CN104561823B - 一种深冲用超高强度钢热轧钢板及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深冲用超高强度钢热轧钢板，包括：C0.20‑0.40%，Mn0.50‑2.20%，Si0.80‑2.00%，S≤0.010%，P≤0.015%，Cr0.80‑1.50%，Ni0.40‑1.20%，Mo0.20‑0.70%，V0.05‑0.15%，W0.60‑1.20%，Ti≤0.06%，B≤0.004%，Al≤0.06%，Fe和不可避免杂质元素；钢板中的组织为球状碳化物+铁素体组织。同时还提供了该钢板的生产方法。本发明的钢板经过淬火+低温回火后抗拉强度达到1520MPa以上，屈服强度大于1320MPa以上，塑性达到10%以上。其他的拉伸强度、延伸率等指标也较好。

Description

一种深冲用超高强度钢热轧钢板及制造方法

技术领域

本发明涉及一种超高强度钢，具体涉及一种深冲用超高强度钢板，以及该钢板的制造方法。

背景技术

超高强度钢板已经广泛用于制造高压容器、压力容器（高压气瓶）、器皿、反应釜、武器运送装置（包括核爆炸试验装置）、防爆、装甲防弹材料（装甲材料如车辆装甲、头盔、防弹衣等）、汽车大樑等。冲压生产的零部件应用越来越广泛，如：用于汽车冲压件就达几十种，由于冲压过程条件严酷，尤其超高强度钢板在冲压时因强度高，容易产生裂纹缺陷，因此，冲压用钢板的与普通用途的钢板其制造方法有很大差距。

我国冷冲压用超高强度钢板还没有专用的制造方法，冷冲压变形苛刻的零部件用钢板还是需要大量进口。

一般冲压用低合金超高强度钢板，要求抗拉强度Rm≥1520Mpa、Rp0.2≥1320MPa、A≥9%。

现有技术中关于高强度钢板用的钢板较多，如CN92106089.0公开了一种热轧低合金高强度钢板及其制备工艺。提供了一种因利用残留奥氏体的TRIP效应而具有良好强度及塑性的低合金高强度钢板。具体的成分如下：C：0.20～0.40，Si：1.5～2.1，Mn：1.0～2.0，S：＜0.01，P：＜0.01，Fe：余量，其主要特点是利用控轧与控冷技术，尽可能增加钢板中残留奥氏体的数量，从而使得该类钢板具有较高的强度及良好的塑性。该制备工艺通过控轧控冷，余留残余奥氏体达到具有较高强度和塑韧性匹配，产品用于结构钢而不是冲压用钢。CN102212760A一种高韧性超高强度钢，该发明也适用于结构件不用于冲压用途；CN101481779高塑性高韧性超高强度钢及其制造方法，该发明采用调制处理达到高强度和高韧性目的，也不是冲压用钢；CN200880114663.9深冲压用高拉伸强度钢及其制备方法与本专利接近，其化学成分控制与本发明接近，成品板采用球化退火工艺，材料强度大于1100MPa，用于低温高压容器。但该发明材料强度用于深冲领域，强度略显不足。

CN102212760A公开了一种高韧性超高强度钢，该发明也适用于结构件不用于冲压用途；CN101481779公开了一种高塑性高韧性超高强度钢及其制造方法，该发明采用调制处理达到高强度和高韧性目的，也不是冲压用钢；CN200880114663.9公开了深冲压用高拉伸强度钢成品板采用球化退火工艺，得到材料强度大于1100MPa，用于低温高压容器，但该材料强度仍略显不足。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种深冲低合金超高强度钢，加工制造热轧钢板，钢板软化态冷冲压拉伸制造高压容器。同时提供这种钢板的制造方法。

本发明的技术方案是，一种深冲用超高强度钢热轧钢板，其化学成分的质量百分比包括：C0.20-0.40%，Mn0.50-2.20%，Si0.80-2.00%，S≤0.010%，P≤0.015%，Cr0.80-1.50%，Ni0.40-1.20%，Mo0.20-0.70%，V0.05-0.15%，W0.60-1.20%，Ti≤0.06%，B≤0.004%，Al≤0.06%，Fe和不可避免杂质元素；所述钢板中的组织为球状碳化物+铁素体组织。

根据本发明的一种深冲用超高强度钢热轧钢板，优选的是，所述钢板硬度≤269。

根据本发明的一种深冲用超高强度钢热轧钢板，近一步地，所述钢板的力学性能为：Rm≥1520Mpa，Rp0.2≥1320Mpa，A,5≥9%。

化学成分选择说明：

碳，0.20～0.40%，碳增加钢的强度，碳含量过高，降低钢的塑韧性加工性能降低，尤其不利于冷加工冲压性能；

锰，锰控制在0.50～1.20%，固熔强化作用、促进钒在高温下溶解提高钒的细化作用，同时提高钢的淬透性；

硅，控制在0.80～2.0%范围，以保证回火脆性温度提高到400℃以上；较高的硅含量是提高淬透性和贝氏体、马氏体组织的稳定性，使钢的低温回火稳定性提高，以保证钢在低温回火时具有超高强度和高的塑韧性；

铬，控制在0.8～1.5%，镍，控制0.40～1.2%，提高钢的淬透性，同时镍固溶强化作用，提高过冷奥氏体稳定性，提高钢的塑韧性；

钼，控制在0.2～0.7%，显著提高钢的淬透性和提高钢的回火稳定性，降低高温回火脆性倾向；

钒，控制在0.05～0.15%，主要起到沉淀强化作用，析出细小弥散VC细化晶粒，改善钢的塑性和韧性；

钨，控制0.60～1.20%，提高钢的高温回火稳定性；

铝，控制0.06%以下，细化奥氏体晶粒；

硼，不超过0.005%，添加微量硼提高钢的淬透性。

本发明还提供了上述深冲用超高强度钢热轧钢板的制造方法，该方法包括：

1)在真空感应炉冶炼：在真空状态给电熔化，全熔后取化学成分分析试样，按所述化学成分范围调整成分，取成品样出钢，带电浇注电极；

2)电渣重熔，将电极重熔成钢锭；

3)钢锭退火温度650～720℃，保温10～15h炉冷至≤500℃空冷；

4)板坯锻造成型，板坯锻后空冷至≤300℃后红送退火，退火温度650～720℃，保温10～15h炉冷至≤500℃空冷；

5)板坯经修磨清理后在炉卷轧机轧制，板坯加热温度：1100～1250℃，开始轧制温度大于等于900℃，精轧终止温度：750～950℃；卷取，卷取温度：500～600℃，卷起后空冷至室温，及时退火。

本发明的卷取温度低于一般低碳钢，目的是使钢板直接空冷后获得贝氏体和马氏体组织，即获得与单张钢板空冷后一样的组织，避免温度高奥氏体容易转变为片状珠光体组织。卷取温度高于AC1点容易析出铁素体组织，造成带状组织产生，导致各向异性，不利于冲压性能。

根据本发明的深冲用超高强度钢热轧钢板的制造方法，优选的是，步骤5）所述退火包括：钢板卷冷装退火炉，密封后通气体保护，点火加热至AC1+10～20℃保温2－10小时，≤15℃/小时冷却至500℃以下空冷。该处理可以获得更完全的球状碳化物+铁素体组织。本经过球化退火的钢板具有更好的塑性和韧性，保证了深冲零件的成形性。

进一步地，所述AC1温度点的确定采用如下公式：

AC1(℃)=723-10.7Mn-16.9Ni+29Si+16.9Cr+6.38W+290As。如果没有仪器测定采用该公式估算。

优选的是，步骤2）所述钢锭为φ300～φ660毫米钢锭。

优选的是，步骤1）所述真空状态的真空度小于4pa。

本发明的有益效果：

1.本发明的钢经过淬火+低温回火后抗拉强度达到1520MPa以上，屈服强度大于1320MPa以上，塑性达到10%以上；

2.钢板热轧后单张板空冷与500～600℃卷取，钢板硬度高达HRC42以上，均获得贝氏体+马氏体组织；

3.本发明的4mm热轧钢板经球化退火后拉伸强度700MPa左右，延伸率高达25%以上，组织为铁素体+球状碳化物；冲压零件为外径115mm、深度110mm、底部半径R8mm的杯状零件，冲压合格率100%。

具体实施方式

1、将本发明深冲用超高强度钢的其成分控制在以下质量百分比范围：C0.20～0.40、Mn0.50～1.20、Si0.80～2.0、Cr0.80～1.5、Ni0.40～1.20、Mo0.2～0.7、V0.05～0.15、W0.60～1.20、B≤0.005、Al≤0.06、其余为Fe和不可避免的杂质元素。

2、在真空感应炉冶炼，当真空度小于2.7Pa后，装料，小功率给电，当真空度达到4Pa后给大功率熔化，分批加入纯铁和合金料，全熔后大功率保持5分钟提高温度，保温功率保温20分钟停电取化学成分试样，等成分，微量调整成份Cr、Mo、Si、V、Nb，高功率熔化后保持5分钟，充氩气大于等于3000pa后调C、B，加Mn，高功率熔化后保持5分钟，熔化后搅拌2～5分钟，取成品样出钢，带电浇注φ290～φ520mm电极；

3、电渣重熔，将电极重熔成φ660mm钢锭；

渣系：CaF2：Al2O3=70%∶30%，渣料使用前按技术规程要求进行烘烤；渣量：20～150kg，熔速：3～8kg/min，电流2000～13000A，电压50～75V；冷却30～75分钟后脱模，进保温罩缓冷≥48～75小时后冷送退火；

4、钢锭退火温度650～720℃，保温10～15h炉冷至500℃空冷；

5、板坯锻造，开锻温度≥1100℃，终锻温度850～950℃，锻成板坯，板坯锻后空冷至300℃后红送退火，退火温度650～720℃，保温10～15h炉冷至500℃空冷；

6、板坯经修磨清理后在炉卷轧机轧制，板坯加热温度：1100～1250℃，开始轧制温度大于等于900℃，精轧终止温度：750～950℃；卷取，卷取温度：500～600℃，卷起后空冷至室温，及时退火；卷取温度低于一般低碳钢，目的是使钢板直接空冷后获得贝氏体和马氏体组织，即获得与单张钢板空冷后一样的组织，避免温度高奥氏体容易转变为片状珠光体组织。卷取温度高于AC1点容易析出铁素体组织，造成带状组织产生，导致各向异性，不利于冲压性能。

7、成品板退火：钢板卷冷装退火炉，密封后通气体保护，点火加热至Ac1+10～20℃保温2－10小时，≤15℃/小时冷却至500℃以下空冷。获得完全的球状碳化物+铁素体组织。本发明与现有技术相比经过球化退火的钢板具有良好的冲压性能，保证了深冲零件的成形性。

各实施例组分参见表1，各实施例热处理工艺及力学性能参见表2。

表1本发明的化学成分 单位：质量百分比

钢板球化退火后抗拉强度690～750MPa、延伸率25～28%。组织：球状碳化物+铁素体。

表2本发明钢板力学性能

由实例3、实例4、实例6轧制成4mm钢板，钢板剪切成直径250mm园，在压力机上一次冲压拉伸成外径115mm、深度110mm、底部半径R8mm的杯状零件，冲压合格率100%。

Claims (8)

1.一种深冲用超高强度钢热轧钢板，其特征在于：其化学成分的质量百分比包括：C0.20-0.40％，Mn 0.50-2.20％，Si 0.80-2.00％，S≤0.010％，P≤0.015％，Cr 0.80-1.50％，Ni 0.40-1.20％，Mo 0.20-0.70％，V 0.05-0.15％，W 0.60-1.20％，Ti≤0.06％，B≤0.004％，Al≤0.06％，Fe和不可避免杂质元素；所述钢板中的组织为球状碳化物+铁素体组织；

所述深冲用超高强度钢热轧钢板方法包括：

1)在真空感应炉冶炼：在真空状态给电熔化，全熔后取化学成分分析试样，按所述化学成分范围调整成分，取成品样出钢，带电浇注电极；

2)电渣重熔，将电极重熔成钢锭；

3)钢锭退火温度650～720℃，保温10～15h炉冷至≤500℃空冷；

4)板坯锻造成型，板坯锻后空冷至≤300℃后红送退火，退火温度650～720℃，保温10～15h炉冷至≤500℃空冷；

5)板坯经修磨清理后在炉卷轧机轧制，板坯加热温度：1100～1250℃，开始轧制温度大于等于900℃，精轧终止温度：750～950℃；卷取，卷取温度：500～600℃，卷起后空冷至室温，及时退火。

2.根据权利要求1所述的一种深冲用超高强度钢热轧钢板，其特征在于，所述钢板硬度≤269。

3.根据权利要求1或2所述的一种深冲用超高强度钢热轧钢板，其特征在于，所述钢板的力学性能为：Rm≥1520Mpa，Rp0.2≥1320Mpa，A5≥9％。

4.权利要求1所述深冲用超高强度钢热轧钢板的制造方法，其特征在于：该方法包括：

1)在真空感应炉冶炼：在真空状态给电熔化，全熔后取化学成分分析试样，按所述化学成分范围调整成分，取成品样出钢，带电浇注电极；

2)电渣重熔，将电极重熔成钢锭；

3)钢锭退火温度650～720℃，保温10～15h炉冷至≤500℃空冷；

4)板坯锻造成型，板坯锻后空冷至≤300℃后红送退火，退火温度650～720℃，保温10～15h炉冷至≤500℃空冷；

5)板坯经修磨清理后在炉卷轧机轧制，板坯加热温度：1100～1250℃，开始轧制温度大于等于900℃，精轧终止温度：750～950℃；卷取，卷取温度：500～600℃，卷起后空冷至室温，及时退火。

5.根据权利要求4所述的深冲用超高强度钢热轧钢板的制造方法，其特征在于，步骤5)所述退火包括：钢板卷冷装退火炉，密封后通气体保护，点火加热至AC1+10～20℃保温2－10小时，≤15℃/小时冷却至500℃以下空冷。

6.根据权利要求5所述的深冲用超高强度钢热轧钢板的制造方法，其特征在于，所述AC1温度点的确定采用如下公式：AC1＝723-10.7Mn-16.9Ni+29Si+16.9Cr+6.38W+290As。

7.根据权利要求4所述的深冲用超高强度钢热轧钢板的制造方法，其特征在于，步骤2)所述钢锭为φ300～φ660毫米钢锭。

8.根据权利要求4所述的深冲用超高强度钢热轧钢板的制造方法，其特征在于，步骤1)所述真空状态的真空度小于4pa。