本發明屬于冶金技術領域，具體涉及一種抗拉強度590MPa車輪鋼及生產方法。

背景技術：

汽車車輪承載著整個車輛的重量，對質量有非常嚴格的要求，隨著當前汽車行業的快速發展，汽車輕量化的要求在不斷的提升，車輪鋼的強度級別從380MPa、420MPa、480 MPa在不斷的提升，在強度級別提升的同時，車輪鋼的焊接性能和成形性能不能降低，這就對高強度汽車車輪用鋼提出了更高的要求。

汽車車輪鋼對焊接性能和延伸率有比較嚴格的要求，車輪鋼由輪輞和輪輻兩部分組成，輪輞裁條后進行焊接，焊接完成后滾壓成形，各自成形后需要焊接，的過程中需要焊接和滾壓成形，焊接性能差會造成炸裂，延伸率低在滾壓的過程中會形成開裂，影響車輪鋼的成材率。

在當前現有技術中，通常情況下低級別汽車車輪鋼通過碳錳強化，較高級別采用鈮鈦、釩強化來提升車輪鋼的強度，但碳錳、釩強化導致碳當量的提升會降低車輪鋼的焊接性能，而鈮鈦復合強化導致合金成本較高，且鈦在焊接過程易生成大尺寸氧化物和氮化物，造成炸裂率和微裂紋率高影響成材率。本發明提供一種采用鈮強化大幅度提高力學性能的同時保證車輪鋼制造過程中具有良好的塑韌性的生產方法，可以有效提高綜合性能和降低成本。

技術實現要素：

本發明提供一種抗拉強度590MPa車輪鋼及生產方法，該方法通過鈮強化，降低鋼中的碳含量，控制O、N元素的含量滿足高強度車輪鋼的要求，生產工藝穩定，板型容易控制，焊接性能、滾壓成形性能優良的車輪鋼。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案如下：一種抗拉強度590MPa級車輪鋼，所述車輪鋼化學成分及重量百分比為：C：0.05～0.09%，Si≤0.1%，Mn：1.4～1.7%，P≤0.015%，S≤0.008%，Nb：0.04～0.055%，O≤0.0025%，N≤0.0040%，Als：0.015～0.045%，余量為Fe及不可避免雜質。

本發明所述車輪鋼鋼卷厚度為2～12mm。

本發明所述車輪鋼屈服強度≥500MPa，抗拉強度≥590MPa，延伸率≥24%。

本發明還提供一種上述的抗拉強度590MPa級車輪鋼的生產方法，所述生產方法包括下述步驟：轉爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄，板坯加熱，高壓水除鱗，控制軋制，控軋冷卻，卷取。

所述控制軋制工序，包括粗軋軋制、熱卷箱、精軋軋制，其中鋼卷厚度≤4mm需經過熱卷箱；所述LF精煉工序要求微正壓保證脫氧和脫硫，出站要求[O]≤20ppm，[N]≤35ppm；所述板坯連鑄工序進行大中包保護，防止吸氣氧化，產品要求[O]≤25ppm，[N]≤40ppm。

本發明所述控制軋制工序，粗軋經5道軋制后，出口溫度為1040～1140℃。

本發明所述控制軋制工序，精軋出口溫度為830～890℃。

本發明所述板坯加熱工序，將板坯加熱至1200～1300℃。

本發明所述控軋冷卻工序，層流冷卻速度為25～30℃/s。

本發明所述卷取工序，卷取溫度為570～650℃。

本發明主要合金元素的作用及機理：

碳：是強化作用非常好且廉價的固溶強化元素，但含量高對焊接不利。

硅：降低鋼的可焊接性；酌加一定量的硅，能顯著提高鋁的脫氧能力；影響鋼的表面質量和涂鍍質量。

錳：形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度；在鋼中由于降低臨界轉變溫度，起到細化珠光體的作用，也間接地提高珠光體鋼強度的作用；但是添加多量的錳，會對產品的成分偏析產生不利影響；同時也是提高焊接裂紋敏感系數的元素。

鈮：主要的微合金強化元素，通過形成細小彌散的碳氮化物使晶粒細化，顯著提高強度，同時其不是裂紋敏感系數元素，對焊接基本無影響。

鋁：加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性。Al還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。同時也是主要的脫氧劑，有利于降低鋼中氧含量。

氧、氮、硫、磷：嚴格控制元素，其對熱卷組織、性能不利，嚴重影響車輪鋼的炸裂率和微裂紋率。

本發明工藝設計思路：軋制工藝：采用控軋控冷技術，將變形和熱處理相結合，已得到期望的組織及細化晶粒，提高材料力學性能及冷彎成形性能。軋制時鋼坯開軋溫度按1200～1300℃范圍控制，在這一溫度下，使得已經存在的大部分碳、氮化物再度固溶，然后在軋制和卷取過程中析出，起到晶粒細化和析出強化等作用。

結合車輪鋼所設計的化學成分，軋制溫度的選擇對析出強化和細晶強化來講有此消彼長的影響，同時注意到，如果軋制溫度高到使材料在軋時處于未再結晶態或不完全再結晶態，可能會導致晶粒細化不夠甚至混晶而影響成形性能，綜上考慮，精軋出口溫度按830～890℃范圍控制，卷取溫度按570～650℃范圍控制。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本發明所生產車輪鋼，采用鈮強化，降低Mn含量用于制作車輪鋼，采用新的工藝流程，通過軋制工藝控制，獲得了各項性能良好的車輪用鋼，并實現工業化生產；鋼卷厚度為2～12mm，屈服強度≥500MPa，抗拉強度≥590MPa，延伸率≥24%。

附圖說明

圖1為實施例1的抗拉強度590MPa車輪鋼顯微組織結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。

實施例1

一種抗拉強度590MPa車輪鋼，化學成分及重量百分比為：C：0.05%、Si：0.1%、Mn：1.4%、P：0.015%、S：0.008%、Nb：0.04%、O：0.0025%、N：0.0040%、Als：0.015%,余量為Fe及不可避免雜質。

采用150噸轉爐冶煉、LF精煉、板坯連鑄、加熱、高壓水除鱗、控制軋制（粗軋軋制→熱卷箱→精軋軋制）、控軋冷卻、卷取生產工藝，

LF精煉工序微正壓保證脫氧和脫硫，出站[O]：20ppm，[N]：30ppm；板坯連鑄工序進行大中包保護，防止吸氣氧化，產品要求[O]：25ppm，[N]：40ppm。

合格的板坯加熱到1300℃，粗軋5道次出口溫度為1140℃，通過熱卷箱，精軋7道次出口溫度為890℃，經過28℃/s冷卻，卷曲溫度為650℃，得到厚度為2.0mm，屈服強度為505MPa，抗拉強度為595 MPa，延伸率為25%的合格車輪鋼。

實施例2

一種抗拉強度590MPa車輪鋼，化學成分及重量百分比為：C：0.06%、Si：0.08%、Mn：1.5%、P：0.013%、S：0.006%、Nb：0.045%、O：0.0023%、N：0.0038%、Als：0.019%,余量為Fe及不可避免雜質。

采用150噸轉爐冶煉、LF精煉、板坯連鑄、加熱、高壓水除鱗、控制軋制（粗軋軋制→精軋軋制）、控軋冷卻、卷取生產工藝。

LF精煉工序微正壓保證脫氧和脫硫，出站[O]：18ppm，[N]：33ppm；板坯連鑄工序進行大中包保護，防止吸氣氧化，產品要求[O]：23ppm，[N]：38ppm。

合格的板坯加熱到1250℃，粗軋5道次出口溫度為1090℃，精軋7道次出口溫度為870℃，經過28℃/s冷卻，卷曲溫度為630℃，得到厚度為5.0mm、屈服強度為520MPa，抗拉強度為605 MPa，延伸率為27%的合格車輪鋼。

實施例3

一種抗拉強度590MPa車輪鋼，化學成分及重量百分比為：C：0.07%、Si：0.07%、Mn：1.6%、P：0.012%、S：0.005%、Nb：0.050%、O：0.0022%、N：0.0037%、Als：0.023%,余量為Fe及不可避免雜質。

采用150噸轉爐冶煉、LF精煉、板坯連鑄、加熱、高壓水除鱗、控制軋制（粗軋軋制→熱卷箱→精軋軋制）、控軋冷卻、卷取生產工藝。

LF精煉工序微正壓保證脫氧和脫硫，出站[O]：10ppm，[N]：35ppm；板坯連鑄工序進行大中包保護，防止吸氣氧化，產品要求[O]：22ppm，[N]：37ppm。

合格的板坯加熱到1280℃，粗軋5道次出口溫度為1110℃，精軋7道次出口溫度為850℃，經過28℃/s冷卻，卷曲溫度為610℃，得到厚度為7.0mm，屈服強度為515MPa，抗拉強度為600MPa，延伸率為26%的合格車輪鋼。

實施例4

一種抗拉強度590MPa車輪鋼，化學成分及重量百分比為：C：0.08%、Si：0.06%、Mn：1.65%、P：0.013%、S：0.006%、Nb：0.053%、O：0.0021%、N：0.0035%、Als：0.030%,余量為Fe及不可避免雜質。

采用150噸轉爐冶煉、LF精煉、板坯連鑄、加熱、高壓水除鱗、控制軋制（粗軋軋制→精軋軋制）、控軋冷卻、卷取生產工藝。

LF精煉工序微正壓保證脫氧和脫硫，出站[O]：15ppm，[N]：28ppm；板坯連鑄工序進行大中包保護，防止吸氣氧化，產品要求[O]：21ppm，[N]：35ppm。

合格的板坯加熱到1250℃，粗軋5道次出口溫度為1080℃，精軋7道次出口溫度為840℃，經過25℃/s冷卻，卷曲溫度為590℃，得到厚度為10mm，屈服強度為520MPa，抗拉強度為625MPa，延伸率為25%的合格車輪鋼。

實施例5

一種抗拉強度590MPa車輪鋼，化學成分及重量百分比為：C：0.09%、Si：0.05%、Mn：1.70%、P：0.012%、S：0.007%、Nb：0.055%、O：0.0024%、N：0.0037%、Als：0.045%,余量為Fe及不可避免雜質。

采用150噸轉爐冶煉、LF精煉、板坯連鑄、加熱、高壓水除鱗、控制軋制（粗軋軋制→精軋軋制）、控軋冷卻、卷取生產工藝。

LF精煉工序微正壓保證脫氧和脫硫，出站[O]：12ppm，[N]：35ppm；板坯連鑄工序進行大中包保護，防止吸氣氧化，產品要求[O]：24ppm，[N]：37ppm。

合格的板坯加熱到1200℃，粗軋5道次出口溫度為1040℃，精軋7道次出口溫度為830℃，經過30℃/s冷卻，卷曲溫度為570℃，得到厚度為12mm，屈服強度為510MPa，抗拉強度為600MPa，延伸率為24%的合格車輪鋼。

以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。