重卡超厚鋼製輪輻用鋼及其製造方法
2023-10-27 12:08:12
重卡超厚鋼製輪輻用鋼及其製造方法
【專利摘要】本發明屬於軋鋼【技術領域】，涉及一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼及其製造方法，微量元素質量百分比：碳：0.07～0.12%；矽：0.05～0.15%；錳：0.7～1.1%；鈮：0.01～0.03%；鈦：0.01～0.03%；磷：≤0.015%；硫：≤0.005%；鋁：0.02～0.05%；氮:≤0.006%，製造方法為經KR脫硫和LF法處理得到鑄坯，進行粗軋與精軋，層流冷卻，卷取得到所需鋼。本發明通過冶煉出上述微量元素質量百分比的鑄坯，並採用低溫加熱、低溫軋制及高溫卷取的工藝，滿足了重卡輪輻用鋼對易旋壓性、表面質量及性能穩定性的要求，大大降低了重卡車輪崩口破碎率。
【專利說明】重卡超厚鋼製輪輻用鋼及其製造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於軋鋼【技術領域】，特別涉及一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼及其製造方法。【背景技術】
[0002]隨著物流成本的不斷提高，使得重卡運輸行業的利潤空間不斷縮小，進而導致重卡的超載現在非常嚴重，「超載才能有一定的利潤」逐漸成為了行業潛規則。另據統計，與載重貨車有關的道路交通事故中，80%以上是由於超載運輸造成的。事故一旦發生，將對人民的財產及人身安全帶來巨大的威脅和損失。然而，治理超載是一項系統的工程，其涉及車輛生產、改裝與管理、運輸市場及管理體制等多個部門和領域，情況錯綜複雜，治理難度相當大。因此，涉及重卡製造的相關技術人員如何設計出能承受一定超載能力的重卡變得越來越有必要。
[0003]據研究，超載事故中的一個重要起因是重卡車輪輪輻的崩口破碎。重卡車輪輪輻的崩口破碎是車輪在長期高溫超載情況下受交變應力的作用發生疲勞失效。隨著鋼材料的製造工藝越來越好，車輪鋼強度的不斷提升，車輪厚度設計的越來越小，適應了現在對車輪輕量化的需求。但是對於重卡來說，重卡車輪厚度的降低會造成整體車輪的剛度下降，在承載很大的重量時，行駛過程中車輪輪輻因承受過大壓力而崩口或破碎的現象非常嚴重。因此，重卡需要超厚的鋼製輪輻。
[0004]然而，超厚重卡鋼製輪輻的生產加工需要複雜的旋壓變形，進而使得某些部位厚度減薄較大。在旋壓加工時易出現開裂，既浪費資源又影響生產節奏，需要被加工的材料具有良好的冷加工性能；另外，隨著汽車行業競爭越來越激烈，整車廠對車輪的美觀度要求越來越高，也就是說原材料要具有良好的表面質量；而且，由於輪輻下料的隨機性，而旋壓設備採用統一工藝參數，為了保證輪輻成型工藝的穩定性，原料鋼卷整卷力學性能穩定性至關重要。
[0005]因此，亟需一種鋼材剛度、潔淨度、組織均勻性、性能穩定性及表面質量都良好的重卡超厚鋼製輪輻用鋼及其製造方法。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼及其製造方法，以實現重卡對輪輻鋼材剛度、潔淨度、組織均勻性、整卷性能穩定性及車輪表面美觀度的特殊要求，提高了輪輻旋壓加工成材率，大大降低了重卡車輪崩口破碎率。
[0007]為解決上述技術問題，本發明提供了一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼，包括如下質量百分比的化學成分:碳:0.07~0.12% ;矽:0.05~0.15% ;錳:0.7~1.1% ;鈮:0.01~0.03% ;鈦:0.01 ~0.03% M S 0.015% ;硫 S 0.005% ;鋁:0.02 ~0.05% ;氮:≤ 0.006%,其它為鐵和不可避免的微量雜質。
[0008]本發明提供的一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼，通過優化生產工藝，控制成形鋼的化學成分比例，降低了其中的Mn的含量至鋼質量的0.7~1.1%，減輕了鑄坯的偏析，防止了超厚規格板卷軋制時出現分層現象；添加適量質量比的Nb和Ti元素，滿足了鋼的強度和延伸率的要求。
[0009]本發明還提供一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法，所述製造方法包括:
[0010]將鐵水通過KR脫硫預處理和轉爐冶煉，再採用LF精煉法精煉，然後利用連鑄機獲得所需要的鑄坯；
[0011]先對所述鑄坯進行持續的加熱，加熱溫度在1180~1220°C之間，然後經定寬壓力機軋制至所需寬度，再進行粗軋和精軋控制、冷卻控制和卷取，所述精軋入口溫度在900~950°C之間，所述精軋的終軋溫度控制在840~880°C之間；所述冷卻控制為層流冷卻，並使得卷取溫度控制在620-660°C之間。
[0012]進一步的，所述先對所述鑄坯進行持續的加熱至1180~1220°C之間的加熱持續時間為3.0~5.0小時之間。
[0013]進一步的，所述終軋的鑄坯厚度在16.0~22.0mm之間。
[0014]進一步的，所述LF精煉法結束時，鋼水中的鋁含量佔所述鋼水的質量百分比在0.02 ~0.05% 之間。
[0015]進一步的，所述利用連鑄機獲得所需要的鑄坯之前還包括進行全保護澆鑄，用於防止鋼水增氮。
[0016]進一步的，所述粗軋為對所述鑄坯進行二輥和四輥粗軋。
[0017]相對於現有技術，本發明提供的一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法，通過KR脫硫工藝，使得入爐鐵水的硫含量較低，減小了 LF精煉法精煉過程脫硫的壓力；在轉爐冶煉過程中不使用生鐵塊，防止轉爐冶煉過程中回硫；精煉到站的鋁含量控制在鋼水質量百分比的0.02~0.05%之間，為控制回矽創造有利條件；利用LF精煉法對鋼水的化學成分進行準確的控制，並進行全保護澆鑄，防止了鋼水的增氮；另外，通過對鑄坯進行低溫加熱，起到降耗增效的作用，而且較低的出爐溫度能加快軋制節奏，為精軋階段的低溫軋制提供保障，精軋過程中，低溫軋制增加了奧氏體在未結晶區形變量，增加畸變能，進而提高了鐵素體形核率，最終起到細化晶粒的作用；較短的軋制時間能夠減少鋼板表面氧化鐵皮的形成，提高鋼板的表面質量；較高的卷取溫度有利於形成組織均勻性好，易於加工，性能穩定性高的鋼材。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本發明實施方式一提供的一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼金相組織的結構示意圖；
[0020]圖2為本發明實施方式二提供的一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法的流程示意圖；
[0021] 圖3為本發明實施方式三提供的一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法的另一流程示意圖。【具體實施方式】
[0022]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0023]實施方式一
[0024]本發明提供的一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼，包括如下質量百分比的化學成分:碳:0.07 ~0.12% ;矽:0.05 ~0.15% ;錳:0.7 ~1.1% ;鈮:0.01 ~0.03% ;鈦:0.01 ~0.03% ；磷:≤0.015% ;硫:< 0.005% ;鋁:0.02~0.05% ;氮:≤0.006% ;其它為鐵和不可避免的微
量雜質。
[0025]其中，碳(C)在鋼中雖不再以起到固溶強化的作用為主，但仍顯著影響著每個相變的過程，並控制最終成形的組織，進而大致確定了該組織對應的力學性能。碳可以顯著提高鋼的強度，但過高的碳對鋼的韌性不利，因此為提高重卡超厚鋼製輪輻用鋼的冷成型性，碳的含量應控制在0.12%以下。本發明專利碳含量目標為0.07~0.12%之間。
[0026]錳(Mn)是典型的奧氏體穩定化元素，可提高鋼的淬透性，並起到一定的固溶強化作用，錳作為擴大Y相區的元素，會降低A3和Al臨界點，可推遲珠光體的轉變並降低貝氏體的轉變溫度。但同時也推遲並延長了鐵素體的轉變，使貝氏體區右移，從而使鋼種對控冷工藝條件的敏感性略為減小。但由於較高的錳含量，容易形成帶狀組織，會影響鋼的成形性能，本發明錳含 量目標為鋼水質量百分比的0.70~1.10%之間，較低的錳含量可減輕鑄坯偏析，防止厚規格板卷軋制時出現分層的現象。在本實施例中，板卷的厚度在16.0~22.0mm之間，可有效杜絕分層的現象發生。
[0027]矽(Si)是非碳化物形成元素，具有較高的固溶強化效果，可促進C向奧氏體富集，對鐵素體中的固溶C有「清除」和「淨化」作用，可抑制冷卻過程鐵素體基體中粗大碳化物的生成。此外，Si對低碳低合金鋼連續冷卻過程中貝氏體轉變產物形態有顯著影響，可抑制貝氏體鐵素體板條間碳化物的析出，從而有利於獲得鐵素體塊或板條間分布MA島的粒狀貝氏體或板條貝氏體組織。但是Si含量過高會給熱軋表面質量和塗鍍帶來問題，本發明Si含量目標為0.05~0.15%之間。
[0028]鈮(Nb)在鋼中可以形成NbC或NbN等間隙中間相。在再結晶過程中，因NbC、NbN對位錯的釘扎及對亞晶界的遷移進行阻止等作用，從而大大增加了再結晶時間，其在鋼中特點就是提高奧氏體的再結晶溫度，從而達到細化奧氏體晶粒的目的，本發明鈮含量目標為0.01~0.03%之間，可細化晶粒，析出強化提高鋼板的強度。
[0029]鈦(Ti)是強碳化物形成元素，它和N、O、C都有極強的親和力。由於Ti和S的親和力大於Fe和S的親和力，含Ti鋼中優先生成硫化鈦，降低了生成硫化鐵的機率，減少鋼的熱脆性。TiC微粒有阻止晶粒長大粗化作用，隨著Ti含量的增加，其在鋼中能產生強烈的沉澱強化作用，本發明鈦含量目標為0.01~0.03%之間，可細化晶粒，析出強化提高鋼板的強度。
[0030]硫(S):顯著影響鋼板的熱脆性能，惡化熱衝壓成形性能，降低鋼的韌塑性，並使氫致延遲斷裂敏感性升高，考慮到人工除去S的成本，S含量應控制在0.002%以下。本發明硫含量目標為硫不大於0.005%。
[0031]本發明提供的一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼，包括如下質量百分比的化學成分:碳:0.07 ~0.12% ;矽:0.05 ~0.15% ;錳:0.7 ~1.1% ;鈮:0.01 ~0.03% ;鈦:0.01 ~0.03% ；磷:≤0.015% ;硫:< 0.005% ;鋁:0.02~0.05% ;氮:≤0.006% ;其它為鐵和不可避免的微量雜質。通過優化生產工藝，控制成形鋼的化學成分比例，降低了其中的Mn的含量至鋼質量的0.7~1.1%，減輕了鑄坯的偏析，放置了超厚規格板卷軋制時出現分層的現象；添加適量質量比的Nb和Ti元素，滿足了鋼的強度和延伸率的要求，其金相組織如圖1，圖1為本發明實施方式一提供的一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼金相組織的結構示意圖。
[0032]實施方式二
[0033]如圖2所示，圖2為本發明實施方式二提供的一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法的流程示意圖。
[0034]步驟SlO:將鐵水通過KR脫硫預處理和轉爐冶煉，再採用LF精煉法精煉，然後利用連鑄機獲得所需要的鑄坯。在本實施例中，將鐵水通過KR法進行脫硫預處理和全三脫轉爐冶煉工藝，控制鋼水中硫和磷等有害元素的含量，在轉爐冶煉過程中，不允許使用生鐵塊，並採用LF法精煉處理，以便準確的控制鋼水中的各化學成分的含量，使得精煉到站鋁含量佔鋼水質量百分比在0.02~0.05%之間，為控制回矽創造有利條件；然後進行全保護澆鑄，最後利用連鑄機獲取所需要的鑄坯。
[0035]通過上述方式獲得的鑄坯由如下質量百分比的化學成分:碳:0.07~0.12% ;矽:0.05 ~0.15% ;錳:0.7 ~1.1% ;鈮:0.01 ~0.03% ;鈦:0.01 ~0.03% ;磷..( 0.015% ;硫:(0.005% ;鋁:0.02~0.05% ;氮:≤0.006% ;其它為鐵和不可避免的微量雜質。
[0036]步驟S20:先對所述鑄坯進行持續的加熱，加熱溫度在1180~1220°C之間，然後經定寬壓力機軋制至所需寬度，再進行粗軋和精軋控制、冷卻控制和卷取，所述精軋入口溫度在900~950°C之間，所述精軋的終軋溫度控制在840~880°C之間；所述冷卻控制為層流冷卻，並使得卷取溫度控制在620-660°C之間。在本實施例中，將具有一定溫度鑄坯熱送至加熱爐進行加熱，然後控制對其進行軋制，軋制後進行冷卻處理，最後卷取、檢驗併入庫。具體為將厚度為220mm，溫度在400-600°C之間的板坯放進加熱爐進行加熱，加熱溫度在1180~1220°C之間且加熱時間在3.0-5.0小時之間；然後經除鱗、定寬，接著對加熱後的鑄坯進行軋制，包括粗軋和精軋，進行粗軋後進行精軋，並使得精軋入口溫度在900~950°C之間，精軋的終軋溫度控制在840~880°C。在精軋後進行層流冷卻，然後進行卷取。其中卷取的溫度控制在620~660°C之間。
[0037]本發明的一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法，KR脫硫工藝，使得入爐鐵水的硫含量較低，減小了 LF精煉法精煉過程脫硫的壓力；在轉爐冶煉過程中不使用生鐵塊，防止轉爐冶煉過程中回硫；精煉到站的鋁含量控制在鋼水質量百分比的0.02~0.05%之間，為控制回矽創造有利條件；利用LF精煉法對鋼水的化學成分進行準確的控制，並進行全保護澆鑄，防止了鋼水的增氮；另外，通過對鑄坯進行低溫加熱，起到降耗增效的作用，而且較低的出爐溫度能加快軋制節奏，為精軋階段的低溫軋制提供保障，精軋過程中，低溫軋制增加了奧氏體在未結晶區形變量，增加畸變能，進而提高了鐵素體形核率，最終起到細化晶粒的作用；較短的軋制時間能夠減少鋼板表面氧化鐵皮的形成，提高鋼板的表面質量；較高的卷取溫度有利於形成的組織均勻性好，易於加工，性能穩定性高。如此，通過製成具有低含量的Mn元素及適量的Nb和Ti元素，防止了厚規格板卷出現分層現象，並細化晶粒，提高鋼板的強度。通過低溫加熱鑄坯、低溫軋制及高溫卷取的熱軋工藝，成產出厚度在16.0~
22.0mm之間的、易旋壓、高表面質量且性能穩定的輪輻用鋼，該輪輻用鋼的抗拉強度在470~600MPa，屈服強度在350MPa以上，延伸率在25~30%。
[0038]實施方式三
[0039]如圖3，圖3為本發明實施方式三提供的一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法的另一流程示意圖。
[0040]其中，步驟10:通過KR法對鐵水進行脫硫處理。
[0041]步驟20:將經KR法脫硫後的鋼水進行轉爐冶煉。在本實施例中，轉爐過程中不加入生鐵塊，且控制精煉到站的鋁元素佔鋼水質量百分比在0.02~0.05%之間。並且在轉爐冶煉的過程中進行脫S1、脫P及脫C處理。
[0042]步驟30:將轉爐冶煉後的鋼水轉至精煉爐進行LF法精煉處理。在本實施例中，通過LF法精煉處理後的鋼水中各成分佔鋼水的質量百分比具體為--碳:0.07~0.12%;矽:
0.05 ~0.15% ;錳:0.7 ~1.1% ;鈮:0.01 ~0.03% ;鈦:0.01 ~0.03% ;磷≤ 0.015% ;硫:≤0.005% ;鋁:0.02~0.05% ;氮:≤0.006% ;其它為鐵和不可避免的微量雜質。
[0043]步驟40:鑄坯澆鑄。在本實施例中，將經LF精煉法得到的鋼水倒入模具中進行澆鑄，進而形成所需規格的板坯。在進行鑄坯之前，進行全保護澆鑄。
[0044]步驟50:對板坯進行精整和入庫。在本實施例中，對初步成形的板坯進行去毛刺和毛邊等處理，並將處理好的板坯擺放至庫中規劃出的位置。
[0045]步驟60:將入庫的板坯轉至加熱爐進行加熱。在本實施例中，先將板坯緩慢加熱至1180~1220°C之間，加熱的持續時間在3.0~5.0小時之間。
[0046]步驟70:將加熱至1180~1220°C之間的板坯轉移至粗除磷機進行除磷。在本實施例中，粗除磷機為高壓水除磷機，當加熱後的板坯經滾輥傳至除磷機對應的工位後，除磷機通過高壓水對其進行初步的除磷。
[0047]步驟80:除磷後的板坯進入粗軋工位進行粗軋。在本實施例中，粗軋工位設有二輥粗軋機及四輥粗軋機。其中二輥粗軋機設置在前面，四輥粗軋機設置在後面。板坯經過上述兩次粗軋後，對板坯進行了初步的定型。
[0048]步驟90:板坯經四輥粗軋機粗軋後進入切頭飛剪工位，對經粗軋後延展出的飛邊進行切除。在本實施例中，板坯經粗軋後端面向兩側延展，切頭對板坯的端面尺寸進行修正。
[0049]步驟100:經切頭飛剪後的板坯進入精除磷機工位。在本實施例中，切頭飛剪後的板坯在剪切的部位會出現飛邊和毛刺。精除磷機通過高壓水再次將飛邊和毛刺去除。
[0050]步驟110:進入精軋工位進行精軋。在本實施例中，具有七機架精軋機組,對經過粗軋及去飛邊和毛刺的板坯進行進一步的精軋。且在熱軋過程中，嚴格控制軋制的溫度，即保證板坯進入七機架精軋機組時的溫度在900~950°C之間，精軋的終軋溫度控制在840~880°C之間，精軋的終軋後的板坯厚度在16.0~22.0mm之間。
[0051]步驟120:轉至捲曲工序。在本實施例中，通過捲曲機對精軋後的板坯進行捲曲，且控制卷取過程的卷取溫度在620~660°C之間。
[0052] 本發明的一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法，通過設置二輥粗軋機及四輥粗軋機，使得粗軋的精度大大提高；同時，精軋的終軋後的鑄坯的厚度在16.0~22.0mm之間，超出冶金標準《YB/T4151-2006汽車車輪用熱軋鋼板和鋼帶》規定的厚度上限，即16.0mm,通過製成具有低含量的Mn元素及適量的Nb和Ti元素，防止了厚規格板卷出現分層現象，並細化晶粒，提高鋼板的強度。通過低溫加熱鑄坯、低溫軋制及高溫卷取的熱軋工藝，使得厚度超出冶金標準《YB/T4151-2006汽車車輪用熱軋鋼板和鋼帶》規定的鋼板的抗拉強度在470~600MPa，屈服強度在350MPa以上，延伸率在25~30%之間；利用連鑄機獲得所需要的鑄坯之前還包括進行全保護澆鑄，用於防止鋼水增氮。
[0053]實施方式四
[0054]按照重卡超厚鋼製輪輻用鋼的生產工藝在京唐2250熱連軋生產線現場試製。
[0055]冶煉工藝:將鐵水依次經過KR脫硫處理、全三脫轉爐冶煉及LF爐精練處理後，進行連鑄；
[0056]首先通過KR法對鐵水進行預處理脫硫，然後進行轉爐冶煉。先加鋁鐵，後加合金，採用中碳Mn-Fe配Mn，終點目標溫度1575~1595°C ；LF精煉爐採用中碳Mn-Fe調Mn，Nb-Fe合金配Nb及T1-Fe合金配Ti，精煉結束溫度控制在1580°C。連鑄階段，採用氬氣全保護澆鑄，結晶器液面自動控制，液面波動在±3mm，參考液相線溫度1520°C，中包過熱度15~30°C。兩次熔煉成鋼號I和鋼號2的板坯成分分別如表1所示:
[0057]表1板坯熔煉成分(Wt.%)
[0058]
【權利要求】
1.一種重卡超厚鋼製輪輻用鋼，其特徵在於，包括如下質量百分比的化學成分:碳:0.07 ~0.12% ;矽:0.05 ~0.15% ;錳:0.7 ~1.1% ;鈮:0.01 ~0.03% ;鈦:0.01 ~0.03% ；磷:≤0.015% ;硫 .( 0.005% ;鋁:0.02~0.05% ;氮:≤0.006%，其它為鐵和不可避免的微量雜質。
2.—種重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法，其特徵在於:所述製造方法包括: 將鐵水通過KR脫硫預處理和轉爐冶煉，再採用LF精煉法精煉，然後利用連鑄機獲得所需要的鑄坯； 先對所述鑄坯進行持續的加熱，加熱溫度在1180~1220°C之間，然後經定寬壓力機軋制至所需寬度，再進行粗軋和精軋控制、冷卻控制和卷取，所述精軋入口溫度在900~950°C之間，所述精軋的終軋溫度控制在840~880°C之間；所述冷卻控制為層流冷卻，並使得卷取溫度控制在620-660°C之間。
3.如權利要求2所述的重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法，其特徵在於，所述先對所述鑄坯進行持續的加熱至1180~1220°C之間的加熱持續時間為3.0~5.0小時之間。
4.如權利要求3所述的重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法，其特徵在於，所述終軋的鋼板厚度在16.0~22.0mm之間。
5.如權利要求4所述的重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法，其特徵在於，所述LF精煉法結束時，鋼水中的鋁含量佔所述鋼水的質量百分比在0.02~0.05%之間。
6.如權利要求5所述的重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法，其特徵在於，所述利用連鑄機獲得所需要的鑄坯之前還包括進行全保護澆鑄，用於防止鋼水增氮。
7.如權利要求6所述的重卡超厚鋼製輪輻用鋼的製造方法，其特徵在於，所述粗軋為對所述鑄坯進行二輥和四輥粗軋。
【文檔編號】C22C33/04GK103938078SQ201410116557
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月26日 優先權日:2014年3月26日
【發明者】肖寶亮, 張大偉, 高聖勇, 李永林, 邵肖靜, 唐德池, 趙運堂, 徐海衛, 崔陽, 朱國森 申請人:首鋼總公司