抗拉强度为650MPa级良好焊后成形性的车轮用钢及其生产方法与流程

本发明涉及热轧汽车用钢及其生产方法，具体地指一种抗拉强度为650mpa级良好焊后成形性的车轮用钢及其生产方法。

背景技术

随着强制性国标gb1589-2016等限制汽车超载的法规实施，汽车、特别是载重的商用车和挂车对于轻量化的发展需求愈发强烈，车轮作为簧下质量，轻量化效果尤为突出。钢制车轮由于其耐疲劳、低成本等特点，在商用车车轮领域占比极大，因此提高车轮用钢强度级别，减轻钢制车轮用材厚度和零件质量，能够有效的提升商用车轻量化效果。然而车轮作为车辆的运动构件，加工过程复杂，特别是轮辋部件需要在卷圆对焊后，再进行滚型、扩胀等成形工序，对材料的焊接性能及焊接后材料的成形性能要求极高，该性能可以由钢材焊接后的焊缝扩孔实验结果来进行表征。

经初步检索，申请号为201010622948.2的中国发明专利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。车轮钢的成分为：c：0.12～0.14％，si≤0.05％，mn：1.1～1.3％，p：0.008～0.015％，s≤0.003％，alt：0.030～0.060％，nb：0.015～0.025％，ti：0.01～0.02％，o≤23ppm，n≤33ppm，余量为fe及不可避免的杂质。制造工艺为：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。从成分设计上看，该申请的碳元素含量相对较高，影响钢材的冷成形性，不利于后续车轮零件的加工成形。

申请号为201010183475.0的中国发明专利公开了一种高强汽车车轮用钢及其制造方法，该用钢中添加了0.07～0.12％的碳元素，影响钢材后续的焊接加工性能，同时未提及钢材的电阻焊接性能。

申请号为cn200710158965.3的中国发明专利公开了一种车轮钢及其冶炼方法，车轮钢添加了0.09-0.12％的碳元素，不利于提高钢材的焊接性能，且未提及钢材的电阻焊接性能。

申请号为201410786247.0的中国发明专利公开了一种600mpa级的厚规格热轧轮辐用钢及其制造方法，采用c-si-mn-cr体系和轧后常规冷却至350℃以下，不利于获得细晶粒组织，无法满足良好成形性能的要求。

申请号为200810016183.0的中国发明专利公开了一种汽车车轮轮辋用钢带及其制造方法，该轮辋用钢带采用c-si-mn体系和后段冷却方式，难以获得细晶粒组织，无法满足良好成形性能的要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种抗拉强度为650mpa级的车轮钢及其生产方法，该方法采用“低合金-高冷速-高温卷取”的方式来提高钢材强度，并且降低钢材中合金的添加量，降低钢材碳当量提高焊接性能，采用铌微合金化均匀细化钢材组织，并提高焊接后的成形性能。其生产的车轮用钢厚度为1.8～16.0mm，钢材下屈服强度≥550mpa(优选为580～630mpa)、抗拉强度650～780mpa，延伸率≥18％(优选为18～30％)，钢材经过电阻焊接后，焊缝区域的扩孔率≥50％(优选为50～85％)，以满足车轮零件对钢材焊接后的成形要求。

为实现上述目的，本发明提供的一种抗拉强度为650mpa级良好焊后成形性的车轮用钢，所述车轮用钢的化学成分重量百分比包括：c：0.060～0.080％，si：0.10～0.20％，mn：1.20～1.40％，p≤0.008％，s≤0.002％，als：0.020～0.060％，nb：0.056～0.065％，余量为fe及不可避免的杂质。

进一步地，所述车轮用钢的化学成分重量百分比包括：c：0.063～0.076％，si：0.11～0.19％，mn：1.20～1.40％，p≤0.008％，s≤0.002％，als：0.020～0.060％，nb：0.057～0.060％，余量为fe及不可避免的杂质。

再进一步地，所述车轮用钢的化学成分重量百分比包括：c：0.065％，si：0.16％，mn：1.33％，p：0.007％，s：0.002％，als：0.043％，nb：0.059％，余量为fe及不可避免的杂质。

再进一步地，所述车轮用钢的厚度为1.8～16.0mm，钢材下屈服强度为580～630mpa、抗拉强度为650～780mpa，延伸率为18～30％，钢材经过电阻焊接后，焊缝区域的扩孔率为50～85％。

本发明还提供了一种上述抗拉强度为650mpa级良好焊后成形性的车轮用钢的生产方法，该车轮用钢经连铸成坯、分段加热、分段轧制、超快速冷却、卷取和精整六大步骤生产而成，其中，

1)连铸成坯：经过转炉冶炼后进入真空处理，处理时间15～25min，其后将钢水连铸成坯；

2)对铸坯加热进行分段加热：首先进入低温段加热，低温段加热温度为1100～1140℃，低温段加热时间为60～70min；其后进入高温段加热，高温段加热温度为1250～1270℃，高温段加热时间为20～30min；

3)对加热后铸坯进行分段轧制：控制粗轧结束温度为1040～1080℃，控制精轧终轧温度为820～860℃；

4)对轧制后钢卷进行高冷速的超快速冷却：冷却速度为90～130℃/s，冷却至600～620℃，冷却水水温≤30℃；

5)卷取：卷取温度为600～620℃；

6)精整：平整力设定为200～260t。

作为优选方案，所述车轮用钢的厚度为1.8～16.0mm，钢材下屈服强度550～620mpa、抗拉强度660～710mpa，延伸率19～30％，钢材经过电阻焊接后，焊缝区域的扩孔率55～80％。

本发明中各组分及主要工艺的作用及控制的理由：

碳：碳是廉价的固溶强化元素。根据本钢种的应用范围，主要用于加工汽车车轮等零件，需要进行较大程度的冲压变形加工，因此要求材料在满足强度要求的同时，具有良好的冷成形性能。如果其含量小于0.06％，则不能满足材料强度的要求；如果其含量大于0.08％，则不能满足材料的良好成形性能。所以，将其含量限定在0.06～0.08％范围。

硅：硅在本发明中属于有益元素。车轮钢中添加微量si元素，在轮辋零件闪光焊接时，可形成熔点较低的硅酸盐氧化物，使其快速形成焊渣，并在扒渣工序中去除，从而提高轮辋的焊缝质量，保证后续滚型、扩胀的要求。但过高的硅含量会恶化热轧钢板的表面质量，因此将硅含量控制在0.10～0.20％。

锰：锰是提高强度和韧性最有效的元素。如果其含量小于1.20％，则不能满足材料强度要求；但是添加多量的锰，会导致增加钢的淬透性，由于焊接硬化层的出现而使裂纹敏感性增高，且增加钢材的合金成本。鉴于此，将其上限定为1.40％，所以，将其含量限定在1.20～1.40％范围。

磷：为了避免材料的焊接性能、冲压成形性能、韧性、二次加工性能发生恶化，设定其含量上限为0.008％。所以将其含量控制在0.008％以下。

硫：硫是非常有害的元素。钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。因此，将钢中硫含量控制在0.002％以下。

铝：铝是为了脱氧而添加的，当als含量不足0.020％时，不能发挥其效果；另一方面，由于添加多量的铝容易形成氧化铝团块，所以，规定als上限为0.060％。因此，als含量限定在0.020～0.060％范围。

铌：铌主要通过细化晶粒和沉淀析出强化来提高钢的强度，是强烈的碳、氮化合物形成元素，在钢中主要以形式存在。轧制过程中通过形变诱导析出细小的nb(c、n)颗粒细化奥氏体晶粒，并在后续过程中进一步析出，起到沉淀强化效果。此外在钢材焊接后冷却过程中，nb元素能够在焊缝及热影响区域析出细小颗粒物，从而细化焊接后焊缝及热影响区的晶粒尺寸，提高该区域的成形性能。当其含量低于0.056％时，不能满足材料高强度的要求；而加入的铌高于0.065％时，已能满足其强度与成型性能的要求，若再添加，合金成本会显著上升。所以，根据钢种的性能目标要求，将其含量限定在0.056～0.065％范围。

除了对以上化学成分的范围作了限定以外，从提高材料成形性、经济性的观点出发，本发明未添加cu、cr、ni、mo等贵重合金元素。

对铸坯进行分段加热并保温，是本发明的关键技术点。先进行低温段加热，使低熔点的合金元素充分固溶，低温段加热温度控制在1100～1140℃，低温段加热时间60～70min；再进行高温段加热，使高熔点的合金元素充分固溶，高温段加热温度控制在1250～1270℃，高温段加热时间20～30min。采用快速高温加热方式，使合金充分溶解的同时降低钢坯表面氧化铁皮的数量，保证钢材具有良好的表面质量。

进行分段轧制，并控制粗轧结束温度在1040～1080℃，控制精轧终轧温度在820～860℃。这是因为如果粗轧结束温度低于1040℃，则无法保证精轧终轧温度达到设定值，增大轧制负荷，增加能耗；如高于1080℃，则会产生较多的氧化铁皮，影响钢材的表面质量。如果精轧终轧温度低于820℃，则会在材料的两相区内进行轧制，造成混晶等缺陷；如高于860℃，则钢材的原始奥氏体晶粒会过于粗大，降低钢材的强度。

对轧制后钢卷进行高冷速的超快速冷却，冷却速度为90～130℃/s，冷却至600～620℃，控制冷却水水温≤30℃。高的冷却速度能够抑制终轧后奥氏体晶粒的回复和长大，细化卷取前的奥氏体晶粒，起到细晶强化作用；此外高冷速可以保留晶粒中大量由轧制变形产生的位错等形变亚结构，这些形变亚结构也能够起到抑制晶粒长大的作用；最后高的冷却速度减少了带钢在620～820℃的停留时间，减少了在此温度区间内的nb(c、n)颗粒析出，使更多的nb(c、n)颗粒在600～620℃及以下温度段得以大量析出，起到强烈的弥散强化作用，使钢材能够在较低的合金添加情况下达到高强度。

控制冷却水水温≤30℃是为了保证冷却时的冷却速度。

控制精整阶段的平整力，是为了在保证带钢板形的前提下消除屈服平台，有利于钢材的加工成形。

本发明的有益效果在于：

本发明与现有技术相比，所生产的抗拉强度650mpa级车轮用钢能有效的获得细晶粒铁素体+珠光体+贝氏体组织，钢材下屈服强度≥550mpa(优选为580～630mpa)、抗拉强度650～780mpa，延伸率≥18％(优选为18～30％)，钢材经过电阻焊接后，焊缝区域的扩孔率≥50％(优选为50～85％)，以满足车轮零件对钢材焊接后的成形要求。

附图说明

图1为本发明的金相组织图，组织类型为铁素体+珠光体+贝氏体。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

抗拉强度为650mpa级良好焊后成形性的车轮用钢，所述车轮用钢的化学成分重量百分比包括：c：0.06～0.08％，si：0.10～0.20％，mn：1.20～1.40％，p≤0.008％，s≤0.002％，als：0.020～0.060％，nb：0.056～0.065％，余量为fe及不可避免的杂质。

上述抗拉强度为650mpa级良好焊后成形性的车轮用钢的生产方法，该车轮用钢经连铸成坯、分段加热、分段轧制、超快速冷却、卷取和精整六大步骤生产而成，其中，

1)连铸成坯：经过转炉冶炼后进入真空处理，处理时间＞15min，其后将钢水连铸成坯；

2)对铸坯加热进行分段加热：首先进入低温段加热，低温段加热温度为1100～1140℃，低温段加热时间为60～70min；其后进入高温段加热，高温段加热温度为1250～1270℃，高温段加热时间为20～30min；

3)对加热后铸坯进行分段轧制：控制粗轧结束温度为1040～1080℃，控制精轧终轧温度为820～860℃；

4)对轧制后钢卷进行高冷速的超快速冷却：冷却速度为90～130℃/s，冷却至600～620℃，冷却水水温≤30℃；

5)卷取：卷取温度为600～620℃；

6)精整：平整力设定为200～260t。

基于上述车轮用钢的化学成分重量百分比和生产方法设计下述实施例进行生产。

表1本发明各实施例的化学成分列表

表2本发明各实施例的主要工艺参数列表

表3本发明各实施例力学性能检测结果列表

从图1和表3可以看出，采用本发明设计的成分与工艺制造的650mpa级车轮钢，闪光焊接后的焊缝区域扩孔率能达到50％以上，使钢材具有良好的焊后成形性能。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。