专利名称：一种含硼热处理用钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及汽车用钢，特别涉及含硼热处理用钢板及其制造方法，钢板抗拉强度在IOOOMPa以上，用在汽车的安全加强件，如车门内的防撞杆或A/B柱加强件等。
背景技术：
为了提高汽车的碰撞安全性能，尤其是侧碰和正碰性能，采用提高钢板的强度并减薄钢板的厚度是近年来车辆用钢板的一种发展趋势。目前有两种途径可以获得高强度零件，一是直接采用超高强度的钢板，抗拉强度大于lOOOMPa，通过冲压成形或滚压成形来制造，但是不能制造较为复杂零件；二是采用抗拉强度600MPa左右的钢板，可以通过冷成形然后热处理方式获得超高强度的零件，或者通过热冲压成形工艺，即在钢板首先加热到900°C左右的奥氏体区，然后进行冲压，而冲压的模具通过水冷从而实现对零件的冷却，零件通过这种热循环，钢板的强度可以大大提高，由交货状态下的抗拉强度约600MPa左右达到热成形后零件的抗拉强度约1500MPa，实现零件的高强度。第一种方法是当前的主流思路，但是生产抗拉强度大于IOOOMPa的钢板需要特殊的生产机组，投资较大，而且后续的加工成形对设备要求较高，比如冷冲压机的吨位大，切边的刀具要求高等困难。本发明研究的是第二种方法的钢板，此钢板生产采用常规的生产机组，而且后续成形的压机吨位也较小。美国专利号为US006136^56A公开了一种用于制造汽车加强件的材料，其化学成分范围为(wt. % ) :C 0. 1 ~ 0. 17% ；Si ^ 0. 3% ；Mn :2· 0 2. 8% ；Cr 0. 40 0. 8% ； Mo 0. 1 0. 35 % ；Al 0. 03 0. 07 % ；B 0. 002 0. 003 % ；Ti 0. 0001 0. 005 % ；P 彡 0. 025% ；S 彡 0. 010% ；Nb 0. 025 0. 06% ；V 0. 08 0. 12% ；N 0. 01 0. 05% ；Zr 0.0001 0. 10%。其中，元素Ti、V和Nb的合金总量在0. 16 0.25%之间。中国专利申请号为CN200810115549. X的专利是在低碳铝镇静钢的精炼过程中添加硼合金，钢液中硼和氮的摩尔比为0. 81 1. 10，连铸过程钢中氮含量不高于60ppm，铸坯进入均热炉的温度为900 949°C，加热至1050 1099°C以后进行粗轧，精轧过程中含硼低碳钢板或带卷的温度比传统未加硼低碳钢奥氏体向铁素体的相变点低40 60°C，终轧后板带以5 20°C /s的降温速度冷却至560 650°C，卷取时钢带温度在540 630°C之间。以这种方法生产冲压加工用热轧钢板，可保证产品的屈服强度低于^OMPa，抗拉强度低于370MPa，延伸率高于45%。该钢板的化学成分为C 彡0. 10wt. %,Si ^ 0. 10wt. %,Mn 彡 0. 15wt. P ^ 0. Olwt. S ^ 0. Olwt. Als 彡 0. 015wt. N ^ 0. 006wt. B/N(摩尔比):0. 81 1. 10。欧洲专利号为EP475096公开了一种用于汽车冲压成形的高强钢，化学成分范围为(Wt. % ) :C :0. 01 0. l%;Si :0. 1 1. 2%;Mn 0 3%;B :0. 0005 0. 005%;A1 0 0. ;P :0 0. ;S :0 0. 02% ；N 0 0. 05% ；Ti 按照 C、S、N 的原子比添加，Ti (有效原子比)=Ti-1. 5S-3. 43N, Ti/C在4 12之间。化学成分中还可能添加其他元素，如形成碳化物的V、Nb、Zr，固溶强化元素Cr、Ni、Mo、Cu。板坯加热到1100°C 1280°C，然后进行热轧，热轧板进行电镀或热镀处理，或者经过冷轧并且退火处理。钢板的抗拉强度不低于40kg/mm2，而且易于成形。
发明内容
本发明的目的是提供一种含硼热处理用钢板及其制造方法，用于制造汽车安全领域的零件，主要用在车门内加强杆、前后保险杠、A/B柱加强件。交货状态强度大于IOOOMPa的钢板，很难制造较为复杂的零件，只能进行简单的弯曲或辊压成形。本发明通过对钢板的化学成分和工艺的控制，使得交货状态的钢板性能只有600MPa左右，然后通过高频淬火或热冲压成型处理，使得最终零件的强度得到显著提高，而且零件的形状复杂。本发明既解决钢板不易于复杂成形，又要求最终零件强度高于 IOOOMPa的矛盾，而且本发明采用常规的制造工艺来生产钢板，无需对机组改造或升级，生产成本较低。具体地，本发明的含硼热处理用钢板，其化学成分重量百分比为C :0· 15 0. 45wt%Si :0. 20 0. 60wt%Mn :1. 00 2. OOwt %P ^ 0. 030wt%S ^ 0. 015wt%N ^ 0. 008wt%B :0. 0005 0. 005wt%Al :0. 02 ~ 0. 06wt%Cr :0. 1 ~ 0. 5wt%Nb :0. 01 ~ 0. 05wt%Ti :0. 01 0. 08wt%，其中 Ti/N 原子比 1 到 50。余量为Fe和不可避免杂质组成。本发明成分优选为C :0· 18 0. 25wt%Si :0. 30 0. 50wt%Mn :1. 30 1. 60wt%P ^ 0. 015wt%
S ^ 0. 008wt%N ^ 0. 006wt%B :0. 002 ~ 0. 0035wt%Al :0. 03 ~ 0. 05wt%Cr :0. 1 ~ 0. 2wt%Ti :0. 015 0. 04wt%，其中 Ti/N 原子比为 2 到 15。余量为!^e和不可避免杂质组成。在本发明钢的化学成分设计中
C:是钢中最基本的强化元素，是获得高强度的保证，C含量太低时，固溶强化的效果得不到最大程度的发挥，难于保证材料要求的高强度；C含量太高时(> 1. 0% )，容易在晶界上析出碳化物，降低材料的塑性，同时C影响钢的焊接性能，因此，在考虑强度的前提下，碳的含量尽量控制的低一些，因此优选C为0. 18 0. 25%。Si 是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利。若在脱氧后Si的残余含量超过 0.6%，会导致热影响区韧性的降低和成型性能变差。所以，Si含量的上限是0.6%，优选范围是 0. 30 0. 50%。Mn 是固溶强化元素，强烈地提高钢的淬透性，十分有效地提高钢板的强度。但含量超过2. 0 %，会增加铸坯的中心偏析，导致韧性降低。因此，优选Mn含量在1. 3 % 1. 6 %， 既能保证淬透性，又能提高高强度钢的韧性，满足制造可行性。Al 主要功能是脱氧剂，若低于0.02%，效果不佳，但是过高时影响连铸生产。因此优选在0. 03 0.05%。P:含量大于0.015%易于引起板坯中心偏析和晶界偏析，导致沿晶断裂。因此，优选 P 彡 0. 015%。S 在钢种以MnS夹杂物形式析出，MnS在轧制中被拉长，特别在缺少Ca时，这些夹杂物倾向于对钢的韧性产生不利的影响。为了避免夹杂物含量过高，优选S ^ 0. 008%。B 微量的B可以显著提高钢的淬透性，有助于获得高强度和高韧性所需的组织。B 含量小于0. 0005%以下时，对淬透性效果很小，但是B含量大于0. 005%时，在晶界生成的 M23(C，B)6颗粒尺寸增加，会显著降低韧性。在M23(C，M是指Fe、Cr等金属离子。因此,优选B的含量从0. 002% 0. 0035%。Cr 也是提高钢的淬透性，能提高钢的强度。Cr低于0. 1 %基本上不增加强度， 如果Cr大于0.8%，在晶粒边界易生成粗的碳化物，导致韧性降低。因此优选Cr :0. 1 0. 2%。Nb 是强碳、氮化物形成元素，通过析出和细晶强化铁素体。若含量超过0.05%， 将劣化加工性，而添加量小于0. 01%，弥散分布的Nb(C、N)化合物，不能有效地阻止奥氏体晶粒长大。因此优选的范围是0.01 0.05%。Ti 是强碳、氮化物形成元素，通过Ti和N结合，有效的减少游离N，使得B不再和N 结合，从而增加了有效B的作用，得以提高淬透性。因此优选Ti/N原子比为2到15;另一方面，Ti在重新加热钢坯时能有效地细化奥氏体晶粒，因此Ti含量不低于0. 01 %，而Ti含量高于0. 05%，TiN颗粒趋于粗化，导致奥氏体粗大。因此综合两者因素，优选Ti为0. 015 0. 04%。N :N在冶炼时尽量控制在较低的水平，可以减少N对B的影响，同时减少Ti的含量。但是考虑到炼钢的成本，优选N彡0. 006wt%。本发明含硼热处理用钢板的制造方法，包括，按上述成分冶炼浇铸成板坯，板坯经过1180°C 1250°C的加热保温，然后热轧，终轧温度Ar3以上温度，卷取温度500 6500C ；接着，酸洗，可以获得热轧酸洗卷，或者接着采用40 65 %的冷轧压下率冷轧、 600°C 720°C罩式炉退火，平整后获得冷轧退火卷。本发明按照上述成分配比在氧气顶吹转炉中冶炼，然后通过连铸铸成板坯，板坯经过大于1000°c的加热炉中保温，考虑到Ti化合物的充分溶解，优选再加热温度1200°C 12300C ；然后通过Ar3以上的温度终轧，避免进入两相区轧制导致混晶，因此终轧温度在 860°C 890°C;卷取温度选取在550 600°C，因为若卷取温度过高，会导致晶粒粗大，而卷取温度过低使得强度太高，影响后续加工；采用常规酸洗方法，可以获得热轧酸洗卷，或者接着采用50 60%的冷轧压下率冷轧，罩式炉退火温度在660°C 700°C，若退火温度过高，晶粒粗大，析出物也粗大，影响材料的韧性，若退火温度过低，不能充分再结晶，组织不均勻；然后施加0.4 1.2%的平整率，平整可以改善板型，消除屈服延伸平台，但是平整率过大，会影响力学性能，降低延伸率；最后获得冷轧退火卷。本发明的有益效果本发明钢通过适当的成分设计，使得在常规的热轧和冷轧工艺条件下，可以生产出含硼热处理钢板。发明钢经上述处理后，可以获得表1的力学性能，图la、图Ib是其显微组织，热轧酸洗态组织是典型的铁素体加珠光体组织，而冷轧退火态组织是铁素体加球化碳化物组织。发明钢通过高频淬火或热冲压成形热处理，使得最终零件的强度得到显著提高，显微组织见图2，全部为马氏体。本发明钢经上述处理后，可以获得下表1的力学性能。表 权利要求
1.一种含硼热处理用钢板，其化学成分重量百分比为 C 0. 15 0. 45wt%Si :0. 20 0. 60wt% Mn :1. 00 2. OOwt % P ^ 0. 030wt% S 彡 0. 015wt% N ^ 0. 008wt% B :0. 0005 0. 005wt% Al :0. 02 0. 06wt% Cr :0. 1 0. 5wt% Mo :0. 1 0. 9wt% Nb :0. 01 0. 05wt%Ti :0. 01 0. 08wt%，其中 Ti/N 原子比 1 到 50， 余量为Fe和不可避免杂质组成。
2.如权利要求1所述的含硼热处理用钢板，其特征是，优选的化学成分重量百分比为 C 0. 18 0. 25wt%Si :0. 30 0. 50wt% Mn :1. 30 1. 60wt% P 彡 0. 015wt% S ^ 0. 008wt% N ^ 0. 006wt% B :0. 002 0. 0035wt% Al :0. 03 0. 05wt% Cr :0. 1 0. 2wt%Ti :0. 015 0. 04wt%，其中Ti/N原子比为2到15。 余量为！^和不可避免杂质。
3.如权利要求1或2所述的含硼热处理用钢板的制造方法，包括，按上述成分冶炼浇铸成板坯，板坯经过1180°C 1250°C的加热保温，然后热轧，终轧温度Ar3以上温度，卷取温度500 650°C;接着，酸洗，可以获得热轧酸洗卷，或者接着采用40 65%的冷轧压下率冷轧、600°C 720°C罩式炉退火，平整后获得冷轧退火卷。
4.如权利要求3所述的含硼热处理用钢板的制造方法，其特征是，板坯经过1200°C 12300C的热轧加热炉保温，然后通过860°C 890°C范围的温度终轧，550 600°C卷取，酸洗，可以获得热轧酸洗卷，或者接着采用50% 60%的冷轧压下率冷轧、660°C 700°C的罩式炉退火，经0. 4 % 1. 2 %的平整压下率后获得冷轧退火卷。
全文摘要
一种含硼热处理用钢板及其制造方法，其成分重量百分比为C0.15～0.45wt％、Si0.20～0.60wt％、Mn1.00～2.00wt％、P≤0.030wt％、S≤0.015wt％、N≤0.008wt％、B0.0005～0.005wt％、Al0.02～0.06wt％、Cr0.1～0.5wt％、Ti0.01～0.08wt％，其中Ti/N原子比1～50，其它为Fe和不可避免杂质组成。本发明既解决钢板不易于复杂成形，又要求最终零件强度高于1000MPa的矛盾，而且本发明采用常规的制造工艺来生产钢板，无需对机组改造或升级，生产成本较低。本发明钢可用于制造汽车安全领域的零件，如用在车门内加强杆、前后保险杠、A/B柱加强件。
文档编号C21D8/02GK102199732SQ201010132848
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者冯伟骏, 王利 申请人:宝山钢铁股份有限公司