汽车用高强车轮钢LQ590热轧钢板的研制开发

孙成钱，时晓光，董毅，王俊雄，刘仁东，景鹤，邢津铭，王洪海，韩楚菲

（1.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山 114009；2.鞍钢股份有限公司制造管理部，辽宁 鞍山，114021；3.鞍钢股份有限公司热轧带钢厂，辽宁 鞍山，114021）

随着汽车轻量化技术的发展，作为汽车重要组成部分之一的车轮，同样需要满足汽车轻量化发展要求。汽车质量每减轻10%，则油耗可下降8%～10%。同时，轻量化还能带来汽车操控稳定性和冲撞安全性的提升。对于钢制车轮来说，要达到轻量化的目的，最主要的途径有两个，一是优化车轮结构设计；二是使用高强度或超高强度的钢材。由于车轮制作对钢板的综合性能以及表面质量和厚度公差要求极高，使得国内只有少数厂家才能生产车轮钢，而日本等一些发达国家早已实现了高强车轮钢生产。鞍钢生产的车轮钢牌号主要有A460LF，LQ540，为了追赶日本等一些发达国家生产的高强车轮钢，鞍钢进行了高强车轮钢LQ590的研制开发。本文主要介绍通过对普碳钢进行成分微调加入适量的Nb和Ti、进行控轧控冷工艺控制以及利用时效处理进行鞍钢高强车轮钢LQ590实验室及工业生产开发。

1 实验室冶炼与轧制试验

1.1 冶炼与轧制

实验室采用200 kg真空炉，按照表1中设计的冶炼成分进行冶炼，最后合炉抽真空，浇注时要保证注流平稳不断流，炉内多余钢水要倒净，自然冷却形成试验钢锭。

表1 LQ590试验钢冶炼成分设计（质量分数）Table 1 Smelting Compositions in LQ590 Test Steel（Mass Fraction） %

将冶炼的试验钢锭切分为两块，分别编号1和2，放进箱式电炉中加热到1 220℃，出炉后在四辊试验轧机上进行控制轧制，设计开轧温度为1 100℃，终轧温度为880℃，卷取温度为620℃（模拟），利用便携式红外测温仪检测温度。LQ590轧制工艺见表2，将钢锭轧制板厚为11 mm。

表2 LQ590轧制工艺Table 2 Rolling Process for LQ590 Steel ℃

1.2 钢板性能与组织检验分析

1.2.1 力学性能

每块钢板上分别取横向试样各2块，在Z1200拉伸试验机上进行力学性能检验，LQ590实验室性能检验结果如表3所示，可以看出抗拉强度低于590 MPa，没有达到设计要求。

表3 LQ590实验室性能检验结果Table3 Test Results of Properties of LQ590 Steel at Laboratory

1.2.2 金相组织

实验室LQ590金相组织如图1所示。从金相图片中可以看出，其组织主要由大量的贝氏体及少量的铁素体和珠光体组成，晶粒非常细小，晶粒度12级。

图1 实验室LQ590金相组织Fig.1 Metallographic Structures of LQ590 Steel at Laboratory

1.2.3 总结分析

从实验结果可以看出，与标准相比试验钢LQ590屈服强度偏高，抗拉强度和延伸率偏低，结合轧制工艺和组织分析认为：

（1）由于终轧温度过低，铁素体在形成过程中被不断变形，使得铁素体晶粒较小而且其内部含有大量畸变，强度偏高，所以使其屈服强度偏高，延伸率偏低；

（2）由于冷却过程中冷速过慢，贝氏体是在高温状态下形成的，导致其抗拉强度偏低。

2 工业试制的冶炼与轧制试验

2.1 冶炼与轧制

高强车轮钢LQ590工业试制化学成分以实验室冶炼成分为基础并进行微调，高强车轮钢LQ590实际冶炼成分见表4。连铸坯厚度为170 mm，并在鞍钢热轧带钢厂2150机组进行轧制试制。

表4 LQ590实际冶炼成分（质量分数）Table 4 Actual Smelting Composition in LQ590 Steel（Mass Fraction） %

连铸坯装炉2块进行轧制。设计加热目标温度1 220℃，保温218 min，高强车轮钢LQ590实际轧制工艺参数见表5。

表5 LQ590实际轧制工艺Table 5 Actual Rolling Process for LQ590 ℃

2.2 轧后取样分析

热轧后立即在头尾分别截取试样，编号1、2、3、4。 其中，1为 010 试样头部、2为 010 试样尾部，在横向方向各取两个拉力试样，横向编号11、12、21、22， 3为 020 试样头部、4为 020 试样尾部，在横向方向各取两个拉力试样，编号为：13、14、23、24。 高强车轮钢 LQ590 工业生产性能见表6，高强车轮钢LQ590钢第一次取样金相组织见图2。由图2可见，工业生产的LQ590组织均为铁素体及珠光体组织。

表6 LQ590工业生产性能Table 6 Industrial Production Performance of LQ590 Steel

图2 LQ590第一次取样金相组织Fig.2 Metallographic Structures of Sample Taken from LQ590 Steel for 1st Time

2.3 缓冷后取样分析

试样截取自轧后放置2周的钢卷，010号钢卷取样编号5，020号钢卷取样编号6。每卷横向取两个 拉 力 试 样 ， 横 向 编 号 ：511、512、611、612，LQ590试样轧后2周性能见表7。

表7 LQ590试样轧后2周性能Table 7 Properties of Sample Taken from LQ590 Steel during Two Weeks after Rolling

高强车轮钢LQ590钢第二次取样金相组织见图3。由图3可见，工业生产的LQ590组织均为铁素体及珠光体组织。

图3 LQ590第二次取样金相组织Fig.3 Metallographic Structures of Sample Taken from LQ590 Steel for the Second Time

2.4 试验结果分析

轧后立即取样钢板性能检验结果表明，屈服强度满足标准要求，均大于450 MPa；但抗拉强度与标准指标稍低，最高为590 MPa，为标准的边缘值；延伸率满足标准要求，均大于21%。钢卷放置2周后进行二次取样，性能检验结果表明，横向屈服强度满足标准要求，均大于500 MPa；延伸率满足标准要求，均大于标准要求的21%，达到24%以上；抗拉强度均比第一次检验高出20～30 MPa，最高达到615 MPa。通过以上的分析，认为强度提高是由于时效产生的。

总体来说，本次试制钢种成分合理，可以满足590 MPa高强车轮钢的性能指标要求，只要在实际生产中控制好工艺参数，达到设计要求就可以得到理想的钢板。

3 带合同工业试制

根据某零部件公司对高强车轮钢的试制需求，提供了11 mm厚度的高强车轮钢LQ590试验料进行车轮冲压应用性试验。

3.1 冶炼与轧制

在鞍钢炼钢厂冶炼1炉，高强车轮钢LQ590工业冶炼成分见表8，从表中可以看出，其成分完全符合设计要求。

表8 LQ590工业冶炼成分(质量分数)Table 8 Industrial Smelting Compositions in LQ590 Steel（Mass Fraction） %

在热轧带钢厂2150机组进行热轧试制，共轧制4块，高强车轮钢LQ590实际轧制工艺见表9，从表9中可以看出轧制工艺控制稳定，达到设计要求。

表9 LQ590实际轧制工艺Table 9 Actual Rolling Process for LQ590 Steel ℃

3.2 力学性能

对每卷横向取的两个拉力试样进行拉伸性能检验，其力学性能结果见表10。从表10中可以看出，4卷LQ590的横向屈服强度均在530 MPa以上，横向抗拉强度均在600 MPa以上，横向断后延伸率均在21%以上，性能稳定，达到标准要求。

表10 LQ590力学性能Table 10 Mechanical Properties of LQ590 Steel

3.3 金相组织

在拉伸试样对应的钢板位置取金相试样进行组织分析，其编号与拉伸试样一致。高强车轮钢LQ590钢第二次取样的金相组织如图4所示，由图4可以看出，工业生产的LQ590钢组织均为铁素体、珠光体及少量的贝氏体，且晶粒细小，晶粒度为12级。

图4 LQ590金相组织Fig.4 Metallographic Structures of LQ590 Steel

3.4 冷成形冲压车轮试制

试制的高强车轮钢LQ590在某汽车车轮厂进行实际冷成形冲压试验，结果良好，车轮表面无开裂，达到用户要求，年生产量4万余t，高强车轮钢LQ590冲压车轮见图5。

图5 高强车轮钢LQ590冲压车轮Fig.5 Stamping Wheels Made from High Strength Wheel Steel LQ590

4 结论

（1）通过实验室开发和工业生产，在C-Mn钢的基础上添加Nb、Ti等微量的合金化元素，在轧制时采用控轧控冷工艺，成功开发出了590 MPa级高强车轮钢。

（2）工业生产的590 MPa级高强车轮钢屈服强度大于450 MPa，抗拉强度大于590 MPa，横向断后延伸率大于21%，满足标准要求。

（3）工业生产的590 MPa级高强车轮钢冷成形冲压结果良好，车轮表面无开裂，达到用户要求，现已经成功应用于某汽车厂卡车车轮，年生产量4万余t。