CN105200308A - 精冲钢材及其调节机构精冲零部件制造方法 - Google Patents

Abstract

一种精冲钢材及其调节机构精冲零部件的制造方法，所述精冲钢材的化学成分(wt％)如下：C：0.12～0.24、Si：≤0.40、Mn：0.30～0.80、P≤0.015、S≤0.005％、Cr：≤0.40、Ni≤0.40、Mo：≤0.10、Ca：0.0015～0.0040％，余量为Fe及不可避免的夹杂物，所述方法包括下述工艺路线：铁水—冶炼(炉外精炼)—浇铸—铸坯加热—热轧—酸洗—冷轧—球化退火—精冲—热处理。根据本发明，上述精冲零部件非金属夹杂物含量：各类夹杂物≤1.5级，断后伸长率：A≥30％，精冲难度：S3级，可获得高尺寸精度、高强度、高韧性的精冲零部件。

Description

精冲钢材及其调节机构精冲零部件制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢铁材料及其加工件的制造加工方法，具体地，本发明涉及一种精冲钢材及其调节机构精冲零部件的制造方法，更具体地，涉及座椅调节机构精冲零部件及其制造方法。

背景技术

精冲钢材，通常，其金相组织主要为铁素体和球状渗碳体，其中球状渗碳体占总的渗碳体比例大于90％，无带状组织和脱碳层。精冲钢材通常适用于精密机构的调节机构的精冲零部件。

精冲钢材采用炉外精炼技术后，钢种的有害元素含量大大降低，其中P含量≤0.015％(重量百分数，下同)，S含量≤0.005％，各类非金属夹杂物含量评级小于1.5级(评级标准：GB/T10561-2005/ISO4967:1998(E)--钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法)。另外，精冲钢材的长条状夹杂物通过改性处理转化为球状夹杂物，大大降低精冲时零件的撕裂和热处理后零件的脆性；其经过冷轧压延和球化退火后的钢材的断后伸长率≥30％(拉伸试样采用GB/228中的短比例试样，原始标距为S₀为平行长度的原始横截面积。)，在特定精冲工艺下，精冲钢材加工件断面光亮带可达100％，且更易实现复杂体积成型(S3级最高精冲难度)；精冲零部件经渗碳热处理后性能良好，与传统产品相比，其零件的静强度提高15％以上，冲击韧性大大提高，可达到高强度调节机构精冲零部件的性能要求。

对有关精冲钢材及其制作的调节机构(例如，座椅调节机构)精冲零部件的专利进行了检索：

对中文关键词为：((精冲OR精密冲压)AND(钢带OR带钢OR卷板OR钢板))AND(座椅调节机构)AND(精冲零部件)；

英文关键词为：("fineblanking"or("fine"and"blanking")or"fine-blanking"or("presicion"and"blanking"))and("coil"or"plate"or"strip")and(("seat"and"adjuster")or("seat"and"adjusting"and"mechanism")and("toothed"and"parts")and("fineblankingandparts"))

目前，尚无精冲钢材及其所制作的调节机构精冲零部件方面的专利。其他有关精冲钢材或调节机构精冲零部件方面的专利主要集中在精冲带钢的生产加工或者座椅调节机构装置等的专利，与本发明无可比性。

发明内容

为解决上述问题，根据目前调节机构精冲零部件的发展趋势，本发明的目的在于：提供一种精冲钢材，进一步，本发明的目的在于：提供一种精冲钢材及其调节机构精冲零部件的制造方法，为了得到调节机构精冲零部件所需的精冲钢材，在产品冶炼、热轧、冷轧、球化退火、精冲、热处理等环节采取了多项措施，以保证获得高尺寸精度、高强度、高韧性的精冲零部件。

上述精冲钢材及其调节机构精冲零部件热处理性能优良，具有高静强度、高韧性、耐冲击的特点。适用于精密机构的调节机构的精冲零部件。

本发明的一种精冲钢材及其调节机构精冲零部件的制造方法的技术方案如下：

一种精冲钢材，其特征在于，钢的化学成分(wt％)如下：

C：0.12～0.24、Si：≤0.40、Mn：0.30～0.80、P≤0.015、S≤0.005％、Cr：≤0.40、Ni≤0.40、Mo：≤0.10、Ca：0.0015～0.0040％，余量为Fe及不可避免的夹杂；

通过热连轧机组生产的热轧板卷，其显微组织为铁素体和细片状珠光体组织，其中珠光体中渗碳体的片层距≤1μm。

碳：是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢的抗拉强度、屈服点有明显作用，但是提高C含量对钢的塑性、耐冲击和焊接性有负面影响。根据座椅调节机构齿形件的装配和服役条件，需要零件的芯部有较高的韧性，并且在装配中的焊接工序能够顺利进行，为此设定C含量范围为0.12～0.24％。

硅：硅对过冷奥氏体的稳定性影响不大。钢中加硅能提高钢质纯净度和起脱氧作用。

锰：锰提高奥氏体稳定性并降低奥氏体相变温度，锰是弱碳化物形成元素，在钢中主要起固溶强化作用，有利于提高奥氏体转变组织强度。钢中的锰易于和硫结合形成MnS，避免钢中出现低温相FeS，防止热轧过程中出现热裂现象。

硫和磷：硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，在轧制过程中沿着轧制方向拉伸变形，尤其对钢的横向塑性和韧性不利。因此硫的含量应尽可能地低。磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性。冶炼时尽量降低硫、磷含量，提高钢材纯净度。由于S和P在冶炼中的进一步去除会导致熔炼成本的上升，所以P含量≤0.015％，S含量≤0.005％。

铬和钼：铬在钢中主要用来延迟奥氏体转变孕育时间，提高淬透性，使铁素体、珠光体转变后移，在冷却过程中抑制该类组织形成，使钢在冷速不高的情况下直接进入马氏体相变区。钼是所有其他合金元素中对淬透性影响最大的元素，显著推迟珠光体转变。铬和钼的作用主要体现在齿形件的后续淬火热处理中，两种合金的添加量需要根据碳含量以及零件热处理后所需的芯部硬度来决定。

镍：镍固溶于铁素体，使基体的韧性得到显著的改善。

钙：通过Ca处理可以控制硫化物的形态，使长条状硫化物转变成球状夹杂物。其含量小于0.0010％时无明显效果，而超过0.0040％时则会产生CaO、CaS，并形成大型夹杂物，对钢的塑性造成损害。所以钙含量的选择范围为0.0015～0.0040％。

根据本发明的一种精冲钢材，具体成分如下：

根据本发明的一种精冲钢材，其特征在于，冷轧钢带经过球化退火后，其组织特征为球状渗碳体均匀分布在铁素体基体上，其中球状渗碳体占总的渗碳体比例达到90％以上，钢带断后伸长率≥30％。

根据本发明的一种精冲钢材，其特征在于，热轧卷板经过酸洗处理后再进行冷轧压延加工，其冷轧压下率累计在0～50％之间，优选的在30％以上。

本发明的一种调节机构精冲零部件的制造方法的技术方案如下：

一种调节机构精冲零部件的制造方法，使用上述精冲钢材，其特征在于，所述钢的化学成分(wt％)如下：

C：0.12～0.24、Si：≤0.40、Mn：0.30～0.80、P≤0.015、S≤0.005％、Cr：≤0.40、Ni≤0.40、Mo：≤0.10、Ca：0.0015～0.0040％，余量为Fe及不可避免的夹杂，

通过热连轧机组生产的热轧板卷，其显微组织为铁素体和细片状珠光体组织，其中珠光体中渗碳体的片层距≤1μm。

所述方法包括下述工艺路线：

铁水---冶炼(炉外精炼)---浇铸---铸坯加热---热轧---酸洗---冷轧---球化退火---精冲---热处理。

根据本发明的一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述热轧工艺设计如下：

(4)板坯加热温度：1100～1300℃；

(5)精轧终止温度：800～950℃；

(6)卷取温度：500～650℃；

所述球化退火工艺设计如下：

(2)钢带加热温度：650～750℃，随炉冷却；

所述精冲工艺采用卷料校平技术：

校平机初始间隙0.5倍材料厚度，后续滚轮校平间隙按10-15％递增。

根据本发明的一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述冷轧工艺设计如下：

采用冷轧机进行轧制，累计在0～50％之间，优选的在30％以上。

根据本发明的一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述球化退火工艺设计如下：

(3)钢带加热温度：650～750℃，随炉冷却。

根据本发明的一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲工艺用于带半冲结构特征的精冲零部件时采用负间隙半冲技术：

冲头比凹模大0.1-0.5mm，半冲体积转移比1-1.13。

根据本发明所述一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲工艺用于针对带齿的精冲零部件时采用小齿精冲工艺：

结合齿形冲头齿部的受力分析，在易崩刃的齿形冲头，齿形落料凹模型腔面上修制变复合角，且选用超纯净粉末冶金钢S390。

根据本发明所述一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述热处理工艺设计如下：

(4)渗碳温度：820-900℃；

(5)渗碳碳势：0.7-1.0％；

(6)渗碳时间：40-180分钟；

表面硬度：500-850HV，渗层：0.2mm以上。

根据本发明所述一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲钢材冷轧钢带经过球化退火后，其组织特征为球状渗碳体均匀分布在铁素体基体上，其中球状渗碳体占总的渗碳体比例达到90％以上，钢带断后伸长率≥30％。

根据本发明所述一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲钢材热轧卷板经过酸洗处理后再进行冷轧压延加工，其冷轧压下率累计在0～50％之间，优选的在30％以上。。

根据本发明所述一种精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲零部件为座椅调节机构精冲零部件。

根据本发明所述一种精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲零部件为带半冲结构特征的精冲零部件或者带齿的精冲零部件。

渗碳的主要目的是在保持零件心部良好韧性的同时，提高其表面的硬度、耐磨性和疲劳强度。渗碳件的最佳表面含碳量通常是为了保证淬火后获得最高表面硬度，保证渗层具有较高的耐磨性和抗接触疲劳其性能。表层最佳碳量为0.7-1.0％。对于镍、铬合金钢，相应的碳含量比上述值略有降低。

根据本发明的一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲钢材通过热连轧机组生产的热轧板卷，其显微组织为铁素体和细片状珠光体组织，其中珠光体中渗碳体的片层距≤1μm。

根据本发明的一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲钢材冷轧钢带经过球化退火后，其组织特征为球状渗碳体均匀分布在铁素体基体上，其中球状渗碳体占总的渗碳体比例达到90％以上，钢带断后伸长率≥30％。

根据本发明的一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲钢材热轧卷板经过酸洗处理后再进行冷轧压延加工，其冷轧压下率累计在0～50％之间，优选的在30％以上。

根据本发明的一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述调节机构精冲零部件为齿形件。

本发明具有如下特点:

(1)精冲钢采用炉外精炼，包括电磁搅拌和真空脱气，严格控制有害元素含量，其中P含量小于0.015％，S含量小于0.005％。各类非金属夹杂物含量评级小于1.5级，精炼过程中采用Ca处理，使长条状夹杂物通过改性处理转化为球状夹杂物，避免了精冲时断面撕裂的发生；

(2)通过热连轧机组生产的热轧板卷，其显微组织为铁素体和细片状珠光体组织，其中珠光体中渗碳体的片层距≤1μm；

(3)热轧卷板经过酸洗处理后再进行冷轧压延加工，其冷轧压下率累计超过30％；

(4)冷轧钢带经过球化退火后，其组织特征为球状渗碳体均匀分布在铁素体基体上，其中球状渗碳体占总的渗碳体比例达到90％以上，钢带断后伸长率≥30％；

(5)调节机构精冲零部件具有以下多项结构特征达到精冲难度等级是S3(最高难度等级)。结构上表现为模数约为0.3左右，而材料厚度为3.5mm以上的小齿，外形及表面质量要求光洁度Ra1.6，断面光洁完整率100％，以上输入需要精冲钢材具备超越一般精冲钢材的材料性能，30％以上的延伸率，90％以上的球化率等性能要求。

(6)精冲零部件可进一步进行热处理，提高其机械性能，经过渗碳等热处理后，得到高硬度、耐磨的表面层和芯部高韧性的零件，其静强度比传统产品提高15％以上，冲击韧性明显改善。

与传统生产钢种相比，按照上述本发明的技术方案生产出的精冲零件能达到以下要求：

(1)非金属夹杂物含量：各类夹杂物≤1.5级

(2)断后伸长率：A≥30％

(3)精冲难度：S3级。

(4)表面光亮面：100％

(5)热处理：断面晶粒细腻，无脆性组织，弯曲试验不断裂，具有高韧性

(6)零件极限静强度：2650N·m以上。

(7)落锤冲击：落锤试验后，调角器不允许出现跳齿、断裂等形式的破坏。

附图说明

图1为本发明的小齿精冲零件示意图。

图2A,B分别为本发明的半冲结构精冲零件示意图和剖视图。

(1)精冲等级：简单S1、中等S2、复杂S3

精冲等级是评价精冲零件实现精冲的工艺难易程度的指标，主要从精冲产品的结构特征及尺寸精度及材料性能方面考虑。精冲难度等级如果是S3，需要精冲钢带的抗拉强度小于430N/mm²，材料的延伸率30％以上，材料的球化率90％以上。以座椅调节结构上的零件为例，评估其难度等级主要从以下几个方面校核：齿节圆尺寸、最小圆角半径、壁厚对材料厚度的比较，难度等级就高不就低。

1)圆角半径

精冲零部件应力求避免凸出的尖角，因为过小的圆角半径会使冲裁面上产生撕裂，而且在冲裁凸模尖角处由于应力集中会崩裂或产生严重磨损。

2)圆孔孔径和孔边距，精冲极限孔边距离是0.6倍材料厚度，如果是负间隙冲裁，孔边距离是1倍材料厚度。

实施例

实施例熔炼成分如表2所示。

表2实施例化学成分，wt％

实施例对上述成分进行热轧，坯料厚度250mm，坯料均热温度1100～1300℃，保证坯料中心烧透并保温足够时间使组织均匀化。坯料保温结束后立即轧制，经过多道次连续轧至成品厚度，实施例热轧板成品厚度2～10mm，轧制时控制终轧温度范围为800～950℃，轧制完成后钢板立即喷水冷却至珠光体转变区域，待温度降至500～650℃时进行卷取。实施例的轧制和冷却工艺如表3所示。

表3实施例的具体工艺参数

实施例和对比例非金属夹杂物含量评级如表4所示。经过炉外精炼的钢种在非金属夹杂物的含量上明显优于不采用炉外精炼的钢种。

表4实施例夹杂物等级

断后伸长率对比：

表5断后伸长率

精冲难度：

精冲难度是S3等级时材料抗拉强度不超过430N/mm²，精冲难度是S2等级时材料抗拉强度不超过530N/mm²。经过实施例钢种精冲难度上明显高于对比例钢种。

表6精冲难度

表

7精冲零部件结构参数

实施例和对比例精冲难度等级如表7所示。经过炉外精炼的钢种可实现精冲难度等级S3。采用炉外精炼的钢种精冲难度等级明显优于不采用炉外精炼的钢种。

表面光洁面：

光洁面是冲裁面上一部分没有撕裂和断裂的优质面。实施例和对比例光洁面的对比如表8所示。实施例钢种光洁面达到料厚S的100％S，对比例的钢种光洁面只能达到料厚S的85％S至90％S。

表8精冲光洁面

热处理：

实施例与对比例相比，热处理后断面晶粒由亮瓷状提高成细腻状；金相脆性组织由有到无，弯曲试验由断裂提高到不断裂。

极限静强度：

对双只调角器，将左、右调角器的椅座联接板分别安装在刚性底座上，椅

背联接板分别安装在刚性靠背上；对单只调角器，将调角器的椅座联接板安装在一侧刚性底座上，椅背联接板安装在刚性靠背上，另一侧通过铰链分别与刚性底座和靠背相连接。调节刚性靠背到设计基准位置，保证两侧调角器处于锁止状态；

用加力夹具在刚性靠背顶端中心位置以30mm/min的速度向后对调角器加力直到调角器破坏。调角器破坏前的最大力矩为调角器的极限强度。实施例和对比例极限经强度对比如表9所示。实施例钢种生产的零件极限静强度明显高于对比例。

表9极限静强度

落锤冲击

将30kg的重锤，在距调角器中心250mm,高度500mm处自由落体冲击调角器后,调角器不应出现断裂、解体等形式的破坏。

表10落锤冲击

根据本发明，上述精冲零部件非金属夹杂物含量：各类夹杂物≤1.5级，断后伸长率：A≥30％，精冲难度：S3级，可获得高尺寸精度、高强度、高韧性的精冲零部件。

Claims (13)

1.一种精冲钢材，用于调节机构精冲零部件的制造，其特征在于，钢的化学成分(wt％)如下：

C：0.12～0.24、Si：≤0.40、Mn：0.30～0.80、P≤0.015、S≤0.005％、Cr：≤0.40、Ni≤0.40、Mo：≤0.10、Ca：0.0015～0.0040％，余量为Fe及不可避免的夹杂；

通过热连轧机组生产的热轧板卷，其显微组织为铁素体和细片状珠光体组织，其中珠光体中渗碳体的片层距≤1μm。

2.如权利要求1所述的一种精冲钢材，其特征在于，所述冷轧钢带经过球化退火后，其组织特征为球状渗碳体均匀分布在铁素体基体上，其中球状渗碳体占总的渗碳体比例达到90％以上，钢带断后伸长率≥30％。

3.如权利要求1的一种精冲钢材，其特征在于，所述热轧卷板经过酸洗处理后再进行冷轧压延加工，其冷轧压下率累计在0～50％之间，优选的在30％以上。

4.一种调节机构精冲零部件的制造方法，使用上述精冲钢材，其特征在于，所述精冲钢材的化学成分(wt％)如下：

C：0.12～0.24、Si：≤0.40、Mn：0.30～0.80、P≤0.015、S≤0.005％、Cr：≤0.40、Ni≤0.40、Mo：≤0.10、Ca：0.0015～0.0040％，余量为Fe及不可避免的夹杂，

通过热连轧机组生产的热轧板卷，其显微组织为铁素体和细片状珠光体组织，其中珠光体中渗碳体的片层距≤1μm。

所述方法包括下述工艺路线：

铁水---冶炼(炉外精炼)---浇铸---铸坯加热---热轧---酸洗---冷轧---球化退火---精冲---热处理。

5.如权利要求4所述一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，

所述热轧工艺设计如下：

(1)板坯加热温度：1100～1300℃；

(2)精轧终止温度：800～950℃；

(3)卷取温度：500～650℃；

所述球化退火工艺设计如下：

(1)钢带加热温度：650～750℃，随炉冷却；

所述精冲工艺采用卷料校平技术：校平机初始间隙0.5倍材料厚度，后续滚轮校平间隙按10-15％递增。

6.如权利要求4所述一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述冷轧工艺设计如下：

采用冷轧机进行轧制，累计在0～50％之间，优选的在30％以上。

7.如权利要求4所述一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲工艺用于带半冲结构特征的精冲零部件时采用负间隙半冲技术：

冲头比凹模大0.1-0.5mm，半冲体积转移比1-1.13。

8.如权利要求4所述一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲工艺用于针对带齿的精冲零部件时采用小齿精冲工艺：

结合齿形冲头齿部的受力分析，在易崩刃的齿形冲头，齿形落料凹模型腔面上修制变复合角，且选用超纯净粉末冶金钢S390。

9.如权利要求4所述一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述热处理工艺设计如下：

(1)渗碳温度：820-900℃；

(2)渗碳碳势：0.7-1.0％；

(3)渗碳时间：40-180分钟；

表面硬度：500-850HV，渗层：0.2mm以上。

10.如权利要求4所述一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲钢材通过热连轧机组生产的热轧板卷，其显微组织为铁素体和细片状珠光体组织，其中珠光体中渗碳体的片层距≤1μm。

11.如权利要求4所述一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲钢材冷轧钢带经过球化退火后，其组织特征为球状渗碳体均匀分布在铁素体基体上，其中球状渗碳体占总的渗碳体比例达到90％以上，钢带断后伸长率≥30％。

12.如权利要求4所述一种调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲钢材热轧卷板经过酸洗处理后再进行冷轧压延加工，其冷轧压下率累计在0～50％之间，优选的在30％以上。

13.如权利要求4所述一种精冲零部件，尤其是调节机构精冲零部件的制造方法，其特征在于，所述精冲零部件为带半冲结构特征的精冲零部件或者带齿的精冲零部件。