[发明专利]一种含硼结构钢的制造方法

说明书

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Fe及不可避免的杂质；具体要求如下：

（1）加热：加热到温度1175～1225℃，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℃，应变速率                                                =1～5s^-1，名义变形量30～50%；第二阶段变形，变形温度830～900℃，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1～5s^-1，名义变形量30～50%；

（3）轧后冷却工艺：冷却速度1～10℃/s；终冷温度600～660℃。

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。组织均匀，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。