精冲性优良的中高碳热轧带钢及生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车零部件用钢技术领域，具体涉及一种精冲性优良的中高碳热乳带 钢及生产方法。
【背景技术】
[0002] 现代汽车零部件例如齿轮、变速箱、换挡叉拨、板簧等具有复杂形状的构造由以前 的铸造、切削、热处理、精加工的方式逐步转变为采用具有优良冲裁性能的材料一次冲裁成 型。具有优良冲裁性能的钢板特征具有：（1)抑制模具刀刃处的材料裂纹产生，获得加工面 为85%以上的剪切面；（2)尺寸精度好；(3)硬度均匀并且适当，即不能太高降低模具寿命， 又不能太低而出现"沾刀子"的情况。通常要求其组织为球化退火状态，并且要求有70%以 上球化率，心部偏析1级以下。获得优良的冲裁性中高碳钢一般要求进行球化退火。
[0003] 针对以上的要求，专利CN 101379207A公布了一种冲裁加工性优良的钢板及其制 造方法，其专利成分组成为C :0. 1~0. 5%、Si :0. 5%以下、Mn :0. 2%~1. 5%、将P、S调节 至适当范围以内；以及平均粒径超过10 μ m且小于20 μ m的铁素体和铁素体晶粒内碳化物 的平均粒径为0. 3~1. 5 μ m的组织。
[0004] 但是，专利CN 101379207A所述的高碳钢板热乳后需要进行长达30~60h的退 火，大大提高了生产成本降低了效率，同时由于长时间退火导致钢板表面脱碳层严重，对于 碳含量0.4%~0.5%的钢材不可避免的导致沿厚度方向硬度不均匀，从而出现冲裁性下 降的结果。
[0005] 专利CN 103003463A公布了一种精密冲裁性优良的高碳热乳钢板及其制造方法， 其专利成分（重量％ )为C :0· 10~0.40%、Si ;1.0%以下、Mn :2.0%以下、且余量由Fe及 不可避免的杂质构成的组成，而且具有先共析铁素体相在组织整体中所占面积率为10%以 下、且碳化物的球化率为50%以上的显微组织。其记载的是卷取状态的热乳钢板，要求钢带 以50°C/s以上的平均冷速从奥氏体单相的650°C以上的冷却温度冷却至（nose)温度范围 450~600°C的冷却停止温度。并在3s内进行卷取，卷取后热乳卷迅速扣上保温罩，利用相 变热促进碳化物球化。
[0006] 但是，专利CN 103003463A所描述的方法采用保温罩缓冷，钢卷内外温差较大，冷 速差别也大，因此会导致达到权利所要求的性能的钢带的成材率不高，同时该方法所得到 的球化率仅50 %以上，对于冲裁用钢板，球化率太低。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的，在于克服上述不足，提供一种精冲性优良的中高碳热乳带钢及生 产方法，通过成分设计，配合乳制工艺参数的控制，利用Si元素提高奥氏体中碳原子活度 的原理，采用快速球化退火工艺，退火温度下保温时间缩短至Ih~2h，降低成本，节省能 源，最终得到冲裁性能优良的热乳钢带，适用于生产具有复杂形状及需要淬硬的汽车零部 件原料。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供一种精冲性优良的中高碳热乳带钢，其特殊之处在 于：所述带钢中化学成分及重量百分含量为：C :0. 50~0. 65%，Si :0. 60~1. 50%，Mn : 0· 50 ~L 70 %，Ca :0· 0030 ~0· 0070 %，B :0· 0008 ~0· 005 %，Als :0· 015 ~0· 030 %， P彡0. 015%，S彡0. 008%，其余为Fe和不可避免杂质。
[0009] 优选地，所述带钢中化学成分及重量百分含量为：C :0. 50~0. 60%，Si :0. 70~ L 50%，Mn :0· 70 ~L 20%，Ca :0· 0030 ~0· 0070%，B :0· 0008 ~0· 005%，Als :0· 015 ~ 0. 025%，P彡0. 015%，S彡0. 008%，其余为Fe和不可避免杂质。
[0010] 优选地，所述带钢中化学成分及重量百分含量为：C :0.55~0.60 %，Si :1. 0~ L 20%，Mn :1· 20 ~L 60%，Ca :0· 0030 ~0· 0070%，B :0· 0008 ~0· 005%，Als :0· 015 ~ 0.020%，P彡0.015%，S彡0.008%，其余为Fe和不可避免杂质。
[0011] 本发明还提供上述精冲性优良的中高碳热乳带钢的生产方法，其特殊之处在于： 包括如下步骤：
[0012] 1)冶炼并连铸成坯；
[0013] 2)对铸坯进行缓冷，缓冷时间不低于72个小时；
[0014] 3)对铸坯加热，加热温度控制在1200~1280°C，在炉时间在300~400min ;
[0015] 4)进行高压水除鳞；
[0016] 5)进行热乳：控制粗乳结束温度在980~1100°C，压下率不低于80% ;控制精乳 终乳温度在Ae3+30°C~Ae3+80°C范围内，压下率不低于65% ;
[0017] 6)采用前端冷却，冷却速度控制为30~80 °C /s，控制终止冷却的温度为600 °C~ 700 0C ；
[0018] 7)进行卷取，卷取温度为570~650°C，此时金相组织为：珠光体不低于90%，余 量为铁素体；
[0019] 8)热乳态钢卷空冷至室温后，经全氢式罩式退火炉进行球化退火，具体步骤为： 先加热钢卷至其心部温度在A el-25°C~Ael-5°C范围内，然后保温60min，随炉缓冷至550°C 以下，出炉空冷至室温；
[0020] 在上述步骤中，43、^的单位为°C，分别由以下两个公式计算得到：
[0021] Ac；v-910-203Vc +44.7Si ；
[0022] Ac1= 723+25Si-7Mn ；
[0023] 上述两个公式中，C、Mn、Si表示这些元素各自所占的wt% (重量百分含量）中wt 的取值。
[0024] 以下叙述本发明中选定合金元素、成分范围及关键工艺参数的理由。
[0025] C :含量控制在0.50%~0.65%范围内。碳显著影响热乳退火后及淬火后的硬度 强度的元素，在本发明中需要碳含量控制在0. 25 %~0. 55%。碳< 0. 25 %时不能得到汽车 及工程机械零件所需的硬度，热乳态组织容易获得较多的先共析铁素体；碳> 0.65%时， 即使球化率达到80%以上，钢板退火后仍然硬质化，不能确保精冲时损伤模具或产生裂纹。 因此，碳限定在0. 50%~0. 65%。
[0026] Si :含量控制在0.60%~1.50%范围内。硅在本发明中起到的主要作用是显著的 提高奥氏体中碳原子活度的作用，当硅> 〇. 6%时，能较明显提高球化退火温度时碳原子的 活度从而大大减少球化退火时间，然而硅元素能起到显著的硬化铁素体作用从而恶化冲裁 性能，因此控制硅< 1.5%。因此，限定硅含量为0.60%~1.50%。
[0027] Mn :含量控制在0. 50%~1. 70%，是提高钢板淬透性和耐磨性的重要元素，扩大 奥氏体相区，可适当降低球化退火温度。锰含量较高会造成较严重的中心偏析和降低韧性， 锰选择为〇· 50 %~L 70%。
[0028] Ca :含量控制在0. 0030 %~0. 0070%，微量的钙使硫化物夹杂球化，提高钢带韧 性。同时微量的钙促进碳的晶界偏聚，使先共析铁素体在奥氏体晶界较难形核，从而起到抑 制先共析铁素体的作用。钙含量选在为〇. 0030%~0. 0070%
[0029] B :含量控制在0.0008 %~0.005%的范围，是偏析于奥氏体境界上，微量即可 显著改善淬火性元素。为了改善淬火性，需要〇. 0008%以上的含量，另一方面含量超过 0. 005%，效果已饱和，无法继续改善淬火性，相反生成硼相从而恶化钢板延伸等性能。因此 硼优选限定为〇. 0008 %~0. 005 %的范围。
[0030] Als :含量控制在0. 010~0. 030%，是有效的脱氧元素，而且还发挥着通过使钢 板的显微组织细化而带来的母材韧性提高效果。铝含量要在0.030%以上，但铝含量过 高易于氧形成颗粒较大的尖角不规则形状的Al 2O3，使母材韧性恶化。因此铝含量限定在 0. 015%~0. 030%。
[0031] 在上述技术方案中，AcJP Ac i的计算公式首先如下：
[0033] Ac1= 723+25Si-7Mn+15Cr-15Ni+50V+40Mo ；
[0034] 由于本发明带钢中的化学成分中Cr、Ni、Mo、V元素没有出现，所以简化为：
[0036] Ac1= 723+25Si-7Mn ；
[0037] 上述两个公式中，C、Mn、Si表示这些元素各自所占的wt% (重量百分含量）中wt 的取值。
[0038] 本发明的精乳终乳结束温度控制在Ae3+30°C~Ae3+80°C。原因是：若终乳结束温 度高于Α ?+80Γ时，产生的锈层变厚，晶粒粗大，晶界总表面积降低，球化退火后形成的球状 碳化物弥散度下降，另一方面原奥氏体晶粒粗大，会导致最终淬火后形成的马氏体条片粗 大，降低零件使用性能；若终乳结束温度低于4 3+30°C时，钢板在终乳至层流冷却过程中温 降至以下，会导致先共析铁素体量增多，同时终乳结束温度过低，导致乳制载荷增大，板 形难以控制。
[0039] 本发明的终乳结束后冷却速度控制为30~80°C /s。原因是：若终乳后冷却速率 < 30°C /s时，难以保证抑制先共析铁素体的生成；而若终乳后冷却速率> 80°C /s时，极容 易生成贝氏体组织或马氏体组织，使热乳态组织硬化，卷取时负荷增大，钢带卷取后边部产 生裂纹。
[0040] 本发明控制终止冷却的温度为600°C~700°C。原因是：对于含碳量为0. 50%~ 0. 65%的钢，在该温度区间为伪共析珠光体转变区，若终冷温度> 700°C，后续冷却过程中 容易形成铁素体带状组织，由于组织遗传作用球化率不高；若终冷温度