CN105177433A - 一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材及其制备方法，钢中化学成分及质量百分比为：C：0.70～0.75％，Si：0.25～0.30％，Mn：1.00～1.20％，P≤0.005％，S≤0.005％，N≤0.005％，Cr：0.10～0.30％，Als：0.020～0.030％，Ti≤0.002％，V：0.01～0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质；本发明还公开了这种汽车摩擦片的热轧钢材的制备方法。本发明热轧钢材的硬度控制在20～25HRC，经750～850℃温度退火后，钢材的硬度仍然保持在16～18HRC，具有良好的冷加工成型性能，在冲裁成型过程中，钢材不开裂。
Description
技术领域
本发明涉及热轧带钢制造技术，具体地指一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材及其制备方法。
背景技术
汽车摩擦片是汽车刹车系统的重要零部件，是汽车易损部件之一。现行加工工序包括冲裁钢片、较平、磨，然后在磨完的钢基上烧结一层含铜摩擦材料制成。汽车摩擦片的工作环境和加工工艺要求钢基具有良好的淬硬性、耐磨性、较高的强度等，尤其要求钢基经过600～800℃的烧结后仍然具有14～18HRC的硬度。另外，汽车摩擦片对钢带的厚度精度和表面要求也较高，厚度精度要求达到±0.03mm，表面粗糙度要求小于0.3um。为了满足这一要求，目前汽车摩擦片所用钢基材料通常采用冷轧40Mn、50Mn或65Mn钢带。虽然冷轧钢带可满足摩擦片对厚度精度和表面的要求，但经烧结后，其硬度低于14HRC，不满足现有工艺的要求，且冷轧钢带的成本较高。基于此，目前迫切需要一种满足现有加工工艺要求且成本较低的材料。目前也有尝试采用热轧65Mn材料替代冷轧材料，但热轧材料经过烧结退火后其硬度下降较大且不均匀，不满足现有工艺要求。
授权公告号为CN101773930B的中国发明专利公开了一种生产65Mn热轧钢板的方法，精炼过程进行合金化处理后的钢水的化学成分为：C：0.62～0.70％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.90～1.20％、P≤0.035％，S≤0.035％、Cr≤0.25％、Ni≤0.25％，其余为Fe和不可避免的杂质；介绍了一种采用薄板坯连铸连轧流程生产65Mn热轧钢板的方法，热轧产品的硬度为19～30HRC。但由于钢中无稳定且耐高温的碳化物，材料经过高温退火后，其产品硬度下降较大且不均匀，不满足现有工艺要求。如果将现有热轧钢板退火前的硬度进一步提高至30HRC以上，则在冲压过程中容易出现开裂等现象。另外，热轧带钢的粗糙度Ra均在1.0um以上，不满足现有工艺要求钢基表面粗糙度小于0.30um的要求。
因此，提供一种经济成本低、经过烧结退火后，产品硬度下降较小、具有良好的冷成型能力的汽车摩擦片的热轧钢材及其制备方法显得十分必要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，提供一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材及其制备方法。
本发明的目的是通过如下措施来达到的：一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材，钢中化学成分及质量百分比为：C：0.70～0.75％，Si：0.25～0.30％，Mn：1.00～1.20％，P≤0.005％，S≤0.005％，N≤0.005％，Cr：0.10～0.30％，Als：0.020～0.030％，Ti≤0.002％，V：0.01～0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质；热轧产品的硬度控制在20～25HRC，经750～850℃的温度退火后，钢材的硬度仍然保持在16～18HRC。
优选的方案：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.70％，Si：0.25％，Mn：1.00％，P：0.005％，S：0.005％，N：0.005％，Cr：0.10％，Als：0.020％，Ti：0.002％，V：0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的方案：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.71％，Si：0.26％，Mn：1.02％，P：0.004％，S：0.004％，N：0.004％，Cr：0.12％，Als：0.022％，Ti：0.002％，V：0.018％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的方案：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.72％，Si：0.27％，Mn：1.05％，P：0.003％，S：0.003％，N：0.003％，Cr：0.15％，Als：0.024％，Ti：0.002％，V：0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的方案：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.73％，Si：0.28％，Mn：1.10％，P：0.003％，S：0.003％，N：0.003％，Cr：0.18％，Als：0.027％，Ti：0.001％，V：0.013％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的方案：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.74％，Si：0.29％，Mn：1.15％，P：0.005％，S：0.005％，N：0.005％，Cr：0.25％，Als：0.028％，Ti：0.001％，V：0.011％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的方案：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.75％，Si：0.30％，Mn：1.20％，P：0.002％，S：0.002％，N：0.002％，Cr：0.30％，Als：0.030％，Ti：0.001％，V：0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明选择的主要化学元素及其百分含量在本发明中的作用如下：
C：碳在钢中主要起固溶强化作用，提高钢材的硬度和淬硬性，碳含量过低，经热处理后硬度太低，钢质太软。碳含量过高，钢材硬度太高，加工过程容易出现开裂等问题，加工性能较差。因此碳含量在0.45～0.75％，优选地，C含量选择为0.66％～0.75％。
Si：Si在钢中起固溶强化作用，含量过低，强化作用太小，最低Si含量为0.10％，Si含量过高，容易在产品表面形成Fe2SiO4，造成表面缺陷，因此最高Si含量为0.30％。
Mn：Mn在钢中起固溶强化作用，提高钢材的硬度和淬透性，Mn含量过低，强化作用太小，因此最低Mn含量为0.60％，Mn含量过高容易在连铸过程中造成板坯中心偏析，降低材料的使用性能，因此最高Mn含量为1.20％。
P：P为钢中的杂质元素，易于在晶界偏聚，影响产品的韧性，因此其含量越低越好。根据实际控制水平，应控制在0.015％以下。
S：S为钢中的杂质元素，易在晶界产生偏聚，降低钢材的韧性，炼钢时应充分去除，应保证其值低于0.005％。
N：N为钢中的杂质元素，降低钢材的韧性，易于Al、Ti形成AlN和TiN，含量过高，易形成粗大的TiN，因此尽量降低其含量，其值应低于0.006％。
Cr：Cr可提高钢材的淬透性，有利于提高钢材的硬度和耐磨性，在钢中形成稳定碳化物，在回火和退火过程中，起到稳定钢材硬度的作用，本发明中最低值为0.05％，但Cr含量过高容易造成钢材硬度过高，韧性下降，因此最高值为0.50％。
V：V可提高钢材的淬透性，与C结合形成稳定MC碳化物，提高钢材的硬度和耐磨性，在回火和退火过程中，起到稳定钢材性能的作用，因此其最低含量为0.01％，考虑成本因素，最高V含量为0.03％。
Ti：Ti易与钢中的N结合，形成粗大的TiN，产生铸坯裂纹，降低产品质量，因此，钢中Ti应控制在较低水平，本发明控制在0.005％以下。
Al：Al在钢中与O结合，主要起到脱氧的作用，因此最低含量为0.015％，Al含量过高容易形成连铸生产困难，因此最高含量为0.050％。
本发明钢除含有上述化学成分外，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材的制备方法，包括如下步骤：
1)冶炼、精炼、真空处理和连铸：连铸浇钢时，钢水的过热度控制为15～20℃，连铸坯厚度控制为50～70mm；
2)加热：加热步骤1)所得的铸坯，铸坯入炉温度控制为900～1100℃，出炉温度控制为1150～1250℃，铸坯在炉时间控制为25～30min；
3)控轧：对步骤2)中所得的铸坯进行粗轧和精轧，精轧的第一道次、第二道次和第三道次的压下率均控制在30～50％，精轧末道次压下率≤15％，终轧温度控制为860～880℃；
4)控冷：对步骤3)中所得的钢板进行控冷处理，采用层流冷却，冷却速率控制为10～25℃/s；
5)卷取：对步骤4)中所得的钢板进行卷取处理，卷取温度控制为620～640℃；
6)缓冷：对步骤5)中所得的钢卷进行缓冷处理，缓冷时间控制为24～72h；
7)酸洗：对步骤6)中所得的钢卷进行酸洗；
8)平整和涂油：对步骤7)中所得的钢卷进行平整处理，平整延伸率按1.5％～4.0％控制，平整辊粗糙度Ra≤0.6um，即得到一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材。
进一步地，所述步骤1)中，钢水的过热度控制为18～20℃，连铸坯厚度控制为60～70mm。
再进一步地，所述步骤8)中，平整延伸率按2％～3.5％控制。
本发明的优点在于：
其一，通过控制钢中的化学成分以及热轧工艺、层流冷却工艺、卷取温度等，使得钢中形成稳定的碳化物，使热轧钢材的硬度控制在18～25HRC，且具有良好的冷加工成型性能，经600～850℃的温度退火后，钢材的硬度仍然保持在14～18HRC，满足了现有汽车摩擦片的制造工艺条件；
其二，本发明在冲裁成型过程中，钢材不开裂，大大提高了钢材的成材率和使用性能。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
表1为实施例1～6为一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材中化学成分及重量百分比，对比例1～3为对比钢材中化学成分及重量百分比，其余为Fe和不可避免杂质。
表1本发明各实施例和对比例的化学成分及重量百分比(wt％)
| 成分 | C | Si | Mn | P | S | N | Als | Ti | V | Cr |
| 实施例1 | 0.70 | 0.25 | 1.00 | 0.005 | 0.005 | 0.005 | 0.020 | 0.002 | 0.020 | 0.10 |
| 实施例2 | 0.71 | 0.26 | 1.02 | 0.004 | 0.004 | 0.004 | 0.022 | 0.002 | 0.018 | 0.12 |
| 实施例3 | 0.72 | 0.27 | 1.05 | 0.003 | 0.003 | 0.003 | 0.024 | 0.002 | 0.015 | 0.15 |
| 实施例4 | 0.73 | 0.28 | 1.10 | 0.003 | 0.003 | 0.003 | 0.027 | 0.001 | 0.013 | 0.18 |
| 实施例5 | 0.74 | 0.29 | 1.15 | 0.005 | 0.005 | 0.005 | 0.028 | 0.001 | 0.011 | 0.25 |
| 实施例6 | 0.75 | 0.30 | 1.20 | 0.002 | 0.002 | 0.002 | 0.030 | 0.001 | 0.010 | 0.30 |
| 对比例1 | 0.65 | 0.25 | 0.90 | 0.012 | 0.0007 | 0.0020 | 0.040 | 0.01 | 0.0018 | 0.02 |
| 对比例2 | 0.48 | 0.18 | 0.80 | 0.014 | 0.0005 | 0.0035 | 0.058 | 0.02 | 0.001 | 0.03 |
| 对比例3 | 0.60 | 0.20 | 0.99 | 0.012 | 0.006 | 0.0040 | 0.032 | 0.01 | 0.01 | 0.05 |
将所述化学成分经冶炼、精炼、真空处理和连铸后得到的板坯经加热、控轧、控冷、卷取、缓冷、酸洗和平整后即得到汽车摩擦片的热轧钢材。具体主要工艺参数如下表：
表2本发明各实施例的主要工艺参数列表(一)
| 厚度mm | 钢水过热度℃ | 铸坯厚度mm | 铸坯入炉温度℃ | 铸坯出炉温度℃ | 在炉时间Min | 第一道次压下率% | 第二道次压下率% | 第三道次压下率% | 末道次压下率% | |
| 实施例1 | 2.0 | 15 | 60 | 900 | 1150 | 25 | 43 | 32 | 36 | 9 |
| 实施例2 | 1.8 | 19 | 50 | 950 | 1180 | 26 | 48 | 42 | 30 | 7 |
| 实施例3 | 2.5 | 19 | 70 | 980 | 1200 | 28 | 42 | 50 | 35 | 10 |
| 实施例4 | 2.7 | 20 | 70 | 990 | 1190 | 27 | 39 | 49 | 45 | 4 |
| 实施例5 | 2.9 | 18 | 65 | 1050 | 1230 | 30 | 36 | 48 | 44 | 5 |
| 实施例6 | 3.1 | 20 | 65 | 1100 | 1250 | 29 | 50 | 40 | 32 | 6 |
| 对比例1 | 2.0 | 28 | 65 | 912 | 1130 | 18 | 46 | 40 | 36 | 16 |
| 对比例2 | 3.0 | 26 | 65 | 925 | 1150 | 20 | 40 | 49 | 37 | 13 |
| 对比例3 | 2.5 | 13 | 65 | 900 | 1160 | 40 | 45 | 42 | 38 | 13 |
表3本发明各实施例的主要工艺参数列表(二)
| 终轧温度℃ | 冷却速度℃/s | 卷曲温度℃ | 缓冷时间h | 酸洗 | 平整延伸率% | 平整辊粗糙度um | |
| 实施例1 | 860 | 10 | 620 | 24 | 酸洗 | 1.5 | 0.60 |
| 实施例2 | 865 | 15 | 625 | 36 | 酸洗 | 2.5 | 0.50 |
| 实施例3 | 870 | 20 | 630 | 72 | 酸洗 | 3.0 | 0.40 |
| 实施例4 | 865 | 18 | 625 | 48 | 酸洗 | 3.5 | 0.55 |
| 实施例5 | 875 | 22 | 640 | 36 | 酸洗 | 4.0 | 0.30 |
| 实施例6 | 880 | 25 | 630 | 48 | 酸洗 | 3.0 | 0.55 |
| 对比例1 | 920 | 40 | 610 | 20 | - | - | - |
| 对比例2 | 880 | 36.5 | 580 | 22 | - | - | - |
| 对比例3 | 890 | 30 | 630 | 36 | 酸洗 | 0.5 | 1.00 |
上述实施例性能参数如下表所示：
表4本发明各实施例及对比例的性能结果列表
| 热轧钢材硬度HRC | 烧结退火后钢材性能 | 750-850℃温度下烧结退火后硬度HRC | 热轧钢材冲裁性能 | |
| 实施例1 | 20 | 良好 | 16 | 不开裂 |
| 实施例2 | 23 | 良好 | 18 | 不开裂 |
| 实施例3 | 22 | 良好 | 16 | 不开裂 |
| 实施例4 | 25 | 良好 | 17 | 不开裂 |
| 实施例5 | 21 | 良好 | 18 | 不开裂 |
| 实施例6 | 24 | 良好 | 17 | 不开裂 |
| 对比例1 | 20 | 良好 | 12 | 不开裂 |
| 对比例2 | 34 | 良好 | 18 | 开裂 |
| 对比例3 | 28 | 差 | 17 | 不开裂 |
从表4可以看出：本发明实施例1～6产品钢性能好，热轧钢材的硬度控制在20～25HRC，烧结退火后钢材性能良好，经750～850℃的温度烧结退火后，钢材的硬度仍然保持在16～18HRC，在冲裁成型过程中，热轧钢材不开裂。
其它未经详细说明的部分均为现有技术。
Claims (10)
1.一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材，其特征在于：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.70～0.75％，Si：0.25～0.30％，Mn：1.00～1.20％，P≤0.005％，S≤0.005％，N≤0.005％，Cr：0.10～0.30％，Als：0.020～0.030％，Ti≤0.002％，V：0.01～0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质；热轧产品的硬度控制在20～25HRC，经750～850℃的温度退火后，钢材的硬度仍然保持在16～18HRC。
2.根据权利要求1所述的一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材，其特征在于：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.70％，Si：0.25％，Mn：1.00％，P：0.005％，S：0.005％，N：0.005％，Cr：0.10％，Als：0.020％，Ti：0.002％，V：0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材，其特征在于：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.71％，Si：0.26％，Mn：1.02％，P：0.004％，S：0.004％，N：0.004％，Cr：0.12％，Als：0.022％，Ti：0.002％，V：0.018％，其余为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材，其特征在于：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.72％，Si：0.27％，Mn：1.05％，P：0.003％，S：0.003％，N：0.003％，Cr：0.15％，Als：0.024％，Ti：0.002％，V：0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材，其特征在于：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.73％，Si：0.28％，Mn：1.10％，P：0.003％，S：0.003％，N：0.003％，Cr：0.18％，Als：0.027％，Ti：0.001％，V：0.013％，其余为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材，其特征在于：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.74％，Si：0.29％，Mn：1.15％，P：0.005％，S：0.005％，N：0.005％，Cr：0.25％，Als：0.028％，Ti：0.001％，V：0.011％，其余为Fe和不可避免的杂质。
7.根据权利要求1所述的一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材，其特征在于：钢中化学成分及质量百分比为：C：0.75％，Si：0.30％，Mn：1.20％，P：0.002％，S：0.002％，N：0.002％，Cr：0.30％，Als：0.030％，Ti：0.001％，V：0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质。
8.一种如权利要求1-7任一权利要求所述的一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)冶炼、精炼、真空处理和连铸：连铸浇钢时，钢水的过热度控制为15～20℃，连铸坯厚度控制为50～70mm；
2)加热：加热步骤1)所得的铸坯，铸坯入炉温度控制为900～1100℃，出炉温度控制为1150～1250℃，铸坯在炉时间控制为25～30min；
3)控轧：对步骤2)中所得的铸坯进行粗轧和精轧，精轧的第一道次、第二道次和第三道次的压下率均控制在30～50％，精轧末道次压下率≤15％，终轧温度控制为860～880℃；
4)控冷：对步骤3)中所得的钢板进行控冷处理，采用层流冷却，冷却速率控制为10～25℃/s；
5)卷取：对步骤4)中所得的钢板进行卷取处理，卷取温度控制为620～640℃；
6)缓冷：对步骤5)中所得的钢卷进行缓冷处理，缓冷时间控制为24～72h；
7)酸洗：对步骤6)中所得的钢卷进行酸洗；
8)平整和涂油：对步骤7)中所得的钢卷进行平整处理，平整延伸率按1.5％～4.0％控制，平整辊粗糙度Ra≤0.6um，即得到一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材。
9.根据权利要求8所述的一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，钢水的过热度控制为18～20℃，连铸坯厚度控制为60～70mm。
10.根据权利要求9所述的一种适用于制作汽车摩擦片的热轧钢材的制备方法，其特征在于：所述步骤8)中，平整延伸率按2％～3.5％控制。
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