孫成錢，時曉光，董毅，王俊雄，劉仁東，景鶴，邢津銘，王洪海，韓楚菲

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司制造管理部，遼寧 鞍山，114021；3.鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠，遼寧 鞍山，114021）

隨著汽車輕量化技術的發(fā)展，作為汽車重要組成部分之一的車輪，同樣需要滿足汽車輕量化發(fā)展要求。汽車質量每減輕10%，則油耗可下降8%～10%。同時，輕量化還能帶來汽車操控穩(wěn)定性和沖撞安全性的提升。對于鋼制車輪來說，要達到輕量化的目的，最主要的途徑有兩個，一是優(yōu)化車輪結構設計；二是使用高強度或超高強度的鋼材。由于車輪制作對鋼板的綜合性能以及表面質量和厚度公差要求極高，使得國內只有少數(shù)廠家才能生產(chǎn)車輪鋼，而日本等一些發(fā)達國家早已實現(xiàn)了高強車輪鋼生產(chǎn)。鞍鋼生產(chǎn)的車輪鋼牌號主要有A460LF，LQ540，為了追趕日本等一些發(fā)達國家生產(chǎn)的高強車輪鋼，鞍鋼進行了高強車輪鋼LQ590的研制開發(fā)。本文主要介紹通過對普碳鋼進行成分微調加入適量的Nb和Ti、進行控軋控冷工藝控制以及利用時效處理進行鞍鋼高強車輪鋼LQ590實驗室及工業(yè)生產(chǎn)開發(fā)。

1 實驗室冶煉與軋制試驗

1.1 冶煉與軋制

實驗室采用200 kg真空爐，按照表1中設計的冶煉成分進行冶煉，最后合爐抽真空，澆注時要保證注流平穩(wěn)不斷流，爐內多余鋼水要倒凈，自然冷卻形成試驗鋼錠。

表1 LQ590試驗鋼冶煉成分設計（質量分數(shù)）Table 1 Smelting Compositions in LQ590 Test Steel（Mass Fraction） %

將冶煉的試驗鋼錠切分為兩塊，分別編號1和2，放進箱式電爐中加熱到1 220℃，出爐后在四輥試驗軋機上進行控制軋制，設計開軋溫度為1 100℃，終軋溫度為880℃，卷取溫度為620℃（模擬），利用便攜式紅外測溫儀檢測溫度。LQ590軋制工藝見表2，將鋼錠軋制板厚為11 mm。

表2 LQ590軋制工藝Table 2 Rolling Process for LQ590 Steel ℃

1.2 鋼板性能與組織檢驗分析

1.2.1 力學性能

每塊鋼板上分別取橫向試樣各2塊，在Z1200拉伸試驗機上進行力學性能檢驗，LQ590實驗室性能檢驗結果如表3所示，可以看出抗拉強度低于590 MPa，沒有達到設計要求。

表3 LQ590實驗室性能檢驗結果Table3 Test Results of Properties of LQ590 Steel at Laboratory

1.2.2 金相組織

實驗室LQ590金相組織如圖1所示。從金相圖片中可以看出，其組織主要由大量的貝氏體及少量的鐵素體和珠光體組成，晶粒非常細小，晶粒度12級。

圖1 實驗室LQ590金相組織Fig.1 Metallographic Structures of LQ590 Steel at Laboratory

1.2.3 總結分析

從實驗結果可以看出，與標準相比試驗鋼LQ590屈服強度偏高，抗拉強度和延伸率偏低，結合軋制工藝和組織分析認為：

（1）由于終軋溫度過低，鐵素體在形成過程中被不斷變形，使得鐵素體晶粒較小而且其內部含有大量畸變，強度偏高，所以使其屈服強度偏高，延伸率偏低；

（2）由于冷卻過程中冷速過慢，貝氏體是在高溫狀態(tài)下形成的，導致其抗拉強度偏低。

2 工業(yè)試制的冶煉與軋制試驗

2.1 冶煉與軋制

高強車輪鋼LQ590工業(yè)試制化學成分以實驗室冶煉成分為基礎并進行微調，高強車輪鋼LQ590實際冶煉成分見表4。連鑄坯厚度為170 mm，并在鞍鋼熱軋帶鋼廠2150機組進行軋制試制。

表4 LQ590實際冶煉成分（質量分數(shù)）Table 4 Actual Smelting Composition in LQ590 Steel（Mass Fraction） %

連鑄坯裝爐2塊進行軋制。設計加熱目標溫度1 220℃，保溫218 min，高強車輪鋼LQ590實際軋制工藝參數(shù)見表5。

表5 LQ590實際軋制工藝Table 5 Actual Rolling Process for LQ590 ℃

2.2 軋后取樣分析

熱軋后立即在頭尾分別截取試樣，編號1、2、3、4。 其中，1為 010 試樣頭部、2為 010 試樣尾部，在橫向方向各取兩個拉力試樣，橫向編號11、12、21、22， 3為 020 試樣頭部、4為 020 試樣尾部，在橫向方向各取兩個拉力試樣，編號為：13、14、23、24。 高強車輪鋼 LQ590 工業(yè)生產(chǎn)性能見表6，高強車輪鋼LQ590鋼第一次取樣金相組織見圖2。由圖2可見，工業(yè)生產(chǎn)的LQ590組織均為鐵素體及珠光體組織。

表6 LQ590工業(yè)生產(chǎn)性能Table 6 Industrial Production Performance of LQ590 Steel

圖2 LQ590第一次取樣金相組織Fig.2 Metallographic Structures of Sample Taken from LQ590 Steel for 1st Time

2.3 緩冷后取樣分析

試樣截取自軋后放置2周的鋼卷，010號鋼卷取樣編號5，020號鋼卷取樣編號6。每卷橫向取兩個 拉 力 試 樣 ， 橫 向 編 號 ：511、512、611、612，LQ590試樣軋后2周性能見表7。

表7 LQ590試樣軋后2周性能Table 7 Properties of Sample Taken from LQ590 Steel during Two Weeks after Rolling

高強車輪鋼LQ590鋼第二次取樣金相組織見圖3。由圖3可見，工業(yè)生產(chǎn)的LQ590組織均為鐵素體及珠光體組織。

圖3 LQ590第二次取樣金相組織Fig.3 Metallographic Structures of Sample Taken from LQ590 Steel for the Second Time

2.4 試驗結果分析

軋后立即取樣鋼板性能檢驗結果表明，屈服強度滿足標準要求，均大于450 MPa；但抗拉強度與標準指標稍低，最高為590 MPa，為標準的邊緣值；延伸率滿足標準要求，均大于21%。鋼卷放置2周后進行二次取樣，性能檢驗結果表明，橫向屈服強度滿足標準要求，均大于500 MPa；延伸率滿足標準要求，均大于標準要求的21%，達到24%以上；抗拉強度均比第一次檢驗高出20～30 MPa，最高達到615 MPa。通過以上的分析，認為強度提高是由于時效產(chǎn)生的。

總體來說，本次試制鋼種成分合理，可以滿足590 MPa高強車輪鋼的性能指標要求，只要在實際生產(chǎn)中控制好工藝參數(shù)，達到設計要求就可以得到理想的鋼板。

3 帶合同工業(yè)試制

根據(jù)某零部件公司對高強車輪鋼的試制需求，提供了11 mm厚度的高強車輪鋼LQ590試驗料進行車輪沖壓應用性試驗。

3.1 冶煉與軋制

在鞍鋼煉鋼廠冶煉1爐，高強車輪鋼LQ590工業(yè)冶煉成分見表8，從表中可以看出，其成分完全符合設計要求。

表8 LQ590工業(yè)冶煉成分(質量分數(shù))Table 8 Industrial Smelting Compositions in LQ590 Steel（Mass Fraction） %

在熱軋帶鋼廠2150機組進行熱軋試制，共軋制4塊，高強車輪鋼LQ590實際軋制工藝見表9，從表9中可以看出軋制工藝控制穩(wěn)定，達到設計要求。

表9 LQ590實際軋制工藝Table 9 Actual Rolling Process for LQ590 Steel ℃

3.2 力學性能

對每卷橫向取的兩個拉力試樣進行拉伸性能檢驗，其力學性能結果見表10。從表10中可以看出，4卷LQ590的橫向屈服強度均在530 MPa以上，橫向抗拉強度均在600 MPa以上，橫向斷后延伸率均在21%以上，性能穩(wěn)定，達到標準要求。

表10 LQ590力學性能Table 10 Mechanical Properties of LQ590 Steel

3.3 金相組織

在拉伸試樣對應的鋼板位置取金相試樣進行組織分析，其編號與拉伸試樣一致。高強車輪鋼LQ590鋼第二次取樣的金相組織如圖4所示，由圖4可以看出，工業(yè)生產(chǎn)的LQ590鋼組織均為鐵素體、珠光體及少量的貝氏體，且晶粒細小，晶粒度為12級。

圖4 LQ590金相組織Fig.4 Metallographic Structures of LQ590 Steel

3.4 冷成形沖壓車輪試制

試制的高強車輪鋼LQ590在某汽車車輪廠進行實際冷成形沖壓試驗，結果良好，車輪表面無開裂，達到用戶要求，年生產(chǎn)量4萬余t，高強車輪鋼LQ590沖壓車輪見圖5。

圖5 高強車輪鋼LQ590沖壓車輪Fig.5 Stamping Wheels Made from High Strength Wheel Steel LQ590

4 結論

（1）通過實驗室開發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)，在C-Mn鋼的基礎上添加Nb、Ti等微量的合金化元素，在軋制時采用控軋控冷工藝，成功開發(fā)出了590 MPa級高強車輪鋼。

（2）工業(yè)生產(chǎn)的590 MPa級高強車輪鋼屈服強度大于450 MPa，抗拉強度大于590 MPa，橫向斷后延伸率大于21%，滿足標準要求。

（3）工業(yè)生產(chǎn)的590 MPa級高強車輪鋼冷成形沖壓結果良好，車輪表面無開裂，達到用戶要求，現(xiàn)已經(jīng)成功應用于某汽車廠卡車車輪，年生產(chǎn)量4萬余t。