CN109957717A - 一种精密冲压用含b热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种精密冲压用含B热轧钢板及其制造方法，主要解决现有热轧钢板的脆性大、不能满足高速精密冲压成型要求和制造成本高的技术问题。本发明提供的一种精密冲压用含B热轧钢板，其化学成分的重量百分比为：C:0.15％～0.40％，Si：0.15％～0.35％，Mn:0.30％～0.80％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al:0.015％～0.050％，B:0.15％～0.45％，Ti：0.015％～0.035％,余量为铁和不可避免的夹杂。用现有常规工艺对本发明热轧钢板进行冷轧和退火处理，退火后的冷轧钢板用于精密冲压加工制造汽车零部件。

Description

一种精密冲压用含B热轧钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于精密冲压加工的热轧钢板，特别涉及一种精密冲压用含B热轧钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域；采用现有常规工艺对本发明热轧钢板进行冷轧和退火处理，退火后的冷轧钢板用于精密冲压加工制造汽车零部件。
背景技术
精冲工艺是在普冲技术上发展起来的，把精密冲裁和板料成形相结合的一种制造精密、复杂冲压件的高效而经济的加工技术，能够获得优质零件。目前全世界95％的精冲材料是钢铁材料，广泛应用汽车、钟表、数码电子等精密制造领域，而这其中85％用于汽车零部件的精冲加工。钢种包括碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢。近年来，随着汽车工业的发展以及精冲模具加工制造设备的不断发展，使得汽车零部件精冲加工得到飞速发展，精冲件从平板件逐步向复杂立体成形件拓展，涵盖了弯曲、拉深、翻边、沉孔、半冲孔、压型等多种成形形式。这些对精冲材料的发展提出了更高的要求。在应用过程中发现，现有的精冲用钢为了在材料精冲加工成零件后调质处理获得高硬度和高强度，材料的碳含量较高，并且加入了较多的合金元素。这增加了材料的合金成本，并且由于碳含量的增加，材料中的脆性相渗碳体多，脆性大难以满足复杂零件的精冲加工。
中国专利申请CN201510523289A的专利公开了“精冲性能优良的中高碳热轧带钢及生产方法”，通过对化学成分的控制及轧制工艺的控制，得到了一种精冲带钢，但是其碳含量较高，其不能满足负责零件的精冲要求，同时由于其碳含量高，零件最终热处理后的韧性较差，使用受到限制。
中国专利申请CN201410231375A的专利公开了“精冲钢材及其调节机构精冲零部件制造方法，提供了一种精冲钢材，主要利用添加额外的Cr、Mo合金元素一方面得到球化的渗碳体，另一方面通过合金元素提高淬透性在最终零件的调质处理后获得良好的硬度。但是其合金成本较高，另外热处理需要特别的油淬处理，热处理成本较高。
现有技术中公开有关热轧精冲钢及其制造方法的技术方案存在以下问题：为了在材料精冲加工成零件后调质处理获得高硬度和高强度，材料的碳含量较高，并且加入了较多的合金元素。这增加了材料的合金成本，并且由于碳含量的增加，材料中的脆性相渗碳体多，脆性大难以满足复杂汽车零部件的精冲加工。
发明内容
本发明目的是提供一种精密冲压用含B热轧钢板及其制造方法，主要解决现有热轧钢板的脆性大、不能满足高速精密冲压成型要求和制造成本高的技术问题。
本发明采用的技术方案是，一种精密冲压用含B热轧钢板，其化学成分的重量百分比为：C:0.15％～0.40％，Si：0.15％～0.35％，Mn:0.30％～0.80％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al:0.015％～0.050％，B:0.0015％～0.0045％，Ti：0.015％～0.035％,余量为铁和不可避免的夹杂。
本发明热轧钢板的金相组织为细晶粒块状铁素体+细片状珠光体，所述铁素体的晶粒度为10-13级，所述热轧钢板表层脱碳层的深度小于热轧钢板厚度的0.5％；4.0-8.0mm厚热轧钢板的屈服强度RP0.2为300～500MPa，抗拉强度Rm为500～650MPa，断后伸长率A≥22％。
用现有常规工艺对本发明热轧钢板进行冷轧和退火处理，退火后的冷轧钢板的金相组织为铁素体基体上均匀分布球状碳化物，所述铁素体的晶粒尺寸≤25um，球化率≥85％；退火后的冷轧钢板用于精密冲压加工制造汽车零部件。
本发明精密冲压用含B热轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
碳：碳在本发明中提高强度并获得预期组织的重要元素。固溶在基体中碳提高材料的淬透性，降低相变点，有利于在最终的调质处理中获得贝氏体和马氏体组织。但是碳含量增加导致材料中的渗碳体含量显著增加，恶化精冲性能，同时由于汽车零部件需要保持一定的韧性，因此不宜过高的碳含量。本发明设定的C含量为0.15％～0.40％。
硅：硅固溶在钢板基体中有一定的强化效果，在本发明中的Si还具有在淬火时促进C向奥氏体扩散，抑制珠光体转变的作用。Si还能够起到脱氧纯净钢液的作用。但是Si含量过高，会在热轧板表面形成严重的难以去除的Fe2O3，影响产品外观及后续表面处理。本发明限定Si含量为0.15％～0.35％。
锰：锰在本发明中一方面可以起到固溶强化的作用，同时能扩大γ区，降低γ→α转变温度，有利于最终热处理得到贝氏体+马氏体组织。但Mn含量高，会相应增加钢的成本，也会增加碳当量，降低材料韧性。本发明限定Mn含量范围为0.30％～0.80％。
硼：硼在本发明中是最重要的合金元素，硼在精冲钢中显著使CCT曲线右移，提高材料的淬透性，使材料能够在普通淬火条件下获得马氏体组织，保证硬度。这样就无需加入过多的碳及合金元素。本发明限定B含量为0.0015％～0.0045％
钛：钛在本发明是重要的合金元素，Ti和N结合后，减少了材料中固溶N，可以提高钢中的有效B含量，提高材料最终的热处理硬度。Ti的加入能够避免板坯角部裂纹。本发明限定Ti含量为0.015％～0.035％。
硫和磷：硫在钢中形成硫化物夹杂，使其延展性和韧性降低。钢轧制时，由于MnS夹杂随着轧制方向延伸，使钢的各向异性加重，严重时导致钢板分层。磷高增加钢的冷脆性，使钢的脆性转变温度上升，使钢的冲击韧性显著下降。但考虑到实际工艺控制能力，本发明限定S≤0.005％，P≤0.015％。
铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al2O3在炼钢时去除。铝过高会形成过多的Al2O3夹杂，并且连铸浇注是容易堵塞浇注水口。本发明限定Al含量为0.015％～0.050％。
上述一种精密冲压用含B热轧钢板的制造方法，包括以下步骤：
钢水经真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的重量百分比为：C:0.15％～0.40％，Si：0.15％～0.35％，Mn:0.30％～0.80％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al:0.015％～0.050％，B:0.0015％～0.0045％，Ti：0.015％～0.035％,余量为铁和不可避免的夹杂；
在还原性气氛环境对连铸板坯进行加热，空气过剩系数≤0.95，连铸板坯于1180℃～1220℃，加热180～280min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1010～1060℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶区轧制，精轧结束温度为830℃～870℃，精轧压下率≥75％，精轧后，控制钢板厚度为4.0～8.0mm，层流冷却采取前段冷却方式，卷取温度为500℃～650℃。
本发明采取的热轧工艺制度的理由如下：
1、连铸板坯加热温度、加热气氛及加热时间的设定
连铸板坯加热温度和时间的设定在于保证连铸板坯在通过加热软化，以便于后续的轧制，同时合适的加热温度和时间能够保证足够量的硼元素固溶，以便发挥后续的提高淬透性的作用。本发明采用加热炉对连铸板坯进行加热，为避免连铸板坯表面氧化脱碳，本发明加热炉内加热气氛采用还原性气氛，本发明热轧钢板用于制造汽车零部件，汽车零部件需要在最终调质热处理后又足够的硬度耐磨和保障疲劳性，如果零件表面有脱碳问题，热处理后表面不能获得合适的显微组织和硬度。因此本发明设定连铸板坯设定加热温度1180℃～1220℃，采用还原性气氛加热，空气过剩系数≤0.95，加热时间为180～280min。
2、粗轧结束温度设定
粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制，确保奥氏体经过反复变形和再结晶，得到均匀细小的奥氏体晶粒。因此本发明设定粗轧结束温度为1010℃～1060℃。
3、精轧结束温度设定
本发明的精轧温度设定有两方面的作用，一方面通过在奥氏体未再结晶区轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，发挥细晶强化的作用。本发明晶粒细化很重要，铁素体晶粒粗化会在后续的冷轧退火后材料也会获得粗大的铁素体晶粒，这会在精冲加工时形成不表面橘皮状缺陷。精轧温度过低，轧机负荷上升，并且轧制稳定性下降。精轧结束温度设定为830℃～870℃。
4、精轧后层流冷却方式和卷取温度设定
精轧后精轧后层流冷却速度影响铁素体晶粒尺寸和珠光体片层距离。较快的冷却速度有利于获得细小的铁素体晶粒尺寸和细小的珠光体，这些都有利于在球化退火时获得较高的球化率。同时较快的冷却速度还能够消除带状组织。因此本发明采取前段冷却方式，卷取温度为500℃～650℃。
本发明方法生产的精密冲压用含B热轧钢板的金相组织为细晶粒块状铁素体+细片状珠光体，所述铁素体的晶粒度为10-13级，所述热轧钢板表层脱碳层的深度小于热轧钢板厚度的0.5％；4.0-8.0mm厚热轧钢板的屈服强度RP0.2为300～500MPa，抗拉强度Rm为500～650MPa，断后伸长率A≥22％。
用现有常规工艺对按本发明方法生产的热轧钢板进行冷轧和退火处理，退火后的冷轧钢板的金相组织为铁素体基体上均匀分布球状碳化物，所述铁素体的晶粒尺寸≤25um，球化率≥85％；退火后的冷轧钢板用于精密冲压加工制造汽车零部件。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过合适的成分设计及工艺设计，得到了一种用于汽车零部件精冲加工的含B热轧钢板及其制造方法，具有合金加入量少，组织均匀，冷轧球化退火后能够满足满足复杂汽车零部件的精冲加工。因此，需要提供合金加入量少，同时碳含量低，还能够在最终的调质处理后获得高的强度和硬度的热轧精冲钢板。2、本发明通过添加B元素结合合适的碳含量，既能够满足零件最终热处理后的高强度高硬度的需要，材料的精冲性能以及最终的韧性具有良好的水平。3、本发明通过加入微量的钛元素，Ti和N结合后，减少了材料中固溶N，可以提高钢中的有效B含量，提高材料最终的热处理硬度，同时还能够避免板坯角部裂纹。4、本发明通过设计合适的连铸板坯加热温度和时间并采用还原性气氛加热及空气过剩系数≤0.95有效防止材料表面氧化脱碳，使汽车零部件在最终调质热处理后又足够的表面硬度获得高耐磨和高疲劳性能。
附图说明
图1为本发明实施例2的热轧钢板的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例1～4对本发明做进一步说明，如表1～表3所示。
表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。
通过转炉熔炼得到符合化学成分基本要求的钢水，钢水经LF钢包精炼炉深脱硫后，经RH炉进行合金成分微调、真空循环脱气处理，保证RH纯脱气时间大于15分钟，同时喂适量的铁-钙线，最后上连铸机浇注得到连铸板坯；全程吹Ar保护浇铸，连铸板坯板坯厚度为210～230mm，宽度为900～1500mm，长度为8500～11000mm。
炼钢生产的定尺板坯直接送至加热炉再加热，出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采取前段冷却方式，产出热轧钢卷。热轧钢卷的厚度为4.0～8.0mm，热轧工艺控制参数见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
利用上述方法生产的精密冲压用含B热轧钢板，参见图1，热轧钢板的金相组织为细晶粒块状铁素体+细片状珠光体，所述铁素体的晶粒度为10-13级；所述热轧钢板表层脱碳层的深度小于热轧钢板厚度的0.5％；4.0-8.0mm厚热轧钢板的屈服强度RP0.2为300～500MPa，抗拉强度Rm为500～650MPa，断后伸长率A≥22％。
将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，其力学性能见表3。
表3本发明实施例热轧钢板的力学性能
用现有常规工艺对按本发明方法生产的热轧钢板进行冷轧和退火处理，退火后冷轧钢板的金相组织为铁素体基体上均匀分布球状碳化物，所述铁素体的晶粒尺寸≤25um，球化率≥85％；退火后的冷轧钢板用于精密冲压加工制造汽车零部件。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种精密冲压用含B热轧钢板，其化学成分的重量百分比为：C:0.15％～0.40％，Si：0.15％～0.35％，Mn:0.30％～0.80％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al:0.015％～0.050％，B:0.0015％～0.0045％，Ti：0.015％～0.035％,余量为铁和不可避免的夹杂。
2.如权利要求1所述的一种精密冲压用含B热轧钢板，其特征是，热轧钢板的金相组织为细晶粒块状铁素体+细片状珠光体，所述铁素体的晶粒度为10-13级，所述热轧钢板表层脱碳层的深度小于热轧钢板厚度的0.5％。
3.如权利要求1-2所述的一种精密冲压用含B热轧钢板，其特征是，4.0～8.0mm厚热轧钢板的屈服强度Rp0.2为300-500MPa，抗拉强度Rm为500-650MPa，断后伸长率A≥22％。
4.一种精密冲压用含B热轧钢板的制造方法，其特征是，包括以下步骤：
钢水经真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的重量百分比为：C:0.15％～0.40％，Si：0.15％～0.35％，Mn:0.30％～0.80％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al:0.015％～0.050％，B:0.0015％～0.0045％，Ti：0.015％～0.035％,余量为铁和不可避免的夹杂；
在还原性气氛环境对连铸板坯进行加热，空气过剩系数≤0.95，连铸板坯于1180℃～1220℃，加热180～280min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1010～1060℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体未再结晶区轧制，精轧结束温度为830℃～870℃，精轧压下率≥75％，精轧后，层流冷却采取前段冷却方式，卷取温度为500℃～650℃。
5.如权利要求4所述的精密冲压用含B热轧钢板的制造方法，其特征是，热轧精轧后，控制热轧钢板厚度为4.0mm～8.0mm。
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