CN109112416A - 一种精密冲压用高球化率的冷轧钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种精密冲压用高球化率的冷轧钢板及其制造方法，主要解决现有用于精密冲压加工的冷轧钢板材料内部金相组织球化率低、不能满足高速精密冲压成型要求和制造成本高的技术问题。本发明提供的精密冲压用高球化率的冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.35～0.50％，Si：0.1～0.3％，Mn：0.6～0.8％，Al：0.04‑0.09％，P≤0.018％，S≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。冷轧钢板的屈服强度RP0.2为260～360MPa，抗拉强度Rm为440～530MPa，断后伸长率A50mm≥30％，洛氏硬度HRB为74～84。本发明冷轧钢板适用于精密冲压汽车零部件。

Description

一种精密冲压用高球化率的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用高球化率的冷轧钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域。
背景技术
通过热连轧机组生产的热轧带钢，经过冷变形及球化退火处理后，改善了内部组织，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、仪器仪表等精密零件。与传统精密零件的加工方法工序多、精度差相比，精密冲压零件具有互换性好、成材率高的特点，经济效益显著。
精冲过程成形复杂，因此对材料内质要求严格。为达到良好的精冲性能，要求钢带有较低的强度和较高的韧性。但通过减少合金元素来降低强度，往往不能满足材料热处理后最终使用性能，所以开发不同用途的精冲材料成为发展精冲技术的关键。冷轧精冲带钢应具有如下特性：材料具有高韧性，内部组织均匀，显微组织为铁素体+粒状珠光体，珠光体球化良好。
申请公布号CN 102021493 A的中国专利申请文件公开了一种精密冲压用热轧钢板及其制造方法，其化学成份：C：0.05～0.30％；Si：≤0.50％；Mn：0.50～1.50％；P≤0.02％；S≤0.01％；Cr：0.05～1.5％；Ni：0.02～0.50％；Al：≤0.04％，还包括Ti：≤0.05％；B：0.0005～0.010％中的一种或两种。该专利通过不同程度更多地添加Ni、Ti、B等合金元素，来改变材料的内部组织，提高材料热处理效果，满足零件性能要求。但添加了较多的贵重合金元素，会增加产品制造成本；且成分设计过于宽泛，未公开与生产控制、精冲加工较为关键的指标，且强度偏低，不能满足零件最终热处理使用要求。
申请公布号CN 105018835 A的中国专利申请文件公开了一种添加0.60～1.50％Si元素可改善中高碳钢精冲性能的方法，但Si元素添加量较多会提高材料硬度，恶化冲裁性能；同时较高的硅含量在钢板热轧过程产生大量的氧化铁皮，降低钢板表面质量。可见通过添加微合金元素提高珠光体球化率，是缩短热轧精冲钢球化退火时间，提高材料精冲性能的有效方法。
发明内容
本发明目的是提供一种精密冲压用高球化率的冷轧钢板及其制造方法，主要解决现有用于精密冲压加工的冷轧钢板材料片状珠光体组织球化率低(球化率≤85％)、不能满足高速精密冲压成型要求和制造成本高的技术问题。
本发明通过添加微量Al合金元素以及合适的热轧、冷轧、退火工艺来提高冷轧钢板金相组织中层片状珠光体球化率；实现节约冷轧带钢球化退火时间和能源消耗，加快冷轧带钢金相组织中层片状珠光体球化转变的目的，适用于需要进行精冲成型的汽车零部件用钢板。
本发明采用的技术方案是，一种精密冲压用高球化率的冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.35～0.50％，Si：0.1～0.3％，Mn：0.6～0.8％，Al：0.04-0.09％，P≤0.018％，S≤0.005％，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，组织晶粒度为I 8.0～10.0级，球化率≥90％，2.0-5.0mm厚冷轧钢板的屈服强度RP0.2为260～360MPa，抗拉强度Rm为440～530MPa，断后伸长率A50mm≥30％，洛氏硬度HRB为74～84。
本发明精密冲压用高球化率的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，同时影响材料冷轧、退火以及零件淬火后的硬度。C含量过低，不能满足零件硬度要求，且钢种珠光体含量偏少；C含量过高则钢板球化退火后仍然硬质化，不利于冲压成型。本发明中碳的添加范围是0.35～0.50％。
Si：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，加工性能降低。一般超过0.3％的Si，在热轧过程中钢卷表面产生锈红氧化铁皮缺陷，影响成品外观；本发明中限定Si含量在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，能消除或减弱由于硫所引起的钢热脆性，从而改善钢的热加工性能。但含量较多时，固溶强化过强，冲裁加工性能降低。因此本发明Mn含量限定在0.6～0.8％。
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，但考虑到工艺设备控制能力和脱磷成本，本发明限定P≤0.018％。
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％。
Al：铝在钢中的主要作用是脱氧和细化晶粒，但易形成Al2O3夹杂物。本发明中Al的添加范围在0.04-0.09％之间，添加含量控制在常规钢中Al含量的上限或略高，这是本发明提高层状珠光体球化率的主要合金成分。
上述一种精密冲压用高球化率的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重量百分比为：C：0.35～0.50％，Si：0.1～0.3％，Mn：0.6～0.8％，Al：0.04-0.09％，P≤0.018％，S≤0.005％，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；精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区轧制，精轧结束温度为820～870℃，精轧后，控制钢板厚度为3.0～8.0mm，层流冷却采用前段冷却，560～620℃卷取得到热轧钢卷；
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2.0mm～5.0mm成品冷轧带钢，所述冷轧压下率为25％～40％，经过冷轧后的轧硬状态带钢在罩式退火炉退火的均热段温度为670～690℃，带钢在均热段的退火时间为18h～20h。
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1190℃，若温度过高，加热时间过长，由于钢中碳含量较高，板坯表面氧化脱碳严重，不利于钢板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为1170℃～1210℃，加热时间为180～270min。
2、精轧结束温度设定
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，因为材料强度较高，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820～870℃。
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，能够减少先共析铁素体生成，防止珠光体片层间距粗大，使组织分布均匀，减轻带状偏析。但热轧卷取温度过低，会生成大量贝氏体组织，强度过高，不利于用户加工。因此，本发明设定热轧卷取温度为560～620℃。
5、冷轧压下率设定
在冷轧工序中决定钢材质量的主要参数是冷轧变形量。它是提高钢带尺寸精度的重要手段，满足连续精冲加工要求，同时能够促进片状珠光体断裂，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25～40％。
6、退火温度和退火时间设定
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724.6-726.7℃。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670～690℃。
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时间为18h～20h。
本发明方法生产的精密冲压用高球化率的冷轧钢板的金相组织为块状铁素体+粒状珠光体，组织晶粒度为I 8.0～10.0级，球化率≥90％，2.0-5.0mm厚冷轧钢板的屈服强度RP0.2为260～360MPa，抗拉强度Rm为440～530MPa，断后伸长率A50mm≥30％，洛氏硬度HRB为74～84；其热轧原板的金相组织为铁素体+细片状珠光体。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过添加微量低成本合金Al元素，配合控制合适的热轧终轧温度、卷取温度，细化钢中热轧态的片状珠光体，改善材料内部组织。合金消耗少，成本较低。2、Al元素的微量添加，有利于球化退火过程中加速层状珠光体的熔解、断裂，减少C原子的扩散距离，加速球化；同时Al元素的钉扎作用还有利于降低球化后粒状珠光体的尺寸，使钢中粒状珠光体颗粒细小，分布均匀，球化率明显提高，有利于冲压成型。3、本发明通过采用合理的冷轧、退火工艺，使得退火钢卷组织中片状珠光体球化率达到90％以上，且弥散分布。冷轧钢板强度明显降低，韧性优良，性能均匀性好，满足了精密冲压加工成零部件的要求。
附图说明
图1为本发明实施例3的热轧钢板金相组织照片。
图2为本发明实施例3的冷轧退火钢板金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例1～3，对本发明做进一步说明，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。
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10分钟，最后上连铸机浇注得到连铸板坯；板坯厚度为210～230mm，宽度为900～1500mm，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。热轧钢卷的厚度为3.0～8.0mm，参见图1，热轧钢板的金相组织为细小铁素体+片状珠光体。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
将上述热轧钢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5机架冷连轧机上冷轧，冷轧压下率为25～40％；冷轧后的轧硬态钢卷经过罩式退火炉退火得到厚度为2.0～5.0mm的成品冷轧钢板，退火工艺为：钢卷在罩式退火炉退火(均热段)温度为670～690℃，退火(均热段)时间为18h-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 25～40 670～690 18～20 2.0-5.0
实施例1 38.5 670 19.5 4.8
实施例2 33.3 680 18.5 3.0
实施例3 28.1 685 18.0 2.3
利用上述方法得到的冷轧钢板，参见图2，冷轧退火钢板的金相显微组织为块状铁素体基体+弥散分布的粒状珠光体，组织晶粒度为I 8.0～10.0级，球化率≥90％，2.0-5.0mm厚冷轧钢板的屈服强度RP0.2为260～360MPa，抗拉强度Rm为440～530MPa，断后伸长率A50mm≥30％，洛氏硬度HRB为74～84。
将本发明得到的冷轧钢板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，冷轧钢板的力学性能见表4。
表4本发明实施例冷轧钢板的性能指标
本发明得到的冷轧钢板具有较高的韧性，性能稳定；珠光体球化球化率达到90％以上、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)

1.一种精密冲压用高球化率的冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.35～0.50％，Si：0.1～0.3％，Mn：0.6～0.8％，Al：0.04-0.09％，P≤0.018％，S≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的精密冲压用高球化率的冷轧钢板，其金相组织为块状铁素体+粒状珠光体，组织晶粒度为I 8.0～10.0级，球化率≥90％。
3.如权利要求1或2所述的精密冲压用高球化率的冷轧钢板，其2.0-5.0mm厚冷轧钢板的屈服强度RP0.2为260～360MPa，抗拉强度Rm为440～530MPa，断后伸长率A50mm≥30％，洛氏硬度HRB为74～84。
4.一种精密冲压用高球化率的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板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.35～0.50％，Si：0.1～0.3％，Mn：0.6～0.8％，Al：0.04-0.09％，P≤0.018％，S≤0.005％，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；精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区轧制，精轧结束温度为820～870℃，精轧后层流冷却采用前段冷却，560～620℃卷取得到热轧钢卷；
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2.0mm～5.0mm成品冷轧带钢，所述冷轧压下率为25％～40％，经过冷轧后的轧硬状态带钢在罩式退火炉退火的均热段温度为670～690℃，带钢在均热段的退火时间为18h～20h。
5.如权利要求4所述的精密冲压用高球化率的冷轧钢板的制造方法，其特征在于，热轧精轧后，控制热轧钢板厚度为3.0mm～8.0mm。
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