专利名称：一种含硼结构钢的制造方法
技术领域：
本发明属于钢铁材料制造领域，具体地说是一种含硼结构钢的制造方法。
背景技术：
近几十年来，世界各国在合金结构钢中，为了降低生产成本，普遍地降低了贵重合 金元素Ni、Cr、Mo等的含量，而适当的加入某些特殊合金元素。硼钢的发展就是在这样的要 求下广泛地应用起来的。当钢中加入0. 0005 0. 0050%硼后，钢的淬透性大大提高，并改善 了热处理后的机械性能，因而微量的硼就可以代替大量的合金元素(例如Ni、Cr、Mo等)， 所以在苏联把“硼”誉为“钢中的维生素”。在国外已经有多种硼钢用于制造汽车、飞机、拖 拉机和机床等需要热处理的零件上。我国已经独立自主研制生产的有调质硼钢、渗碳级硼 钢、硼弹簧钢以及锅炉用硼钢四类硼钢。硼钢中加入微量的硼不仅降低奥氏体连续冷却时铁素体的形成速度，延长铁素体 的析出时间，同时Mn与B相结合，使高温转变孕育期明显长于中温转变。使铁素体“C”曲 线右移，而对贝氏体“C”曲线影响较小，从而用较低的冷速或空冷就可以获得贝氏体。当在 低合金结构钢Q345中加入硼元素后，用原有的方法生产Q345加硼钢，其组织与原有的Q345 有较大的差别，主要表现为低温组织(马氏体与贝氏体)过多，这样造成了组织随板厚的增 加，组织梯度明显。使得冲击性能不稳定，延伸率下降。影响Q345级钢的综合性能。因此 原有的Q345生产方法已经不能满足要求，需要根据加硼钢的特点制定新的生产工艺。
发明内容
为了克服现有方法生产加硼的Q345钢存在的组织差别较大的问题，本发明的目 的是提供一种含硼结构钢的制造方法。该方法利用现有轧机设备，在无需大的冷速，及大的 轧制负荷的情况下，通过控轧控冷工艺便可获得具有优异组织性能的含硼钢。且本发明工 艺简单、耗能少、成本低。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
一种含硼结构钢制造方法，其特征在于该方法通过控轧控冷工艺，利用形变与相变之 间的均衡关系，一方面增加相变形核点，另一方面充分利用相变孕育期期间，铁素体中的碳 及硼向奥氏体中扩散，从而促进钢中缩短相变进行周期，获得的含硼结构钢的化学成分按 重量百分比计为，C 0. 08 0. 20%, Si 0. 10 0. 30%,Mn :0. 80 1. 50%, P ^ 0. 010%, S ^ 0. 010%, B 0. 0008 0. 0030%，余量为!^e及不可避免的杂质；具体要求如下
(1)加热加热到温度1175 1225°C，进行充分的奥氏体化和奥氏体再结晶；
(2)进行控制轧制第一阶段变形，变形温度1000 1100°C，应变速率 力 ^-1，名义变形量30 50%;第二阶段变形，变形温度830 900°C，应变速率 =1 k、名义变形量20 50% ；第三阶段变形，变形温度设定在Ar3温度附近变形，应变速率 1 5s、名义变形量30 50% ；
(3)轧后冷却工艺冷却速度1 10°C/s ；终冷温度600 660°C。
本发明在步骤(1)中，加热时，奥氏体化温度过高，再结晶后的奥氏体因B的作用， 会进一步快速长大；温度过低，由于B、N化物的作用，对奥氏体再结晶有推迟作用，奥氏体 再结晶不完全。本发明得到加硼的Q345钢主要组织为铁素体与贝氏体和少量的珠光体。组织均 勻，晶粒细小。其中铁素体为等轴状，贝氏体片层细小。本发明将控轧控冷技术与形变诱导铁素体相变技术相结合，对钢的组织进行控 制，控制析出强化，提高钢的性能。且本发明采用的轧制工艺和冷却工艺简单，对轧机能力 要求小，用于工业生产简单易行。利用价格低廉的硼，从而生产优异性能的钢种。并由此来 掌握高强度级别钢中添加硼后，相变规律与组织性能控制。本发明充分利用了形变与相变之间的均衡关系，一方面增加了相变形核点，另一 方面，又充分利用相变孕育期期间，铁素体中的碳及硼向奥氏体中扩散，从而促进钢中缩短 相变进行周期。随后，进行终冷温度的控制，控制组织形态，得到了具有良好比例关系的铁 素体与贝氏体的关系，一方面提高了强度，另一方面改善了材料的韧性，突破了含硼钢的 强韧性能匹配的难点。本发明具有如下优点
1、通过一种简单的热压缩变形处理方法，便可在含硼结构用钢Q345中获得晶粒尺寸 较小的铁素体贝氏体组织，且获得的组织晶粒稳定。2、通过多道次轧制，弥补了以往TMCP双道次控制轧制细化铁素体晶粒钢的能力 不足，以抑制两道次变形后铁素体向奥氏体的逆相变，同时，也累积了大量第二道次的存储 能，增加铁素体的形核点，促进铁素体体积分数增加。3、本发明不需要在轧后进行快速冷却，无需增加具有在线淬火能力超快冷设备， 通过含硼钢本身的淬透性较高，只需普通的空气冷却或一般的层流冷却设备便可获得铁素 体和贝氏体组织。4、本发明工艺简单、耗能少、成本低。本发明通过对终冷温度的调节与控制，可以获得不同组织形态的钢种。可达到柔 性轧制的目的，可以通过同一种坯料，生产多级别的钢种。
图1是实施例1轧制获得细晶粒的铁素体贝氏体钢。图2是实施例2轧制获得细晶粒的铁素体贝氏体钢。图3是实施例3轧制获得细晶粒的铁素体贝氏体钢。
具体实施例方式实施例1
一种本发明所述的含硼结构钢制造方法，所用材料的化学成分见表1。将试样加热到1175°C，保温5 min完全奥氏体化以后，以5°C /s的冷却速率，分别 冷却到1000°C、85(TC、78(rC道次变形温度保温IOs后进行名义应变量40%、33. 3%、50%，单 道次压缩实验，所有变形道次的应变速率为Is—1。随后进行5°C /s控制冷却方法进行冷却 到600°C，最后置于空气中冷却。所获得的组织如图1所示。从图1中可看出组织由大量多边形铁素体、粒状贝氏体组成，晶粒尺寸较小，有少量珠光体分布在多边形铁素体上。 表1实施例含硼结构钢Q345的化学成分(质量分数，%)
权利要求
1.一种含硼结构钢制造方法，其特征在于该方法通过控轧控冷工艺，利用形变与相变 之间的均衡关系，一方面增加相变形核点，另一方面充分利用相变孕育期期间，铁素体中的 碳及硼向奥氏体中扩散，从而缩短相变进行周期，该含硼结构钢的化学成分按重量百分比 计为，C :0. 08 0. 20%, Si 0. 10 0. 30%,Mn :0. 80 1. 50%, P ^ 0. 010%, S 彡 0. 010%, B 0. 0008 0. 0030%，余量为!^e及不可避免的杂质；具体要求如下(1)加热加热到温度1175 1225°C，进行充分的奥氏体化和奥氏体再结晶；(2)进行控制轧制第一阶段变形，变形温度1000 1100°C，应变速率 =I Ss4 ,名义变形量30 50% ；第二阶段变形，变形温度830 900°C，应变速率 = 1 “ 5s-1 ,名义变形量20 50% ；第三阶段变形，变形温度设定在Ar3温度附近变形，应变速率1 5S4 I,名义变形量30 50% ；(3)轧后冷却工艺冷却速度1 10°C /s ；终冷温度600 660°C。
2.根据权利要求1所述的含硼结构钢制造方法，其特征在于在步骤(1)中，加热时， 奥氏体化温度过高，再结晶后的奥氏体因B的作用，会进一步快速长大；温度过低，由于B、N 化物的作用，对奥氏体再结晶有推迟作用，奥氏体再结晶不完全。
3.根据权利要求1所述的含硼结构钢制造方法，其特征在于在步骤(2)中，应变速率为1 〃“s4+。
全文摘要
本发明公开了一种含硼结构钢制造方法，获得的含硼结构钢的化学成分按重量百分比计为，C0.08～0.20%，Si0.10～0.30%，Mn0.80～1.50%，P≤0.010%，S≤0.010%，B0.0008～0.0030%，余量为Fe及不可避免的杂质；具体要求如下加热到温度1175～1225℃进行奥氏体化，随后采用多道次轧制，变形温度介于奥氏体再结晶区，奥氏体未再结晶区和奥氏体铁素体两相区。随后，以1～10℃/s冷却速度冷却到600～660℃，再进行空冷。本发明得到加硼的结构钢主要组织为铁素体与贝氏体和少量的珠光体。组织均匀，晶粒细小，强韧性良好。
文档编号C22C38/04GK102080179SQ20111004768
公开日2011年6月1日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者刘朝霞, 宋世佳, 李晓玲, 楚觉非, 王端军, 邱红雷, 陈远姝 申请人:南京钢铁股份有限公司