5%，厚度為3.0mm，組織為鐵素體和珠光體混合組織，鐵素體晶粒度等級(jí)為13級(jí)，鐵素體體積分?jǐn)?shù)為95%,經(jīng)180°冷彎，b=35mm, d=2a測(cè)試結(jié)果合格。
[0028]實(shí)施例5
將鐵水進(jìn)行KR脫硫處理后，進(jìn)行LF精煉+RH精煉的雙精煉處理，再喂S1-Ca線進(jìn)行Ca處理；Ca處理后軟吹，軟吹后進(jìn)入中間包，然后采用連鑄結(jié)晶器進(jìn)行全保護(hù)澆鑄；澆鑄后下線入緩冷坑緩冷，獲得的鑄坯成分按重量百分比含C 0.09%, Si 0.10%, Μη 1.36%，Ρ0.011%, S 0.005%, A1 0.04%, Nb 0.06%, Ti 0.03%, N 0.0055%,余量為 Fe 和不可避免雜質(zhì)；其中進(jìn)行LF精煉處理時(shí)，控制到站時(shí)鋁的重量含量為0.03% ；RH精煉處理時(shí)純循環(huán)時(shí)間9分鐘，所述的Ca處理后軟吹時(shí)間14分鐘；
將鑄坯用4.5小時(shí)加熱至122(Tl280°C，進(jìn)行30分鐘均熱處理，均熱處理后出爐溫度為1239°C，再進(jìn)行除鱗和定寬，然后進(jìn)行1+5道次粗軋和精軋；粗軋出口溫度為1050°C，粗軋總壓下率為83% ;精軋的終軋溫度為865°C，精軋總壓下率為85% ；
其中粗軋結(jié)束后進(jìn)入精軋前，開啟保溫罩防止粗軋后的中間坯溫度降低；
冷卻卷取:精軋后的鋼板層流冷卻，至646°C卷取并進(jìn)入緩冷坑緩冷至室溫，制成商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼；抗拉強(qiáng)度為663MPa，屈服強(qiáng)度為576 MPa，斷后伸長(zhǎng)率23.5%，厚度為6.0_，組織為鐵素體和珠光體混合組織，鐵素體晶粒度等級(jí)為12.5級(jí)，鐵素體體積分?jǐn)?shù)為91%，經(jīng)180°冷彎，b=35mm, d=2a測(cè)試結(jié)果合格。
【權(quán)利要求】
1.一種商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼，其特征在于成分按重量百分比含C0.06?0.09%, Si 0.10?0.20%, Mn 1.30?1.50%, P 彡 0.015%, S 彡 0.005%, A10.02?0.05%,Nb 0.04?0.06%, Ti 0.03?0.05%, N^0.0060%,余量為Fe和不可避免雜質(zhì)，抗拉強(qiáng)度為60(T680MPa，屈服強(qiáng)度為500?580 MPa,斷后伸長(zhǎng)率彡23%,厚度為3.0?6.0mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼，其特征在于組織為鐵素體和珠光體混合組織，鐵素體晶粒度等級(jí)為12?13級(jí)，鐵素體體積分?jǐn)?shù)為90、5%。
3.—種權(quán)利要求1所述的商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼的制備方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行: (1)煉鋼與連鑄:將鐵水進(jìn)行KR脫硫處理后，進(jìn)行LF精煉+RH精煉的雙精煉處理，再喂S1-Ca線進(jìn)行Ca處理；Ca處理后軟吹，軟吹后進(jìn)入中間包，然后采用連鑄結(jié)晶器進(jìn)行全保護(hù)澆鑄；澆鑄后下線入緩冷坑緩冷，獲得上述成分的鑄坯； (2)軋鋼:將鑄坯用3飛小時(shí)加熱至122(Tl280°C，進(jìn)行30?40分鐘均熱處理，均熱處理后出爐溫度為122(T126(TC，再進(jìn)行除鱗和定寬，然后進(jìn)行粗軋和精軋；粗軋出口溫度為102(Tl060°C，粗軋總壓下率為82?83% ;精軋的終軋溫度為85(T890°C，精軋總壓下率為85?93% ;精軋后的鋼板層流冷卻至62(T660°C，最后卷取并進(jìn)入緩冷坑緩冷至室溫，制成商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼的制備方法，其特征在于進(jìn)行LF精煉處理時(shí)，控制到站時(shí)鋁的重量含量為0.02、.05%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼的制備方法，其特征在于所述的RH精煉處理時(shí)純循環(huán)時(shí)間彡8分鐘，所述的Ca處理后軟吹時(shí)間彡12分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的商用汽車輕量化無內(nèi)胎車輪輪輞用鋼的制備方法，其特征在于粗軋結(jié)束后進(jìn)入精軋前，開啟保溫罩防止粗軋后的中間坯溫度降低。
【文檔編號(hào)】C22C38/14GK104278196SQ201410513566
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】張大偉, 杜林秀, 肖寶亮, 高彩茹, 胡軍 申請(qǐng)人:東北大學(xué)