本发明属于钢铁材料技术领域，特别涉及一种高强度耐磨汽车制动用热轧钢板及其生产工艺。
背景技术
现有的生产汽车制动用金属材料通常是铸铁、马氏体不锈钢、微合金钢等，制备方法有粉末冶金、连铸、冶炼锻造等。
汽车制动用金属材料是汽车刹车系统的重要零部件，也是汽车易磨损部件，直接关系到行车安全。汽车制动用金属材料的工作环境和加工工艺要求钢基具有良好的淬硬性、耐磨性、较高的强度等，尤其要求钢基经过600～800℃的烧结后仍然具有14～18hrc的硬度。另外，汽车制动用金属材料对钢带的厚度精度和表面要求也较高，厚度精度要求达到±0.03mm，表面粗糙度要求小于0.3um。为了满足这一要求，目前汽车制动用金属材料所用钢基材料通常采用冷轧40mn、50mn或65mn钢带。虽然冷轧钢带可满足摩擦片对厚度精度和表面的要求，但冷轧钢带的成本较高。基于此，目前迫切需要一种满足现有加工工艺要求且成本较低的材料。目前也有尝试采用热轧65mn材料替代冷轧材料，但强度、硬度还不能满足消费者的期望，不满足现有工艺要求。为了满足对长寿命、高强度、耐磨性好的需要，本发明进行了研究。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题是提供一种长寿命、高强度、耐磨性好的汽车制动用热轧钢板及其生产工艺。为实现上述目的，本发明一方面需要控制钢板的成分，另一方面需要控制钢板的生产工艺。
技术方案如下：
一种高强度耐磨汽车制动用热轧钢板，其成分重量百分比为：c：0.35-0.4％、si：0.5-0.6％、mn：1.50-1.80％、cr：1-6％、ni：1.0-1.2％、p：≤0.010％、s：≤0.002％、n：0.002-0.0035％、b：0.001-0.003％、其余为fe和不可避免的杂质。
一种高强度耐磨汽车制动用热轧钢板，其成分重量百分比为：c：0.35-0.4％、si：0.5-0.6％、mn：1.50-1.80％、cr：5-6％、ni：1.0-1.2％、al：0.5-1.0％、cu：0.5-0.6％、mo：0.3-0.4％、co：0.15-0.25％、w：0.15-0.25％、nb：0.03-0.04％、ti：0.02-0.03％、ta：0.05-0.1％、p：≤0.010％、s：≤0.002％、n：0.002-0.0035％、b：0.001-0.003％、其余为fe和不可避免的杂质，经冶炼、精炼、连铸、粗轧、精轧、热处理，热处理后汽车制动用钢板的微观组织晶粒尺寸均为20～25μm，碳化物平均粒径在30-50nm，还有富cu相析出，组织中以体积百分比计为回火索氏体占40-50％、马氏体占30-35％，其余为奥氏体、贝氏体；屈服强度为1000-1100mpa，抗拉强度为1200-1350mpa，伸长率为18-25％，硬度为35-40hrc。
进一步：一种高强度耐磨汽车制动用热轧钢板，其成分重量百分比为：c：0.35％、si：0.5％、mn：1.50％、cr：5％、ni：1.0％、al：0.5％、cu：0.5％、mo：0.3％、co：0.15％、w：0.15％、nb：0.03％、ti：0.02％、ta：0.05％、p：≤0.010％、s：≤0.002％、n：0.002％、b：0.001％、其余为fe和不可避免的杂质。
进一步：一种高强度耐磨汽车制动用热轧钢板，其成分重量百分比为：c：0.4％、si0.6％、mn：1.80％、cr：6％、ni：1.2％、al：1.0％、cu：0.6％、mo：0.4％、co：0.25％、w：0.25％、nb：0.04％、ti：0.03％、ta：0.1％、p：≤0.010％、s：≤0.002％、n：0.0035％、b：0.003％、其余为fe和不可避免的杂质。
如上所述高强度耐磨汽车制动用热轧钢板的生产工艺，其特征在于：工艺路线包括：冶炼、精炼、连铸、粗轧、精轧、热处理；具体步骤如下：(1)冶炼：kr铁水预处理脱s，并控制铁水中s≤0.005％，之后进行顶底复吹转炉冶炼，铁水与废钢的质量比是6-8∶1，先加废钢，后加铁水，转炉终点碱度为3.5-3.8；出钢温度为1580-1600℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；
(2)精炼：先加入铝线、萤石、石灰，控制底吹氩流量当炉渣完全白渣后停止通电；大力搅拌脱硫，控制底吹氩流量在600-700l/min，在此状态下搅拌10-15min，之后控制底吹氩流量在80-100l/min，在此状态下搅拌8-10min，再次通电调整熔池温度便于出钢，软吹停止吹氩，结束lf精炼；后进行rh精炼：在不吹氧的条件下抽真空进行自然脱碳，提升ar流量800-850nl/min，进行钢水脱氢，保证深真空处理时间≥12min，加入0.01-0.03kg/t的铝锰复合脱氧剂脱除钢水中多余的氧，然后对钢水进行合金化，吊包前对钢水进行软吹，软吹氩气流量控制在50-60l/min，渣面不吹开，保证钢水软吹时间12-13min；软吹后静置5-6min；
(3)连铸工艺：全程吹氩保护，避免钢水氧化，控制连铸过程增氮；采用中包覆盖剂避免钢水裸露，二冷水按照低碳合金钢配水模式，选用低碳合金保护渣；连铸二冷区采用电磁搅拌+重压下功能，电磁搅拌电流300-320a，频率8-15hz，重压下压下量30-35mm；中间包过热度15-25℃，出结晶器的铸坯厚度为100-200mm；
(4)加热和轧制；钢坯装进加热炉，加热温度1180-1185℃，加热时间100-110min，出加热炉后进行高压水除鳞，压力为20-25mpa，粗轧开轧温度为1050-1060℃，单道次压下率＞18％，末道次压下率≥25％，粗轧进行4-5个道次，进行再结晶，细化奥氏体晶粒；精轧开轧温度920-930℃，终轧温度为830-850℃，累计压下率70-80％，精轧进行6-7个道次，在轧制过程中形成高密度位错；
(5)热处理；先将轧制后的钢板升温到1000-1050℃，保温40-80min,然后以2-5℃/s冷却到400-500℃，之后重新升温到940-950℃，保温40-80min,然后以60-80℃/s冷却到200-300℃进行淬火，之后重新升温到600-610℃，保温40-80min,然后空冷到室温，之后平整、包装。
进一步：步骤(4)加热和轧制；钢坯装进加热炉，加热温度1180℃，加热时间105min，出加热炉后进行高压水除鳞，压力为20mpa，粗轧开轧温度为1060℃，单道次压下率20％，末道次压下率30％，粗轧进行5个道次，进行再结晶，细化奥氏体晶粒；精轧开轧温度920℃，终轧温度为840℃，累计压下率75％，精轧进行6个道次，在轧制过程中形成高密度位错。
进一步：步骤(4)加热和轧制；钢坯装进加热炉，加热温度1180℃，加热时间105min，出加热炉后进行高压水除鳞，压力为20mpa，粗轧开轧温度为1060℃，单道次压下率20％，末道次压下率30％，粗轧进行5个道次，每个道次轧制速度分布为2.2m/s、2.0m/s、1.8m/s、1.6m/s、1.6m/s，进行再结晶，细化奥氏体晶粒；精轧开轧温度920℃，终轧温度为840℃，累计压下率75％，精轧进行6个道次，每个道次轧制速度分布为1.8m/s、1.7m/s、1.6m/s、1.6m/s、1.6m/s、1.6m/s在轧制过程中形成高密度位错。大压下轧制工艺中轧制速度对钢板心部的组织和性能具有重要的影响，粗轧过程中轧制速率越低，回复和再结晶越完全，钢板心部的晶粒越细小。轧制速度高(2.0m/s)的试验钢板厚度方向上组织均匀性较差，而轧制速度低(1.7m/s)的钢板由于变形过程中轧制力渗透到心部，因而组织均匀性好，如果速度太低了，就无法确保连续轧制的生产工艺，此时相应的技术效果也实现了饱和。所以本发明采取的是轧制速度逐渐降低的工艺。
进一步：步骤(5)热处理；先将轧制后的钢板升温到1030℃，保温60min,然后以5℃/s冷却到450℃，之后重新升温到940℃，保温60min,然后以80℃/s冷却到240℃进行淬火，之后重新升温到600℃，保温60min,然后空冷到室温，之后平整、包装。
本发明的铸造工艺推荐采用连铸工艺，连铸工艺重点控制浇铸温度，以细化原始铸态组织。为控制连铸坯中心mn偏析，采用电磁搅拌工艺，具体是连铸二冷区采用电磁搅拌+重压下功能，电磁搅拌电流300-320a，频率8-15hz，重压下压下量30-35mm；中间包过热度15-25℃，出结晶器的铸坯厚度为100-200mm。
接着，说明本发明的化学成分的限定理由。此处，关于成分的％意味着质量％。
c元素是获得高的强度、硬度所必需的。高的c含量虽然对钢的强度、硬度等有利，但对钢的塑性和韧性极为不利，且使屈强比降低、脱碳敏感性增大，恶化钢的抗疲劳性能、加工性能和高温塑性。因此适当降低钢中的c含量，将其控制在0.4％以下。然而，淬火和高温回火后为了获得所需的高强度，c含量须在0.35％以上，因而c含量宜控制为0.35-0.4％。
si是钢中主要的脱氧元素，具有很强的固溶强化作用，但si含量过高将使钢的塑性和韧性下降，c的活性增加，促进钢在轧制和热处理过程中的脱碳和石墨化倾向，并且使冶炼困难和易形成夹杂物，恶化钢的抗疲劳性能。因此控制si含量为0.5-0.6％。
mn是脱氧和脱硫的有效元素，还可以提高钢的淬透性和强度。但淬火钢回火时，mn和p有强烈的晶界共偏聚倾向，促进回火脆性，恶化钢的韧性，过高mn含量易导致反复加热冷却过程中产生奥氏体-马氏体转变，导致热膨胀系数、导热系数激变，降低制动盘冷热疲劳性能，因而控制mn含量在1.50-1.80％。
cr能够有效地提高钢的淬透性和回火抗力，以获得所需的高强度；同时cr还可降低c的活度，可降低加热、轧制和热处理过程中的钢材表面脱碳倾向，有利用获得高的抗疲劳性能和良好的高温性能、获得特定数量的马氏体。但含量过高会恶化钢的韧性，因而控制cr含量为5-6％。
ni可提高钢的淬透性、耐蚀性和保证钢在低温下的韧性。ni延迟高温下的cr碳氮化物的析出，并维持过饱和地含有固溶c的马氏体组织的硬度，但过高ni含量易导致反复加热冷却过程中产生奥氏体-马氏体转变，导致热膨胀系数激变，降低制动盘冷热疲劳性能，因此ni含量为1.0-1.2％。
al是为了脱氧而加入钢中的元素。在脱氧完全后，al降低了钢板中的o的含量，以改善钢板的时效性能。此外，添加适量的al还有利于细化晶粒，从而改善钢材的强韧性能。本发明将al含量进行了调整，远远高于一般的汽车制动用热轧钢板al含量(通常是≤0.1％)，主要是考虑到汽车制动用热轧钢板的特定用途，al作为通过固溶强化使钢的高温强度增加、提高高温疲劳特性。因此al：0.5-1.0％。
cu通过析出富cu相实现析出强化，提高钢的强度，此外，加入适量的cu元素，还能够增加钢的耐大气腐蚀性能，但cu是扩大γ相区元素，含量偏高易导致制动材料反复加热冷却过程中产生奥氏体-马氏体转变，导致热膨胀系数激变，降低制动盘冷热疲劳性能，因此，cu含量应控制在0.5-0.6％。
mo在钢中的作用主要为提高淬透性、提高回火抗力及防止回火脆性。此外，mo元素与cr元素的合理配合可使淬透性和回火抗力得到明显提高，mo含量过低则上述作用有限，mo含量过高，则上述作用饱和，且提高钢的成本。因此，控制mo含量为0.3-0.4％。
co和w置换出在晶格中的元素，因此当汽车处于持续长刹车行程中时会引起摩擦面温度持续升高，需要抑制摩擦面的氧化；w是是强碳化物形成元素，提高钢的高温强度和耐热性，综合考虑成本因素，co：0.15-0.25％、w：0.15-0.25％。
在钢中添加微量的nb元素目的是进行未再结晶去控轧，当nb添加量低于0.03％时，不能发挥有效的控轧效果；当nb添加量超过0.04％时，严重损害韧性，同时，nb还是一种昂贵的金属元素，添加较多的nb也会相应地增加生产制造成本。因此nb含量控制在0.03-0.04％之间，获得最佳的控轧效果的同时，又不损害韧性。
钢中加入微量的ti目的是与钢中n结合，生成稳定性很高的tin粒子，抑制晶粒长大，改善钢的韧性。钢中添加的ti含量要与钢中的n含量匹配，匹配的原则是tin不能在液态钢水中析出而必须在固相中析出；因此tin的析出温度必须确保低于1400℃，当加入ti含量过少，形成tin粒子数量不足，不足以抑制晶粒长大和改善韧性；加入ti含量过多时，tin析出温度超过1400℃，在钢液在结晶器凝固阶段就会析出大尺寸tin粒子，这种大尺寸tin粒子不能抑制晶粒长大，反而成为裂纹萌生的起始点；因此ti含量的最佳控制范围为0.02-0.03％
ta为提高钢板的耐热性的元素。为了得到该效果，应该含0.05％以上，但过量地含有形成碳氮化物等的这些元素时，导致碳氮化物等显著硬质化或软质化，成为淬火后、回火后的钢板的硬度偏离适宜范围的原因。因此ta：0.05-0.1％。
p作为钢中有害夹杂对钢的机械性能，p含量需要控制在≤0.010％。
s作为钢中有害夹杂对钢的性能具有很大的损害作用，s含量需要控制在≤0.002％。
n的控制范围与ti的控制范围相对应，n含量过低，生成tin粒子数量少、尺寸大，不能起到改善钢的晶粒细化；但是n含量过高时，钢中自由[n]增加，损害韧性。因此n：0.002-0.0035％。
b强烈抑制先共析铁素体形成，促进贝氏体等低温相变组织的形成，因此固溶b对于获得贝氏体等低温相变组织而提高钢板的强度至关重要。b还可以改善韧性，因此b：0.001-0.003％。
与现有技术相比，本发明技术效果包括：
1、本发明通过精确控制产品成分、生产工艺，保证组织板坯在力学性能的均匀性，且列出了轧制道次压下制度、轧制速度。在具有高强度、高韧性、耐磨、高硬度的同时具有良好的抗氧化性，提高了使用寿命。
2、本发明中，通过对合金元素的精确控制，避免了以增加合金数量来换取性能的提高，节约了工艺成本，提高了生产效率。
3、本发明通过合理的化学成分设计，并采取控轧控冷工艺和热处理工艺，热处理后汽车制动用钢板的微观组织晶粒尺寸均为20～25μm，碳化物平均粒径在30-50nm，还有富cu相析出，组织中以体积百分比计为回火索氏体占40-50％、马氏体占30-35％，其余为奥氏体、贝氏体；屈服强度为1000-1100mpa，抗拉强度为1200-1350mpa，伸长率为18-25％，硬度为35-40hrc。
具体实施方式
下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
实施例1
一种高强度耐磨汽车制动用热轧钢板，其成分重量百分比为：c：0.35-0.4％、si：0.5-0.6％、mn：1.50-1.80％、cr：5-6％、ni：1.0-1.2％、al：0.5-1.0％、cu：0.5-0.6％、mo：0.3-0.4％、co：0.15-0.25％、w：0.15-0.25％、nb：0.03-0.04％、ti：0.02-0.03％、ta：0.05-0.1％、p：≤0.010％、s：≤0.002％、n：0.002-0.0035％、b：0.001-0.003％、其余为fe和不可避免的杂质，具体步骤如下：(1)冶炼：kr铁水预处理脱s，并控制铁水中s≤0.005％，之后进行顶底复吹转炉冶炼，铁水与废钢的质量比是6-8∶1，先加废钢，后加铁水，转炉终点碱度为3.5-3.8；出钢温度为1580-1600℃；采用挡渣塞、挡渣棒双挡渣出钢；
(2)精炼：先加入铝线、萤石、石灰，控制底吹氩流量当炉渣完全白渣后停止通电；大力搅拌脱硫，控制底吹氩流量在600-700l/min，在此状态下搅拌10-15min，之后控制底吹氩流量在80-100l/min，在此状态下搅拌8-10min，再次通电调整熔池温度便于出钢，软吹停止吹氩，结束lf精炼；后进行rh精炼：在不吹氧的条件下抽真空进行自然脱碳，提升ar流量800-850nl/min，进行钢水脱氢，保证深真空处理时间≥12min，加入0.01-0.03kg/t的铝锰复合脱氧剂脱除钢水中多余的氧，然后对钢水进行合金化，吊包前对钢水进行软吹，软吹氩气流量控制在50-60l/min，渣面不吹开，保证钢水软吹时间12-13min；软吹后静置5-6min；
(3)连铸工艺：全程吹氩保护，避免钢水氧化，控制连铸过程增氮；采用中包覆盖剂避免钢水裸露，二冷水按照低碳合金钢配水模式，选用低碳合金保护渣；连铸二冷区采用电磁搅拌+重压下功能，电磁搅拌电流300-320a，频率8-15hz，重压下压下量30-35mm；中间包过热度15-25℃，出结晶器的铸坯厚度为100-200mm；
(4)加热和轧制；钢坯装进加热炉，加热温度1180-1185℃，加热时间100-110min，出加热炉后进行高压水除鳞，压力为20-25mpa，粗轧开轧温度为1050-1060℃，单道次压下率＞18％，末道次压下率≥25％，粗轧进行4-5个道次，进行再结晶，细化奥氏体晶粒；精轧开轧温度920-930℃，终轧温度为830-850℃，累计压下率70-80％，精轧进行6-7个道次，在轧制过程中形成高密度位错；
(5)热处理；先将轧制后的钢板升温到1000-1050℃，保温40-80min,然后以2-5℃/s冷却到400-500℃，之后重新升温到940-950℃，保温40-80min,然后以60-80℃/s冷却到200-300℃进行淬火，之后重新升温到600-610℃，保温40-80min,然后空冷到室温，之后平整、包装。
经冶炼、精炼、连铸、粗轧、精轧、热处理，热处理后汽车制动用钢板的微观组织晶粒尺寸均为20～25μm，碳化物平均粒径在30-50nm，还有富cu相析出，组织中以体积百分比计为回火索氏体占40-50％、马氏体占30-35％，其余为奥氏体、贝氏体；屈服强度为1000-1100mpa，抗拉强度为1200-1350mpa，伸长率为18-25％，硬度为35-40hrc。
对比例1
一种高强度耐磨汽车制动用热轧钢板，其成分重量百分比为：c：0.3％、si：0.4％、mn：1.1％、cr：5-6％、ni：1.0-1.2％、al：0.5-1.0％、cu：0.5-0.6％、mo：0.3-0.4％、co：0.15-0.25％、w：0.15-0.25％、nb：0.03-0.04％、ti：0.02-0.03％、ta：0.05-0.1％、p：≤0.010％、s：≤0.002％、n：0.002-0.0035％、b：0.001-0.003％、其余为fe和不可避免的杂质，
制备方法与实施例1一致；最终产品屈服强度为800-900mpa，抗拉强度为900-1000mpa，伸长率为12-15％，硬度为20-30hrc。
对比例2
一种高强度耐磨汽车制动用热轧钢板，其成分重量百分比为：c：0.35-0.4％、si：0.5-0.6％、mn：1.50-1.80％、cr：0.1-1％、ni：0.5-0.8％、al：0.05-0.2％、cu：0.5-0.6％、mo：0.3-0.4％、co：0.15-0.25％、w：0.15-0.25％、nb：0.03-0.04％、ti：0.02-0.03％、ta：0.05-0.1％、p：≤0.010％、s：≤0.002％、n：0.002-0.0035％、b：0.001-0.003％、其余为fe和不可避免的杂质，
制备方法与实施例1一致。
制备方法与实施例1一致；最终产品屈服强度为850-950mpa，抗拉强度为950-1030mpa，伸长率为13-18％，硬度为20-30hrc。
对比例3
一种高强度耐磨汽车制动用热轧钢板，其成分重量百分比为：c：0.35-0.4％、si：0.5-0.6％、mn：1.50-1.80％、cr：5-6％、ni：1.0-1.2％、al：0.5-1.0％、cu：0.5-0.6％、mo：0.1-0.2％、nb：0.03-0.04％、ti：0.02-0.03％、ta：0.05-0.1％、p：≤0.010％、s：≤0.002％、n：0.002-0.0035％、b：0.001-0.003％、其余为fe和不可避免的杂质，
制备方法与实施例1一致；最终产品屈服强度为870-970mpa，抗拉强度为950-105mpa，伸长率为13-20％，硬度为20-30hrc。
对比例4
一种高强度耐磨汽车制动用热轧钢板，其成分重量百分比为：c：0.35-0.4％、si：0.5-0.6％、mn：1.50-1.80％、cr：5-6％、ni：1.0-1.2％、al：0.5-1.0％、cu：0.5-0.6％、mo：0.3-0.4％、co：0.15-0.25％、w：0.15-0.25％、nb：0.03-0.04％、ti：0.02-0.03％、ta：0.05-0.1％、p：≤0.010％、s：≤0.002％、n：0.002-0.0035％、b：0.001-0.003％、其余为fe和不可避免的杂质，
制备步骤(1)-(3)与实施例1一致；
(4)加热和轧制；钢坯装进加热炉，加热温度1180-1185℃，加热时间100-110min，出加热炉后进行高压水除鳞，压力为20-25mpa，粗轧开轧温度为1050-1060℃，单道次压下率12％，末道次压下率20％，粗轧进行4-5个道次，进行再结晶，细化奥氏体晶粒；精轧开轧温度900℃，终轧温度为800℃，累计压下率70-80％，精轧进行6个道次，在轧制过程中形成高密度位错；
(5)热处理；先将轧制后的钢板升温到940-950℃，保温40-80min,然后以60-80℃/s冷却到200-300℃进行淬火，之后重新升温到600-610℃，保温40-80min,然后空冷到室温，之后平整、包装。
最终产品屈服强度为880-1000mpa，抗拉强度为1000-1100mpa，伸长率为15-20％，硬度为205-30hrc。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能,够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，基于篇幅限制无法做到各个元素、各个工艺参数的单一变量试验，而应在权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为所附权利要求所涵盖。