一种高强汽车车轮用钢及其制造方法 【技术领域】
本发明属于高强冲压用钢技术领域，特别是提供了一种高强度汽车车轮用钢的制造方法。
背景技术
近几年随着国内汽车工业的大力发展，汽车车轮行业也在材质和结构上迅猛发展。为使我国汽车工业独立自主地发展，减少国外进口钢材的数量，在保证钢材强度、刚度，减轻车重的基础上，对车轮用钢进行系列性、专用化的研究，以满足汽车工业的急需，是当前的紧迫任务。
目前国内车轮用钢普遍使用Q235B等热轧板卷，强度偏低、疲劳性能差，钢板厚而重。但是近几年随着汽车工业的发展以及对高强车轮钢需求的增加，国内钢厂开始重视汽车车轮专用钢材的开发。车轮用钢不仅仅要求高强度，而且对钢板的成形性、焊接性能、扩孔性能和疲劳性能等都有很高的要求。
“钛在汽车轮钢中的作用及合金化工艺探讨”(《钢铁》，Vol.36(2001)，p.48)介绍在制造汽车车轮用钢时加入Ti( )，含量为0.014-0.100％。“鞍钢ASP线汽车车轮用钢的研制”(《汽车工艺与材料》，Vo1.6(2004)，p.57)叙述在制造汽车车轮用钢时加入Nb，加入量≤0.030％，热轧后抗拉强度为460MPa。但是Nb和Ti都属于贵重元素，显然增加了制造成本。因此，低成本、高强度车轮用钢的开发迫在眉捷。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种高强度汽车车轮用钢的制造方法，解决了目前国内车轮用钢普遍强度偏低、钢板较厚和疲劳性能差、生产成本偏高的问题，使车身减重、减少油耗、节约能源。
本发明的技术方案是：
1、一种高强汽车车轮用钢，其特征在于：其化学成分重量百分比：C：0.07～0.12％，Si：0.01～0.1％，Mn：1.0～1.2％，P：0.008～0.015％，S：≤0.006％，Al
t：0.020～0.040％，余量为Fe及其它杂质元素。
2、一种高强汽车车轮用钢的生产方法，该车轮用钢的成分为：C：0.07～0.12％，Si：0.01～0.1％，Mn：1.0～1.2％，P：0.008～0.015％，S：≤0.006％，Al
t：0.020～0.040％，余量为Fe及其它杂质元素；均为重量百分比，其特征在于：(1)铁水预处理阶段脱硫至≤0.015％；(2)转炉冶炼阶段控制钢中终点P≤0.015％，终点S≤0.020％；(3)LF炉精炼阶段控制终点P在0.008～0.015％，终点S≤0.006％；(4)连铸阶段采用氩气全保护浇铸；板坯进入加热炉，加热温度控制在1210～1290℃，加热时间控制在2.8～3.5小时，经粗轧后出口温度控制在1000～1080℃，精轧后终轧温度控制在800～860℃，最后经层流冷却至卷取温度540～640℃。
本发明在满足强度、延伸率条件下，为了获得更好的疲劳性和冲压性，对车轮钢进行了成分调整，通过调节C、Si、Mn的含量和生产工艺，使强度级别在380～480MPa变化，延伸率在26.0～43.0％，其合金成分如表1所示。
表1 高强汽车车轮用钢的合金成分(Wt.％)
C Si Mn P S Alt
0.07～0.12 0.01～0.1 1.0～1.2 0.008～0.015 ≤0.006 0.020～0.040
下面对于本发明要求范围给予说明：碳元素能够显著提高钢材的抗拉强度本发明要求钢中C含量为0.07～0.12％，C含量大于0.12％会影响钢板的成形性和焊接性能，C含量小于0.07％会导致抗拉强度和疲劳寿命降低；钢中Si含量要求在0.01～0.1％，Si含量大于0.3％会导致钢中SiO
2·MnO·Al
2O
3体系夹杂物过多，从而影响钢板的焊接性能；钢中Mn含量要求为1.0～1.2％，Mn元素能够改善钢材的力学性能，Mn含量大于1.50％不仅仅能够引起上述夹杂物问题，而且可能会导致钢中层状马氏体生成，影响了钢板的扩孔性能，Mn含量小于1.0％可能会导致力学性能不合；钢中P含量要求在0.008～0.015％，P含量大于0.030％会导致钢板塑性及韧性下降；钢中S元素要求小于0.006％，S含量大于0.006％会影响钢板焊接性能和扩孔性能；钢中全铝Al
t要求为0.020～0.040％，Al
t大于0.040％不仅仅会导致连铸水口堵塞，而且会导致钢中夹杂物超标，影响了成型性能和焊接性能等，Al
t小于0.020％会导致钢中氧难以控制在低含量；钢板中氧含量过高会导致夹杂物超标和车轮成品的疲劳寿命降低，氮含量过高会降低钢的塑性、韧性和冲击性能，因此本发明要求在连铸阶段实施氩气全保护浇铸，以防止二次氧化和钢水增氮。铁水预处理阶段要求脱硫至≤0.015％，脱硫效果不好会增加LF炉精炼负担，导致成本增加；转炉冶炼阶段要求钢中终点P≤0.015％和终点S≤0.020％，以防止钢板中P和S元素带来的影响；LF炉精炼阶段要求终点P在0.008～0.015％，终点S≤0.006％，以防止钢板中P和S元素带来的影响。
轧制时加热温度不应过高，加热时间不应太长，避免表面过热过烧和严重氧化铁皮的产生，选择1210～1290℃之间较合适；对各轧制温度点要严格控制，选择合理的粗轧出口温度，保证后期轧制温降在一个合适范围，故此温度不应低于1000℃，控制在1000～1080℃；终轧温度不应太低，避免组织中产生混晶，在800℃以上终轧合适，控制在800～860℃；卷取温度应控制在合理范围，过高会使强度太低，而过低的卷取温度会使得塑性变差，故选择540～640℃作为一个合理的卷取温度区间。
本发明的技术效果：采用该发明，与以前的车轮用钢相比，高强车轮钢的抗拉强度可达到380～480MPa，延伸率在26.0～43.0％。其合金化成本低，可获得高强度、高疲劳性能和高冲压性能钢板，有效地降低了车身自重，减少了油耗，是用于生产汽车轮辋、轮辐的理想板材。
具体实施方式：
高强汽车车轮用钢的生产工艺如下：
(1)炼钢工艺：首先进行铁水预处理脱硫，脱硫后终点硫含量≤0.005％；然后进行转炉冶炼，钢水终点目标温度1610-1680℃，终点碳含量为0.03～0.05％，终点硫含量≤0.010％，终点磷含量≤0.012％，转炉出钢过程采用Al-Fe合金脱氧，Al加入量为1.2～2.2kg/t，采用Mn-Fe合金调整Mn含量，可以调整Mn含量至1.0～1.2％，也可以调整至接近1.0％，转炉出钢后加铝粒进行渣脱氧，Al加入量为0.09～0.20kg/t，保证渣脱氧后渣中全铁含量≤5％，钢中其它成分含量几乎不变；在LF炉精炼处理过程，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫，终点硫含量≤0.006％，采用Mn-Fe调整Mn含量至1.0～1.2％，，采用Si-Fe调整硅含量至0.01～0.1％，精炼结束温度控制在1540～1590℃，钢中LF炉精炼终点各成分含量达到表1要求；最后是连铸阶段，为防止钢水二次氧化和增氮，采用氩气全保护浇铸，为防止卷渣，结晶器液面波动在±3mm；
(2)热轧工艺：板坯进入加热炉，加热温度控制在1210～1290℃，加热时间2.8～3.5小时，经粗轧后出口温度控制在1000～1080℃，经6机架精轧后终轧温度控制在800～860℃，最后经层流冷却至卷取温度540～640℃。轧件出精轧机后，尽可能快冷却速度冷却到目标卷取温度。
实施例1：
按照高强汽车车轮用钢的生产工艺在现场试制生产车轮钢1号。
冶炼工艺如下：首先进行铁水预处理脱硫，然后进行转炉冶炼，终点目标温度1660℃，采用Al-Fe合金脱氧，Al加入量为2kg/t，采用Mn-Fe合金配Mn，出钢后加铝粒进行渣脱氧，Al加入量为1.2kg/t；接下来是LF炉精炼处理，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫，采用Mn-Fe调Mn，采用Si-Fe调Si，精炼结束温度控制在1560℃，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫；最后是连铸阶段，采用氩气全保护浇铸，结晶器液面波动在±3mm。按表2所示工艺严格控制炼钢终点，表3为板坯熔炼成分。
对于表3的成分，配以合适的轧钢工艺如下：板坯进入加热炉，加热温度控制在1240℃，加热时间3.5h，经粗轧后出口温度控制在1020℃，经6机架精轧后终轧温度控制在830℃，最后经层流冷却至卷取温度580℃，如表4所示。
成品车轮钢板经检测力学性能如表5所示。
对于本发明的车轮钢热轧板卷，已经大批量供给国内两家车轮厂进行制造车轮钢的轮辐和轮辋，表面质量、成形性、力学性能和焊接性能都达到了用户的要求。特别是钢号1的产品，国内某车轮厂制成轮辐后进行了弯曲疲劳试验，在加载系数为1.5的条件下循环次数达到了31万次，远高于国标GB/T5909-1995的要求。
表2 炼钢工艺控制(Wt.％)
钢号 预处理终点S 转炉终点P 转炉终点S LF炉终点P LF炉终点S
1 0.005 0.006 0.008 0.010 0.006
表3 板坯熔炼成分(Wt.％)
钢号 C Si Mn P S Alt O N
1 0.07 0.01 1.02 0.010 0.006 0.023 - -
表4 轧钢工艺控制
钢 号 成品厚度 /mm 加热温度/ ℃ 加热时 间/h 粗轧出口温 度/℃ 精轧终轧温 度/℃ 卷取温度 /℃
1 14 1240 3.5 1020 830 580
表5 力学性能
钢号 厚度/mm 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/％
1 14 300 380 26.0
实施例2
按照高强汽车车轮用钢的生产工艺在现场试制生产车轮钢2号。
冶炼工艺如下：首先进行铁水预处理脱硫，然后进行转炉冶炼，终点目标温度1670℃，采用Al-Fe合金脱氧，Al加入量为2kg/t，采用Mn-Fe合金配Mn，出钢后加铝粒进行渣脱氧，Al加入量为1.2kg/t；接下来是LF炉精炼处理，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫，采用Mn-Fe调Mn，采用Si-Fe调Si，精炼结束温度控制在1570℃，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫；最后是连铸阶段，采用氩气全保护浇铸，结晶器液面波动在±3mm。按表6所示工艺严格控制炼钢终点，表7为板坯熔炼成分。
对于表7的成分，配以合适的轧钢工艺如下：板坯进入加热炉，加热温度控制在1240℃，加热时间3.5h，经粗轧后出口温度控制在1020℃，经6机架精轧后终轧温度控制在830℃，最后经层流冷却至卷取温度580℃，如表8所示。
成品车轮钢板经检测力学性能如表9所示。
表6 炼钢工艺控制(Wt.％)
钢号 预处理终点S 转炉终点P 转炉终点S LF炉终点P LF炉终点S
2 0.005 0.005 0.011 0.012 0.004
表7 板坯熔炼成分(Wt.％)
钢号 C Si Mn P S Alt O N
2 0.09 0.09 1.13 0.011 0.004 0.034 0.0021 0.0035
表8 轧钢工艺控制
钢 号 成品厚度 /mm 加热温度/ ℃ 加热时 间/h 粗轧出口温 度/℃ 精轧终轧温 度/℃ 卷取温度 /℃
2 6.8 1240 3.5 1020 830 580
表9 力学性能
钢号 厚度/mm 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/％
2 6.8 350 460 33.5
实例3
按照高强汽车车轮用钢的生产工艺在现场试制生产车轮钢3号。
冶炼工艺如下：首先进行铁水预处理脱硫，然后进行转炉冶炼，终点目标温度1680℃，采用Al-Fe合金脱氧，Al加入量为2kg/t，采用Mn-Fe合金配Mn，出钢后加铝粒进行渣脱氧，Al加入量为1.2kg/t；接下来是LF炉精炼处理，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫，采用Mn-Fe调Mn，采用Si-Fe调Si，精炼结束温度控制在1580℃，炉内保持还原性气氛，强搅拌脱硫；最后是连铸阶段，采用氩气全保护浇铸，结晶器液面波动在±3mm。按表10所示工艺严格控制炼钢终点，表11为板坯熔炼成分。
对于表11的成分，配以合适的轧钢工艺如下：板坯进入加热炉，加热温度控制在1260℃，加热时间3.5h，经粗轧后出口温度控制在1010℃，经6机架精轧后终轧温度控制在830℃，最后经层流冷却至卷取温度580℃，如表12所示。
成品车轮钢板经检测力学性能如表13所示。
表10 炼钢工艺控制(Wt.％)
钢号 预处理终点S 转炉终点P 转炉终点S LF炉终点P LF炉终点S
3 0.005 0.009 0.013 0.013 0.003
表11 板坯熔炼成分(Wt.％)
钢号 C Si Mn P S Alt O N
3 0.12 0.10 1.17 0.013 0.003 0.036 - -
表12 轧钢工艺控制
钢 号 成品厚度 /mm 加热温度/ ℃ 加热时 间/h 粗轧出口温 度/℃ 精轧终轧温 度/℃ 卷取温度 /℃
3 13 1260 3.5 1010 830 580
表13 力学性能
钢号 厚度/mm 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/％
3 13 340 475 28.0