CN105401090B

CN105401090B - 一种精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN105401090B
Application number: CN201410388279.5A
Authority: CN
Inventors: 马植甄; 魏宝民; 穆海玲
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2017-10-20
Anticipated expiration: 2034-08-08
Also published as: CN105401090A

Abstract

本发明涉及一种精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板及其制造方法。解决现有精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板尺寸精度低、球化率偏低、不适合高速精密冲压的技术问题。本发明提供的一种精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.38％～0.45％，Si：0.20％～0.30％，Mn：0.70％～0.90％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr：0.80％～1.10％，Mo：0.05％～0.30%，Alt：0.015～0.050%，N≤0.0080％，余量为铁和不可避免夹杂。用于高速精密冲压制作汽车座椅调节齿板等构件。

Description

一种精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于精密冲压加工的冷轧钢板，特别涉及一种精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板及其制造方法。

背景技术

热轧带钢主要通过热连轧机组生产，经过球化退火后，强度和塑性得到良好匹配，广泛应用于精冲行业，制造汽车、摩托车、电动自行车、拖拉机、五金、家电、开关电器、缝纫机、照相机、钟表、仪器仪表、通讯电子等精密零件。传统精密零件的加工方法工序多，精度差，一般由普冲、机加工、锻造、铸造和粉末冶金加工来完成。采用精冲工艺后，一个工序就可以完成整个零件的制造，具有极大的技术优势和经济效益。

因此精冲材料的开发成为普及精冲技术的关键，根据汽车业汽车座椅调节齿板的使用需要，其所用冷轧钢板需具有如下特性：厚度精度高、强度高且韧性好，性能均匀，渗碳体球化率高，易于高速精密冲压的钢板。

中国专利申请 200910196004.4，公开了一种精密冲压用热轧钢板及其制造方法，这种钢板具有优良精冲性能，强度和硬度能够良好匹配，适宜制造各种复杂精密构件且精冲零件表面光洁度高、耐磨性好；其化学成份：C：0.05～0.30％；Si：不超过0.50％；Mn：0.5～1.50％；Cr：0.5～1.5％；Ni：0.02～0.5％；Al：不超过0.04 ％：P：不超过0.02％；S：不超过0.01％。还包括Ti：不超过0.05%、B：0.0005～0.010%中的一种或两种。

中国专利申请 200780004015.3和200780004180.9分别公开了一种精冲加工优良的钢板及其制造方法，这种钢板具有优良精冲性能，并且精冲后的成型加工型也优良；其化学成份均为：C：0.1～0.5％；Si：不超过0.50％；Mn：0.2～1.50％； P：不超过0.03％；S：不超过0.02％，还包括Cr：不超过3.5％；Mo：不超过0.7％；Ni：不超过3.5％；Ti：0.01～0.10％和B：0.0005～0.010%中的一种或两种；中国专利申请200780004015.3中，只描述了铁素体的粒径和铁素体晶内碳化物粒径，中国专利申请200780004180.9中，只描述了碳化物分布在晶内与晶界数量比值；这两件专利申请均未公开生产控制较为直接且精冲较为关键的硬度指标，也没有公开与硬度直接相关的碳化物总量，从其成分和工艺可推算其硬度较低，无法满足高硬度的要求。另外，中国专利申请200780004180.9公开的渗碳体的球化率为83~92%，球化率偏低，会造成材料的性能不均匀，不能满足高速精密冲裁的要求。

上述的专利申请中公开的技术方案均为热轧轧制后直接退火，材料的尺寸精度得不到保证，不适用精度较高的冲压。

发明内容

为了克服现有技术的不足，需要提供一种精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板及其制造方法，本发明通过采用合适的成分设计，热轧、冷轧和球化退火工艺设计，能够控制渗碳体球化率和碳化物体积总量，硬度和韧性间良好的匹配，满足了汽车座椅调节齿板的精冲加工需求。

本发明的目的是提供一种精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板及其制造方法，解决现有精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板尺寸精度低、球化率偏低、不适合高速精密冲压的技术问题。

本发明采用的技术方案是：

一种精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.38％～0.45％，Si：0.20％～0.30％，Mn：0.70％～0.90％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr：0.80％～1.10％，Mo：0.05％～0.30%，Alt：0.015～0.050%，N≤0.0080％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。

本发明精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：碳是影响热轧退火后及淬火后硬度的元素，在本发明中碳含量需要高于0.38%，碳含量小于0.38%时，需要添加更多的合金元素补充强化，否则不能得到作为汽车座椅调节齿板零件所要求的硬度，这样不经济；另一方面，碳含量超过0.45%时，对材料中渗碳体的形状及球化率具有影响，不利于精密冲压。本发明设定的碳含量为0.38%～0.45%，主要基于钢的强度和精冲要求考虑。

硅：硅作为固溶强化元素，固溶在钢板基体中有一定的强化效果，同时熔炼时钢中含有适量的硅对脱氧、脱硫有利。对冷轧产品来说，Si含量高时热轧过程中表面出现红锈氧化铁皮，影响成品外观，本发明限定Si含量为0.20%～0.30%。

锰：锰是重要固溶强化元素，并且能提高淬透性，为了得到此效果，含量大于0.70%，超过0.90%时，强度偏高，不利用精冲加工。本发明限定Mn含量为0.70%～0.90%。

磷：本发明中的P为杂质元素，偏析于晶界使加工性下降，希望尽可能减少其含量，但考虑到实际工艺控制能力和脱磷成本，本发明限定P≤0.015％。

硫：本发明中硫为杂质元素，在钢中形成MnS夹杂物，影响精冲性。希望尽可能减少其含量，但考虑到实际工艺控制能力和脱硫成本，本发明限定S≤0.005％。

铬：铬是碳化物的形成元素，在钢中可形成多种类型合金碳化物。铬能减缓奥氏体的分解速度，可显著提高钢的淬透性，经淬火处理后可提高钢的硬度和耐磨性能，钢中铬含量超过1.1%时，碳化物的总量不易控制，铬含量低于0.8%硬度达不到要求，本发明限定Cr含量为0.80%～1.10%。

钼：钼是铁素体形成元素，在钢中具有一定的固溶度，可以与钢中的C、N 等元素形成化合物。在淬火冷却过程中，碳化物析出使得硬度和强度升高，提高钢的硬度和耐磨性，同时提高材料的淬透性和淬硬性。钼的添加，使钢可以在较高的温度回火保持高硬度，提高钢热处理时回火的稳定性。为了达到这样的效果，钢中钼含量需在0.05%以上；当钢中钼含量超过0.30%时，会导致热轧时钢的硬度急剧上升，不利于后续加工。本发明限定Mo含量为0.05%～0.30%。

氮：氮在本发明高强钢中属于有害元素，氮会严重降低材料的塑性和韧性。在本发明中，氮在钢中以游离态存在，导致钢板在开卷和后续的成型时，受到拉应力时，发生不连续屈服现象，在钢板表面产生腰折和屈服平台，因此需要限制氮含量；但是，过低的氮含量会增加生产成本。本发明限定N≤0.0080%。

铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧以及结合游离态氮的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al₂O₃在炼钢时去除。铝除了和氧结合外，还和钢中的氮结合，形成化合态的AlN，从而减少游离态的氮，对消除连续屈服现象有利。但是铝过高会形成过多的Al₂O₃夹杂，并且连铸浇注是容易堵塞浇注水口。本发明限定Alt含量为0.015%～0.050%。

一种精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板的制造方法，该方法包括：

钢水经真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的质量百分比为：C：0.38％～0.45％，Si：0.20％～0.30％，Mn：0.70％～0.90％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr：0.80％～1.10％，Mo：0.05％～0.30%，Alt：0.015～0.050%，N≤0.0080％，余量为铁和不可避免夹杂。

连铸板坯于1100℃～1200℃加热，热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1000℃～1080℃，精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区间轧制，精轧结束温度为810℃～850℃，精轧控制热轧钢板的凸度≤60um，精轧后，钢板厚度为4mm～12mm，层流冷却采用前段强冷，卷取温度为540℃～580℃卷取得热轧钢卷；

将上述热轧钢卷重新开卷，经酸洗后，在可逆轧机或5机架冷连轧机上进行小变形量的冷轧，冷轧压下率为10%～20%，经过冷轧变形后的钢带经过罩式退火炉退火，退火温度范围为710℃～740℃，退火均热时间为10h～15h，卷取得到厚度为3.2mm～10.8mm的成品钢板。

本发明采取的制造工艺制度理由如下：

1、连铸板坯加热温度的设定

连铸板坯加热温度保证完全材料中奥氏体化和热加工要求，本发明板坯加热温度设定为1100℃～1200℃。

2、粗轧结束温度设定

粗制保证在奥氏体再结晶温度以上进行，低于奥氏体再结晶温度时钢坯在大变形时，容易产出分层。过高温度基于现场粗制机架和加热炉的布局，也不容易达到，本发明设定粗轧终轧温度为1000℃～1080℃。

3、热轧钢板的凸度控制

由于热板要纵向裁条进行冷轧以及冲压，要使冲压时模具参数不需要进行频繁调整，必须保证被冲压钢板间厚度偏差在±30um范围内。当热板凸度大于60um时，10%-20%较小冷轧变形量不能满足要求，所以须通过控制热板的凸度来控制冷轧钢板厚度偏差。本发明设定热轧钢板凸度≤60um。

4、精轧结束温度设定

由于钢中加入铬、钼元素，能够提高材料中奥氏体稳定性，造成材料相变点A₃与常规产品相比大幅下降，经材料试验和计算，其相变点A₃范围为769.9℃～780.2℃，通过对比试验可以看出当精轧结束温度较高时，奥氏体晶粒粗大，导致后续铁素体晶粒粗大，强度不足，同时板宽方向组织分布不均，且钢板表面易产生氧化铁皮，温度过低轧制负荷显著增大。本发明设定精轧终轧温度为810℃～850℃。

5、热轧卷取温度设定

热轧卷取温度对材料中铁素体晶粒大小和珠光体析出有影响，卷取温度超过580℃珠光体析出量少，且珠光体晶粒中的渗碳体片层距大，强度下降，卷取温度低于540℃时珠光体析出数量多，且层距细小，强度高，但韧性明显下降。为了获得细小的铁素体组织和合适的珠光体析出数量，本发明设定热轧卷取温度为540℃～580℃。

6、冷轧压下率设定

在冷轧工序中决定钢板材质的主要工艺参数是冷轧变形量，为了获得较高的尺寸精度高，同时变形促进碳化物的球化，综合考虑，本发明优选冷轧的压下率为10%～20%。

7、退火温度和退火时间设定

经材料试验和计算，本发明材料相变点A₁范围为700℃～710℃，低于710℃材料球化退火未完全，高于740℃球化体颗粒长大，综合考虑，本发明设定退火温度为710℃～740℃；均热段退火时间小于10h，渗碳体成团状聚集，大于15h铁素体晶粒粗大，硬度下降，综合考虑，本发明退火时间设定为10h～15h。

本发明得到的精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板的显微组织为铁素体+均匀弥散分布的球状渗碳体，碳化物的总量比例为10%～20%，球化率≥95%，组织晶粒度级别为9～11级，钢板的抗拉强度Rm为440MPa～500MPa，屈强比Rp0.2/Rm为0.60～0.67，断后伸长率A₅₀为35%～45%，维氏硬度Hv10为135～155。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：

1、本发明通过采用碳含量为0.38%～0.45%中碳设计，并通过采用Cr、Mo的合金成分设计及改进的热轧、冷轧工艺设计，得到了一种厚度精度高的冷轧钢板，通过热轧工艺控制碳化物总量及细晶强化机制来达到控制钢板硬度的目的，在获得高硬度的同时，使材料具备了良好的韧性，满足精冲加工的需求。

2、本发明通过控制冷轧压下率，进行小变形冷轧，在提高了钢板厚度精度的同时，促进了后续球化退火过程中钢板组织中渗碳体球化，进而缩短了退火时间，降低了能源消耗。

3、本发明通过采用合理退火工艺，得到的钢板组织中渗碳体球化率超过95%，且弥散分布，性能均匀性好，适宜高速精密冲裁。

附图说明

附图1为本发明实施例4的热轧钢板金相组织照片。

附图2为本发明实施例4的冷轧退火板金相组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例1～6和比较例1—中国专利申请200780004015.3的中所公开、比较例2—中国专申请200780004180.9的中所公开，对本发明做进一步说明，如表1~表4所示。

表1 本发明化学成分（重量百分比%），余量为Fe及不可避免杂质。

按照本发明材料成分设计的要求，采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，吹Ar 站( 或LF 炉升温) 底吹Ar保证搅拌时间大于5 分钟，RH 炉进行成分微调、真空循环脱气处理，保证RH 纯脱气时间大于15分钟，同时喂适量的铁-钙线，连铸采用低碳钢保护渣，全程吹Ar保护浇铸，浇铸后切割成定尺连铸板坯。

连铸板坯经加热炉再加热后，在连续热连轧轧机上轧制，工艺控制参数见表2，通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制后，经层流冷却，层流冷却采用前段强冷，然后进行卷取，生产出合格热轧板卷，钢板凸度≤60um，厚度为4mm～12mm，参照附图1，热轧钢板的金相组织为细小铁素体+珠光体+少量贝氏体。

表2 本发明热轧工艺控制参数

将上述热轧钢卷重新开卷经过酸洗后，在可逆轧机或5机架冷连轧机上进行小变形量的冷轧，冷轧的压下率为10%～20%，经过冷轧变形后的钢带经过罩式退火炉、卷取得到厚度3.2mm～10.8mm的成品钢板。退火工艺为：钢带在罩式退火炉退火温度范围为710℃～740℃，退火均热时间为10h～15h。冷轧及退火工艺控制参数见表3。

表3 本发明冷轧、退火工艺控制参数

利用上述方法得到的精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板，参照附图2，冷轧钢板的显微组织为铁素体+均匀弥散分布的球状渗碳体，且弥散分布，球化率≥95%，碳化物比例10%～20%，晶粒度级别为9.5级。

将本发明得到的钢板按照金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法（GB/T228.1-2010）、金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法（GB/T 4340-2009）进行力学性能检测。力学性能数据见表4。

本发明得到的冷轧钢板的抗拉强度Rm为440MPa～500MPa，屈强比Rp0.2/Rm为0.60～0.67，断后伸长率A₅₀为35%～45%，维氏硬度Hv10为135～155。

表4 本发明冷轧钢板的力学性能

性能指标	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	屈强比	断后伸长率A₅₀/%	球化率/%	碳化物比例/%	Hv10
								本发明	265-325	440-500	0.60-0.67	35%-45%	≥95	10-20	135-155
实施例1	270	450	0.60	43.1	96	15	140.4
								实施例2	290	470	0.62	40.6	95	16	148.2
实施例3	285	470	0.61	41.5	96	15	142.4
								实施例4	265	440	0.60	38.7	97	13	137.0
实施例5	325	490	0.66	36.2	96	18	155.1
								实施例6	315	485	0.65	37.0	95	17	150.3
比较例1	-	-	-	-	-	-	-
								比较例2	-	-	-	-	≥80	-	-

本发明得到的冷轧钢板具有产品厚度精度高、强度高且韧性好，性能稳定好，球化率高，易于高速精密冲压的优点。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.38％～0.45％，Si：0.20％～0.30％，Mn：0.70％～0.90％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr：0.80％～1.10％，Mo：0.05％～0.30％，Alt：0.015～0.050％，N≤0.0080％，余量为铁和不可避免夹杂；其显微组织为铁素体+均匀弥散分布的球状渗碳体，碳化物的总量比例为10％～20％，球化率≥95％，组织晶粒度级别为9～11级；其3.2mm～10.8mm厚冷轧钢板的屈服强度为220MPa～270MPa，抗拉强度Rm为440MPa～500MPa，屈强比Rp0.2/Rm为0.60～0.67，断后伸长率A₅₀为35％～45％，维氏硬度Hv10为135～155。

2.如权利要求1所述的精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板的制造方法，包括：

钢水经真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯；

连铸板坯于1100℃～1200℃加热后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1000℃～1080℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区间轧制，精轧结束温度为810℃～850℃，精轧后层流冷却采用前段强冷，卷取温度为540℃～580℃时卷取得热轧钢卷；

热轧钢卷重新开卷、经酸洗、冷轧，冷轧压下率为10％～20％，罩式退火炉退火，退火温度为710℃～740℃，退火时间为10h～15h，卷取得到厚度为3.2mm～10.8mm成品钢板。

3.如权利要求2所述的精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板的制造方法，其特征在于，精轧控制热轧钢板的凸度≤60um。

4.如权利要求2所述的精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板的制造方法，其特征在于，精轧后，热轧钢板厚度为4mm～12mm。