CN107475622B - 具有良好热加工性能的钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有良好热加工性能的钢板及其制造方法，该钢板中化学成分及其重量百分含量为：C：0.13％～0.17％，Si：0.3％～0.6％，Mn：1.30％～1.60％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，Ti：≤0.020％，其余为Fe和不可避免杂质；该具有良好热加工性能的钢板的碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15≤0.4％。本发明的钢板力学性能满足屈服强度ReL：425～450MPa，抗拉强度Rm：568～584MPa，延伸率A：25～28％；而且钢板在850℃加热35min后，抗拉强度Rm下降值≤16MPa，具有良好的焊接性能。

Description

具有良好热加工性能的钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及钢板及其制造工艺，具体地指一种具有良好热加工性能的钢板及其制造方法。
背景技术
在汽车零部件生产行业中所用的钢板大多为12～16mm厚的低合金钢板，采用冷冲压工艺时成形压力大、成形后回弹大、易开裂，因此一般采用热加工工艺进行成形。然而，采用热加工工艺时，加热温度高达800℃，保温一定时间后，其细晶、析出、组织等强化效果均逐步失效，导致其强度大幅度下降，下降值一般达到100MPa以上，严重时甚至达到150MPa，导致热加工前后钢板的性能区别非常大，严重影响了产品的正常使用。
目前，国内外具有良好热加工性能的钢材一般为工具钢、不锈钢等产品，这些产品添加的合金元素多，碳当量很高，不但价格高，而且严重影响其焊接性能，不具备大批量使用的条件。因此，有必要研发一种具有良好热加工性能、性价比高的产品，来满足热加工行业的特殊化使用。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种具有良好热加工性能的钢板及其制造方法，该制造方法所得钢板具有良好的力学性能，而且性价比高、易焊接，满足热加工行业的特殊化需求。
为实现上述目的，本发明所提供的一种具有良好热加工性能的钢板，该钢板中化学成分及其重量百分含量为：C：0.13％～0.17％，Si：0.3％～0.6％，Mn：1.30％～1.60％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ti≤0.020％，其余为Fe和不可避免杂质；所述的钢板在热轧态的力学性能为：屈服强度ReL：425～450MPa，抗拉强度Rm：568～584MPa，延伸率A：25～28％；所述的钢板在850℃加热35min后，抗拉强度Rm下降值≤16MPa。
优选地，所述的具有良好热加工性能的钢板，该钢板中化学成分及其重量百分含量为：C：0.14％～0.16％，Si：0.4％～0.5％，Mn：1.30％～1.60％，P≤0.014％，S≤0.004％，Ti≤0.015％，其余为Fe和不可避免杂质；所述的钢板在热轧态的力学性能为：屈服强度ReL：425～450MPa，抗拉强度Rm：568～584MPa，延伸率A：25～28％；所述的钢板在850℃加热35min后，抗拉强度Rm下降值≤16MPa。
最佳地，所述的具有良好热加工性能的钢板，该钢板中化学成分及其重量百分含量为：C：0.14％～0.15％，Si：0.3％～0.4％，Mn：1.30％～1.40％，P≤0.012％，S≤0.004％，Ti≤0.013％，其余为Fe和不可避免杂质；所述的钢板在热轧态的力学性能为：屈服强度ReL：425～450MPa，抗拉强度Rm：568～584MPa，延伸率A：25～28％；所述的钢板在850℃加热35min后，抗拉强度Rm下降值≤16MPa。
进一步地，所述具有良好热加工性能的钢板的碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15≤0.4％。
本发明还提供一种所述的具有良好热加工性能的钢板的制造方法，包括铁水预脱硫、转炉冶炼、吹氩处理、连铸、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取的步骤，所述板坯加热步骤中，加热温度为1200～1250℃；所述热连轧步骤中，粗轧温度为1040～1100℃，精轧温度为800～840℃，终轧温度为800～840℃。
进一步地，所述铁水预脱硫步骤中，脱硫终点硫含量[S]≤0.005％。
进一步地，所述层流冷却步骤中，冷却速率控制60～80℃/s。
进一步地，所述卷取步骤中，卷取温度为520～580℃，卷取后采用堆垛缓冷或保温坑缓冷。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明的碳元素是重要的、且廉价的固溶强化元素。当碳含量很低的时候，渗碳体只会在晶界处析出，而且析出量非常少，在这种条件下，利用超快速冷却工艺控制渗碳体析出的强化效果非常有限。当碳含量很高的时候，不但影响焊接性能，还会形成珠光体的片层结构。只有当碳含量适中，经过适当的快速冷却后，渗碳体在退化珠光体区内以纳米颗粒的形式析出。根据本发明实验结果测定，当碳钢中碳的质量分数在0.13％～0.17％的范围内时，通过超快速冷却工艺，组织可以形成纳米级的渗碳体颗粒，这些纳米级别的渗碳体析出，具有良好的热加工性能，在高温下能具有良好的强化效果。
其二，本发明的硅、锰元素也是重要的固溶强化元素，它们固溶于铁素体中，本发明的Si的重量百分数为0.3％～0.6％、Mn的重量百分数为1.30％～1.60％时，可以使钢的强度显著提高。
其三，本发明采用较低的终轧温度，钢铁材料在高温下经较大形变量的塑性变形时，通过应变积累，在材料内部会产生大量的形变储能，形成高密度位错。但是，形变储能存在着衰减过程，高温变形轧制所产生的变形储能会随着回复、再结晶、相变、温度和时间的变化而不断衰减,如缓慢冷却到低温，则变形储能很难大量保存下来，位错将会很快消失。较低的终轧温度，可以减缓其相变的速率，配合及时的冷却工艺，就是为了充分减少相变前的衰减时间，尽量保留高温热轧后的变形储能，并且在中低温下再施加一定轧制变形量，让组织中继续积累大量的形变储能，增加组织中的位错密度，而位错的存在将促进纳米渗碳体的形核和弥散分布，有利于形成均匀的析出强化效果。
其四，本发明采用热连轧后及时冷却，冷却速率为60～80℃/s，及时冷却，是尽量多的保留终轧时的形变储能。由于热轧结束后立即进入层流冷却，晶粒内由于高温变形产生的大量位错被保留下来，而这些位错的存在将促进纳米渗碳体的形核和弥散分布，有利于形成均匀的渗碳体强化效果。而适当的冷却速率，即能阻止其得到B或M组织，又能保证纳米级别的渗碳体析出。而纳米渗碳体一旦形成，其固溶温度高达950℃才能完全固溶，且在850℃下需要保温60min以上才能形成明显固溶。若采用较快的冷却速率，可能会得到B或M组织，强度会大大增加，但是在热加工时的保温过程，这些组织都会奥氏体化，在随后的空冷过程中不会得到与热加工前相同的组织，从而使热加工后的强度急剧下降。而较慢的冷却速率，又可能使先前析出的纳米颗粒的渗碳体聚集长大，形成片层结构，从而降低热轧态钢板的强度。
其五，本发明的卷取采用堆垛缓冷或保温坑缓冷，保证了纳米渗碳体的充分析出，卷取温度较低，碳元素的扩散非常慢，可阻止纳米级的渗碳体聚集长大，而保温过程又能使渗碳体充分析出来。
附图说明
图1为实施例1所得钢板中珠光体的SEM图；
图2为实施例1所得钢板在860℃下保温40min后珠光体的SEM图；
图3为实施例1所得钢板热处理前纳米级渗碳体的SEM图；
图4为实施例1所得钢板在860℃下保温40min后纳米级渗碳体的SEM图；
图5为实施例1所得钢板中渗碳体成分的EDS谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
一种具有良好热加工性能的钢板的制造方法，包括如下步骤：
1)铁水预脱硫：对高炉铁水进行脱硫预处理，脱硫终点[S]≤0.005％；
2)转炉冶炼：采用N-Ar切换模式供气，出钢前、后搅时间≥2min，保证C-T协调，点吹1～2次，防止钢水过氧化，确保C-T协调出钢；
3)吹氩处理：吹氩时间5～10min，氩气压力0.5MPa，流量50Nm3/h；
4)连铸：在氩封条件下采用长水口保护浇铸，确保密封效果，浇铸过程中拉速为1.0～1.3m/min，过热度控制在20～30℃；
5)板坯加热：加热温度为1220℃；
6)热连轧：粗轧温度为1060℃，精轧温度为810℃，终轧温度为800～840℃；
7)层流冷却：冷却速率控制70℃/s；
8)卷取：温度为525℃，卷取后采用堆垛缓冷。
通过上述制造方法，可得到化学成分满足：C：0.131％，Si：0.58％，Mn：1.60％，P：0.012％，S：0.004％，Ti：0.015％的合格铸坯，满足钢板的碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15≤0.4％。
实施例2～6和对比例1～2：
实施过程除以下不同外，其余均同实施例1，表1为本发明实施例与对比例的成分对比，表2为本发明实施例与对比例的工艺对比，表3为本发明实施例与对比例的性能对比。
表1本发明实施例与对比例的成分对比(wt％)
编号 C Si Mn P S Nb Ti
1 0.131 0.58 1.60 0.012 0.004 / 0.015
2 0.140 0.52 1.56 0.014 0.005 / 0.013
3 0.148 0.45 1.51 0.010 0.006 / 0.019
4 0.156 0.39 1.46 0.009 0.005 / 0.010
5 0.161 0.33 1.41 0.011 0.006 / 0.011
6 0.169 0.31 1.36 0.013 0.005 / 0.014
对比例1 0.063 0.18 1.11 0.013 0.006 / 0.106
对比例2 0.058 0.06 1.32 0.011 0.005 0.035 /
表2本发明实施例与对比例的工艺对比
表3本发明实施例与对比例的性能对比
由表3的结果可知，实施例1～6热轧态的屈服强度ReL：425～450MPa，抗拉强度Rm约为568～584MPa，延伸率A：25～28％。较对比例1和对比例2都要低，但是在850℃加热35min后，对比例1和对比例2的抗拉强度均下降了150～160MPa，而实施例1～6的抗拉强度基本保持不变，抗拉强度下降值≤16MPa，即热处理之后，实施例1～6的强度都要远高于对比例1～2的性能。
图1为实施例1得到的热轧钢板中珠光体的SEM图，从图1中可以看出，其组织为F+P，且珠光体组织较大。
图2为实施例1所得钢板在860℃下保温40min后珠光体的SEM图，从图2中可以看出，在860℃下保温40min后，得到的组织仍为F+P，且珠光体组织较小，弥散度高。
图3为实施例1所得钢板热处理前纳米级渗碳体的SEM图，从图3中可以看出，实施例1所得钢板中纳米渗碳体颗粒尺寸为30～80μm。
图4为实施例1所得钢板在860℃下保温40min后纳米级渗碳体的SEM图，从图4中可以看出，在860℃下保温40min后，纳米渗碳体颗粒尺寸为30～70μm，与热轧前后区别不大。
图5为实施例1所得钢板中渗碳体成分的EDS谱图，从图5中可以看出，钢中渗碳体的成分的主要含Fe、C、Si、Mn元素，考虑到基体中Si、Mn元素的影响，可知其主要组成为Fe3C。
上述实施案例只为说明本发明的技术方案及特点，其目的在于更好的让熟悉该技术的人士予以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，均在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有良好热加工性能的钢板，其特征在于：该钢板中化学成分及其重量百分含量为：C：0.14％～0.16％，Si：0.4％～0.5％，Mn：1.30％～1.60％，P≤0.014％，S≤0.004％，Ti≤0.015％，其余为Fe和不可避免杂质；所述的钢板在热轧态的力学性能为：屈服强度ReL：425～450MPa，抗拉强度Rm：568～584MPa，延伸率A：25～28％；所述的钢板在850℃加热35min后，抗拉强度Rm下降值≤16Mpa；
所述具有良好热加工性能的钢板的碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15≤0.4％；
所述具有良好热加工性能的钢板由如下方法制备而成：包括铁水预脱硫、转炉冶炼、吹氩处理、连铸、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取的步骤，所述板坯加热步骤中，加热温度为1250℃；所述热连轧步骤中，粗轧温度为1040～1100℃，精轧温度为800～840℃，终轧温度为800℃，冷却速率控制60～80℃/s，卷取温度为520℃，卷取后采用堆垛缓冷或保温坑缓冷。
2.一种权利要求1所述的具有良好热加工性能的钢板的制造方法，包括铁水预脱硫、转炉冶炼、吹氩处理、连铸、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取的步骤，其特征在于：所述板坯加热步骤中，加热温度为1250℃；所述热连轧步骤中，粗轧温度为1040～1100℃，精轧温度为800～840℃，终轧温度为800℃。
3.根据权利要求2所述的具有良好热加工性能的钢板的制造方法，其特征在于：所述铁水预脱硫步骤中，脱硫终点硫含量[S]≤0.005％。
4.根据权利要求2所述的具有良好热加工性能的钢板的制造方法，其特征在于：所述层流冷却步骤中，冷却速率控制60～80℃/s。
5.根据权利要求2所述的具有良好热加工性能的钢板的制造方法，其特征在于：所述卷取步骤中，卷取温度为520℃，卷取后采用堆垛缓冷或保温坑缓冷。
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