一種石墨化熱軋鋼板的制備方法
【專利摘要】本發明公布一種石墨化熱軋鋼板的制備方法，屬于冶金技術領域。該方法主要是通過煉鋼、精煉、連鑄、加熱、熱連軋、層流冷卻、卷取、鋼卷散放空冷、平整軋制、石墨化退火等工藝過程進行制備。其中，為了提高石墨化率及促進石墨化過程，在石墨化退火過程中施加脈沖磁場，其磁場強度為10000～30000A/m，磁場頻率為20～100Hz。在3～6小時的石墨化時間內，石墨化率可以達到90％以上，且石墨直徑為3～6μm呈球形或近球形，分布均勻，鐵素體晶粒直徑范圍為20～30μm；這樣的組織特點使鋼板具有較低的硬度和較高的塑性，尤其是碳含量較高的鋼板，因此鋼板表現出良好的沖壓成型性能，有助于擴大中、高碳鋼板在復雜形狀零部件沖壓成型工藝中的應用。
【專利說明】
一種石墨化熱軋鋼板的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于冶金技術領域，涉及一種石墨化熱乳鋼板的制備方法。
【背景技術】
[0002]中、高碳鋼板由于具有較高的強度和硬度，被廣泛應用于機械制造和汽車等領域，市場需求量較大。但是，因其塑性差，一般難以直接成型，因而限制其在復雜形狀零部件沖壓成型中的應用。
[0003]為了提高中、高碳鋼板的成型加工性能，目前主要采用的方法是球化退火，如陳金榮在機械工人(熱加工)(2002，(3):34-35)上發表的論文“40Z鋼板等溫球化退火工藝”中研究了 40Z中碳鋼板球化退火，指出中碳鋼當要求硬度較低而韌性較高(用于冷沖壓坯料)時，可用等溫球化退火。另外，也有直接通過熱乳工藝控制使部分片狀珠光體球化，從而達到免退火的目的，如一種免退火型中高碳鋼板制造工藝(申請公布號:CN103173598A)公開了一種熱乳過程中在線使中、高碳鋼板直接軟化，通過高溫卷取實現部分球化來生產的中高碳鋼板，而省去熱乳后的退火工序。
[0004]對于冷變形要求高的中、高碳鋼材，雖然通過球化退火或免退火乳制工藝，控制了晶粒度、硬度和滲碳體的形態，但是由于滲碳體的存在，在沖壓生產時，不僅模具磨損嚴重、壽命低，而且沖壓負荷過大，難以成形復雜形狀制件。
[0005]于是，人們利用滲碳體石墨化來期待獲得良好沖壓成型性能，而開發了石墨化中、高碳鋼(中碳鋼C: 0.25?0.36 %和高碳鋼(C: 0.5?0.7 % ))，如專利I (鋼板及其制造方法，申請公布號:CN101903547A)公布了一種熱乳鋼板，其主要化學成分及其質量百分比:C:0.30 ?0.70% ;31:0.10%以下；]?11:0.20%以下；？:0.010%以下；3:0.010%以下；八1:
0.05%以下;N:0.050%以下;余量由Fe及不可避免的雜質構成。其制造方法在800?950°C的終乳溫度下熱乳而制成熱乳板，以平均冷卻速度為50°C/s以上冷至500°C以下，在450°C以下的溫度卷取，鋼卷在720 °C以下的退火溫度下退火。再如專利2 (Process formanufacturing a medium-carbon steel plate with improved formabiIity andweldability，US5454887)也公布了一種熱乳鋼板，其主要化學成分及其質量百分比:C:
0.20?0.70% ; S1:0.10% 以下;Mn:0.20?2.0% 以下；P:0.020% 以下；S:0.010% 以下；A1(sol.):0.01?1.00% ;Β:0.0003?0.0050% ;Ν:0.002?0.010% ;Β/Ν:0.2?0.8;余量由Fe及不可避免的雜質構成。其制造方法為:終乳溫度700?900 °C;熱乳后的冷卻速度5?50 °C/s;卷取溫度400?650°C;在600°C??六以溫度范圍內進行I小時以上的退火。
[0006]比較專利I與專利2，其Si含量有較大的差異，過高的Si含量雖有助于石墨化，但Si使鐵素體硬化，難以具有良好的成型加工性能，因此，專利I的S i含量控制在0.1O %以下。為了獲得良好的石墨化效果，專利1、2的石墨化退火時間都在幾十小時以上(根據實施例)，緩慢的石墨化過程制約了中、高碳鋼板在復雜形狀零部件沖壓成型中的應用，因此，有必要提出一種促進石墨化過程的方法。另外，專利I中石墨率不高，最高為77% (根據實施例)；專利2中的石墨化率較高，但是石墨化時間都在20小時以上。
[0007]為此，本發明公布一種石墨化熱乳鋼板的制備方法，不僅提高石墨化率，而且縮短石墨化過程。
【發明內容】
[0008]石墨化鋼板適合用于復雜形狀零部件的沖壓成型，但其沖壓成型性能的高低，除了控制硬度、鐵素體晶粒度、石墨數量、形態、大小及其分布以外，控制石墨化率也是至關重要的。本發明提出一種提高石墨化率、且可以在較短時間內實現石墨化的石墨化中、高碳熱乳鋼板的制備方法，主要是通過煉鋼、精煉、連鑄、均熱、連乳、層流冷卻、卷取、鋼卷散放空冷、平整乳制、石墨化退火等工藝過程進行制備。
[0009]本發明通過以下技術措施實現:
[0010]—種提高石墨化率的石墨化熱乳鋼板的制備過程為:鐵水脫硫、脫磷、脫碳，煉鋼，精煉，連鑄，加熱，熱連乳，層流冷卻，卷取，鋼卷散放空冷、平整、石墨化退火。其中，為了提高石墨化率及促進石墨化過程，熱連乳分為再結晶區和未再結晶區乳制，且要求未再結晶區壓下率多25%，終乳溫度范圍控制在720?860°C;層流冷卻速度多100 °C/s，并開啟側噴進行層冷棍道的邊部吹掃;在退火過程中施加脈沖磁場，其磁場強度:10000?30000A/m，磁場頻率:20?10Hz。石墨化溫度范圍為620°C?Ac1相變點，石墨化退火時間3?6小時，其石墨化率在90%以上，組織主要由直徑為3?6μπι呈球形或近球形、分布均勻的石墨和直徑范圍為20?30μπι的鐵素體晶粒組成。采用該方法可以制備的熱乳板厚度為4?12mm。
[0011]所述石墨化熱乳鋼板的化學成分及其質量百分比含量控制為:C:0.30?1.2%;S1:0.10 ?0.20% ;Mn:0.50?1.60% ；P^0.010% ；S:^0.010% ; Al: 0.02 ?0.25 % ；B:0.0002 ?0.0060，N: 0.002 ?0.010；其余含量為 Fe。
[0012]本發明的有益效果:
[0013]通過實驗研究和理論分析表明，利用本發明提出的石墨化熱乳鋼板的制備方法，在3?6小時的石墨化時間內，石墨化率可以達到90%以上，且石墨直徑為3?6μπι呈球形或近球形，分布均勻，鐵素體晶粒直徑范圍為20?30μηι ；這樣的組織特點使鋼板具有較低的硬度和較高的塑性，尤其是碳含量較高的鋼板，因此鋼板表現出良好的沖壓成型性能，有助于擴大中、高碳鋼板在復雜形狀零部件沖壓成型工藝中的應用。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明所采用的技術路線圖。
【具體實施方式】
[0015]現將本發明的實施例具體敘述于后。
[0016]實施例對本發明的技術方案做進一步描述。實施例僅用于說明本發明，而不是以任何方式來限制本發明。
[0017]本發明主要通過鐵水脫硫、脫磷、脫碳;煉鋼;精煉;連鑄;加熱;熱連乳;層流冷卻；卷取;鋼卷散放空冷;平整;石墨化退火等工藝過程來實現。其中，為了提高石墨化率及促進石墨化過程，熱連乳分為再結晶區和未再結晶區乳制，且要求未再結晶區壓下率多25%，終乳溫度范圍控制在720?860°C;層流冷卻速度多100 °C/s，并開啟側噴進行層冷輥道的邊部吹掃;在退火過程中施加脈沖磁場，其磁場強度:10000?30000A/m，磁場頻率:20?10Hz。石墨化溫度范圍為620°C?Ac1相變點，石墨化退火時間3?6小時，其石墨化率在90%以上，組織主要由直徑為3?6μπι呈球形或近球形，分布均勻的石墨和直徑范圍為20?30μπι的鐵素體晶粒組成。采用該方法可以制備的熱乳板厚度為4?12_。
[0018]實施例1
[0019]4.0mm鋼板的制備，主要工藝流程:鐵水脫硫、脫憐、脫碳;煉鋼;精煉;連鑄;加熱；熱連乳;層流冷卻;卷取;鋼卷散放空冷;平整;石墨化退火。
[0020]本實施例的石墨化熱乳鋼板的化學成分(質量分數/% )為:0.4 5 C，0.16 S i，
0.62Mn，0.009S，0.008P，0.023Al，0.0030B，0.005N。
[0021 ] 提高石墨化率和促進石墨化過程所要求控制的主要工藝參數為:
[0022]熱連乳未再結晶區壓下率為30%，終乳溫度為760°C;層流冷卻速度為130°C/s，石墨化溫度為680 °C，施加的磁場強度為28000A/m，磁場頻率為80Hz，石墨化退火時間為5小時。
[0023]對上述方法制備的石墨化熱乳鋼板進行取樣分析，結果表明，其石墨化率為96%，即組織結構中主要觀察到一一直徑為3?5μπι呈近球形、分布均勻的石墨和直徑范圍為23?28μηι的鐵素體晶粒。
[0024]實施例2
[0025]6.0mm鋼板的制備，主要工藝流程:鐵水脫硫、脫磷、脫碳;煉鋼;精煉;連鑄;加熱；熱連乳;層流冷卻;卷取;鋼卷散放空冷;平整;石墨化退火。
[0026]本實施例的石墨化熱乳鋼板的化學成分(質量分數/% )為:0.6 5 C，0.12 S i，
0.86Mn，0.008S，0.006P，0.026Al，0.0020B，0.003N。
[0027]提高石墨化率和促進石墨化過程所要求控制的主要工藝參數為:
[0028]熱連乳未再結晶區壓下率為26%，終乳溫度為800°C;層流冷卻速度為110°C/s，石墨化溫度為660°C，施加的磁場強度為22000A/m，磁場頻率為60Hz，石墨化退火時間為4.6小時。
[0029]對上述方法制備的石墨化熱乳鋼板進行取樣分析，結果表明，其石墨化率為98%，即組織結構中主要觀察到一一直徑為4?6μπι呈近球形、分布均勻的石墨和直徑范圍為26?29μηι的鐵素體晶粒。
[0030]由實施例可見，采用本發明提出的方法，可以在較短的石墨化時間內制備出石墨化率較高的中、高碳石墨化熱乳鋼板。
【主權項】
1.一種石墨化熱乳鋼板的制備方法，其特征在于:這種方法主要是通過鐵水脫硫、脫磷、脫碳，煉鋼，精煉，連鑄，加熱，熱連乳，層流冷卻，卷取，鋼卷散放空冷、平整、石墨化退火工藝過程進行制備。2.根據權利要求1所述的一種石墨化熱乳鋼板的制備方法，其特征在于:所述熱連乳步驟中，熱連乳分為再結晶區乳制和未再結晶區乳制，且未再結晶區壓下率多25%，終乳溫度范圍控制在720?860°C。3.根據權利要求1所述的一種石墨化熱乳鋼板的制備方法，其特征在于:所述層流冷卻步驟中，冷卻速度多100°C/s，同時，開啟側噴進行層冷輥道的邊部吹掃。4.根據權利要求1所述的一種石墨化熱乳鋼板的制備方法，其特征在于:所述的石墨化退火步驟中，為了提高石墨化率及促進石墨化過程，在退火過程中施加脈沖磁場，其磁場強度:10000?30000A/m，磁場頻率:20?100Hz;石墨化溫度范圍為620°C?Ac1相變點，石墨化退火時間3?6小時，其石墨化率在90%以上，組織主要由直徑為3?6μπι呈球形或近球形、分布均勻的石墨和直徑范圍為20?30μπι的鐵素體晶粒組成。5.根據權利要求1所述的一種石墨化熱乳鋼板的制備方法，其特征在于:所述的熱乳板厚度為4?12_。6.根據權利要求1所述的一種石墨化熱乳鋼板的制備方法，其特征在于:所述石墨化熱乳鋼板的化學成分及其質量百分比含量控制為:C: 0.30?1.2 % ; S1: 0.10?0.20 % ;Μη:.0.50?1.60% ；P^0.010% ；S:^0.010% ;Al:0.02?0.25% ;B:0.0002?0.0060，N:0.002?0.010;其余含量為Fe。
【文檔編號】C22C38/04GK106048179SQ201610559366
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月15日
【發明人】張永軍, 韓靜濤
【申請人】北京科技大學