CN104278201B - 具有良好冷成型性高碳钢的制备方法 - Google Patents

具有良好冷成型性高碳钢的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有良好冷成型性高碳钢的制备方法，依次包括以下步骤：铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→精炼→连铸→均热炉→精轧→层流冷却→卷取→钢卷库缓冷→平整→退火。本发明通过控制钢材的化学成分以及热轧工艺、层流冷却工艺、卷取温度和退火工艺等，使得钢中形成细小弥散的球状珠光体，珠光体球化率≥60％，直径≤2μm的球状珠光体占比≥60％，抗拉强度400～800MPa，延伸率≥25％，硬度130～290HV。本发明不仅制备工艺流程短、而且制备的高碳钢板材料的冷成型性能良好，在冷冲压、冷弯等成型过程中，材料不开裂，大大提高了材料的成材率和使用性能。

Description

具有良好冷成型性高碳钢的制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有良好冷成型性高碳钢板的制备方法，属于热轧带钢应用领域。
背景技术
高碳钢具有良好的淬硬性、耐磨性、较高的强度等，广泛应用于五金制品、汽车零部件制造等行业。由于热轧高碳钢板具有粗大的珠光体片层，强度较高，塑性较差，一般难以直接成型，因此高碳钢板带在后续进行冷成型加工时，需要采用2次以上的球化退火来提高材料的冷成型性。钢材组织的球化效果对材料冷成型性具有直接影响。影响高碳钢球化效果的主要因素包括热轧钢材原始组织、球化退火工艺等。在现有生产工艺中，通常采用增加退火次数提高钢中的球化率，但退火次数的增加大大增加了生产成本。另外，也有直接通过热轧工艺控制使部分片状珠光体球化，从而达到免退火目的的。如文献1(一种免退火型中高碳钢板制造工艺，公开号：CN 103173598A)公开了一种热轧过程中在线使中高碳钢板直接软化，省去热轧后的退火工序，生产的中高碳钢板通过高温卷取可实现部分球化，省去退火工序，降低部分成本。但产品的球化率仍然较低，产品的冷成型性能受到影响。文献2(一种生产65Mn热轧钢板的方法，公开号：CN101773930A)介绍了一种采用薄板坯连铸连轧流程生产65Mn热轧钢板的方法，产品具有组织性能均匀、热稳定性高、强度高的特点。产品适用于后续冷成型较为简单、变形量小的产品加工。
在目前的生产技术中，由于热轧钢材形成的珠光体组织中的渗碳体片层较大、球化率较低以及组织太分散等原因导致冷加工性能较差，在剪裁、冲压和冷弯过程中，形成初始裂纹，并在后续的加工过程中进一步扩展，导致材料开裂。
基于上述问题，本发明提供了一种具有良好冷成型高碳钢的制备方法，可以明显提高钢材的冷成型能力，有效防止冷成型过程中的开裂等质量问题，且本发明具有退火工序简单，成本低等优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有良好冷成型性高碳钢的制备方法，以克服现有技术中，在热轧态下直接使用时，高碳钢中存在粗大珠光体片层和钢中存在的铁素体量较低，导致在剪切过程中产生裂纹源，在冷弯成型过程中导致开裂；经过退火热处理时，高碳钢原始组织中粗大的珠光体片层导致退火后球化率很低(一般只能达到40～50％)，冷成型性能差，需退火次数多，生产成本高的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供的具有良好冷成型性高碳钢的制备方法的工艺步骤为：
铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→精炼→连铸→均热炉→精轧→层流冷却→卷取→钢卷库缓冷→平整→退火；
其中，连铸浇钢温度为1450～1550℃，连铸坯厚度为50～90mm；连铸坯入炉温度为900～1100℃，出炉温度为1100℃～1300℃，铸坯在炉时间为10～40min，炉内空燃比≤1.30；精轧未再结晶区压下率≥15％，终轧温度为780～900℃；轧制后进行前段密集水冷，冷却速率≥50℃/s，前段层流冷却结束温度为550～620℃，后段冷却速率为0.5～30℃/s；钢卷卷取温度为550℃～650℃；卷取后钢卷在钢卷库中采用缓冷至室温，缓冷时间为24～48小时；冷却至室温的钢卷进行平整，平整压下率≥2％；然后进行退火，退火温度为AC1±60℃，退火时间为2～30小时；
所述高碳钢的各化学成分重量百分比控制为：C：0.35％～1.00％，Si：0.10％～0.60％，Mn：0.50％～1.50％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，N：≤0.006％，Cr：0～1.00％，Als：0.020～0.080％，Ti≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述精扎步骤中，终轧温度780～840℃；精轧未再结晶区压下率≥20％。
进一步地，层流冷却步骤中，轧制后进行前段密集水冷，冷却速率80～120℃/s，前段层流冷却结束温度控制在550～600℃。
进一步地，层流冷却步骤中，后段冷却速率0.5～15℃/s。
进一步地，所述卷取步骤中，卷取温度为550℃～620℃。
进一步地，所述钢卷库缓冷步骤中，缓冷时间为36～48小时。
进一步地，所述平整步骤中，平整压下率≤20％。
进一步地，所述退火步骤中，退火温度为AC1±30℃，退火时间为5～25小时。
本发明的具有良好冷成型性高碳钢板的制备方法，通过控制钢材的化学成分以及热轧工艺、层流冷却工艺、卷取温度和退火工艺等，使得钢中形成细小弥散的球状珠光体，珠光体球化率≥60％，直径≤2μm的球状珠光体占比≥60％，抗拉强度400～800MPa，延伸率≥25％，硬度130～290HV。不仅制备工艺流程短、而且制备的高碳钢板材料的冷成型性能良好，在冷冲压、冷弯等成型过程中，材料不开裂，大大提高了材料的成材率和使用性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
4.0mm钢带的生产，主要工艺流程：铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→LF炉精炼→连铸→均热炉→精轧→层流冷却→卷取→钢卷库缓冷→平整→退火；
高碳钢中化学成分设计为：C：0.70％，Si：0.38％，Mn：1.20％，P：0.010％，S：0.003％，N：0.005％，Cr：0.10％，Als：0.030，Ti：0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质；
主要工艺参数为：
连铸浇钢温度1500℃，连铸坯厚度90mm，连铸坯入炉温度900℃，出炉温度为1130℃，铸坯在炉时间25min，炉内空燃比1.30，终轧温度880℃，精轧未再结晶区压下率15％，层流冷却采取前段快冷，前段冷却速度50℃/s，层流冷却结束温度为550℃，后段冷却速率8℃/s，卷取温度为570℃，钢卷在钢卷库中采用堆垛冷却至室温，缓冷时间25小时，进行平整，平整压下率为15％，然后进行退火，钢材的AC1为721℃，退火温度720℃，退火时间30小时。
对上述方法取样检验力学性能结果为：珠光体球化率65％，钢板抗拉强度650MPa，延伸率35％，硬度220HV，直径≤2μm的球状珠光体占比70％，单面脱碳层厚度占比1.5％，冷弯90°无开裂。
实施例2
2.0mm钢带的生产，主要工艺流程：铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→LF炉精炼→连铸→均热炉→精轧→层流冷却→卷取→钢卷库缓冷→平整→退火；
高碳钢中化学成分设计为：C：0.50％，Si：0.15％，Mn：0.90％，P：0.012％，S：0.001％，N：0.004％，Cr：0.50％，Als：0.030，Ti：0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质；
连铸浇钢温度1520℃，连铸坯厚度52mm，连铸坯入炉温度920℃，出炉温度为1280℃，铸坯在炉时间20min，炉内空燃比1.10，终轧温度860℃，精轧未再结晶区压下率30％，层流冷却采取前段快冷，冷却速度70℃/s，层流冷却结束温度为620℃，后段冷却速率20℃/s，卷取温度为650℃，钢卷在钢卷库中采用堆垛冷却至室温，缓冷时间48小时，进行平整，平整压下率为10％，然后进行退火，钢材的AC1为726℃，退火温度770℃，退火时间3小时。
对上述方法取样检验力学性能结果为：珠光体球化率75％，直径≤2μm的球状珠光体占比70％，钢板抗拉强度700MPa，延伸率28％，硬度235HV，单面脱碳层厚度占比1.0％，冷弯90°无开裂。
实施例3
1.5mm钢带的生产，主要工艺流程：铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→LF炉精炼→连铸→均热炉→精轧→层流冷却→卷取→钢卷库缓冷→平整→退火；
高碳钢中化学成分设计为：C：0.36％，Si：0.10％，Mn：0.60％，P：0.012％，S：0.001％，N：0.004％，Cr：0.90％，Als：0.030，Ti：0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质；
连铸浇钢温度1535℃，连铸坯厚度50mm，连铸坯入炉温度920℃，出炉温度为1250℃，铸坯在炉时间30min，炉内空燃比1.10，终轧温度820℃，精轧未再结晶区压下率35％，层流冷却采取前段快冷，冷却速度60℃/s，层流冷却结束温度为600℃，后段冷却速率25℃/s，卷取温度为620℃，钢卷在钢卷库中采用堆垛冷却至室温，缓冷时间40小时，进行平整，平整压下率为8％，然后进行退火，钢材的AC1为734℃，退火温度720℃，退火时间30小时。
对上述方法取样检验力学性能结果为：珠光体球化率80％，直径≤2μm的球状珠光体占比75％，钢板抗拉强度520MPa，延伸率29％，硬度155HV，单面脱碳层厚度占比0.6％，冷弯180°无开裂。
实施例4
2.5mm钢带的生产，主要工艺流程：铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→RH精炼→连铸→均热炉→精轧→层流冷却→卷取→钢卷库缓冷→平整→退火；
高碳钢中化学成分设计为：C：0.95％，Si：0.15％，Mn：0.60％，P：0.012％，S：0.001％，N：0.004％，Cr：0.10％，Als：0.030，Ti：0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质；
连铸浇钢温度1510℃，连铸坯厚度50mm，连铸坯入炉温度960℃，出炉温度为1250℃，铸坯在炉时间15min，炉内空燃比0.95，终轧温度900℃，精轧未再结晶区压下率25％，层流冷却采取前段快冷，冷却速度90℃/s，层流冷却结束温度为580℃，后段冷却速率20℃/s，卷取温度为550℃，钢卷在钢卷库中采用堆垛冷却至室温，缓冷时间48小时，并进行平整，平整压下率为2％，然后退火，钢材的AC1为722℃，退火温度740℃，退火时间15小时。
对上述方法取样检验力学性能结果为：珠光体球化率90％，直径≤2μm的球状珠光体占比80％，钢板抗拉强度800MPa，延伸率28％，硬度240HV，单面脱碳层厚度占比1.2％，冷弯90°无开裂。
实施例5
3.0mm钢带的生产，主要工艺流程：铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→LF炉→连铸→均热炉→精轧→层流冷却→卷取→钢卷库缓冷→平整→退火；
高碳钢中化学成分设计为：C：0.62％，Si：0.17％，Mn：0.90％，P：0.012％，S：0.001％，N：0.004％，Cr：0.70％，Als：0.030，Ti：0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质；
连铸浇钢温度1510℃，连铸坯厚度50mm，连铸坯入炉温度920℃，出炉温度为1250℃，铸坯在炉时间40min，炉内空燃比1.10，终轧温度780℃，精轧未再结晶区压下率20％，层流冷却采取前段快冷，冷却速度100℃/s，层流冷却结束温度为560℃，后段冷却速率15℃/s，卷取温度为550℃，钢卷在钢卷库中采用堆垛冷却至室温，缓冷时间48小时，并进行平整，平整压下率为3％，然后退火，钢材的AC1为729℃，退火温度755℃，退火时间20小时。
对上述方法取样检验力学性能结果为：珠光体球化率85％，直径≤2μm的球状珠光体占比80％，钢板抗拉强度650MPa，延伸率28％，硬度200HV，单面脱碳层厚度占比0.8％，冷弯180°无开裂。

Claims (8)

1.一种具有良好冷成型性高碳钢的制备方法，其特征在于：
该方法包括以下步骤：
铁水脱硫→转炉吹炼→吹氩→精炼→连铸→均热炉→精轧→层流冷却→卷取→钢卷库缓冷→平整→退火；
其中，连铸浇钢温度为1450～1550℃，连铸坯厚度为50～90mm；连铸坯入炉温度为900～1100℃，出炉温度为1100℃～1300℃，铸坯在炉时间为10～40min，炉内空燃比≤1.30；精轧未再结晶区压下率≥15％，终轧温度为780～900℃；轧制后进行前段密集水冷，冷却速率≥50℃/s，前段层流冷却结束温度为550～620℃，后段冷却速率为0.5～30℃/s；钢卷卷取温度为550℃～650℃；卷取后钢卷在钢卷库中采用缓冷至室温，缓冷时间为24～48小时；冷却至室温的钢卷进行平整，然后进行退火，退火温度为AC1±60℃，退火时间为2～30小时；
所述高碳钢的各化学成分重量百分比控制为：C：0.35％～1.00％，Si：0.10％～0.60％，Mn：0.50％～1.50％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，N：≤0.006％，Cr：0～1.00％，Als：0.020～0.080％，Ti≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的具有良好冷成型性高碳钢的制备方法，其特征在于：所述精轧步骤中，终轧温度780～840℃；精轧未再结晶区压下率≥20％。
3.根据权利要求1或2所述的具有良好冷成型性高碳钢的制备方法，其特征在于：所述层流冷却步骤中，轧制后进行前段密集水冷，冷却速率80～120℃/s，前段层流冷却结束温度控制在550～600℃。
4.根据权利要求1或2所述的具有良好冷成型性高碳钢的制备方法，其特征在于：所述层流冷却步骤中，后段冷却速率0.5～15℃/s。
5.根据权利要求1或2所述的具有良好冷成型性高碳钢的制备方法，其特征在于：所述卷取步骤中，卷取温度为550℃～620℃。
6.根据权利要求1或2所述的具有良好冷成型性高碳钢的制备方法，其特征在于：所述钢卷库缓冷步骤中，缓冷时间为36～48小时。
7.根据权利要求1或2所述的具有良好冷成型性高碳钢的制备方法，其特征在于：所述平整步骤中，平整压下率≤20％。
8.根据权利要求1或2所述的具有良好冷成型性高碳钢的制备方法，其特征在于：所述退火步骤中，退火温度为AC1±30℃，退火时间为5～25小时。
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