本發(fā)明涉及一種用于精沖加工的熱軋鋼板，特別涉及一種用于精沖加工和高溫滲碳工藝的熱軋鋼板及其制造方法；具體而言，涉及用連鑄板坯、板帶熱連軋機組生產(chǎn)生產(chǎn)用于精沖加工和高溫滲碳工藝的厚度為4.0-12.0mm、寬度為1000-1300mm的熱軋鋼板，屬于鐵基合金。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的汽車零部件如齒輪、撥叉、蓋板等零件，均是使用棒材或圓鋼通過車、銑、刨、磨等機加工切削方法加工。

2、近年來，精密沖壓簡稱精沖工藝的出現(xiàn)，大大提高了汽車零部件的加工效率。精沖是在普沖技術(shù)上發(fā)展起來的一種現(xiàn)代精密沖裁方法，屬于無切削加工技術(shù)，具有節(jié)省材料，表面光潔、尺寸精度高等顯著的優(yōu)勢，在汽車零部件加工方面得到廣泛應(yīng)用，但是精沖加工工藝的方法的原材料是鋼板，因此現(xiàn)有的棒材或圓鋼無法使用精沖工藝加工。

3、為了提高強度、硬度、耐磨性，大多數(shù)的汽車零部件在加工成型后均需要進行淬火、回火等熱處理，其中滲碳處理就是一個典型的熱處理工藝，在汽車零部件上得到廣泛的應(yīng)用。

4、滲碳工藝通常在930℃左右進行，是汽車零部件生產(chǎn)過程中能耗高、效率低、污染大的工藝。提高滲碳溫度能夠顯著降低滲碳時間，提高生產(chǎn)效率，因此高溫滲碳工藝日益受到重視并得到應(yīng)用。常用齒輪鋼經(jīng)950℃以上溫度滲碳，原奧氏體晶粒會發(fā)生粗化，嚴重影響材料性能。零件的疲勞壽命和材料的原奧氏體晶粒尺寸密切相關(guān)。

5、現(xiàn)有熱軋鋼板經(jīng)過冷軋和球化退火后得到退火后的冷軋鋼板，退火后的冷軋鋼板經(jīng)過精沖加工成汽車零部件后，在950℃以上溫度滲碳，冷軋退火鋼板原奧氏體晶粒會粗化至4-5級，甚至更粗大；現(xiàn)有熱軋鋼板不能滿足用于精沖和高溫滲碳工藝要求。

6、申請公布號cn110172638a的專利申請公開的一中高溫滲碳齒輪鋼及生產(chǎn)方法，為了達到高溫滲碳下奧氏體晶粒不粗化的目的，加入了v、n、zr等合金元素，v和zr等合金元素價格昂貴，增加了生產(chǎn)成本，n元素會促進高合金鋼的時效脆性，不利于與材料的性能。同時該專利針對的是方坯連鑄生產(chǎn)，其最終產(chǎn)品為棒材，不能用于精沖加工。

7、申請公布號cn110373607a的專利申請公開的一種高溫滲碳鋼、高溫滲碳鋼構(gòu)件以及其制備方法，通過形成足量的al(c、n)和aln顆粒釘扎晶界，細化奧氏體晶粒，抑制奧氏體晶粒長大；該技術(shù)要求加入大于0.012％的n元素，n元素會促進高合金鋼的失效脆性，惡化材料性能，并且aln的高溫穩(wěn)定性差，高溫下容易溶解，失去釘扎作用。

8、申請公布號cn108866439a的專利申請公開的一種nb、ti復合微合金化高溫真空滲碳重載齒輪用鋼，是一種棒材，真空感應(yīng)爐熔煉后通過鍛造方法進行加工。其鍛造加熱時間很短，奧氏體晶粒再加熱過程可以得到充分細化；通過添加了一定量的ni元素來保證材料的韌性，添加一定量的mo元素進一步細化奧氏體晶粒，并且和ni元素共同提高材料韌性和疲勞性能。

9、現(xiàn)有技術(shù)基本上集中于用于普通機加工方法的高溫滲碳用圓鋼和棒材，在成分設(shè)計上和加工方法上不能滿足在板帶熱連軋機組上生產(chǎn)的可用于精沖和高溫滲碳工藝的熱軋鋼板需要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是提供一種用于精沖加工和高溫滲碳工藝的熱軋鋼板及其制造方法，主要解決現(xiàn)有板帶熱連軋機組無法生產(chǎn)用于精沖加工和高溫滲碳工藝的厚度為4.0-12.0mm、寬度為1000-1300mm的熱軋鋼板的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)思路是，通過合理的成分和工藝設(shè)計，解決用于精沖加工的熱軋鋼板在高溫滲碳過程中容易奧氏體晶粒粗化的問題，不需要額外的正火處理工藝，并且不需要加入過多的n元素，造成材料時效脆性。

3、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種用于精沖加工和高溫滲碳工藝的熱軋鋼板，其化學成分的重量百分比為：c：0.12％～0.35％，si：0.10％～0.30％，mn：0.50％～1.20％，cr：0.50％～1.20％，p≤0.015％，s≤0.006％，al：0.020％～0.060％，ti：0.015％～0.045％，nb：0.025％～0.065％，b：0.0010％～0.0035％，余量為鐵和不可避免的夾雜。

4、本發(fā)明熱軋鋼板的金相組織為細小鐵素體晶粒+退化珠光體，鐵素體的晶粒度級別為9-13級，原奧氏體晶粒度小于7級。

5、對本發(fā)明熱軋鋼板進行冷軋和球化退火得到冷軋退火鋼板；將冷軋退火鋼板進行精沖加工成機械零部件；接著對機械零部件進行高溫滲碳處理，所述的滲碳溫度大于930℃，滲碳時間大于2小時，高溫滲碳后機械零部件的原奧氏體晶粒度大于6級。

6、本發(fā)明熱軋鋼板可用于冷軋及球化退火后精沖加工汽車零部件，并在隨后采用高溫滲碳熱處理使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持優(yōu)良的韌性和塑性。

7、本發(fā)明用于精沖加工和高溫滲碳工藝的熱軋鋼板的化學成分限定在上述范圍內(nèi)的理由如下：

8、碳：滲碳鋼在滲碳后其心部的碳含量是不變的，因此碳在滲碳鋼中的主要作用是保證滲碳零件心部在熱處理后的組織和性能，碳太低，熱處理后淬火調(diào)質(zhì)后的強度不足，無法滿足承載要求，碳過高，熱處理后材料韌性不足，零件服役過程中容易早期失效斷裂。本發(fā)明限定c含量為0.12％～0.35％。

9、硅：硅在鋼中可以一定承兌提高材料的淬透性，硅會減少滲碳表面層的碳濃度使表面碳濃度比較平緩，另外硅和氧的親和力大，會促進鋼滲碳時表面的內(nèi)氧化，嚴重影響滲碳層的性能，降低疲勞性能。本發(fā)明限定si含量為0.10％～0.30％。

10、錳：錳在本發(fā)明中同樣能夠起到提高滲碳零件表面和心部的淬透性的，能夠提高零件表面和心部的材料硬度和強度，提高滲碳層的耐磨性和心部的承載性能，特別是有利于大截面尺寸零件熱處理后仍然能夠獲得足夠的硬度。錳還能夠提高滲碳層厚度并且控制滲碳層的碳含量。本發(fā)明限定mn含量范圍為0.50％～1.20％。

11、鉻：鉻在本發(fā)明中起到提高滲碳零件表面和心部的淬透性的，鉻提高滲碳層的碳含量的作用最明顯。另外，鉻還能夠在滲碳層中形成微細的硬化質(zhì)點提高耐磨性。鉻還能夠抑制滲碳層熱處理時貝氏體的形成，貝氏體會降低零件的疲勞抗力和耐沖擊性能。本發(fā)明限定cr含量范圍為0.50％～1.20％。

12、硫和磷：硫在鋼中形成硫化物夾雜，使其延展性和韌性降低。鋼軋制時，由于mns夾雜隨著軋制方向延伸，使鋼的各向異性加重，嚴重時導致鋼板分層。磷高增加鋼的冷脆性，使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度上升，使鋼的沖擊韌性顯著下降。但考慮到實際工藝控制能力，本發(fā)明限定s≤0.006％；p≤0.015％。

13、鋁：鋁在本發(fā)明中有兩個方面的作用。一是脫氧的作用，鋁是強氧化性形成元素，和鋼中氧形成al2o3在煉鋼時去除。鋁過高會形成過多的al2o3夾雜，并且連鑄澆注是容易堵塞澆注水口。二是和n元素結(jié)合，形成aln顆粒釘扎晶界，抑制奧氏體晶粒粗化。本發(fā)明限定al含量為0.020％～0.060％。

14、鈮、鈦：鈮、鈦在本發(fā)明是重要的合金元素，ti和nb和鋼中的c、n形成穩(wěn)定的碳氮化合物，高溫下仍然具有強烈的釘扎作用，能夠有效抑制奧氏體晶粒的粗化。另外，滲碳鋼中的ti和n結(jié)合后，減少了材料中固溶n，可以提高鋼中的有效b含量，提高材料最終的熱處理硬度。本發(fā)明限定ti含量為0.015％～0.035％，鈮含量為0.025％～0.065％。

15、硼：硼在本發(fā)明中是最重要的合金元素，硼在精沖鋼中顯著使cct曲線右移，提高材料的淬透性，使材料能夠在普通淬火條件下獲得馬氏體組織，保證硬度。這樣就無需加入過多的碳及合金元素。本發(fā)明限定b含量為0.0010％～0.0035％

16、一種用于精沖加工和高溫滲碳工藝的熱軋鋼板的制造方法，該方法包括：

17、鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進行連鑄得到連鑄板坯，連鑄板坯化學成分的重量百分比為：c：0.12％～0.35％，si：0.10％～0.30％，mn：0.50％～1.20％，cr：0.50％～1.20％，p≤0.015％，s≤0.006％，al：0.020％～0.060％，ti：0.015％～0.045％，nb：0.025％～0.065％，b：0.0010％～0.0035％，余量為鐵和不可避免的夾雜；連鑄板坯的厚度為210～230mm，寬度為1000～1300mm，長度為5000～8500mm；

18、連鑄板坯經(jīng)步進梁式加熱爐加熱后進行熱軋，連鑄板坯的加熱溫度為1170～1220℃，加熱時間為180～240min；所述熱軋為兩段式軋制工藝，粗軋為6道次連軋，在奧氏體再結(jié)晶溫度以上軋制，粗軋結(jié)束溫度為1050～1150℃；精軋為7道次連軋，在奧氏體非再結(jié)晶溫度區(qū)軋制，精軋結(jié)束溫度為820～860℃，精軋壓下率為75％～90％；精軋后，控制鋼板的厚度為4.0～12.0mm，層流冷卻采取前段冷卻方式，卷取溫度為480～550℃時卷取得熱軋鋼卷。

19、本發(fā)明方法生產(chǎn)的熱軋鋼板的金相組織為細小鐵素體晶粒+退化珠光體，鐵素體的晶粒度級別為9-13級，原奧氏體晶粒度小于7級。

20、將本發(fā)明方法生產(chǎn)的熱軋鋼板進行冷軋和球化退火得到冷軋退火鋼板；將冷軋退火鋼板進行精沖加工成機械零部件；接著對機械零部件進行高溫滲碳處理，所述的滲碳溫度大于930℃，滲碳時間大于2小時，高溫滲碳后機械零部件的原奧氏體晶粒度大于6級。

21、本發(fā)明采取的生產(chǎn)工藝的理由如下：

22、1、連鑄板坯加熱溫度和加熱時間的設(shè)定

23、連鑄板坯在熱軋過程中，為了得到合適的性能以及降低變形抗力，需要有合適的軋制溫度。如果溫度過高或加熱時間過長，則消耗多余能源，并且奧氏體粗化長大現(xiàn)象嚴重，并且鋼板表面的氧化和脫碳嚴重。用于精沖鋼的熱軋鋼板后續(xù)需要經(jīng)過酸洗和冷軋加工，如果表面氧化鐵皮太厚，酸洗過程難以去除，影響酸洗速度。并且如果產(chǎn)品表面脫碳會影響表面的碳含量不足，得不到所需要的組織。如果溫度過低或加熱時間過短，合金元素擴散不充分，鋼板內(nèi)部元素偏析會比較嚴重，鋼板熱軋組織的帶狀組織程度會很嚴重。因此本發(fā)明連鑄板坯的加熱溫度為1170℃～1220℃，加熱時間為180～240min。

24、2、粗軋結(jié)束溫度的設(shè)定

25、本發(fā)明粗軋過程，材料在奧氏體再結(jié)晶區(qū)域軋制，通過粗軋變形過程，奧氏體反復再結(jié)晶，細化奧氏體晶粒。粗軋溫度過低，奧氏體不能完全再結(jié)晶，達不到細化效果。如果粗軋溫度過高，再結(jié)晶后的奧氏體會進一步粗化，同樣會削弱再結(jié)晶的細化作用。因此本發(fā)明的板坯的粗軋結(jié)束溫度為1050～1150℃。

26、3、精軋結(jié)束溫度的設(shè)定

27、精軋結(jié)束溫度是確定熱軋鋼板晶粒尺寸的關(guān)鍵因素，精軋階段再奧氏體非再結(jié)晶區(qū)變形，由于變形帶的存在，鐵素體和珠光體再變形帶上均勻形核，充分細化鐵素體和珠光體尺寸，并且也有利于得到細的珠光體片間距。這些細小均勻的細化組織有利于球化退火得到細小、彌散、圓整的粒狀滲碳體。并且細小的組織也會有利于抑制滲碳時奧氏體晶粒長大。結(jié)束溫度過低，低至ar3溫度以下,會出現(xiàn)混晶組織。因此，本發(fā)明精軋結(jié)束溫度為820～860℃。

28、4、卷取溫度的設(shè)定

29、卷取溫度高，鋼板精軋變形后的冷卻速度快，有利于鐵素體和珠光體在較低的溫度下形核相變，這樣得到細小的顯微組織，同時由于過冷度大，形核點多，鐵素體晶粒較多，則避免了由于c、mn等合金元素不均勻?qū)е碌蔫F素體選擇性形核產(chǎn)生的帶狀組織。但是如果卷取溫度過低，則鋼中奧氏體在層流冷卻過程中會以切變型相變形式生產(chǎn)貝氏體或馬氏體等平衡組織，而切變型相變沒有擴散型相變的奧氏體晶界上重新形核過程，在材料的再次反向奧氏體化過程中，切變型相變產(chǎn)生的貝氏體或馬氏體則會完全生產(chǎn)和之前一樣尺寸的大的奧氏體晶粒。而擴散型相變在反向奧氏體化過程中會得到進一步細化的奧氏體晶粒。因此，本發(fā)明卷取溫度為480℃～550℃。

30、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下積極效果：1、本發(fā)明方法通過合理的成分和工藝設(shè)計，解決用于精沖加工的熱軋鋼板在高溫滲碳過程中容易奧氏體晶粒粗化的問題，不需要額外的正火處理工藝，并且不需要加入過多的n元素，造成材料時效脆性。2、本發(fā)明熱軋鋼板通過nb、ti、b等合金元素的合理加入，在鋼中形成穩(wěn)定細小的微合金碳化物，能夠發(fā)揮有效釘扎作用，抑制奧氏體晶粒粗化。3、本發(fā)明方法通過熱軋工藝控制，在熱軋鋼板中得到細小鐵素體晶粒。