CN113897540A - 一种高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板，解决现有精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板强度低、硬度低的技术问题。技术方案为，一种高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.20～0.26％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.90～1.20％，B：0.001～0.003％，Ti：0.02～0.04％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.0050％，其余为Fe和不可避免的杂质；3.0～5.0mm厚抗拉强度Rm为420～470MPa，洛氏硬度为70～76HRB。本发明冷轧钢板成本低，用于高速精密冲压制作汽车座椅调节器齿盘等零部件。

Description

一种高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板
技术领域
本发明涉及一种用于精密冲压加工的冷轧钢板，特别涉及一种高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板及其制造方法，具体而言，涉及抗拉强度420MPa级精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域。
背景技术
汽车座椅调节***零件因其结构复杂、尺寸精度高，早期一直通过机械加工的方式进行生产，使用的传统原料是电炉钢厂生产的棒材产品，但加工过程成材率低，原料稳定性差，原料消耗大。
近年来，随着国内精冲行业的快速发展，使用性能稳定的板卷材料代替板棒材进行高速精密冲压，是行业发展的趋势。精冲过程成形复杂，对材料内质、性能、精度等要求严格。一般来说，材料硬度低有利于加工和精冲成型，因此通过热连轧机组生产的热轧钢带，需要经过冷变形及球化退火处理后，改善内部组织，使材料的强度和韧性得到良好匹配；从而能够较好地应用于精密冲压行业，如制造汽车、机械、五金、仪表等精密零件。
早期的汽车座椅调节***零件为满足高速精冲要求，具有一定的强度和较高的韧性，但带来的问题是，零件热处理后硬度不高，耐磨损能力低，使用寿命偏低。为提高零件热处理后使用性能，需要开发更高强度(硬度)的精冲材料成为精冲技术发展的关键。同时该类材料在冷轧退火后应具有高韧性、内部组织均匀、珠光体球化良好，满足高速精冲要求，实现精冲材料更新换代。
申请公布号为CN106498297A的专利申请公开了一种精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板及其制造方法，其化学成份重量百分比为：C：0.15～0.20％，Si：≤0.05％，Mn：0.6～0.8％，P：≤0.018％，S：≤0.008％，Al：0.03～0.07％，N≤0.0060％；其余为Fe和不可避免的杂质。该发明采用的是低碳含量以及常规的Mn、Al脱氧元素设计，得到的材料强度、硬度低，分别只有抗拉350～390MPa，硬度HRB60～68。虽然可以满足精冲成型要求，但材料强度硬度不能满足高强度负荷的使用要求。
申请公布号为CN103160738A的专利申请公开了一种低成本含硼钢及其制造方法，其化学成份：C：0.05～0.08％，Si：0.10～0.25％，Mn：1.6～1.8％，Al：0.03～0.045％，Ti：0.030～0.045％，B：0.003～0.009％，P≤0.025％，S≤0.015％，O≤0.0015％；N≤0.0025％；其余为Fe和不可避免的杂质。该专利涉及的是制造一种低碳含硼热轧态结构钢，采用的是低碳冷成型加工设计，属于普通结构钢用途；材料既不能进行复杂精冲加工也不能用于热处理用途使用，且锰、硼等合金元素含量很高，生产制造成本较高。
发明内容
本发明目的是提供一种高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘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器齿盘用冷轧钢板强度低、硬度低的技术问题；用本发明冷轧钢板精密冲压加工制成汽车座椅调节器齿盘的硬度高，耐磨性好，使用寿命长，成本低。
本发明的技术思路是，通过采用提高钢中C、Mn合金元素含量，并添加一定量的高淬透性元素B的成分设计方法，进一步控制P、S有害元素，并通过添加少量微合金元素Ti来固定钢中的N元素，以保证添加的B元素全部转化为钢中固溶B，达到提高零件热处理后淬透性的目的。同时控制热轧过程温度以及冷轧退火工艺，改善珠光体球化退火效果，降低材料过程硬度，得到满足高速精冲的汽车安全***零部件用钢带。
本发明的技术方案是，一种高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板，其化学成分重量百分比：C：0.20～0.26％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.90～1.20％，B：0.001～0.003％，Ti：0.02～0.04％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.0050％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明冷轧钢板的金相组织为块状铁素体+粒状珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度为I7.0～9.0级；球化率≥92％；3.0～5.0mm厚冷轧钢板的屈服强度RP0.2为250～300MPa，抗拉强度Rm为420～470MPa，屈强比为0.50～0.65，断后伸长率A50mm为34～40％，洛氏硬度为70～76HRB。
本发明高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
C：碳是珠光体形成的主要合金元素，同时影响材料热轧、冷轧、退火以及零件淬火后的硬度。C含量过低，钢材淬硬性下降，不能满足零件最终高硬度要求；C含量过高则塑性韧性下降明显，不利于复杂成型。本发明中碳的添加范围是0.20～0.26％。
Si：硅作为固溶强化元素，固溶在钢带基体中有一定的强化效果，同时作为冶炼时的一种脱氧剂，对脱氧、脱硫发挥作用。但大量含有时会使铁素体相硬化，加工性能明显降低。并且Si在热轧过程促进钢卷表面锈红氧化铁皮缺陷产生，影响成品外观；因此本发明中Si含量设计在0.1～0.3％之间。
Mn：锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中含有一定量的锰，能消除或改善钢的热加工性能，同时能明显提高淬透性。但含量过多时，会引起成分偏析，造成组织不均，材料成型性能急剧下降。因此本发明中Mn限定在0.9～1.2％之间。
P：磷为杂质元素，偏析于晶界使加工性能下降，希望尽可能减少其含量，提高成型性能；但考虑到工艺设备控制能力和脱磷成本，本发明限定P≤0.015％。
S：硫为杂质元素，在钢中形成MnS等夹杂物，影响精冲性能。希望尽可能减少其含量；考虑到实际控制能力和脱硫成本，本发明限定S≤0.005％。
B：硼能够显著提高材料的淬透性，只需要较低的含量就能明显提高材料的淬透性。继续提高硼含量则淬透性增加不明显，并且过高的硼含量会使材料的韧性降低，而且也增加了材料的合金成本。因此本发明限定B含量为0.001～0.003％。
Ti：钛是钢中强脱氧剂，它能使钢的内部组织致密，细化晶粒。同时也是固定钢中N的有效元素。需要根据钢中N含量来确定添加有效的Ti含量；如果钛含量过高会导致材料热轧态强度增加明显，且性能波动很大，不利于用户的后续加工。因此本发明将Ti的含量限定在0.02～0.04％之间。
N：氮是BN形成元素，它与硼结合阻碍了硼的淬透性效果。N越少越优选，但会使炼钢精炼成本大幅增加。本发明将其上限规定为0.0030％。
一种高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板的制造方法，该方法包括：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的重量百分比为：C：0.20～0.26％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.90～1.20％，B：0.001～0.003％，Ti：0.02～0.04％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.0050％，其余为Fe和不可避免的杂质；
连铸板坯于1170～1210℃，加热180～270min后进行进行热轧，所述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；精轧为7道次连轧，精轧结束温度为800～860℃；精轧后，控制钢板厚度为4.5～8.0mm，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为540～600℃时卷取得热轧钢卷；
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、罩式退火炉退火，卷取得到厚度为3.0～5.0mm成品冷轧钢板；所述冷轧压下率为30～45％，经过冷轧后的轧硬状态钢带在罩式退火炉均热段的退火温度为690～710℃，钢带在均热段的退火时间为16～20h。
本发明采取的生产工艺的理由如下：
1、连铸板坯加热温度和加热时间的设定
连铸板坯加热温度和时间的设定在于保证连铸坯中C、Si、Mn等合金元素充分扩散、固溶，粗大的碳化物颗粒溶解，在钢中均匀分布。温度过低和加热时间过短，都不能达到上述目的。采用中等的板坯加热温度，目标温度1200℃，若温度过高，加热时间过长，板坯表面氧化脱碳严重，不利于钢带最终性能和表面质量，同时也消耗能源。因此，本发明设定连铸板坯加热温度1180～1220℃，加热时间180～240min。
2、精轧结束温度的设定
本发明的精轧温度设定有两方面的作用，一方面通过材料在奥氏体未再结晶区轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，起到细化晶粒，减轻带状偏析的作用；另一方面，若终轧温度过低，会导致轧制负荷过大，影响轧制稳定性。因此，本发明设定精轧结束温度为800～860℃。
3、精轧后层流冷却方式的设定
本发明精轧后层流冷却采用前段冷却工艺，能够促进精轧后材料组织中奥氏体快速转变为铁素体，且晶粒细化，组织均匀。
4、热轧卷取温度的设定
热轧卷取温度主要影响材料的组织、性能及后续的球化退火效果。采取较低的卷取温度，能够使晶粒细化、组织均匀，有利于后续球化退火。但过低的卷取温度会使热轧材料强度上升明显，钢卷脆性增加，不利于进一步的开卷分条和冷轧加工。因此，本发明设定热轧卷取温度为540～600℃。
5、冷轧压下率的设定
冷轧变形量是提高钢带尺寸精度的重要手段，满足连续精冲加工要求。同时冷轧变形量的增加，也能够促进片状珠光体断裂，使材料内部位错密度大量增加，为珠光体球化转变提供了更多能量。但过高的变形量会带来冷轧轧机负荷过大，冷轧轧制道次增加，冷轧轧制成本大量增加。综合考虑，本发明优选冷轧压下率为30～45％。
6、退火温度和退火时间的设定
本发明采用罩式退火炉退火，经热力学计算，本发明材料的A1点(平衡态珠光体转变)相变温度为712.8℃。考虑到前工序冷轧变形累积效果，促进片状珠光体提前球化，一般在A1点温度以下进行退火。过高的退火温度则会造成铁素体晶粒粗大以及钢带表面脱碳明显，影响材料最终使用性能。为改善球化退火效果，本发明设定钢带在罩式退火炉均热段的退火温度为690～710℃。
退火时均热段保温时间也很关键；保温时间过短，则层片状珠光体链未能完全熔断、断开；不能产生细小球状颗粒，形成弥散分布；若保温时间过长，则粒状珠光体又会重新长大、团聚在一起，形成层片状偏析，导致材料韧性下降，不利于后续精冲加工。为提高球化退火效果，本发明钢带在均热段的退火时间为16～20h。
本发明方法生产的冷轧钢板的金相组织为块状铁素体+粒状珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度为I 7.0～9.0级；球化率≥92％；冷轧钢板的屈服强度RP0.2为250～300MPa，抗拉强度Rm为420～470MPa，屈强比为0.50～0.65，断后伸长率A50mm为34～40％，洛氏硬度为70～76HRB。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过在成分设计中采用较高的碳含量，提高材料硬度，并添加少量微合金元素B、Ti的设计，显著提高了材料的淬透性和硬度；得到了一种较高硬度的高强度汽车座椅器齿盘用冷轧精冲钢板，冷轧钢板的屈服强度RP0.2为250～300MPa，抗拉强度Rm为420～470MPa，屈强比为0.50～0.65，断后伸长率A50mm为34～40％，洛氏硬度为70～76HRB。既能适合复杂精冲成型，又能满足零件热处理后高硬度要求，合金消耗少，制造成本低。2、本发明通过控制热轧卷取温度及轧后冷却工艺，发挥Mn、Ti合金元素作用；得到晶粒细化、组织均匀的热轧态钢卷，组织为：铁素体+细片状珠光体；强韧性适中有利于后续冷轧退火。3、本发明通过采用较大的冷轧压下率以及合理的退火工艺，使冷轧钢带强度大幅降低，韧性优良；退火钢卷组织充分球化、分布均匀；满足了高速精冲的要求。
附图说明
图1为本发明实施例3热轧钢板的金相组织照片，其放大倍率为500倍。
图2为本发明实施例3冷轧退火钢板的金相组织照片，其放大倍率为500倍。
具体实施方式
下面结合实施例1—5对本发明作进一步说明，如表1～4所示。
表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比，％。
Figure BDA0002549384820000051
通过转炉熔炼得到符合化学成分基本要求的钢水，钢水经LF钢包精炼炉深脱硫和合金成分微调后，RH炉进行真空循环脱气处理，RH纯脱气时间大于8分钟，经连铸机浇注得到连铸板坯；连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为1000～1500mm，长度为8500～11000mm。
炼钢生产的定尺板坯直接送至加热炉再加热，出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采取前段冷却方式，产出热轧钢卷；热轧钢板的厚度为4.5～8.0mm，参见图1，热轧钢板金相组织为铁素体+细珠光体；热轧工艺控制参数见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
Figure BDA0002549384820000061
将上述热轧钢卷重新开卷后进行酸洗，按照宽度规格要求分条后，在可逆轧机或单机架冷轧机上多道次冷轧，冷轧压下率为30～45％；冷轧后的轧硬态钢卷经过罩式退火炉退火得到厚度为3.0～5.0mm的成品冷轧钢板，退火工艺为：经过冷轧后的轧硬状态钢带在罩式退火炉均热段的退火温度为690～710℃，退火(均热段)时间为16～20h。冷轧、退火工艺控制参数见表3。
表3本发明实施例冷轧、退火工艺控制参数
冷轧、退火参数 冷轧压下率/％ 退火温度/℃ 退火时间/h 冷轧钢板厚度/mm
本发明 30～45 690～710 16～20 3.0～5.0
实施例1 36.0 700 20.0 4.8
实施例2 38.5 705 18.5 4.0
实施例3 33.3 695 18.0 3.0
实施例4 41.7 705 17.0 3.5
实施例5 34.0 700 19.0 3.3
利用上述方法得到的冷轧钢板，参见图2，冷轧钢板的金相组织为块状铁素体+粒状珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度为I 7.0～9.0级；球化率≥92％；冷轧钢板的屈服强度RP0.2为250～300MPa，抗拉强度Rm为420～470MPa，屈强比为0.50～0.65，断后伸长率A50mm为34～40％，洛氏硬度为70～76HRB。
将本发明得到的冷轧钢带按照金属材料拉伸试验方法(GB/T 228.1)、钢的显微组织评定方法(GB/T 13299)、金属材料洛氏硬度试验方法(GB/T 230.1)进行拉伸、显微组织、硬度检测，冷轧钢带的力学性能见表4。
表4本发明实施例冷轧钢板的性能指标
Figure BDA0002549384820000062
Figure BDA0002549384820000071
本发明得到的冷轧钢板具有高强度、较高的伸长率和塑性，珠光体呈细小颗粒状、分布均匀；满足精密冲压要求。
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内。

Claims (5)

1.一种高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.20～0.26％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.90～1.20％，B：0.001～0.003％，Ti：0.02～0.04％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.0050％，其余为Fe和不可避免的杂质；3.0～5.0mm厚冷轧钢板的屈服强度RP0.2为250～300MPa，抗拉强度Rm为420～470MPa，屈强比为0.50～0.65，断后伸长率A50mm为34～40％，洛氏硬度为70～76HRB。
2.如权利要求1所述的高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板，其特征是，所述冷轧钢板的金相组织为块状铁素体+粒状珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度为I 7.0～9.0级；球化率≥92％。
3.一种高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板的制造方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的重量百分比为：C：0.20～0.26％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.90～1.20％，B：0.001～0.003％，Ti：0.02～0.04％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.0050％，其余为Fe和不可避免的杂质；
连铸板坯于1170～1210℃，加热180～270min后进行进行热轧，所述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；精轧为7道次连轧，精轧结束温度为800～860℃；精轧后，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为540～600℃时卷取得热轧钢卷；
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、罩式退火炉退火，卷取得到厚度为3.0～5.0mm成品冷轧钢板；所述冷轧压下率为30～45％，经过冷轧后的轧硬状态钢带在罩式退火炉均热段的退火温度为690～710℃，钢带在均热段的退火时间为16～20h。
4.如权利要求3所述的高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板的制造方法，其特征是，热轧精轧后，控制热轧钢板厚度为4.5～8.0mm。
5.如权利要求3所述的高强度精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板的制造方法，其特征是，冷轧钢板的金相组织为块状铁素体+粒状珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度为I 7.0～9.0级；球化率≥92％；冷轧钢板的屈服强度RP0.2为250～300MPa，抗拉强度Rm为420～470MPa，屈强比为0.50～0.65，断后伸长率A50mm为34～40％，洛氏硬度为70～76HRB。
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