一种石墨化热轧钢板的制备方法
【专利摘要】本发明公布一种石墨化热轧钢板的制备方法，属于冶金技术领域。该方法主要是通过炼钢、精炼、连铸、加热、热连轧、层流冷却、卷取、钢卷散放空冷、平整轧制、石墨化退火等工艺过程进行制备。其中，为了提高石墨化率及促进石墨化过程，在石墨化退火过程中施加脉冲磁场，其磁场强度为10000～30000A/m，磁场频率为20～100Hz。在3～6小时的石墨化时间内，石墨化率可以达到90％以上，且石墨直径为3～6μm呈球形或近球形，分布均匀，铁素体晶粒直径范围为20～30μm；这样的组织特点使钢板具有较低的硬度和较高的塑性，尤其是碳含量较高的钢板，因此钢板表现出良好的冲压成型性能，有助于扩大中、高碳钢板在复杂形状零部件冲压成型工艺中的应用。
【专利说明】
一种石墨化热轧钢板的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于冶金技术领域，涉及一种石墨化热乳钢板的制备方法。
【背景技术】
[0002]中、高碳钢板由于具有较高的强度和硬度，被广泛应用于机械制造和汽车等领域，市场需求量较大。但是，因其塑性差，一般难以直接成型，因而限制其在复杂形状零部件冲压成型中的应用。
[0003]为了提高中、高碳钢板的成型加工性能，目前主要采用的方法是球化退火，如陈金荣在机械工人(热加工)(2002，(3):34-35)上发表的论文“40Z钢板等温球化退火工艺”中研究了 40Z中碳钢板球化退火，指出中碳钢当要求硬度较低而韧性较高(用于冷冲压坯料)时，可用等温球化退火。另外，也有直接通过热乳工艺控制使部分片状珠光体球化，从而达到免退火的目的，如一种免退火型中高碳钢板制造工艺(申请公布号:CN103173598A)公开了一种热乳过程中在线使中、高碳钢板直接软化，通过高温卷取实现部分球化来生产的中高碳钢板，而省去热乳后的退火工序。
[0004]对于冷变形要求高的中、高碳钢材，虽然通过球化退火或免退火乳制工艺，控制了晶粒度、硬度和渗碳体的形态，但是由于渗碳体的存在，在冲压生产时，不仅模具磨损严重、寿命低，而且冲压负荷过大，难以成形复杂形状制件。
[0005]于是，人们利用渗碳体石墨化来期待获得良好冲压成型性能，而开发了石墨化中、高碳钢(中碳钢C: 0.25?0.36 %和高碳钢(C: 0.5?0.7 % ))，如专利I (钢板及其制造方法，申请公布号:CN101903547A)公布了一种热乳钢板，其主要化学成分及其质量百分比: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及不可避免的杂质构成。其制造方法在800?950°C的终乳温度下热乳而制成热乳板，以平均冷却速度为50°C/s以上冷至500°C以下，在450°C以下的温度卷取，钢卷在720 °C以下的退火温度下退火。再如专利2 (Process formanufacturing a medium-carbon steel plate with improved formabiIity andweldability，US5454887)也公布了一种热乳钢板，其主要化学成分及其质量百分比: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及不可避免的杂质构成。其制造方法为:终乳温度700?900 °C;热乳后的冷却速度5?50 °C/s;卷取温度400?650°C;在600°C??六以温度范围内进行I小时以上的退火。
[0006]比较专利I与专利2，其Si含量有较大的差异，过高的Si含量虽有助于石墨化，但Si使铁素体硬化，难以具有良好的成型加工性能，因此，专利I的S i含量控制在0.1O %以下。为了获得良好的石墨化效果，专利1、2的石墨化退火时间都在几十小时以上(根据实施例)，缓慢的石墨化过程制约了中、高碳钢板在复杂形状零部件冲压成型中的应用，因此，有必要提出一种促进石墨化过程的方法。另外，专利I中石墨率不高，最高为77% (根据实施例)；专利2中的石墨化率较高，但是石墨化时间都在20小时以上。
[0007]为此，本发明公布一种石墨化热乳钢板的制备方法，不仅提高石墨化率，而且缩短石墨化过程。
【发明内容】
[0008]石墨化钢板适合用于复杂形状零部件的冲压成型，但其冲压成型性能的高低，除了控制硬度、铁素体晶粒度、石墨数量、形态、大小及其分布以外，控制石墨化率也是至关重要的。本发明提出一种提高石墨化率、且可以在较短时间内实现石墨化的石墨化中、高碳热乳钢板的制备方法，主要是通过炼钢、精炼、连铸、均热、连乳、层流冷却、卷取、钢卷散放空冷、平整乳制、石墨化退火等工艺过程进行制备。
[0009]本发明通过以下技术措施实现:
[0010]—种提高石墨化率的石墨化热乳钢板的制备过程为:铁水脱硫、脱磷、脱碳，炼钢，精炼，连铸，加热，热连乳，层流冷却，卷取，钢卷散放空冷、平整、石墨化退火。其中，为了提高石墨化率及促进石墨化过程，热连乳分为再结晶区和未再结晶区乳制，且要求未再结晶区压下率多25%，终乳温度范围控制在720?860°C;层流冷却速度多100 °C/s，并开启侧喷进行层冷棍道的边部吹扫;在退火过程中施加脉冲磁场，其磁场强度:10000?30000A/m，磁场频率:20?10Hz。石墨化温度范围为620°C?Ac1相变点，石墨化退火时间3?6小时，其石墨化率在90%以上，组织主要由直径为3?6μπι呈球形或近球形、分布均匀的石墨和直径范围为20?30μπι的铁素体晶粒组成。采用该方法可以制备的热乳板厚度为4?12mm。
[0011]所述石墨化热乳钢板的化学成分及其质量百分比含量控制为: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；其余含量为 Fe。
[0012]本发明的有益效果:
[0013]通过实验研究和理论分析表明，利用本发明提出的石墨化热乳钢板的制备方法，在3?6小时的石墨化时间内，石墨化率可以达到90%以上，且石墨直径为3?6μπι呈球形或近球形，分布均匀，铁素体晶粒直径范围为20?30μηι ；这样的组织特点使钢板具有较低的硬度和较高的塑性，尤其是碳含量较高的钢板，因此钢板表现出良好的冲压成型性能，有助于扩大中、高碳钢板在复杂形状零部件冲压成型工艺中的应用。
【附图说明】
[0014]图1是本发明所采用的技术路线图。
【具体实施方式】
[0015]现将本发明的实施例具体叙述于后。
[0016]实施例对本发明的技术方案做进一步描述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
[0017]本发明主要通过铁水脱硫、脱磷、脱碳;炼钢;精炼;连铸;加热;热连乳;层流冷却；卷取;钢卷散放空冷;平整;石墨化退火等工艺过程来实现。其中，为了提高石墨化率及促进石墨化过程，热连乳分为再结晶区和未再结晶区乳制，且要求未再结晶区压下率多25%，终乳温度范围控制在720?860°C;层流冷却速度多100 °C/s，并开启侧喷进行层冷辊道的边部吹扫;在退火过程中施加脉冲磁场，其磁场强度:10000?30000A/m，磁场频率:20?10Hz。石墨化温度范围为620°C?Ac1相变点，石墨化退火时间3?6小时，其石墨化率在90%以上，组织主要由直径为3?6μπι呈球形或近球形，分布均匀的石墨和直径范围为20?30μπι的铁素体晶粒组成。采用该方法可以制备的热乳板厚度为4?12_。
[0018]实施例1
[0019]4.0mm钢板的制备，主要工艺流程:铁水脱硫、脱憐、脱碳;炼钢;精炼;连铸;加热；热连乳;层流冷却;卷取;钢卷散放空冷;平整;石墨化退火。
[0020]本实施例的石墨化热乳钢板的化学成分(质量分数/% )为:0.4 5 C，0.16 S i，
0.62Mn，0.009S，0.008P，0.023Al，0.0030B，0.005N。
[0021 ] 提高石墨化率和促进石墨化过程所要求控制的主要工艺参数为:
[0022]热连乳未再结晶区压下率为30%，终乳温度为760°C;层流冷却速度为130°C/s，石墨化温度为680 °C，施加的磁场强度为28000A/m，磁场频率为80Hz，石墨化退火时间为5小时。
[0023]对上述方法制备的石墨化热乳钢板进行取样分析，结果表明，其石墨化率为96%，即组织结构中主要观察到一一直径为3?5μπι呈近球形、分布均匀的石墨和直径范围为23?28μηι的铁素体晶粒。
[0024]实施例2
[0025]6.0mm钢板的制备，主要工艺流程:铁水脱硫、脱磷、脱碳;炼钢;精炼;连铸;加热；热连乳;层流冷却;卷取;钢卷散放空冷;平整;石墨化退火。
[0026]本实施例的石墨化热乳钢板的化学成分(质量分数/% )为:0.6 5 C，0.12 S i，
0.86Mn，0.008S，0.006P，0.026Al，0.0020B，0.003N。
[0027]提高石墨化率和促进石墨化过程所要求控制的主要工艺参数为:
[0028]热连乳未再结晶区压下率为26%，终乳温度为800°C;层流冷却速度为110°C/s，石墨化温度为660°C，施加的磁场强度为22000A/m，磁场频率为60Hz，石墨化退火时间为4.6小时。
[0029]对上述方法制备的石墨化热乳钢板进行取样分析，结果表明，其石墨化率为98%，即组织结构中主要观察到一一直径为4?6μπι呈近球形、分布均匀的石墨和直径范围为26?29μηι的铁素体晶粒。
[0030]由实施例可见，采用本发明提出的方法，可以在较短的石墨化时间内制备出石墨化率较高的中、高碳石墨化热乳钢板。
【主权项】
1.一种石墨化热乳钢板的制备方法，其特征在于:这种方法主要是通过铁水脱硫、脱磷、脱碳，炼钢，精炼，连铸，加热，热连乳，层流冷却，卷取，钢卷散放空冷、平整、石墨化退火工艺过程进行制备。2.根据权利要求1所述的一种石墨化热乳钢板的制备方法，其特征在于:所述热连乳步骤中，热连乳分为再结晶区乳制和未再结晶区乳制，且未再结晶区压下率多25%，终乳温度范围控制在720?860°C。3.根据权利要求1所述的一种石墨化热乳钢板的制备方法，其特征在于:所述层流冷却步骤中，冷却速度多100°C/s，同时，开启侧喷进行层冷辊道的边部吹扫。4.根据权利要求1所述的一种石墨化热乳钢板的制备方法，其特征在于:所述的石墨化退火步骤中，为了提高石墨化率及促进石墨化过程，在退火过程中施加脉冲磁场，其磁场强度:10000?30000A/m，磁场频率:20?100Hz;石墨化温度范围为620°C?Ac1相变点，石墨化退火时间3?6小时，其石墨化率在90%以上，组织主要由直径为3?6μπι呈球形或近球形、分布均匀的石墨和直径范围为20?30μπι的铁素体晶粒组成。5.根据权利要求1所述的一种石墨化热乳钢板的制备方法，其特征在于:所述的热乳板厚度为4?12_。6.根据权利要求1所述的一种石墨化热乳钢板的制备方法，其特征在于:所述石墨化热乳钢板的化学成分及其质量百分比含量控制为: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;其余含量为Fe。
【文档编号】C22C38/04GK106048179SQ201610559366
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】张永军, 韩静涛
【申请人】北京科技大学