CN106917044B - 一种冲压成形用石墨化冷轧高碳钢板的制备方法 - Google Patents

一种冲压成形用石墨化冷轧高碳钢板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布一种冲压成形用石墨化冷轧高碳钢板的制备方法，属于冶金技术领域。该制备方法的特征是除采用冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧等常规方法以外，还采用贝氏体化处理和石墨化退火等工艺过程。其中，贝氏体化处理是为石墨化退火提供良好的预备组织，主要采用Ac3以上30～50℃等温处理与处理后快速冷却到下贝氏体转变区进行等温转变；石墨化退火主要采用620℃～Ac1的等温处理。采用该方法制备的钢板，其组织主要由石墨和铁素体晶粒组成。石墨粒子分布均匀，其平均直径约为5μm；铁素体晶粒平均直径约为20μm。这样的组织特点使该高碳钢板同低碳钢一样的塑软而具有良好的冲压成形性能，其屈强比≤0.60，应变硬化指数≥0.2，平面各向异性≤0.20。

Description

一种冲压成形用石墨化冷轧高碳钢板的制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种冲压成形用石墨化冷轧高碳钢板的制备方法。
背景技术
近些年来，为实现低燃料消耗和提高汽车成本的竞争力，对如形状复杂、强度高的汽车传动部件，开始采用高碳钢板进行一体化冲压成形，该技术不仅要求材料在加工时具有良好的冲压成形性能，而且还要求在成形后的热处理过程中具有充分的淬硬性，以满足服役时对零部件的强度要求。
但是，高碳钢板的强度和硬度高，塑性和加工性能差，很难用于成形这类零部件，需要开发一种新型的高碳钢。
为了提高高碳钢板的成型加工性能，目前主要采用的方法是球化退火，如陈金荣在机械工人(热加工)(2002,(3):34-35)上发表的论文“40Z钢板等温球化退火工艺”中研究了40Z中碳钢板球化退火，指出中碳钢当要求硬度较低而韧性较高(用于冷冲压坯料)时,可用等温球化退火。另外，也有直接通过热轧工艺控制使部分片状珠光体球化，从而达到免退火的目的，如一种免退火型中高碳钢板制造工艺(申请公布号：CN103173598A)公开了一种热轧过程中在线使中、高碳钢板直接软化，通过高温卷取实现部分球化来生产的中高碳钢板，而省去热轧后的退火工序。
对于冷变形要求高的高碳钢材，虽然通过球化退火或免退火轧制工艺，控制了晶粒度、硬度和渗碳体的形态，但是由于渗碳体的存在，在冲压生产时，不仅模具磨损严重、寿命低，而且冲压负荷过大，仍难以成形复杂形状制件。
于是，人们利用渗碳体石墨化来期待获得良好冲压成型性能，而开发了石墨化高碳钢。通过渗碳体的石墨化(即渗碳分解成石墨)获得由铁素体和石墨为主要组织特点的石墨化高碳钢板，该钢板在冲压加工时具有与低碳钢板相同的成形性；在成形后，通过石墨在奥氏体中的固溶，该钢板又可淬硬，达到较高强度。
专利“钢板及其制造方法，申请公布号：CN101903547A”公布了一种热轧钢板，其主要化学成分及其质量百分比：C：0.30～0.70％；Si：0.10％以下；Mn：0.20％以下；P：0.010％以下；S：0.010％以下；Al：0.05％以下；N：0.050％以下；余量由Fe及不可避免的杂质构成。其制造方法在800～950℃的终轧温度下热轧而制成热轧板，以平均冷却速度为50℃/s以上冷至500℃以下，在450℃以下的温度卷取，钢卷在720℃以下的退火温度下退火。再如专利“Process formanufacturingamedium-carbon steelplatewith improvedformabilityand weldability，US5454887”也公布了一种热轧钢板，其主要化学成分及其质量百分比：C：0.20～0.70％；Si：0.10％以下；Mn：0.20～2.0％以下；P：0.020％以下；S：0.010％以下；Al(sol.)：0.01～1.00％；B：0.0003～0.0050％；N：0.002～0.010％；B/N：0.2～0.8；余量由Fe及不可避免的杂质构成。其制造方法为：终轧温度700～900℃；热轧后的冷却速度5～50℃/s；卷取温度400～650℃；在600℃～～Ac1温度范围内进行1小时以上的退火。
文献“加工性能优良的高碳冷轧薄板，钢铁，1993，(9),75”报道称，日本住友金属工业公司研究成功一种加工成形性与低碳钢板相同的新材料——石墨化高碳冷轧钢板。这种材料的特点是，(1)使降低高碳钢成形性的渗碳体在成形加工时石墨化，从而使高碳钢板具有与低碳钢板相同的成形性；(2)将不利于石墨化的Mn从0.6％以上降到0.2％，将P从0.02％降到0.01％，以促进石墨化；(3)添加能提高淬火性能的Ni(0.2％)和B(0.001、0.003％)；(4)通过热轧和冷轧工艺，破碎细化钢中渗碳体，冷轧后以适当温度进行罩式退火，使渗碳休石墨化。
专利“钢板及其制造方法，申请公布号：CN101903547A”与专利“Process formanufacturingamedium-carbon steelplatewith improvedformabilityandweldability，US5454887”提到的均是热轧板；而文献“加工性能优良的高碳冷轧薄板，钢铁，1993，(9),75”提到的石墨化冷轧板，是通过冷轧破碎细化钢中渗碳体，再进行石墨化的。这样会因渗碳体分布的不均匀，而无法获得均匀分布的石墨粒子，而会影响钢板的冲压成形性能。
发明内容
石墨化高碳钢板适合用于复杂形状、强度高的零部件的冲压成形。其冲压成型性能的高低，与其组织中的铁素体晶粒度，石墨粒子的数量、形态、大小及其分布密切相关。本发明提出增加了为石墨化退火提供良好的预备组织而设置的贝氏体化处理，有助于石墨化后钢板内部石墨粒子的均匀分布。
本发明通过以下技术措施实现：
一种冲压成形用石墨化冷轧高碳钢板的制备方法除采用冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧等常规方法以外，还采用贝氏体化处理和石墨化退火等工艺过程进行制备。其中，所述的贝氏体化处理是为石墨化退火提供良好的预备组织而设置的，可在冷轧生产线上的连续退火装置上实现。主要采用Ac3以上30～50℃等温处理与处理后快速冷却到下贝氏体转变区(即350℃～Ms)进行等温转变。所述的石墨化退火，其温度范围为620℃～Ac1相变点，石墨化退火时间3～6小时。石墨化后的组织主要由石墨和铁素体晶粒组成。石墨粒子分布均匀，其平均直径为5μm左右；铁素体晶粒平均直径为20μm。采用该方法制备的高碳钢冷轧板厚度为0.5～3mm，该冷轧板同低碳钢一样的塑软，而具有良好的冲压成形性能，其屈强比≤0.60，应变硬化指数≥0.2，平面各向异性△r≤0.20。
所述石墨化冷轧高碳钢板的化学成分及其质量百分比含量控制为：C：0.30～0.77％；Si：0.10～0.20％；Mn：0.50～1.60％；P≤0.010％；S：≤0.010％；Al：0.02～0.25％；B：0.0002～0.0060，N：0.002～0.010；其余含量为Fe。
本发明的有益效果：
通过实验研究和理论分析表明，利用本发明提出的石墨化热轧钢板的制备方法，由于其组织主要是由铁素体和石墨粒子组成，这样的组织特点使该高碳钢板同低碳钢一样塑软，即具有较低的硬度和较高的塑性，因此使该高碳钢板表现出良好的冲压成形性能，有助于扩大高碳钢板在复杂形状、高强度零部件冲压成形工艺中的应用。
附图说明
图1是本发明所采用的制备路线图。
具体实施方式
现将本发明的实施例具体叙述于后。
实施例对本发明的技术方案做进一步描述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
本发明主要通过冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、贝氏体化处理和石墨化退火等工艺过程来实现。其中，所述的贝氏体化处理是为石墨化退火提供良好的预备组织而设置的，可在冷轧生产线上的连续退火装置上实现。主要采用Ac3以上30～50℃等温处理与处理后快速冷却到下贝氏体转变区(即350℃～Ms)进行等温转变。所述的石墨化退火，其温度范围为620℃～Ac1相变点，石墨化退火时间3～6小时。石墨化后的组织主要由石墨和铁素体晶粒组成。采用该方法制备的高碳钢冷轧板厚度为0.5～3mm。
实施例1
1.0mm石墨化冷轧钢板的制备，主要工艺流程：冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、贝氏体化处理和石墨化退火。
本实施例的石墨化热轧钢板的化学成分(质量分数/％)为：0.46C，0.17Si,0.72Mn，0.010S，0.009P，0.026Al，0.0036B，0.0050N。
贝氏体化处理的主要工艺参数为：采用840℃等温处理，处理后以大于15℃/s的冷速快速冷却到320℃进行等温转变。
石墨化退火的主要工艺参数为：石墨化温度为680℃，石墨化退火时间为6小时。
对上述方法制备的石墨化冷轧高碳钢板进行取样分析与检测，结果表明，其组织结构中观察到的石墨粒子分布均匀，呈近球形、平均直径为5.2μm，铁素体晶粒的平均直径为16μm。其屈强比≤0.56，应变硬化指数≥0.23，平面各向异性△r≤0.17。
实施例2
3.0mm石墨化冷轧钢板的制备，主要工艺流程：冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、贝氏体化处理和石墨化退火。
本实施例的石墨化热轧钢板的化学成分(质量分数/％)为：0.67C，0.12Si,0.76Mn，0.008S，0.006P，0.025Al，0.0030B，0.0040N。
贝氏体化处理的主要工艺参数为：采用800℃等温处理，处理后以大于20℃/s的冷速快速冷却到300℃进行等温转变。
石墨化退火的主要工艺参数为：石墨化温度为660℃，石墨化退火时间为5小时。
对上述方法制备的石墨化冷轧高碳钢板进行取样分析与检测，结果表明，其组织结构中观察到的石墨粒子分布均匀，呈近球形、平均直径为4.6μm，铁素体晶粒的平均直径为18μm。其屈强比≤0.59，应变硬化指数为0.21，平面各向异性△r为0.19。
由实施例可见，采用本发明提出的方法，可以获得具有良好冲压成形性能的石墨化冷轧高碳钢板。

Claims (1)

1.一种冲压成形用石墨化冷轧高碳钢板的制备方法，其特征在于：石墨化冷轧高碳钢板的化学成分质量百分比含量控制为：C：0.30～0.77％；Si：0.10～0.20％；Mn：0.50～1.60％；P≤0.010％；S：≤0.010％；Al：0.02～0.25％；B：0.0002～0.0060，N：0.002～0.010；其余含量为Fe；除采用冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧常规方法以外，还采用贝氏体化处理和石墨化退火工艺过程进行制备；
所述贝氏体化处理是为石墨化退火提供良好的预备组织而设置的，在冷轧生产线上的连续退火装置上实现；采用Ac3以上30～50℃等温处理与处理后快速冷却到下贝氏体转变区350℃～Ms进行等温转变；
所述石墨化退火，其温度范围为620℃～Ac1相变点，石墨化退火时间3～6小时；其组织主要由石墨和铁素体晶粒组成，石墨粒子分布均匀，其平均直径为5μm；铁素体晶粒平均直径为20μm；
采用该方法制备的高碳钢板同低碳钢一样的塑软，而具有良好的冲压成形性能，其屈强比≤0.60，应变硬化指数≥0.2，平面各向异性Δr≤0.20；所述的冷轧板厚度为0.5～3mm。
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