一种高强度含硼热轧钢带及其生产方法与流程

本发明涉及一种热轧钢带，尤其是一种高强度含硼热轧钢带及其生产方法，属于冶金技术领域。

背景技术：

随着汽车的日益普及，人们对汽车的要求越来越高。由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。车身占轿车自重的25%，可见车身材料的轻量化举足轻重。

20世纪90年代，世界范围内的35家主要钢铁企业合作完成了"超轻钢质汽车车身"(ULSAB-Ultra Light Steel Auto Body)课题。该课题的研究成果表明，车身钢板的90%使用现已大量生产的高强度钢板(包括高强度、超高强度和夹层减重钢板)，可以在不增加成本的前提下实现车身降重25%(以4门轿车为参照)。当然，这还是一个研究的成果，高强度钢板在车身上的实际应用还未达到如此高的水平。目前，汽车车身轻量化的主要途径依然是采用高强轻量化钢板，降低耗材用量。

技术实现要素：

本发明提供一种高强度含硼热轧钢带及其生产方法，利用常规的生产设备生产高强度含硼热轧钢带，在经过加热到A₃以上保温一段时间-快速冷却-短时间回火后，材料的强度能够达到1500MPa以上，能够用于汽车安全加强部件的制造，整体生产过程稳定，钢带性能优异稳定。

本发明所采取的技术方案是：

一种高强度含硼热轧钢带，其化学成分质量百分比如下：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%，余量为铁和不可避免的杂质。

上述高强度含硼热轧钢带的生产方法包括下述步骤：冶炼连铸、加热炉加热、粗轧前除磷、粗轧、精轧、层流冷却、卷曲机卷曲。

优选的，冶炼连铸得到厚度为150-180mm的连铸坯。

优选的，加热炉加热，采取二段式加热，一段加热温度为1000-1200℃，二段加热温度为1250-1350℃，均热段温度为1270-1350℃，驻炉时间为90-240分钟。

优选的，粗轧前除磷，除磷压力≥17MPa。

优选的，粗轧总压下率大于73%，中间坯厚度40mm。

优选的，精轧，进口温度为900-1300℃，终轧温度为850-900℃。中间坯经中间层流冷却辊道进入精轧机组，控制层流冷却水，保证精轧机进口温度为900-1300℃，终轧温度为850-900℃。

优选的，层流冷却，采取前段冷却模式，平均冷却速度为35-45℃/s。

优选的，通过控制层冷段冷却水，保证卷曲温度为590-640℃。

本发明钢板化学成分中各元素的作用为：

C是固溶强化元素，是材料获得高强度的保证。碳含量越高，热轧组织中的珠光体或贝氏体含量越高，后续热处理后马氏体强度越高，但是与此同时材料的塑性出现降低，并且碳含量太高不利于材料的焊接性能，因此在满足材料强度要求的前提下，尽量降低碳含量的控制，优选C质量分数百分比为0.20-0.26%。

Mn是固溶强化元素，同时锰具有降低相变驱动力的作用，促使”C曲线”右移，扩大奥氏体区，能够提高奥氏体的淬透性，能够稳定淬火后强度，但是锰含量过高又会引发中心偏析降低韧性、淬火开裂，优选Mn质量分数百分比为1.2-1.8%。

S作为有害元素，主要以MnS夹杂物的形式存在，使钢的韧性降低，在考虑生产成本的前提下，硫含量应控制尽量低，一般控制为≤0.015%，优选S质量百分比为0.007%以下。

P同样作为有害元素，引起连铸坯的中心偏析，在轧制过程中偏聚到晶界上，引发沿晶断裂，使材料的脆性增加，在考虑生产成本的前提下，磷含量应控制尽量低，一般控制为0.030%，优选P质量百分比为0.020%以下。

Si是固溶强化元素，能够提高钢带的强度，增强钢的疲劳极限。另一方面，硅能提高奥氏体的热稳定性，减少淬火后马氏体转变量，增加残余奥氏体量，能够有效的阻碍回火时碳的扩散，提高回火稳定性及强度，优选Si质量百分比为0.15-0.30%。

Ti与碳、氮元素结合起到固定碳氮作用，能够有效的减少游离氮的数量，降低氮与硼的结合，增加材料的淬透性。另外，钛能够对重新上线加热的冷坯起到细化奥氏体晶粒，优选Ti质量百分比为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，其含量超过0.005%时，降低晶界的韧性，优选B质量百分比为0.0015-0.0050%。

Cr是提高淬透性元素，铬能够降低相变驱动力，有效的提高材料淬透性。另外，铬元素能够同样能够促使“C曲线”右移，能够扩大淬火时形成全马氏体的区域。优选Cr质量百分比为0.020-0.050%。

N与硼元素结合，在冶炼连铸过程中形成大颗粒氮化硼，降低钢的塑性、韧性，同时降低硼的淬透性，考虑到生产成本，优选N质量百分比小于60ppm。

Al是脱氧元素，过高对影响连铸工艺生产，优选Al质量百分比为0.015-0.050%。

本发明通过添加硼元素提高材料的淬透性，同时硼元素的加入又会降低晶界韧性，通过添加铬元素来补偿材料的淬透性；依靠添加少量的钛元素减少氮与硼的结合，提高材料的韧塑性。通过控制加热炉温度，改善板坯轧制条件、保证产品的表面质量；通过热轧工艺的优化，控制产品的物理性能；整体工艺简单、生产过程平稳，适于工业批量生产。

本发明高强度含硼热轧钢带经过后续热处理，其抗拉强度大于1500MPa。将钢板加热到A₃以上即奥氏体区，随后进行热冲压工艺，紧接着对冲压模具直接进行水冷，从而达到冷却冲压零件本体的目的。经过该工艺后，零部件强度能够在之前的几百兆怕直接上升到1500MPa以上，得到超高强度的汽车部件。

对本发明高强度含硼热轧钢带进行热处理前后的金相组织图见图1和图2，图1的组织为珠光体+铁素体，组织中珠光体及铁素体分布均匀，无带状组织或偏析出现，有利于组织加热到A₃以上奥氏体区后碳的扩散；图2中组织主要由马氏体组成，组织均匀，无明显的低碳马氏体出现，材料的性能均匀。比较图1和图2可知，由于热处理前组织分布均匀，相对应的淬回火后得到马氏体中碳分布也较均匀，材料性能稳定。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明利用常规的生产设备生产高强度含硼热轧钢带，在经过加热到A₃以上保温一段时间-快速冷却-短时间回火后，材料的强度能够达到1500MPa以上，能够用于汽车安全加强部件的制造，整体生产过程稳定，钢带性能优异稳定。

附图说明

图1为本发明高强度含硼热轧钢带的金相组织图；

图2为本发明高强度含硼热轧钢带经过热处理后的金相组织图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步地说明；

实施例1

本实施例的高强度含硼热轧钢带，化学成分的质量百分比为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%，余量为铁和不可避免的杂质。

高强度含硼热轧钢带的具体生产步骤如下：

将厚度150mm连铸坯进入加热炉，一段加热温度1000℃，二段加热温度1250℃，均热段温度1270-1290℃，驻炉时间90分钟；开启高压水除磷压力18MPa；进入粗轧总压下率为73.3%，中间坯厚度为40mm；精轧机进口温度1000℃，终轧温度850℃；采取前段冷却模式，平均冷速度为45℃/s；卷曲温度590℃。

实施例2

本实施例的高强度含硼热轧钢带，化学成分的质量百分比为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%，余量为铁和不可避免的杂质。

高强度含硼热轧钢带的具体生产步骤如下：

将厚度700mm连铸坯进入加热炉，一段加热温度1100℃，二段加热温度1290℃，均热段温度1300-1320℃，驻炉时间180分钟时；开启高压水除磷压力17MPa；进入粗轧压下率为75%，中间坯厚度为40mm；精轧机进口温度1160℃，终轧温度870℃；采取前段冷却模式，平均冷速度为42℃/s；卷曲温度610℃a。

实施例3

本实施例的高强度含硼热轧钢带，化学成分的质量百分比为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%，余量为铁和不可避免的杂质。

高强度含硼热轧钢带的具体生产步骤如下：

将厚度700mm连铸坯进入加热炉，一段加热温度1150℃，二段加热温度1310℃，均热段温度1330-1350℃，驻炉时间200分钟；开启高压水除磷压力17MPa；进入粗轧压下率为76.5%，中间坯厚度为40mm；精轧机进口温度1090℃，终轧温度870℃；采取前段冷却模式，平均冷速度为38℃/s；卷曲温度630℃。

实施例4

本实施例的高强度含硼热轧钢带，化学成分的质量百分比为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%，余量为铁和不可避免的杂质。

高强度含硼热轧钢带的具体生产步骤如下：

将厚度700mm连铸坯进入加热炉，一段加热温度1200℃，二段加热温度1350℃，均热段温度1330-1350℃，驻炉时间240分钟；开启高压水除磷压力18MPa；进入粗轧压下率为77.8%，中间坯厚度为40mm；精轧机进口温度1200℃，终轧温度900℃；采取前段冷却模式，平均冷速度为35℃/s；卷曲温度640℃。

实施例5

本实施例的高强度含硼热轧钢带，化学成分的质量百分比为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%，余量为铁和不可避免的杂质。

高强度含硼热轧钢带的具体生产步骤如下：

将厚度700mm连铸坯进入加热炉，一段加热温度1050℃，二段加热温度1270℃，均热段温度1280-1300℃，驻炉时间120分钟；开启高压水除磷压力19MPa；进入粗轧总压下率为73%，中间坯厚度为40mm；精轧机进口温度900℃，终轧温度860℃；采取前段冷却模式，平均冷速度为40℃/s；卷曲温度620℃。

实施例6

本实施例的高强度含硼热轧钢带，化学成分的质量百分比为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%，余量为铁和不可避免的杂质。

高强度含硼热轧钢带的具体生产步骤如下：

将厚度700mm连铸坯进入加热炉，一段加热温度1070℃，二段加热温度1330℃，均热段温度1320-1340℃，驻炉时间160分钟；开启高压水除磷压力18MPa；进入粗轧总压下率为75.6%，中间坯厚度为40mm；精轧机进口温度1300℃，终轧温度880℃；采取前段冷却模式，平均冷速度为42℃/s；卷曲温度605℃。

对实施例1-6的高强度含硼热轧钢带及进行热处理后的性能进行检测，性能检测数据如表1。

表1 实施例1-6钢带及淬回火后的性能检测结果

由表1可知，采用本发明的方法生产的钢带性能优异，经过热处理后材料的强度能够达到1500MPa以上，能够用于汽车安全加强部件的制造。