[發明專利]高強度高疲勞壽命重載卡車用車輪鋼及其處理工藝

無效

• 申請號: 201210050716.3
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102586678A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 張楠;牟淑坤;章軍;董現春;陳延清;劉宏;齊建;張熹;張飛虎;郭占山;鞠建斌
• 申請（專利權）人: 首鋼總公司
• 主分類號: C22C38/14
• 分類號: C22C38/14;B23P15/00;B23K11/04;C21D1/10
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于重載卡車用車輪鋼技術領域，尤其涉及一種高強度高疲勞壽命重載卡車用車輪鋼及其處理工藝。

背景技術

車輪是汽車制造業中關鍵的部件之一，具有轉向、承載、越野和制動等功能。特別是滿載重型卡車車輪，它在高速運轉過程中受地面平整程度影響，通常承受交變機械應力、路面沖擊載荷，以及慣性制動造成的局部溫度應力，這些嚴重影響著車輪的使用壽命。此外，汽車減重和節能環保是今后的發展趨勢，一批高強度車輪鋼先后問世，這對隨后的焊接性能，特別是焊后接頭的抗疲勞性能提出了更高要求。

目前，國內制造重型卡車用車輪材料主要以380CL鋼和490CL鋼為主，強度均較高，為保證焊接強度需延長閃光時間，火口過熱區寬泛，焊后擴口時易沿焊道炸裂，甚至在卡車行駛過程中容易出現因車輪對焊接頭疲勞斷裂而引發車禍。據了解，國內某鋼圈廠采用閃光對焊的方法焊接加工輪輞，材料使用490CL，設備為美國生產的GROTNES-FSE，極限產能400件/h。自2006年4月以來，該廠在車輪鋼焊接過程中，出現不同程度的焊縫開裂現象，部分班次開裂比率約50％；不同班次輪輞徑向疲勞壽命平均60萬次。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高強度高疲勞壽命重載卡車用車輪鋼及其處理工藝，車輪鋼經板卷開平、下料、卷曲、閃光對焊、在線感應熱處理、擴孔、滾壓等工序制成車輪輪輞，本發明是在閃光對焊及在線感應熱處理中控制了合適的技術參數。保證了在車輪輪輞焊接強韌性的同時提高接頭疲勞壽命，降低了該車輪鋼在線生產開裂比率，提升成品生產效率。

本發明的高強度高疲勞壽命重載卡車用車輪鋼的化學成份為C：0.05-0.30％，Si：0.01-0.06％，Mn：0.50-2.0％，Ni≤1.5％，Mo：0.01-0.20％，V：0.01-0.20％，Nb：0.01-0.20％，Ti：0.01-0.20％，Al：0.01-0.20％，P+S≤0.02％，余量為Fe及不可避免的微量雜質；均為質量百分數。

本發明的車輪鋼經板卷開平、下料、卷曲、閃光對焊、在線感應熱處理、擴孔、滾壓等工序制成車輪輪輞，在閃光對焊及在線感應熱處理中控制的技術參數為：

閃光對焊：夾持長度30～50mm(包括閃光留量4-10mm、頂鍛留量6-12mm)；夾緊力3～8×10⁵N；間歇接觸式帶電預熱頻率(6～12)次/s；焊接電壓10～16V；閃光時間10～30s；帶電頂鍛時間0.1～2s；頂鍛速度20-50mm/s；

線感應熱處理：焊后在線感應熱處理，鋼圈以10-20mm/s的速度高速通過局部感應加熱器進行加熱，回火溫度控制為500-700℃。

現對本發明要求的閃光對焊工藝范圍給予說明。夾持長度包括閃光留量和頂鍛留量，本發明的夾持長度為30～50mm，其中閃光留量4-10mm、頂鍛留量6-12mm，預留一定的夾持長度有助于閃光去除表面油及雜質，夾持長度過大會因閃光后期頂鍛時不發生旁彎；夾緊力范圍在3～8×10⁵N，夾緊力過大容易造成焊接殘余應力過大，降低焊接接頭的疲勞壽命，夾緊力過小易造成接頭未焊合，廢品率上升；間歇接觸式帶電預熱頻率為(6～12)次/s，本發明所用設備最大許用頻率為12次/s，頻率過低易減低在線生產效率；焊接電壓為10～16V，焊接電壓過小會使焊接端面均熱時間延長而影響生產效率，焊接電壓過大造成火口燒化過分劇烈并產生爆炸聲，火口氧化嚴重；閃光時間為10～30s，在閃光時間的選擇上應以閃光結束時，火口端部都能均勻加熱為原則，并保證帶電頂鍛前達到足夠的溫度。帶電頂鍛時間0.1～2s，帶電頂鍛時間是降低焊接缺陷發生率的主要參數，火口端面金屬在劇烈閃光過程中易發生局部氧化，帶電短路頂鍛可以將氧化的火口金屬擠出，保證焊接質量；權力要求頂鍛速度為20-50mm/s，為將火口端面熔化的金屬在凝固前充分排擠出去，進一步減少火口內高溫金屬被氧化的危險，頂鍛力在可控范圍內盡可能大一些，從而獲得強韌性優良的對焊接頭。

本發明采取的在線熱處理為對焊接頭局部快速感應回火處理，旨在降低閃光對焊接頭殘余應力，改善接頭的強度，提升輪輞疲勞壽命。設備功率電爐以并聯震蕩為基本特征，震蕩頻率5-50KHz，控制電路以頻率自動跟蹤為主要特點。鋼圈以10-20mm/s的速度高速通過局部感應加熱器進行加熱，通過控制電路跟蹤頻率來精確控制回火溫度在500-700℃之間。