[发明专利]一种高强度高疲劳寿命重卡汽车用车轮钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于高强冲压重卡汽车车轮用钢技术领域，特别是提供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。

背景技术

目前，国内重卡汽车市场主要以380CL为车轮钢圈主要制造材料，但其强度和疲劳寿命较低，在重卡行使过程中非常容易出现疲劳断裂而发生车祸危险，且其制成的钢圈规格较厚，增加了车身自重，不利于节能环保。

为使我国汽车工业特别是重卡领域的独立自主发展，降低对国外进口钢材的依赖性，在保证钢材塑性、韧性、刚度、减轻车重的基础上，对车轮用钢进行高强化和高疲劳性能化的研究，以满足重卡汽车工业的急需。近几年，随着重卡汽车工业的发展以及对高强度高疲劳寿命车轮钢需求的增加，国内钢厂开始重视重卡汽车车轮专用钢材的开发。高疲劳寿命一般都伴随着强度的提高，故保证一定的强度富余量是提高疲劳寿命的必要条件之一。车轮用钢不仅仅要求高强度，而且对钢板的塑性、成形性、焊接性能、扩孔性能，特别是疲劳寿命都有着很高的要求。

汽车减重和节能是今后的发展趋势，随着国家相关政策的日趋严格和终端用户意识的提高，需要开发研制高强度高疲劳寿命的车轮钢，以满足日益发展的市场需求。采用高强度高疲劳寿命钢材，与传统的材料和工艺相比，能使车轮减重10％以上，节约燃油的经济性及环保不容小视；此外，高的疲劳寿命提高了汽车的行驶里程，大大增加了行驶中的安全性。因此，急需研发高强度高疲劳寿命车轮用钢。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高强度高疲劳寿命重卡汽车用车轮钢的制造方法，解决了目前国内重卡汽车车轮用钢普遍强度偏低、钢板较厚和疲劳寿命较差的问题，使车身减重、减少油耗、节约能源得以实现。

本发明在满足强度、延伸率条件下，为了获得更好的疲劳寿命，对于原来的车轮钢进行成分调整，严格控制S、N、O的含量，通过Nb、Ti微合金化，使抗拉强度级别在500MPa以上，延伸率在30％以上，其制成的钢圈弯曲疲劳寿命到达50万次以上，径向疲劳寿命达到145万次以上，车轮减重12～15％。合金成分如表1所示。

表1车轮钢的合金成分(Wt.％)余量为Fe及不可避免的杂质

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0.12～0.14％，C含量过大会影响钢板的成形性和焊接性能，而C含量过小会导致抗拉强度和疲劳寿命降低；钢中Si含量要求小于0.05％，Si含量大于0.3％会导致钢中SiO₂·MnO·Al₂O₃体系夹杂物过多，从而影响钢板的焊接性能，且Si含量过高会影响钢卷的表面质量，从而影响其疲劳寿命；钢中Mn含量要求为1.1～1.3％，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；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0.003％，大于0.006％会影响钢板焊接性能和扩孔性能，且控制S含量在一个较低的水平也是保证高疲劳寿命的一个重要因素；钢中全铝Al_t要求为0.030～0.060％，Al₁含量过大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，而Al_t含量小于0.020％会导致钢中氧难以控制在低含量；钢中加入少量的Nb、Ti微合金化，添加Nb能够细化晶粒和提高抗拉强度，从而提高疲劳寿命，添加Ti还可以提高可焊性，尤其是制造轮辋，焊接方式为闪光对焊，对可焊性要求更高，要求LF炉精炼阶段终点Nb控制在0.015～0.025％，Ti控制在0.01～0.02％；铸坯中要求氧含量控制在23ppm以下，氮含量控制在33ppm以下，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≤0.005％，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≤0.008％，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≤0.003％，以防止钢板中P和S元素带来的影响。