一种抗拉强度590MPa级车轮钢及生产方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种抗拉强度590MPa车轮钢及生产方法。

背景技术：

汽车车轮承载着整个车辆的重量，对质量有非常严格的要求，随着当前汽车行业的快速发展，汽车轻量化的要求在不断的提升，车轮钢的强度级别从380MPa、420MPa、480 MPa在不断的提升，在强度级别提升的同时，车轮钢的焊接性能和成形性能不能降低，这就对高强度汽车车轮用钢提出了更高的要求。

汽车车轮钢对焊接性能和延伸率有比较严格的要求，车轮钢由轮辋和轮辐两部分组成，轮辋裁条后进行焊接，焊接完成后滚压成形，各自成形后需要焊接，的过程中需要焊接和滚压成形，焊接性能差会造成炸裂，延伸率低在滚压的过程中会形成开裂，影响车轮钢的成材率。

在当前现有技术中，通常情况下低级别汽车车轮钢通过碳锰强化，较高级别采用铌钛、钒强化来提升车轮钢的强度，但碳锰、钒强化导致碳当量的提升会降低车轮钢的焊接性能，而铌钛复合强化导致合金成本较高，且钛在焊接过程易生成大尺寸氧化物和氮化物，造成炸裂率和微裂纹率高影响成材率。本发明提供一种采用铌强化大幅度提高力学性能的同时保证车轮钢制造过程中具有良好的塑韧性的生产方法，可以有效提高综合性能和降低成本。

技术实现要素：

本发明提供一种抗拉强度590MPa车轮钢及生产方法，该方法通过铌强化，降低钢中的碳含量，控制O、N元素的含量满足高强度车轮钢的要求，生产工艺稳定，板型容易控制，焊接性能、滚压成形性能优良的车轮钢。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：一种抗拉强度590MPa级车轮钢，所述车轮钢化学成分及重量百分比为：C：0.05～0.09%，Si≤0.1%，Mn：1.4～1.7%，P≤0.015%，S≤0.008%，Nb：0.04～0.055%，O≤0.0025%，N≤0.0040%，Als：0.015～0.045%，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明所述车轮钢钢卷厚度为2～12mm。

本发明所述车轮钢屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥590MPa，延伸率≥24%。

本发明还提供一种上述的抗拉强度590MPa级车轮钢的生产方法，所述生产方法包括下述步骤：转炉冶炼，LF精炼，板坯连铸，板坯加热，高压水除鳞，控制轧制，控轧冷却，卷取。

所述控制轧制工序，包括粗轧轧制、热卷箱、精轧轧制，其中钢卷厚度≤4mm需经过热卷箱；所述LF精炼工序要求微正压保证脱氧和脱硫，出站要求[O]≤20ppm，[N]≤35ppm；所述板坯连铸工序进行大中包保护，防止吸气氧化，产品要求[O]≤25ppm，[N]≤40ppm。

本发明所述控制轧制工序，粗轧经5道轧制后，出口温度为1040～1140℃。

本发明所述控制轧制工序，精轧出口温度为830～890℃。

本发明所述板坯加热工序，将板坯加热至1200～1300℃。

本发明所述控轧冷却工序，层流冷却速度为25～30℃/s。

本发明所述卷取工序，卷取温度为570～650℃。

本发明主要合金元素的作用及机理：

碳：是强化作用非常好且廉价的固溶强化元素，但含量高对焊接不利。

硅：降低钢的可焊接性；酌加一定量的硅，能显著提高铝的脱氧能力；影响钢的表面质量和涂镀质量。

锰：形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用，也间接地提高珠光体钢强度的作用；但是添加多量的锰，会对产品的成分偏析产生不利影响；同时也是提高焊接裂纹敏感系数的元素。

铌：主要的微合金强化元素，通过形成细小弥散的碳氮化物使晶粒细化，显著提高强度，同时其不是裂纹敏感系数元素，对焊接基本无影响。

铝：加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。Al还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。同时也是主要的脱氧剂，有利于降低钢中氧含量。

氧、氮、硫、磷：严格控制元素，其对热卷组织、性能不利，严重影响车轮钢的炸裂率和微裂纹率。

本发明工艺设计思路：轧制工艺：采用控轧控冷技术，将变形和热处理相结合，已得到期望的组织及细化晶粒，提高材料力学性能及冷弯成形性能。轧制时钢坯开轧温度按1200～1300℃范围控制，在这一温度下，使得已经存在的大部分碳、氮化物再度固溶，然后在轧制和卷取过程中析出，起到晶粒细化和析出强化等作用。

结合车轮钢所设计的化学成分，轧制温度的选择对析出强化和细晶强化来讲有此消彼长的影响，同时注意到，如果轧制温度高到使材料在轧时处于未再结晶态或不完全再结晶态，可能会导致晶粒细化不够甚至混晶而影响成形性能，综上考虑，精轧出口温度按830～890℃范围控制，卷取温度按570～650℃范围控制。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明所生产车轮钢，采用铌强化，降低Mn含量用于制作车轮钢，采用新的工艺流程，通过轧制工艺控制，获得了各项性能良好的车轮用钢，并实现工业化生产；钢卷厚度为2～12mm，屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥590MPa，延伸率≥24%。

附图说明

图1为实施例1的抗拉强度590MPa车轮钢显微组织结构图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

一种抗拉强度590MPa车轮钢，化学成分及重量百分比为：C：0.05%、Si：0.1%、Mn：1.4%、P：0.015%、S：0.008%、Nb：0.04%、O：0.0025%、N：0.0040%、Als：0.015%,余量为Fe及不可避免杂质。

采用150吨转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、高压水除鳞、控制轧制（粗轧轧制→热卷箱→精轧轧制）、控轧冷却、卷取生产工艺，

LF精炼工序微正压保证脱氧和脱硫，出站[O]：20ppm，[N]：30ppm；板坯连铸工序进行大中包保护，防止吸气氧化，产品要求[O]：25ppm，[N]：40ppm。

合格的板坯加热到1300℃，粗轧5道次出口温度为1140℃，通过热卷箱，精轧7道次出口温度为890℃，经过28℃/s冷却，卷曲温度为650℃，得到厚度为2.0mm，屈服强度为505MPa，抗拉强度为595 MPa，延伸率为25%的合格车轮钢。

实施例2

一种抗拉强度590MPa车轮钢，化学成分及重量百分比为：C：0.06%、Si：0.08%、Mn：1.5%、P：0.013%、S：0.006%、Nb：0.045%、O：0.0023%、N：0.0038%、Als：0.019%,余量为Fe及不可避免杂质。

采用150吨转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、高压水除鳞、控制轧制（粗轧轧制→精轧轧制）、控轧冷却、卷取生产工艺。

LF精炼工序微正压保证脱氧和脱硫，出站[O]：18ppm，[N]：33ppm；板坯连铸工序进行大中包保护，防止吸气氧化，产品要求[O]：23ppm，[N]：38ppm。

合格的板坯加热到1250℃，粗轧5道次出口温度为1090℃，精轧7道次出口温度为870℃，经过28℃/s冷却，卷曲温度为630℃，得到厚度为5.0mm、屈服强度为520MPa，抗拉强度为605 MPa，延伸率为27%的合格车轮钢。

实施例3

一种抗拉强度590MPa车轮钢，化学成分及重量百分比为：C：0.07%、Si：0.07%、Mn：1.6%、P：0.012%、S：0.005%、Nb：0.050%、O：0.0022%、N：0.0037%、Als：0.023%,余量为Fe及不可避免杂质。

采用150吨转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、高压水除鳞、控制轧制（粗轧轧制→热卷箱→精轧轧制）、控轧冷却、卷取生产工艺。

LF精炼工序微正压保证脱氧和脱硫，出站[O]：10ppm，[N]：35ppm；板坯连铸工序进行大中包保护，防止吸气氧化，产品要求[O]：22ppm，[N]：37ppm。

合格的板坯加热到1280℃，粗轧5道次出口温度为1110℃，精轧7道次出口温度为850℃，经过28℃/s冷却，卷曲温度为610℃，得到厚度为7.0mm，屈服强度为515MPa，抗拉强度为600MPa，延伸率为26%的合格车轮钢。

实施例4

一种抗拉强度590MPa车轮钢，化学成分及重量百分比为：C：0.08%、Si：0.06%、Mn：1.65%、P：0.013%、S：0.006%、Nb：0.053%、O：0.0021%、N：0.0035%、Als：0.030%,余量为Fe及不可避免杂质。

采用150吨转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、高压水除鳞、控制轧制（粗轧轧制→精轧轧制）、控轧冷却、卷取生产工艺。

LF精炼工序微正压保证脱氧和脱硫，出站[O]：15ppm，[N]：28ppm；板坯连铸工序进行大中包保护，防止吸气氧化，产品要求[O]：21ppm，[N]：35ppm。

合格的板坯加热到1250℃，粗轧5道次出口温度为1080℃，精轧7道次出口温度为840℃，经过25℃/s冷却，卷曲温度为590℃，得到厚度为10mm，屈服强度为520MPa，抗拉强度为625MPa，延伸率为25%的合格车轮钢。

实施例5

一种抗拉强度590MPa车轮钢，化学成分及重量百分比为：C：0.09%、Si：0.05%、Mn：1.70%、P：0.012%、S：0.007%、Nb：0.055%、O：0.0024%、N：0.0037%、Als：0.045%,余量为Fe及不可避免杂质。

采用150吨转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、加热、高压水除鳞、控制轧制（粗轧轧制→精轧轧制）、控轧冷却、卷取生产工艺。

LF精炼工序微正压保证脱氧和脱硫，出站[O]：12ppm，[N]：35ppm；板坯连铸工序进行大中包保护，防止吸气氧化，产品要求[O]：24ppm，[N]：37ppm。

合格的板坯加热到1200℃，粗轧5道次出口温度为1040℃，精轧7道次出口温度为830℃，经过30℃/s冷却，卷曲温度为570℃，得到厚度为12mm，屈服强度为510MPa，抗拉强度为600MPa，延伸率为24%的合格车轮钢。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。