一種高強度含硼熱軋鋼帶及其生產方法與流程

本發明涉及一種熱軋鋼帶，尤其是一種高強度含硼熱軋鋼帶及其生產方法，屬于冶金技術領域。

背景技術：

隨著汽車的日益普及，人們對汽車的要求越來越高。由于環保和節能的需要，汽車的輕量化已經成為世界汽車發展的潮流。在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。實驗證明，汽車質量降低一半，燃料消耗也會降低將近一半。車身占轎車自重的25%，可見車身材料的輕量化舉足輕重。

20世紀90年代，世界范圍內的35家主要鋼鐵企業合作完成了"超輕鋼質汽車車身"(ULSAB-Ultra Light Steel Auto Body)課題。該課題的研究成果表明，車身鋼板的90%使用現已大量生產的高強度鋼板(包括高強度、超高強度和夾層減重鋼板)，可以在不增加成本的前提下實現車身降重25%(以4門轎車為參照)。當然，這還是一個研究的成果，高強度鋼板在車身上的實際應用還未達到如此高的水平。目前，汽車車身輕量化的主要途徑依然是采用高強輕量化鋼板，降低耗材用量。

技術實現要素：

本發明提供一種高強度含硼熱軋鋼帶及其生產方法，利用常規的生產設備生產高強度含硼熱軋鋼帶，在經過加熱到A₃以上保溫一段時間-快速冷卻-短時間回火后，材料的強度能夠達到1500MPa以上，能夠用于汽車安全加強部件的制造，整體生產過程穩定，鋼帶性能優異穩定。

本發明所采取的技術方案是：

一種高強度含硼熱軋鋼帶，其化學成分質量百分比如下：C：0.12-0.32%，Mn：1.1-2.1%，S≤0.015%，P≤0.030%，Si：0.15-0.30%，Ti：0.020-0.060%，B：0.0015-0.0060%，Cr：0.10-0.55%，N≤60ppm，Al：0.015-0.050%，余量為鐵和不可避免的雜質。

上述高強度含硼熱軋鋼帶的生產方法包括下述步驟：冶煉連鑄、加熱爐加熱、粗軋前除磷、粗軋、精軋、層流冷卻、卷曲機卷曲。

優選的，冶煉連鑄得到厚度為150-180mm的連鑄坯。

優選的，加熱爐加熱，采取二段式加熱，一段加熱溫度為1000-1200℃，二段加熱溫度為1250-1350℃，均熱段溫度為1270-1350℃，駐爐時間為90-240分鐘。

優選的，粗軋前除磷，除磷壓力≥17MPa。

優選的，粗軋總壓下率大于73%，中間坯厚度40mm。

優選的，精軋，進口溫度為900-1300℃，終軋溫度為850-900℃。中間坯經中間層流冷卻輥道進入精軋機組，控制層流冷卻水，保證精軋機進口溫度為900-1300℃，終軋溫度為850-900℃。

優選的，層流冷卻，采取前段冷卻模式，平均冷卻速度為35-45℃/s。

優選的，通過控制層冷段冷卻水，保證卷曲溫度為590-640℃。

本發明鋼板化學成分中各元素的作用為：

C是固溶強化元素，是材料獲得高強度的保證。碳含量越高，熱軋組織中的珠光體或貝氏體含量越高，后續熱處理后馬氏體強度越高，但是與此同時材料的塑性出現降低，并且碳含量太高不利于材料的焊接性能，因此在滿足材料強度要求的前提下，盡量降低碳含量的控制，優選C質量分數百分比為0.20-0.26%。

Mn是固溶強化元素，同時錳具有降低相變驅動力的作用，促使”C曲線”右移，擴大奧氏體區，能夠提高奧氏體的淬透性，能夠穩定淬火后強度，但是錳含量過高又會引發中心偏析降低韌性、淬火開裂，優選Mn質量分數百分比為1.2-1.8%。

S作為有害元素，主要以MnS夾雜物的形式存在，使鋼的韌性降低，在考慮生產成本的前提下，硫含量應控制盡量低，一般控制為≤0.015%，優選S質量百分比為0.007%以下。

P同樣作為有害元素，引起連鑄坯的中心偏析，在軋制過程中偏聚到晶界上，引發沿晶斷裂，使材料的脆性增加，在考慮生產成本的前提下，磷含量應控制盡量低，一般控制為0.030%，優選P質量百分比為0.020%以下。

Si是固溶強化元素，能夠提高鋼帶的強度，增強鋼的疲勞極限。另一方面，硅能提高奧氏體的熱穩定性，減少淬火后馬氏體轉變量，增加殘余奧氏體量，能夠有效的阻礙回火時碳的擴散，提高回火穩定性及強度，優選Si質量百分比為0.15-0.30%。

Ti與碳、氮元素結合起到固定碳氮作用，能夠有效的減少游離氮的數量，降低氮與硼的結合，增加材料的淬透性。另外，鈦能夠對重新上線加熱的冷坯起到細化奧氏體晶粒，優選Ti質量百分比為0.020-0.060%。

B是提高淬透性元素，微量的硼就能有效的提高材料的淬透性，其含量超過0.005%時，降低晶界的韌性，優選B質量百分比為0.0015-0.0050%。

Cr是提高淬透性元素，鉻能夠降低相變驅動力，有效的提高材料淬透性。另外，鉻元素能夠同樣能夠促使“C曲線”右移，能夠擴大淬火時形成全馬氏體的區域。優選Cr質量百分比為0.020-0.050%。

N與硼元素結合，在冶煉連鑄過程中形成大顆粒氮化硼，降低鋼的塑性、韌性，同時降低硼的淬透性，考慮到生產成本，優選N質量百分比小于60ppm。

Al是脫氧元素，過高對影響連鑄工藝生產，優選Al質量百分比為0.015-0.050%。

本發明通過添加硼元素提高材料的淬透性，同時硼元素的加入又會降低晶界韌性，通過添加鉻元素來補償材料的淬透性；依靠添加少量的鈦元素減少氮與硼的結合，提高材料的韌塑性。通過控制加熱爐溫度，改善板坯軋制條件、保證產品的表面質量；通過熱軋工藝的優化，控制產品的物理性能；整體工藝簡單、生產過程平穩，適于工業批量生產。

本發明高強度含硼熱軋鋼帶經過后續熱處理，其抗拉強度大于1500MPa。將鋼板加熱到A₃以上即奧氏體區，隨后進行熱沖壓工藝，緊接著對沖壓模具直接進行水冷，從而達到冷卻沖壓零件本體的目的。經過該工藝后，零部件強度能夠在之前的幾百兆怕直接上升到1500MPa以上，得到超高強度的汽車部件。

對本發明高強度含硼熱軋鋼帶進行熱處理前后的金相組織圖見圖1和圖2，圖1的組織為珠光體+鐵素體，組織中珠光體及鐵素體分布均勻，無帶狀組織或偏析出現，有利于組織加熱到A₃以上奧氏體區后碳的擴散；圖2中組織主要由馬氏體組成，組織均勻，無明顯的低碳馬氏體出現，材料的性能均勻。比較圖1和圖2可知，由于熱處理前組織分布均勻，相對應的淬回火后得到馬氏體中碳分布也較均勻，材料性能穩定。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：

本發明利用常規的生產設備生產高強度含硼熱軋鋼帶，在經過加熱到A₃以上保溫一段時間-快速冷卻-短時間回火后，材料的強度能夠達到1500MPa以上，能夠用于汽車安全加強部件的制造，整體生產過程穩定，鋼帶性能優異穩定。

附圖說明

圖1為本發明高強度含硼熱軋鋼帶的金相組織圖；

圖2為本發明高強度含硼熱軋鋼帶經過熱處理后的金相組織圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步地說明；

實施例1

本實施例的高強度含硼熱軋鋼帶，化學成分的質量百分比為C：0.12%，Mn：2.1%,S：0.004%，P:0.030%，Si：0.30%，Ti：0.060%，B：0.0015%，Cr：0.55%，N：39ppm，Al：0.050%，余量為鐵和不可避免的雜質。

高強度含硼熱軋鋼帶的具體生產步驟如下：

將厚度150mm連鑄坯進入加熱爐，一段加熱溫度1000℃，二段加熱溫度1250℃，均熱段溫度1270-1290℃，駐爐時間90分鐘；開啟高壓水除磷壓力18MPa；進入粗軋總壓下率為73.3%，中間坯厚度為40mm；精軋機進口溫度1000℃，終軋溫度850℃；采取前段冷卻模式，平均冷速度為45℃/s；卷曲溫度590℃。

實施例2

本實施例的高強度含硼熱軋鋼帶，化學成分的質量百分比為C：0.19%，Mn：1.5%,S：0.003%，P:0.019%，Si：0.30%，Ti：0.030%，B：0.0034%，Cr：0.195%，N：31ppm，Al：0.045%，余量為鐵和不可避免的雜質。

高強度含硼熱軋鋼帶的具體生產步驟如下：

將厚度700mm連鑄坯進入加熱爐，一段加熱溫度1100℃，二段加熱溫度1290℃，均熱段溫度1300-1320℃，駐爐時間180分鐘時；開啟高壓水除磷壓力17MPa；進入粗軋壓下率為75%，中間坯厚度為40mm；精軋機進口溫度1160℃，終軋溫度870℃；采取前段冷卻模式，平均冷速度為42℃/s；卷曲溫度610℃a。

實施例3

本實施例的高強度含硼熱軋鋼帶，化學成分的質量百分比為C：0.25%，Mn：1.34%,S：0.002%，P:0.015%，Si：0.25%，Ti：0.037%，B：0.0050%，Cr：0.10%，N：25ppm，Al：0.038%，余量為鐵和不可避免的雜質。

高強度含硼熱軋鋼帶的具體生產步驟如下：

將厚度700mm連鑄坯進入加熱爐，一段加熱溫度1150℃，二段加熱溫度1310℃，均熱段溫度1330-1350℃，駐爐時間200分鐘；開啟高壓水除磷壓力17MPa；進入粗軋壓下率為76.5%，中間坯厚度為40mm；精軋機進口溫度1090℃，終軋溫度870℃；采取前段冷卻模式，平均冷速度為38℃/s；卷曲溫度630℃。

實施例4

本實施例的高強度含硼熱軋鋼帶，化學成分的質量百分比為C：0.30%，Mn：1.1%,S：0.002%，P:0.016%，Si：0.15%，Ti：0.020%，B：0.0060%，Cr：0.30%，N：40ppm，Al：0.015%，余量為鐵和不可避免的雜質。

高強度含硼熱軋鋼帶的具體生產步驟如下：

將厚度700mm連鑄坯進入加熱爐，一段加熱溫度1200℃，二段加熱溫度1350℃，均熱段溫度1330-1350℃，駐爐時間240分鐘；開啟高壓水除磷壓力18MPa；進入粗軋壓下率為77.8%，中間坯厚度為40mm；精軋機進口溫度1200℃，終軋溫度900℃；采取前段冷卻模式，平均冷速度為35℃/s；卷曲溫度640℃。

實施例5

本實施例的高強度含硼熱軋鋼帶，化學成分的質量百分比為C：0.16%，Mn：2.0%,S：0.005%，P:0.020%，Si：0.20%，Ti：0.040%，B：0.0045%，Cr：0.50%，N：29ppm，Al：0.030%，余量為鐵和不可避免的雜質。

高強度含硼熱軋鋼帶的具體生產步驟如下：

將厚度700mm連鑄坯進入加熱爐，一段加熱溫度1050℃，二段加熱溫度1270℃，均熱段溫度1280-1300℃，駐爐時間120分鐘；開啟高壓水除磷壓力19MPa；進入粗軋總壓下率為73%，中間坯厚度為40mm；精軋機進口溫度900℃，終軋溫度860℃；采取前段冷卻模式，平均冷速度為40℃/s；卷曲溫度620℃。

實施例6

本實施例的高強度含硼熱軋鋼帶，化學成分的質量百分比為C：0.22%，Mn：1.8%,S：0.006%，P:0.017%，Si：0.18%，Ti：0.050%，B：0.0020%，Cr：0.40%，N：25ppm，Al：0.020%，余量為鐵和不可避免的雜質。

高強度含硼熱軋鋼帶的具體生產步驟如下：

將厚度700mm連鑄坯進入加熱爐，一段加熱溫度1070℃，二段加熱溫度1330℃，均熱段溫度1320-1340℃，駐爐時間160分鐘；開啟高壓水除磷壓力18MPa；進入粗軋總壓下率為75.6%，中間坯厚度為40mm；精軋機進口溫度1300℃，終軋溫度880℃；采取前段冷卻模式，平均冷速度為42℃/s；卷曲溫度605℃。

對實施例1-6的高強度含硼熱軋鋼帶及進行熱處理后的性能進行檢測，性能檢測數據如表1。

表1 實施例1-6鋼帶及淬回火后的性能檢測結果

由表1可知，采用本發明的方法生產的鋼帶性能優異，經過熱處理后材料的強度能夠達到1500MPa以上，能夠用于汽車安全加強部件的制造。