[发明专利]高强度高疲劳寿命重载卡车用车轮钢及其处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于重载卡车用车轮钢技术领域，尤其涉及一种高强度高疲劳寿命重载卡车用车轮钢及其处理工艺。

背景技术

车轮是汽车制造业中关键的部件之一，具有转向、承载、越野和制动等功能。特别是满载重型卡车车轮，它在高速运转过程中受地面平整程度影响，通常承受交变机械应力、路面冲击载荷，以及惯性制动造成的局部温度应力，这些严重影响着车轮的使用寿命。此外，汽车减重和节能环保是今后的发展趋势，一批高强度车轮钢先后问世，这对随后的焊接性能，特别是焊后接头的抗疲劳性能提出了更高要求。

目前，国内制造重型卡车用车轮材料主要以380CL钢和490CL钢为主，强度均较高，为保证焊接强度需延长闪光时间，火口过热区宽泛，焊后扩口时易沿焊道炸裂，甚至在卡车行驶过程中容易出现因车轮对焊接头疲劳断裂而引发车祸。据了解，国内某钢圈厂采用闪光对焊的方法焊接加工轮辋，材料使用490CL，设备为美国生产的GROTNES-FSE，极限产能400件/h。自2006年4月以来，该厂在车轮钢焊接过程中，出现不同程度的焊缝开裂现象，部分班次开裂比率约50％；不同班次轮辋径向疲劳寿命平均60万次。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度高疲劳寿命重载卡车用车轮钢及其处理工艺，车轮钢经板卷开平、下料、卷曲、闪光对焊、在线感应热处理、扩孔、滚压等工序制成车轮轮辋，本发明是在闪光对焊及在线感应热处理中控制了合适的技术参数。保证了在车轮轮辋焊接强韧性的同时提高接头疲劳寿命，降低了该车轮钢在线生产开裂比率，提升成品生产效率。

本发明的高强度高疲劳寿命重载卡车用车轮钢的化学成份为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％，余量为Fe及不可避免的微量杂质；均为质量百分数。

本发明的车轮钢经板卷开平、下料、卷曲、闪光对焊、在线感应热处理、扩孔、滚压等工序制成车轮轮辋，在闪光对焊及在线感应热处理中控制的技术参数为：

闪光对焊：夹持长度30～50mm(包括闪光留量4-10mm、顶锻留量6-12mm)；夹紧力3～8×10⁵N；间歇接触式带电预热频率(6～12)次/s；焊接电压10～16V；闪光时间10～30s；带电顶锻时间0.1～2s；顶锻速度20-50mm/s；

线感应热处理：焊后在线感应热处理，钢圈以10-20mm/s的速度高速通过局部感应加热器进行加热，回火温度控制为500-700℃。

现对本发明要求的闪光对焊工艺范围给予说明。夹持长度包括闪光留量和顶锻留量，本发明的夹持长度为30～50mm，其中闪光留量4-10mm、顶锻留量6-12mm，预留一定的夹持长度有助于闪光去除表面油及杂质，夹持长度过大会因闪光后期顶锻时不发生旁弯；夹紧力范围在3～8×10⁵N，夹紧力过大容易造成焊接残余应力过大，降低焊接接头的疲劳寿命，夹紧力过小易造成接头未焊合，废品率上升；间歇接触式带电预热频率为(6～12)次/s，本发明所用设备最大许用频率为12次/s，频率过低易减低在线生产效率；焊接电压为10～16V，焊接电压过小会使焊接端面均热时间延长而影响生产效率，焊接电压过大造成火口烧化过分剧烈并产生爆炸声，火口氧化严重；闪光时间为10～30s，在闪光时间的选择上应以闪光结束时，火口端部都能均匀加热为原则，并保证带电顶锻前达到足够的温度。带电顶锻时间0.1～2s，带电顶锻时间是降低焊接缺陷发生率的主要参数，火口端面金属在剧烈闪光过程中易发生局部氧化，带电短路顶锻可以将氧化的火口金属挤出，保证焊接质量；权力要求顶锻速度为20-50mm/s，为将火口端面熔化的金属在凝固前充分排挤出去，进一步减少火口内高温金属被氧化的危险，顶锻力在可控范围内尽可能大一些，从而获得强韧性优良的对焊接头。

本发明采取的在线热处理为对焊接头局部快速感应回火处理，旨在降低闪光对焊接头残余应力，改善接头的强度，提升轮辋疲劳寿命。设备功率电炉以并联震荡为基本特征，震荡频率5-50KHz，控制电路以频率自动跟踪为主要特点。钢圈以10-20mm/s的速度高速通过局部感应加热器进行加热，通过控制电路跟踪频率来精确控制回火温度在500-700℃之间。