各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢及其制造方法和应用与流程

本发明涉及微合金化钢制造领域，具体涉及一种各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢及其制造方法和应用。

背景技术：

车轮是汽车关键部件之一，一般是由轮毂、轮辋和轮辐组成，其在高速旋转下，通常承受交变机械应力、路面冲击载荷和惯性制动造成的局部温度应力等，这将严重影响车轮的使用寿命。轮辐作为汽车车轮构成之一，主要用于将轮毂和轮辋连接起来，并通过螺栓与轮毂连接起来，因此其使用寿命的长短也将影响车轮的使用寿命。

目前，汽车轮幅材料主要以Q235B、420CL、490CL、540CL和590CL等厚规格普碳和低合金高强度钢为主。

专利CN104388824A公开了一种600MPa级的厚规格热轧轮辐用钢及其制造方法，该发明通过铁水预处理-转炉冶炼-LF-连铸-热连轧工艺制备出屈服强度380～410MPa、抗拉强度600～640MPa、延伸率34～40％，具有良好成型性能和焊接性能的汽车轮辐用钢板。

专利CN101280389B公开了一种汽车车轮轮辐用钢带及其制造方法，该发明通过铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF钢包精炼-板坯连铸-热连轧机组轧制工艺制备出屈服强度300～370MPa、抗拉强度400～460Mpa、延伸率28～38％，具有良好塑性、冲压成型性能和焊接性能的旋压轮辐用钢带。

专利CN102127706A公开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，该发明通过Nb、Ti微合金化调整车轮钢的成分，制得抗拉强度级别在500Mpa以上、延伸率30％以上、弯曲疲劳寿命达50万次以上的车轮钢，径向疲劳寿命达到145万次以上，车轮减重12～15％，是用于生产重卡汽车轮辋、轮辐的理想板材，但其生产工艺仍为传统钢的生产工艺，即铁水预处理脱硫-顶底复吹转炉-LF炉精炼处理-板坯连铸-热轧-成品。

以上汽车轮辐用钢板的制造过程多采用热连轧工艺，由于其生产特性，钢板存在严重的纵横向性能差异，性能的差异影响加工后的轮幅各向同性，从而影响疲劳寿命。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决现有汽车轮辐用热连轧钢板存在各向性能差异大，造成汽车轮辐疲劳寿命短的问题，提供一种各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢及其制造方法和应用。

为实现上述目的，本发明所设计的各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢，按重量百分数计，其化学组成为：C：0.14～0.16％、Si：0.25～0.30％、Mn：1.35～1.50％、P≤0.014％、S≤0.019％、Al_t：0.035～0.05％、Ti：0.01～0.02％、O≤0.0022％和N≤0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步地，所述的专用汽车轮辐钢，按重量百分数计，其化学组成为：C：0.15～0.16％、Si：0.26～0.28％、Mn：1.38～1.45％、P≤0.012％、S≤0.012％、Al_t：0.038～0.045％、Ti：0.012～0.018％、O≤0.0019％和N≤0.0025％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步地，所述的专用汽车轮辐钢，按重量百分数计，其化学组成为：C：0.15％、Si：0.27％、Mn：1.40％、P：0.010％、S：0.012％、Al_t：0.035％、Ti：0.015％、O：0.0019％和N：0.0025％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢的制造方法，包括铁水脱硫预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、板坯连铸、热轧、冷却和热处理工艺，所述的热轧工艺，采用粗轧和精轧两阶段轧制模式，粗轧阶段的横轧道次与纵轧道次的比例满足1∶1.5N，N为正整数，且N≥2；所述的冷却工艺，辊道运输速度V_辊与钢板长度L_t和冷却水量Q之间满足：V_辊/(L_t×Q×K)＝1/6，其中，K为钢板冷却过程的控制系数，K＝0.1～0.9，V_辊的单位为m/s，L_t的单位为mm，Q的单位为L/min。

进一步地，所述的热轧工艺中，粗轧轧制7～11道，粗轧开轧温度为1150～1250℃，终轧温度为1050～1100℃，精轧轧制6道，精轧开轧温度为960～1030℃，终轧温度为780～830℃。

进一步地，所述的热处理工艺中，正火温度为AC₃+30℃～AC₃+50℃，其中，AC₃为亚共析钢加热时，铁素体全部转变成奥氏体的终了温度。

上述各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢在制造汽车轮辐中的应用，是将所制钢板采用旋压方式制成汽车轮幅，旋压速度V_旋与钢板厚度H和旋压压力P之间满足(V_旋×P)/H＝3，其中V_旋的单位为r/s，H的单位为mm，P的单位为MPa。

本发明的优点在于：

(1)采用本发明的方法设计的钢板的金相组织为铁素体和珠光体，组织特征形貌均匀，使其具有优异的力学性能，其抗拉强度可达510MPa以上，且纵横向力学性能差异可控制在50MPa以内，保证了采用所制钢板制作的轮幅性能的各向同性，从而有利于轮辐在高速旋转下，保持稳定的振幅，进而保障其疲劳寿命，其疲劳寿命可达到240万次以上。

(2)采用本发明的方法设计的钢板制作的14.5mm轮幅，经过汽车车轮公司检验使用，生产过程无开裂、旋压分层等现象，产品尺寸符合产品图要求，工艺性能能满足公司生产要求。

附图说明

图1为本发明专用汽车轮辐钢的金相组织横向显微结构示意图。

图2为本发明专用汽车轮辐钢的金相组织纵向显微结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

一种各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢，按重量百分数计，其化学组成为：C：0.16％、Si：0.30％、Mn：1.50％、P：0.014％、S：0.011％、Al_t：0.05％、Ti：0.02％、O：0.0022％和N：0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢的制造方法，包括铁水脱硫预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、板坯连铸、热轧、冷却和热处理工艺，所述的热轧工艺，采用粗轧和精轧两阶段轧制，且粗轧阶段横轧道次与纵轧道次比例为1∶3，其中，粗轧8道次，粗轧开轧温度为1200℃，终轧温度为1075℃，精轧轧制6道，精轧开轧温度为1000℃，终轧温度为800℃，所得钢板轧制厚度为14.5mm，轧制长度为24580mm；所述的冷却工艺，以10m/s辊道运输速度，50L/min的冷却水量，将轧制的钢板放入ACC冷却装置快速冷却；所述的热处理工艺，将经过冷却的钢板放入热处理炉按照850℃进行正火处理，时间45min。

采用旋压方式将上述工艺制得的各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢制成汽车轮幅，其中，旋压速度为8.7r/s，旋压压力为5MPa。

实施例2

一种各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢，按重量百分数计，其化学组成为：C：0.14％、Si：0.25％、Mn：1.35％、P：0.012％、S：0.019％、Al_t：0.04％、Ti：0.01％、O：0.0021％和N：0.0028％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢的制造方法，包括铁水脱硫预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、板坯连铸、热轧、冷却和热处理工艺，所述的热轧工艺，采用粗轧和精轧两阶段轧制，且粗轧阶段横轧道次与纵轧道次比例为1∶4.5，其中，粗轧11道次，粗轧开轧温度为1150℃，终轧温度为1050℃，精轧轧制6道，精轧开轧温度为960℃，终轧温度为780℃，所得钢板轧制厚度为14.5mm，轧制长度为34045mm；所述的冷却工艺，以11m/s辊道运输速度，30L/min的冷却水量，将轧制的钢板放入ACC冷却装置快速冷却；所述的热处理工艺，将经过冷却的钢板放入热处理炉按照850℃进行正火处理，时间45min。

采用旋压方式将上述工艺制得的各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢制成汽车轮幅，其中，旋压速度为8.7r/s，旋压压力为5MPa。

实施例3

一种各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢，按重量百分数计，其化学组成为：C：0.15％、Si：0.27％、Mn：1.40％、P：0.010％、S：0.012％、Al_t：0.035％、Ti：0.015％、O：0.0019％和N：0.0025％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢的制造方法，包括铁水脱硫预处理、转炉冶炼、LF炉精炼、板坯连铸、热轧、冷却和热处理工艺，所述的热轧工艺，采用粗轧和精轧两阶段轧制，且粗轧阶段横轧道次与纵轧道次比例为1∶6，其中，粗轧7道次，粗轧开轧温度为1250℃，终轧温度为1100℃，精轧轧制6道，精轧开轧温度为1030℃，终轧温度为830℃，所得钢板轧制厚度为14.5mm，轧制长度为23720mm；所述的冷却工艺，以9m/s辊道运输速度，45L/min的冷却水量，将轧制的钢板放入ACC冷却装置快速冷却；所述的热处理工艺，将经过冷却的钢板放入热处理炉按照850℃进行正火处理，时间45min。

采用旋压方式将上述工艺制得的各向性能均匀的14.5mm厚专用汽车轮辐钢制成汽车轮幅，其中，旋压速度为8.7r/s，旋压压力为5MPa。

对采用本发明的方法制备的钢板的力学性能进行测试，并对所制轮辐的疲劳寿命进行测试，其中轮辐疲劳寿命测试时，所用弯曲力矩为21.6KN·m。表1为所制钢板的力学性能和轮辐的疲劳寿命。

由表1可知，采用本发明的方法设计的钢板具有优异的力学性能，其抗拉强度可达510MPa以上，纵横向力学性能差异可控制在50MPa以内，且采用所制钢板制作的轮幅疲劳寿命可达到240万次以上。

图1和图2分别为采用本发明的方法设计的钢板的金相组织横向显微结构和纵向显微结构。由图1和图2可知，采用本发明的方法设计的钢板的组织特征形貌均匀，金相组织为多边形铁素体和珠光体，铁素体比例为55～60％、珠光体比例为40～45％，珠光体长条带状组织被细小的多边形铁素体晶粒分割，均匀地分布在铁素体晶粒之间，使得本发明所制钢具有良好的塑形、韧性和强度，同时有利于降低钢的各向异性差异。

表1