CN117778887A - 具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢及其制备方法，属于冷轧板带生产技术领域。具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢，其化学成分按质量百分比为：C0.03％～0.10％，Si 0.01％～0.05％，Mn 0.10％～0.30％，P≤0.035％，S≤0.040％，Als 0.03％～0.08％，其余元素为Fe及不可避免的杂质。制备方法为通过冶炼→热轧→酸轧→罩式退火→平整→精整的工艺流程制备得到垫片钢。本发明的300MPa级垫片钢具有优良的冲裁性能，可有效解决现有垫片钢的冲裁性能较差，解决冲孔断裂带区域过大的问题。
Description
技术领域
本发明属于冷轧板带生产技术领域，具体涉及一种具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢及其制备方法。
背景技术
垫片的作用主要为增大连接件或者紧固件的接触面积、减小压力、防止松动、保护零件和螺丝，还有一定的密封作用。因此垫片中孔的精度对垫片的主要作用影响极为明显。垫片中的孔是通过冲孔工艺来完成的。冲裁产品断面质量是保证其尺寸精度的一个重要指标，冲孔的断面包括：塌角带、光亮带、断裂带、毛刺区四部分。光亮带是材料被挤入下模而产生塑性剪切变形产生的，光亮带是五金冲压件断面质量最好的区域，光亮平整而且又和钢板平面垂直。精密冲压一般就是追求的光亮带。断裂带的表面比较粗糙，而且有大约5度的倾斜，是由于冲压时形成的裂纹扩展而成。如果断裂带在冲孔表面的所占的比例过大，将对垫片的密封作用和保护零件的作用有很大的弱化，因此具有优良冲裁性能的垫片钢材料在垫片生产中显得尤为重要。
普通结构用钢在冲孔工艺生产过程中，冲孔断面的光亮带宽度较小，断裂带宽度较大(图3)，这样的冲孔工艺及冲孔产品是不利于垫片零件的使用，断裂带宽度较大的垫片往往会导致更大的噪音，也可能在疲劳应用场景中是疲劳失效的裂纹源。
CN114058941A公开了一种冷轧钢板及制造方法和汽车用冲裁件，该冷轧钢板的化学元素质量百分比为：C:0.14～0.25wt％，Si:0.01～0.5wt％，Mn:0.3～1.6wt％，P≤0.015wt％，0＜S≤0.01wt％，Al:0.01～0.07wt％，Cr:0.1～1.0wt％，B:0.0001～0.005wt％，0＜N≤0.006wt％和Fe。其屈服强度为240～360MPa，抗拉强度为360～480MPa，断后伸长率A50mm≥25％。
现有技术中为了获得具有良好塑形和较低强度的冷轧钢板时，大多通过添加Nb、V、Ti等微合金元素，合金成本较高；且制备过程中工艺要求较多，生产难度大。
因此亟需研究一种生产成本低、难度小，且具有优良冲裁性能的专用垫片钢，以解决冲孔断裂带区域过大的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有垫片钢的冲裁性能较差，为了能够解决冲孔断裂带区域过大的问题，本发明提供一种新的具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢，其化学成分按质量百分比为：C 0.03％～0.10％，Si 0.01％～0.05％，Mn 0.10％～0.30％，P≤0.035％，S≤0.040％，Als 0.03％～0.08％，其余元素为Fe及不可避免的杂质。
上述具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢，其屈服强度为≥200MPa，抗拉强度≥320MPa，A80≥30％。
上述具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢，其金相组织为97％的铁素体+3％的渗碳体，晶粒度为11级。
具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢的制备方法为：通过冶炼→热轧→酸轧→罩式退火→平整→精整的工艺流程制备得到具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢。
进一步的是，上述热轧工序为将铸坯加热、除磷、粗轧、精轧、冷却、卷取。
进一步的是，上述热轧工序中，中间坯厚度为30～36mm，热轧板厚度≥4mm，热轧开轧温度为1100℃～1200℃，终轧温度为850℃～900℃。
进一步的是，上述热轧工序中，冷却方式为前段层冷，卷取温度为510～560℃。
进一步的是，上述酸轧工序中，冷轧压下率为50-60％。
进一步的是，上述罩式退火工序中，退火保温温度为600～650℃，保温时间为10～14h，升温速率为70～95℃/h，冷却速率为120～160℃/h。
进一步的是，上述平整工序中，平整延伸率为0.5～1％。
本发明的有益效果是：本发明提供一种具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢及其制备方法，得到的300MPa级垫片钢有铁素体和渗碳体构成，铁素体组织均匀，渗碳体均匀弥散的分布于晶内，使得材料延伸率更高，各向异性更好，因此得到了优良的冲裁性能。
本发明形成了在罩式退火炉生产垫片钢的关键技术，本发明生产的垫片钢充分利用罩式炉退火工艺的特点，利用其加热均匀性的特点，生产出的垫片钢冲裁性能优良，冲孔后孔内断面断裂带大幅度降低，具有良好的经济效益。本发明能够有效的消除钢板在冲孔时，孔内壁断裂带过大的问题，有效的增大垫片钢的断面精度，优化垫片钢在各种场所的使用效果。
本发明生产的300MPa级垫片钢化学成分简单，与现有技术相比不含有重金属和贵金属；现有的冲裁性能较好的冷轧钢一般用于汽车件等，造价较高，不适合用做垫片。而本发明的垫片钢在满足强度以及冲裁性能的同时，具有更低的成本且生产难度更小，具有较高的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例1冲孔的断面照片；
图2为本发明实施例2冲孔的断面照片；
图3为本发明对比例1冲孔的断面照片；
图4为本发明对比例2冲孔的断面照片；
图5为本发明实施例1金相组织图；
图6为本发明实施例2金相组织图。
具体实施方式
本发明的技术方案，具体可以按照以下方式实施。
具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢，其化学成分按质量百分比为：C 0.03％～0.10％，Si 0.01％～0.05％，Mn 0.10％～0.30％，P≤0.035％，S≤0.040％，Als 0.03％～0.08％，其余元素为Fe及不可避免的杂质。
本发明选择冷轧基板化学成分及其范围的原因如下。
碳：影响钢板性能的重要元素，较高的碳含量能够提高板材的强度，提高板材的冲裁性能。锰：锰元素功能与碳相似，提高钢材强度。
上述具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢，其屈服强度为≥200MPa，抗拉强度≥320MPa，A80≥30％；其金相组织为97％的铁素体+3％的渗碳体，晶粒度为11级。
具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢的制备方法为：通过冶炼→热轧→酸轧→罩式退火→平整→精整的工艺流程制备得到具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢。
优选的，上述热轧工序为将铸坯加热、除磷、粗轧、精轧、冷却、卷取；其中，中间坯厚度为30～36mm，热轧板厚度≥4mm，热轧开轧温度为1100℃～1200℃，终轧温度为850℃～900℃；冷却方式为前段层冷，卷取温度为510～560℃。
优选的，上述酸轧工序中，冷轧压下率为50-60％；上述罩式退火工序中，退火保温温度为600～650℃，保温时间为10～14h，升温速率为70～95℃/h，冷却速率为120～160℃/h；上述平整工序中，平整延伸率为0.5～1％。
本发明选择罩式退火工艺是本发明的关键工艺参数，原因如下：罩式退火能够使钢卷加热均匀，较长的保温时间，不仅能够充分消除钢材基体的内应力，更加能够保证垫片钢晶粒的均匀性及排列整齐性，这样能够确保垫片钢在冲裁工艺时，减少钢材在最后断裂带的“粘黏”效果，优化钢材冲孔时断裂带较大的缺陷。
下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。
实施例
具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢，其化学成分按质量百分比为：C 0.03％～0.10％，Si 0.01％～0.05％，Mn 0.10％～0.30％，P≤0.035％，S≤0.040％，Als 0.03％～0.08％，其余元素为Fe及不可避免的杂质。实施例及对比例具体化学成分如表1所示。
表1垫片钢的化学成分/％
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | Als |
| 实施例1 | 0.06 | 0.01 | 0.19 | 0.014 | 0.017 | 0.04 |
| 实施例2 | 0.05 | 0.02 | 0.21 | 0.015 | 0.036 | 0.036 |
| 对比例1 | 0.03 | 0.03 | 0.35 | 0.030 | 0.021 | 0.025 |
| 对比例2 | 0.03 | 0.05 | 0.40 | 0.025 | 0.028 | 0.020 |
实施例1：选取表1中实施例1的化学成分进行生产，厚度为2.0mm，退火工艺控制如表2中实施例1所示，垫片钢产品力学性能如表3中实施例1所示。钢材冲孔断面如图1所示，对比图3断裂带明显减小，效果显著，金相组织为铁素体+均匀分布的渗碳体如图5所示，晶粒等级为11级。
实施例2：选取表1中实施例2的化学成分进行生产，厚度为2.0mm，退火工艺控制如表2中实施例2所示，垫片钢产品力学性能如表3中实施例2所示，钢材冲孔断面如图2所示，金相组织为铁素体+均匀分布的渗碳体如图6所示，晶粒等级为11级。
对比例1：选取表1中对比例1的化学成分进行生产，厚度为2.0mm，退火工艺控制如表2中对比例1所示，垫片钢产品力学性能如表3中对比例1所示。钢材冲孔断面如图3所示。
对比例2：选取表1中对比例2的化学成分进行生产，厚度为2.0mm，退火工艺控制如表2中实施例1所示，垫片钢产品力学性能如表3中实施例1所示。钢材冲孔断面如图4所示。
表2罩式退火的主要工艺参数
| 实施例编号 | 升温速度/℃/h | 保温温度/℃ | 保温时间/h | 冷却速度/℃/h |
| 实施例1 | 85 | 650 | 11 | 140 |
| 实施例2 | 85 | 650 | 10 | 150 |
| 对比例1 | 85 | 710 | 13 | 160 |
| 对比例2 | 85 | 710 | 11 | 150 |
表3实施例的力学性能
| 编号 | 厚度/mm | 屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 延伸率A80(％) |
| 实施例1 | 2.0 | 222 | 359 | 37.5 |
| 实施例2 | 2.0 | 200 | 346 | 37.5 |
| 对比例1 | 2.0 | 195 | 313 | 35 |
| 对比例2 | 2.0 | 189 | 301 | 34.5 |
Claims (10)
1.具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢，其特征在于，其化学成分按质量百分比为：C0.03％～0.10％，Si 0.01％～0.05％，Mn 0.10％～0.30％，P≤0.035％，S≤0.040％，Als0.03％～0.08％，其余元素为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢，其特征在于：其屈服强度为≥200MPa，抗拉强度≥320MPa，A80≥30％。
3.根据权利要求1所述的具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢，其特征在于：其金相组织为97％的铁素体+3％的渗碳体，晶粒度为11级。
4.根据权利要求1-3任一项所述的具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢的制备方法，其特征在于：通过冶炼→热轧→酸轧→罩式退火→平整→精整的工艺流程制备得到具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢。
5.根据权利要求4所述的具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢的制备方法，其特征在于：热轧工序为将铸坯加热、除磷、粗轧、精轧、冷却、卷取。
6.根据权利要求5所述的具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢的制备方法，其特征在于：热轧工序中，中间坯厚度为30～36mm，热轧板厚度≥4mm，热轧开轧温度为1100℃～1200℃，终轧温度为850℃～900℃。
7.根据权利要求5所述的具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢的制备方法，其特征在于：热轧工序中，冷却方式为前段层冷，卷取温度为510～560℃。
8.根据权利要求4所述的具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢的制备方法，其特征在于：酸轧工序中，冷轧压下率为50-60％。
9.根据权利要求4所述的具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢的制备方法，其特征在于：罩式退火工序中，退火保温温度为600～650℃，保温时间为10～14h，升温速率为70～95℃/h，冷却速率为120～160℃/h。
10.根据权利要求4所述的具有优良冲裁性能的300MPa级垫片钢的制备方法，其特征在于：平整工序中，平整延伸率为0.5～1％。
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