一种超高强度高扩孔率轮毂钢的生产方法与流程

1.本发明涉及一种超高强度高扩孔率轮毂钢的生产方法，属于钢铁冶炼及材料加工领域。


背景技术：

2.车轮是汽车重要的部件，它的结构、性能及自重直接影响整车的技术性能。在汽车轮毂钢领域，增加材料的强度，减轻车轮的自重，降低汽车的燃料消耗，代表了汽车轮毂钢的发展方向。
3.目前采用的较高强度级别的汽车轮毂钢抗拉强度440 mpa级，由于强度偏低，制造轮毂的钢板厚度相应增加，增加了汽车的自重，不利于汽车行业低碳绿色发展。因此，为了减轻汽车自重，采用新材料或以提高钢板强度来减轻汽车自重，是汽车轮毂钢发展的必然趋势。
4.文献检索文献检索(1)专利申请号zl201610313707.7公开了“一种高强度汽车轮毂钢的制造方法”，成分组成为：c：0.05～0.10wt%，si：≤0.010 wt%，mn：1.10～1.85wt%，p：≤0.025wt%，s：≤0.003wt%，nb：0.015～0.050wt%，ti：0.015～0.15wt%，al：0.015～0.060wt%，ca：≤0.0050wt%。其强化模式采用铌、钛复合强化。优点是可以把钢材的屈服强度和抗拉强度提高，不足之处钢材的断后延伸率低，不大于21%，塑性低，钢材的扩孔性不良，冷冲压成形性受到制约。
5.(2)专利申请号zl 200810201495.9，公开了一种“抗拉强度为550mpa级热轧轮辋钢板及其制造方法”，成分组成为：c：0.02～0.0.07wt%，si：0～0.30wt%，mn：0.80～1.20wt%，p：≤0.035wt%，s：≤0.005wt%，nb：0～0.10wt%，al：0.025～0.060wt%，n：≤0.0060wt%，其余为铁和不可避免的杂质。
6.采用铌强化或铌钛复合强化生产了550 mpa级热轧轮王钢。其抗拉强度570～612mpa，屈服强度498～535 mpa,钢材的断后延伸率32-35%。由于材料的屈服强度高，导致屈强比相对较高，不利于扩孔等深冲压成形。
7.(3)专利申请号zl 200710093966.4，公开了一种“抗拉强度为440mpa级热轧高扩孔钢板及其制造方法”，成分组成为：c：0.01～0.0.06wt%，si：0～0.60wt%，mn：0.80～
1.30wt%，p：≤0.035wt%，s：≤0.010wt%，nb：0～0.25wt%，al：0.025～0.060wt%，n：≤0.0060wt%，ti：≤0.03wt%，ca：＜0.005wt%，其余为铁和不可避免的杂质，生产出了抗拉强度440 mpa级高扩孔率钢板，但材料的强度偏低，制约了降低钢材使用量，并不能达到减轻汽车自重的目的。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种超高强度高扩孔率轮毂钢的生产方法，其特点是生产过程适用性和可操作性强，在提高了钢材强度的同时，具有优异的扩孔性能，本生产方法降低了合金使用量，实现了合金减量化生产。
9.一种超高强度高扩孔率轮毂钢的生产方法，材料的成分设计：采用了低碳、高锰、高ti合金化，并加入微量的铌元素强化的成分设计方案，钢中的成分质量百分比如下。
10.[c]：0.040～0.055，[mn]：1.30～1.40wt%；si：≤0.10wt%，p：≤0.012wt%，s：≤0.004wt%，al：0.025～0.050wt%，n：≤0.0050wt%，nb：0.012～0.020wt%，ti：≤0.050～0.060 wt%，ca：＜0.005wt%，其余为铁和不可避免的杂质。
[0011]
本发明的实现方法：本发明的生产工艺流程为：铁水预处理—转炉冶炼—lf精炼—板坯连铸—带钢热连轧，生产的钢带（钢板）厚度为2.5mm～5 mm汽车轮毂钢。
[0012]
(1) 对铁水进行深脱硫处理，处理后铁水[s]≦0.002%，kr法脱硫处理，加入脱硫剂搅拌20～25min，在铁水包顶渣加入聚渣剂进行改质（聚渣剂主要组成为高炉水泡渣，其中主要成分为sio2），然后进行扒渣。
[0013]
(2) 转炉熔炼,充分利用前一炉钢冶炼产生的高碱度熔渣，在冶炼的初期（低温阶段快深度脱磷）。其优点是缩短转炉冶炼低温（小于1400℃）阶段的造渣时间，缩短冶炼周期和提高生产效率。具体方法是出钢后前一炉冶炼产生高温熔渣留在转炉内（出钢不出渣）。用碳镁球对高氧化性炉渣进行改质稠化，吹入氮气溅渣护炉，并继续吹入氮气对炉渣冷却固化，其主要目的是降低渣中的feo，防止转炉兑入铁水发生剧烈的反应引起爆炸或者环保事故，然后加入废钢、兑入铁水进行吹氧冶炼。转炉吹氧冶炼4.0～4.5分钟后出渣，这个时候由于铁水中大量的硅氧化进入渣中，导致渣的碱度降低脱磷效果降低，同时前期脱磷产物进入渣中，倒渣后重新加入白云石和活性石灰造渣，有利于深度脱磷和抑制钢渣向钢水回硫。转炉终点[c]含量为0.02～0.04%，[p]含量不大于0.007%，[n] ≤0.003%。转炉出钢温度控制在1640～1680℃。出钢后钢包钢水[s]≤0.006%。
[0014]
(3) 转炉熔炼,充分利用前一炉钢冶炼产生的高碱度熔渣，在冶炼的初期（低温阶段快深度脱磷）。其优点是缩短转炉冶炼低温（小于1400℃）阶段的造渣时间，缩短冶炼周期和提高生产效率。具体方法是出钢后前一炉冶炼产生高温熔渣留在转炉内（出钢不出渣）。用碳镁球对高氧化性炉渣进行改质稠化，吹入氮气溅渣护炉，并继续吹入氮气对炉渣冷却固化，其主要目的是降低渣中的feo，防止转炉兑入铁水发生剧烈的反应引起爆炸或者环保事故，然后加入废钢、兑入铁水进行吹氧冶炼。转炉吹氧冶炼4.0～4.5分钟后出渣，这个时候由于铁水中大量的硅氧化进入渣中，导致渣的碱度降低脱磷效果降低，同时前期脱磷产物进入渣中，倒渣后重新加入白云石和活性石灰造新渣，有利于深度脱磷和抑制钢渣向钢水回硫。转炉终点[c]含量为0.02～0.04%，[p]含量不大于0.007%，[s]≤0.007%。[n] ≤0.003%。转炉出钢温度控制在1640～1680℃，炉渣继续留在转炉内改质固化，这样冶炼至第
5炉出钢，倒渣。继续按上述工艺出钢留渣、倒渣、造新渣的方法生产。转炉挡渣出钢，钢包内氧化渣量不大于100千克。
[0015]
(4)lf精炼禁止使用硅质脱氧剂，lf精炼关键控制点:lf精炼初始温度大于1540，每炉钢精炼送电时间不大于15min，lf精炼处理总用时控制在42～45mm,lf精炼过程钢水增氮量小于0.0010%，采用氩气进行底吹氩搅拌,流量为10～25 nl/min。lf处理结束钢水喂入钙线（严禁使用硅钙线）进行处理， lf精炼处理结束钢水氮含量[n]≤0.0040%、[s]≤0.0040，[ca]含量控制在0.0020%～0.0030%，其它元素都符合熔炼成品钢水的控制要求。lf精炼终渣成分：cao含量52～55%，sio2含量约10%，feo mno含量≤1.0 %，al2o3含量25～30%，mgo含量8～10%，caf2含量约6%，bao含量约3%，lf处理末期禁止使用含铝的扩散脱氧剂或顶渣改质剂、促进剂等，防止二氧化硅被铝还原进入钢水造成钢水增硅，lf精炼末期同时加入钛铁和铌铁进行合金化。
[0016]
(5) 连铸板坯规格，板坯厚度250mm，板坯宽度1100～1500mm，长度10.5m。连铸板坯中心偏析的控制方法，通过钢水温度的精准控制和连铸过程拉速恒定来实现；钢水温度的精准控制方法是通过如下方法实现的，空钢包的烘烤温度大于1200℃，时间大于2h，烘烤后钢包温度大于800℃，钢包、中间包内加入无碳高碱度覆盖剂对钢水进行保温，连铸钢水过热度20
±
5℃。控制方法为根据连铸板坯的宽度规格设定的拉速为目标值，板坯宽度规格设定后，从拉速起步加速到正常拉速，然后拉速恒定不变（恒拉速连铸），根据板坯宽度不同连铸拉速控制在0.95m/min～1.3 m/min。 连铸过程投入板坯压下装置，板坯压下量为5～6 mm，出口板坯名义厚度为245 mm，板坯低倍的中心偏析级别≤2.5（曼内斯曼标准），生产的无缺陷板坯热装轧制。
[0017]
(6)板坯的热装入炉温度600-720℃， 板坯加热炉抽出温度1190℃
±
15℃,采用压力为20mpa的高压水柱对出炉板坯上下表面喷水除鳞，喷射的狭缝水柱与板坯表面的夹角为15
º
，粗轧开轧温度为1160～1190℃，轧制速度为3.0～4.5m/s的条件下，进行5道次的粗轧，同时开启道次间冷却水，得粗轧中间钢板，厚度不小于45mm；粗轧钢板在温度920℃
±
10℃入精轧轧制，在6～9m/s的轧制速度下进行6道次连续精轧，开启道次间冷却水，终轧温度为865℃
±
10℃，得精轧钢带。精轧后热轧态钢带经层流冷却进行组织转变和细晶强化，控制层流冷却速率14～15℃/s。层冷后的精轧钢带入卷取机卷取，卷取温度为600℃
±
10℃，将钢卷自然空冷至室温，获得高强度汽车轮毂用热轧钢板卷。钢板金相组织为针状铁素体和珠光体，晶粒度11级～11.5级。
[0018]
(7) 采用该方法生产出的汽车轮毂钢成品钢板的抗拉强度618mpa～6645mpa，屈服强度500mpa～528mpa；断后伸长率≥29%，屈服强度与抗拉强度的比值(屈强比)控制在0.81～0.83；(8)采用低碳、低硅，钛、铌双稳定微合金化方法，在提高材料的抗拉强度的同时，抑制钢材的屈服强度的过快增加，提高了钢板的扩孔性能。成品钛含量控制在 0.050～0.060% ，铌含量控制在0.012～0.020%，其中熔炼成品钢中的氮含量不大于0.0050%。钢材的成分及对应的各项性能见表1。
[0019]
备注： 拉伸性能试样标距为50mm。
[0020]
(9)采用本方法生产的汽车轮毂钢生产的超高强度汽车轮毂钢各项性能满足用户需求（钢板的厚度以3.5毫米为主），具有低成本、高性价比优势，吨钢合金成本与相同强度级别的带钢相比低110元以上。钢材的抗拉强度与440mpa级相比，高出178mpa，断后伸长率大于29%，钢材具有低的屈强比和高的扩孔率，优异的冷冲压成型性能。
具体实施方式
[0021]
一种超高强度高扩孔率轮毂钢的生产方法，材料的成分设计：采用了低碳、高锰、高ti合金化，并加入微量的铌元素强化的成分设计方案，钢中的成分质量百分比如下。
[0022]
[c]：0.040～0.055，[mn]：1.30～1.40wt%；si：≤0.10wt%，p：≤0.012wt%，s：≤0.004wt%，al：0.025～0.050wt%，n：≤0.0050wt%，nb：0.012～0.020wt%，ti：≤0.050～0.060 wt%，ca：＜0.005wt%，其余为铁和不可避免的杂质。
[0023]
本发明的实现方法：本发明的生产工艺流程为：铁水预处理—转炉冶炼—lf精炼—板坯连铸—带钢热连轧，生产的钢带（钢板）厚度为2.5mm～5 mm汽车轮毂钢。
[0024]
(1) 对铁水进行深脱硫处理，处理后铁水[s]≦0.002%，kr法脱硫处理，加入脱硫剂搅拌20～25min，在铁水包顶渣加入聚渣剂进行改质（聚渣剂主要组成为高炉水泡渣，其中主要成分为sio2），然后进行扒渣。
[0025]
(2) 转炉熔炼,充分利用前一炉钢冶炼产生的高碱度熔渣，在冶炼的初期（低温阶段快深度脱磷）。其优点是缩短转炉冶炼低温（小于1400℃）阶段的造渣时间，缩短冶炼周期和提高生产效率。具体方法是出钢后前一炉冶炼产生高温熔渣留在转炉内（出钢不出渣）。用碳镁球对高氧化性炉渣进行改质稠化，吹入氮气溅渣护炉，并继续吹入氮气对炉渣冷却固化，其主要目的是降低渣中的feo，防止转炉兑入铁水发生剧烈的反应引起爆炸或者环保事故，然后加入废钢、兑入铁水进行吹氧冶炼。转炉吹氧冶炼4.0～4.5分钟后出渣，这个时候由于铁水中大量的硅氧化进入渣中，导致渣的碱度降低脱磷效果降低，同时前期脱磷产物进入渣中，倒渣后重新加入白云石和活性石灰造渣，有利于深度脱磷和抑制钢渣向钢水回硫。转炉终点[c]含量为0.02～0.04%，[p]含量不大于0.007%，[n] ≤0.003%。转炉出钢温度控制在1640～1680℃。出钢后钢包钢水[s]≤0.006%。
[0026]
(3) 转炉熔炼,充分利用前一炉钢冶炼产生的高碱度熔渣，在冶炼的初期（低温阶
段快深度脱磷）。其优点是缩短转炉冶炼低温（小于1400℃）阶段的造渣时间，缩短冶炼周期和提高生产效率。具体方法是出钢后前一炉冶炼产生高温熔渣留在转炉内（出钢不出渣）。用碳镁球对高氧化性炉渣进行改质稠化，吹入氮气溅渣护炉，并继续吹入氮气对炉渣冷却固化，其主要目的是降低渣中的feo，防止转炉兑入铁水发生剧烈的反应引起爆炸或者环保事故，然后加入废钢、兑入铁水进行吹氧冶炼。转炉吹氧冶炼4.0～4.5分钟后出渣，这个时候由于铁水中大量的硅氧化进入渣中，导致渣的碱度降低脱磷效果降低，同时前期脱磷产物进入渣中，倒渣后重新加入白云石和活性石灰造新渣，有利于深度脱磷和抑制钢渣向钢水回硫。转炉终点[c]含量为0.02～0.04%，[p]含量不大于0.007%，[s]≤0.007%。[n] ≤0.003%。转炉出钢温度控制在1640～1680℃，炉渣继续留在转炉内改质固化，这样冶炼至第5炉出钢，倒渣。继续按上述工艺出钢留渣、倒渣、造新渣的方法生产。转炉挡渣出钢，钢包内氧化渣量不大于100千克。
[0027]
(4)lf精炼禁止使用硅质脱氧剂，lf精炼关键控制点:lf精炼初始温度大于1540，每炉钢精炼送电时间不大于15min，lf精炼处理总用时控制在42～45mm,lf精炼过程钢水增氮量小于0.0010%，采用氩气进行底吹氩搅拌,流量为10～25 nl/min。lf处理结束钢水喂入钙线（严禁使用硅钙线）进行处理， lf精炼处理结束钢水氮含量[n]≤0.0040%、[s]≤0.0040，[ca]含量控制在0.0020%～0.0030%，其它元素都符合熔炼成品钢水的控制要求。lf精炼终渣成分：cao含量52～55%，sio2含量约10%，feo mno含量≤1.0 %，al2o3含量25～30%，mgo含量8～10%，caf2含量约6%，bao含量约3%，lf处理末期禁止使用含铝的扩散脱氧剂或顶渣改质剂、促进剂等，防止二氧化硅被铝还原进入钢水造成钢水增硅，lf精炼末期同时加入钛铁和铌铁进行合金化。
[0028]
(5) 连铸板坯规格，板坯厚度250mm，板坯宽度1100～1500mm，长度10.5m。连铸板坯中心偏析的控制方法，通过钢水温度的精准控制和连铸过程拉速恒定来实现；钢水温度的精准控制方法是通过如下方法实现的，空钢包的烘烤温度大于1200℃，时间大于2h，烘烤后钢包温度大于800℃，钢包、中间包内加入无碳高碱度覆盖剂对钢水进行保温，连铸钢水过热度20
±
5℃。控制方法为根据连铸板坯的宽度规格设定的拉速为目标值，板坯宽度规格设定后，从拉速起步加速到正常拉速，然后拉速恒定不变（恒拉速连铸），根据板坯宽度不同连铸拉速控制在0.95m/min～1.3 m/min。 连铸过程投入板坯压下装置，板坯压下量为5～6 mm，出口板坯名义厚度为245 mm，板坯低倍的中心偏析级别≤2.5（曼内斯曼标准），生产的无缺陷板坯热装轧制。
[0029]
(6)板坯的热装入炉温度600-720℃， 板坯加热炉抽出温度1190℃
±
15℃,采用压力为20mpa的高压水柱对出炉板坯上下表面喷水除鳞，喷射的狭缝水柱与板坯表面的夹角为15
º
，粗轧开轧温度为1160～1190℃，轧制速度为3.0～4.5m/s的条件下，进行5道次的粗轧，同时开启道次间冷却水，得粗轧中间钢板，厚度不小于45mm；粗轧钢板在温度920℃
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10℃入精轧轧制，在6～9m/s的轧制速度下进行6道次连续精轧，开启道次间冷却水，终轧温度为865℃
±
10℃，得精轧钢带。精轧后热轧态钢带经层流冷却进行组织转变和细晶强化，控制层流冷却速率14～15℃/s。层冷后的精轧钢带入卷取机卷取，卷取温度为600℃
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10℃，将钢卷自然空冷至室温，获得高强度汽车轮毂用热轧钢板卷。