張志強，柳風林，李 斌，黃志鎮(zhèn)，賈改風，呂德文

(河鋼集團邯鋼公司，河北 邯鄲 056015)

輪輞作為鋼制車輪的重要部件，其成形工藝非常復雜，包括下料、圈圓、閃光對焊、刮渣、端切、擴口、三道滾型、擴漲、打孔等工序。這就要求輪輞鋼必須具備良好的強韌性、高塑性、焊接性、焊后成形性以及抗疲勞性，另外隨著車輪生產企業(yè)日益增長的高端需求，表面質量也越來越受到關注[1-3]。

輪輞鋼由于其嚴苛的加工工藝，通常在常規(guī)熱軋產線生產。CSP產線相比于常規(guī)熱軋在運行成本、溫度均勻性、板形以及尺寸精度控制方面有其獨特的優(yōu)勢，但也因其工藝和裝備特點，低碳鋼產品晶粒較細，屈強比高、冷成形性能不如常規(guī)熱軋產品[4]。本文從成分設計、工藝制定、結果分析以及用戶應用等方面介紹河鋼邯鋼基于CSP產線開發(fā)HZ380CL輪輞鋼的成功經驗，具有一定的可借鑒意義。

1 成分設計

輪輞在加工過程中需要焊接，且在擴口、滾型及擴張工序需要較高的塑性，因此采用低C成分設計，結合CSP產線特殊要求，避開包晶區(qū)，C含量控制在0.07%以下。Mn具有一定的固溶強化作用，同時還可以抑制奧氏體再結晶，提高錳含量以滿足所需強度，但Mn含量高會增大成品偏析的風險。為了彌補由于低C、低Mn造成的強度損失,鋼中適當添加Nb，利用其固溶拖曳作用進一步提升強度。Si含量過高會影響鋼帶表面質量，以至于給用戶涂鍍帶來麻煩。P和S明顯降低鋼的塑性和沖擊韌性、惡化鋼的成形性、焊接性和抗疲勞性能,因此應盡量降低二者的含量。鋼中Al和N容易形成AlN，沉淀在奧氏體中，引起晶粒硬化，尤其是在奧氏體晶界的沉淀引起晶界脆化,影響鑄坯的高溫塑性，為避免因鑄坯裂紋造成鋼帶存在邊裂缺陷，在滿足標準要求下，盡可能降低其含量，并且可以通過加 Ti，Ti與N結合優(yōu)先形成TiN,減輕 AlN 的有害作用。HZ380CL輪輞鋼的具體成分如表1所示。

表1 HZ380CL的化學成分Table 1 Chemical composition of HZ380CL

2 工業(yè)試制

2.1 工藝路線

HZ380CL輪輞鋼的生產工藝路線為：鐵水預處理—轉爐冶煉—LF精煉—CSP連鑄—加熱-粗軋-均熱-精軋-層流冷卻-卷取-噴號-檢驗-入庫。

2.2 生產工藝

在確定了合金成分的基礎上，合理的加熱、軋制與冷卻工藝是實現(xiàn)高表面質量、低屈強比輪輞鋼的主要措施。有資料顯示[5]，氧化鐵皮厚度隨著溫度升高逐漸增加，在1000 ℃以上增加更為迅速，為減少爐生氧化鐵皮厚度，結合該鋼種實際特點，出爐溫度設定為1130 ℃；為提高除磷效率，除磷水壓力≥250 bar；在精軋階段采用“高溫快軋”的軋制工藝，適當提高終軋溫度，達到提升精軋速度的目的，盡可能縮短帶鋼在高溫區(qū)的氧化時間，實現(xiàn)對氧化鐵皮厚度的減薄控制[6]。另外，終軋溫度的提升，未再結晶區(qū)甚至兩相區(qū)軋制的機架越少，累計變形量越小，晶粒細化程度越低，可以有效降低屈服強度和屈強比[4]，終軋溫度設定為880 ℃；層冷冷卻從第二組開始開啟，適當增加帶鋼的空冷時間，促進鐵素體晶粒粗大等軸均勻，同時由于C有充分時間在鐵素體晶界聚集，進入冷卻區(qū)域后，可以有效促進珠光體析出及彌散分布，保證較高的抗拉強度，屈強比獲得一定程度的降低；根據(jù)河鋼邯鋼CSP產線特點，結合本鋼種特性，卷取溫度設定為610 ℃。HZ380CL的具體工藝參數(shù)如表2所示。

表2 HZ380CL工藝參數(shù)Table 2 Process parameters of HZ380CL

3 結果分析

3.1 力學性能

HZ380CL力學性能見表3所示，并與常規(guī)熱軋產線同級別產品進行了對比。

由表3可以看出，兩條產線延伸率相當，橫縱向性能差異不大，均在10 Mpa左右，兩條產線屈強比均小于0.80，CSP產線的產品與常規(guī)產線相比高出0.04，但低于該產線同類低碳產品。

表3 CSP產線及常規(guī)產線HZ380CL力學性能Table 3 Mechanical Properties of CSP production line and conventional production line HZ380CL

3.2 微觀組織

常規(guī)熱軋產線生產的HZ380CL組織類型為鐵素體+珠光體，晶粒比較均勻，珠光體彌散地分布在鐵素體之間。CSP產線產品組織與常規(guī)產線相比，組織類型一致，但是珠光體較少，這與該鋼種C含量低有關。同時組織中存在一定程度的混晶現(xiàn)象，因為Nb具有抑制再結晶的作用，減弱了鑄造枝晶通過再結晶過程向等軸晶轉化及完成組織的均勻化過程，導致產品出現(xiàn)混晶，但是有文獻指出Nb含量≤0.03%，混晶現(xiàn)象可以避免[7]，因此本鋼種的Nb含量不足以造成混晶，引起混晶的因素有很多，諸如文獻[8]中提出的缺少了 γ-α和α-γ的兩次相變過程，軋前的原始組織仍為粗大的樹枝晶；文獻[9]提出由于連鑄坯溫降波動大，進入加熱爐之前發(fā)生了部分奧氏體向鐵素體的轉變，此時鑄坯中存在粗細不均的一次奧氏體和二次奧氏體共存，形成最原始的混晶組織；文獻[10]提出因CSP 的工藝特點，往往因變形溫度和變形程度的關系，在整個軋制過程中常常會發(fā)生再結晶、未再結晶軋制和部分再結晶軋制，引起組織混晶。兩條產線金相組織如圖1和圖2所示。

圖1 CSP產線金相組織Fig.1 Metallographic structure of CSP line

圖2 常規(guī)熱軋產線金相組織Fig.2 Metallographic structure of conventional hot rolling line

3.3 氧化鐵皮厚度

圖3和圖4為兩條產線HZ380CL氧化鐵皮厚度微觀形貌，等間距選取3點測量氧化鐵皮厚度，從表4中不難看出，兩條產線氧化鐵皮厚度均較薄，小于10 μm。相比之間，CSP產線生產的HZ380CL表面氧化鐵皮均值厚1.8 μm，且厚度均勻性相對較差，河鋼邯鋼CSP產線投產已有20多年，是國內引進最早CSP產線之一，加熱、除磷軋制以及冷卻等設備和能力均較差，再加上CSP產線本身條件的局限性，相比與常規(guī)熱軋線在表面質量控制方面稍顯遜色。

圖3 CSP產線氧化鐵皮厚度Fig.3 Thickness of oxide scale of CSP line

圖4 常規(guī)熱軋產線氧化鐵皮厚度Fig.4 Thickness of oxide scale of conventional hot rolling line

表4 兩條產線HZ380CL氧化鐵皮厚度測量結果Table 4 Thickness measurement results of HZ380CL scale of two production lines

4 用戶應用

鋼卷經用戶開平后，表面質量良好，無氧化鐵皮脫落及麻坑缺陷，如圖5所示。批量焊接、擴口、滾型及擴張后，焊接和成形性能優(yōu)異，焊接開裂率在2.6‰以內，與常規(guī)產線產品相當。通過與輪輻合成焊接經電泳噴漆后，車輪表面光潔無凹坑，完全滿足了歐美市場對表面質量的要求，圖6為車輪輪輞表面質量實物照片。

圖5 開平后鋼卷表面Fig.5 Surface of steel coil after flattening

圖6 車輪輪輞表面質量Fig.6 Wheel rim surface quality

5 結論

(1)基于CSP產線成功開發(fā)了車輪輪輞鋼，力學性能、顯微組織及氧化鐵皮厚度比常規(guī)熱軋產線實物水平略顯遜色，但經用戶試用后，焊接和成形性能優(yōu)異，焊接開裂率和表面質量完全滿足了用戶使用要求；

(2)采用低溫出爐和精軋段“高溫快軋”工藝，減少帶鋼在高溫區(qū)的氧化時間，實現(xiàn)對氧化鐵皮厚度的減薄控制，為用戶提供了一種“環(huán)保型”產品。

(3)通過提升終軋溫度，增加帶鋼軋后空冷時間，減少未再結晶區(qū)軋制幾率，降低累計變形量，促進鐵素體晶粒粗大等軸均勻，有效降低了輪輞鋼HZ380CL的屈強比。