衬垫材料用冷轧薄钢板、其制备方法以及采用所述方法制备的衬垫材料的制作方法

专利名称：衬垫材料用冷轧薄钢板、其制备方法以及采用所述方法制备的衬垫材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及用作包括内燃机汽缸在内每个开口部分的密封材料的衬垫材料用冷轧薄钢板，该冷轧薄钢板的制备方法以及采用所述方法制备的衬垫材料。
背景技术：
就汽车发动机而言，已经使用各种衬垫，包括汽缸盖衬垫。至于衬垫用材料，至今一直使用石棉，但是，为了解决环境问题、改进发动机性能等，已经在寻找非石棉材料。
关于石棉的替代材料，已经使用通过将芳族聚酰胺纤维或石墨同软钢薄板复合一起制备而成的材料。此外，作为与现有衬垫结构显著不同的材料，也已经使用采用橡胶覆层材料覆盖的不锈钢。
迄今，对于衬垫材料用冷轧薄钢板外壳，例如，特开平9-194935公开了一种加热至再结晶温度或更高并随后淬火的方法。在这种情况下，由于淬火，冷轧薄钢板在淬火之后发生翘曲，导致出现平整度问题。
此外，特开2000-109957公开了使用不锈钢薄板的例子。但是，不锈钢价格高，不经济。
然而，由于使用芳族聚酰胺纤维或石墨或覆盖橡胶覆层材料的不锈钢时，要求与其他材料复合制造，因此，它们涉及成本提高的问题。
图3是一个横截面示意图，其说明的是在要求弹性能的弹簧应用场合和要求加工性的制造应用场合使用衬垫材料。如图3所示，位于汽缸43与汽缸盖44之间的衬垫材料41被加工成具有凸边部分42，以改善密封性。相应地，要求弹性能的衬垫材料41的特性包括凸边的加工性和弹性。从冶金学角度考虑，凸边的加工性和弹性是相互对立的两种性能。
一般地，为了改善加工性，优选将钢材料软化，而为了改善弹性，则优选将钢材料硬化。
因此，本发明的一个目的是提供一种气密性能优异的衬垫材料用冷轧薄钢板，该冷轧薄钢板成本低廉，同时，在加工性和弹性之间具有良好的平衡，并且还提供一种制备该冷轧薄钢板的方法。
此外，本发明的另一个目的是提供一种衬垫材料，该衬垫材料具有特别优异的弹性，所述弹性不仅能够满足汽缸开口的密封性要求，而且也能够满足各种开口例如冷却水开口、润滑剂开口和螺栓孔的密封要求，此外，该衬垫材料还能够获得具有优选弹性的良好密封性能。
发明公开为了达到上述目的，一种根据权利要求1的衬垫材料用冷轧薄钢板的特征在于其含有(以重量百分数计)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。基于此，本发明的衬垫材料用冷轧薄钢板成本低廉，并且，在凸边加工性和弹性之间实现良好平衡，并具有优异气密性能。此外，根据本发明的衬垫材料用冷轧薄钢板成本低廉，并且具有弯曲程度可达180°的优异可弯曲性并具有气密性能。
根据权利要求2的衬垫材料用冷轧薄钢板制备方法的特征在于热轧连铸件、酸洗、实施压下量为50-90％的冷轧，所述铸件含有(以重量百分数计)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
根据权利要求3的衬垫材料用冷轧薄钢板制备方法的特征在于热轧连铸件、酸洗、实施压下量为50-90％的冷轧，并且还进行表面镀覆Zn或Ni，所述铸件含有(以重量百分数计)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
根据权利要求4的衬垫材料用冷轧薄钢板制备方法的特征在于热轧连铸件、酸洗、实施压下量为50-90％的冷轧、在630-870℃或更高温度下连续退火或者在500-750℃或更高温度下分批退火，并且，随后实施压下量为30％或更高的二次轧制，所述铸件含有(以重量百分数计)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
根据权利要求5的衬垫材料用冷轧薄钢板制备方法的特征在于热轧连铸件、酸洗、实施压下量为50-90％的冷轧、在630-870℃或更高温度下连续退火或者在500-750℃或更高温度下分批退火，并且，随后实施压下量为7％或更低的二次轧制，所述铸件含有(以重量百分数计)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
根据权利要求6的衬垫材料用冷轧薄钢板制备方法的特征在于热轧连铸件、酸洗、实施压下量为50-90％的冷轧、在630-870℃或更高温度下连续退火或者在500-750℃或更高温度下分批退火，随后实施压下量为30％或更高的二次轧制，此外，进行表面镀覆Zn或Ni，所述铸件含有(以重量百分数计)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
根据权利要求7的衬垫材料用冷轧薄钢板制备方法的特征在于热轧连铸件、酸洗、实施压下量为50-90％的冷轧、在630-870℃或更高温度下连续退火或者在500-750℃或更高温度下分批退火，随后实施压下量为7％或更低的二次轧制，此外，在表面镀覆Zn或Ni，所述铸件含有(以重量百分数计)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
在本发明中，根据权利要求2-4和6，能够制备出一种衬垫材料用冷轧薄钢板，所述衬垫材料价格低廉，并且具有优异气密性能和在凸边加工性和弹性之间实现良好平衡。
根据权利要求2，3，5和7的本发明，能够制备出一种衬垫材料用冷轧薄钢板，所述衬垫材料价格低廉，并且具有可弯曲性能优异的气密性能。
通过使用根据权利要求1的衬垫材料用冷轧薄钢板，制备出根据权利要求8的衬垫材料。
通过使用根据权利要求2-7中之任何一项的衬垫材料用冷轧薄钢板，制备出根据权利要求9的衬垫材料。
结果，本发明的衬垫材料从弹性角度考虑特别优选，所述弹性对于能够满足汽缸开口的密封要求是必要的，而且也能够满足各种开口例如冷却水开口、润滑剂开口和螺栓孔的密封要求，此外，该衬垫材料能够提供具有良好弹性的密封性能。
必要的是，衬垫材料具有根据JIS No.5试件的1000MPa或更高，优选1200MPa或更高的抗拉强度(抗拉强度此后称作“T.S.”)。此外，为了制造如上所述的凸边部分，必要的是衬垫材料具有3％或更高，优选5％或更高的延伸率(总延伸率此后称作“T.EL.”)。
而且，除要求弹性的弹簧应用场合之外，衬垫材料也包括如图4所示要求弯曲制造的制造应用场合。在这种情况下，要求根据JIS No.5试件的T.S.强度为500MPa或更高，优选600MPa或更高，并且要求T.EL.值为15％或更高，优选20％或更高。
附图简述

图1是展示衬垫加工性评价方法的示意图。图2是展示评价弹性的实验方法的示意图。图3是展示衬垫材料在弹簧场合应用模式的横截面示意图。图4是展示衬垫材料在弯曲制造场合应用模式的横截面示意图。
实施本发明的最佳模式将详细介绍本发明的优选实施方案。
作为初始板材的衬垫材料用冷轧薄钢板的钢组分根据本发明的衬垫材料用冷轧薄钢板中的钢组分包含(以重量百分数计)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
C优选为0.08％(重量)或更高，以便使衬垫材料用冷轧薄钢板具有高度细化的组织。另一方面，当组分C高于0.60％(重量)时，碳化物析出量增加，损害衬垫材料用冷轧薄钢板的加工性，而且同时，会降低生产率，例如增加冷轧载荷、损害形状、阻碍薄板通过连续退火步骤等。因此，本发明中组分C的上限被确定为0.60％(重量)。
Mn是一种对于防止在热轧期间发生杂质S引起的红热脆化是必须的，而且同时同所述C一样使衬垫材料用冷轧薄钢板具有高度细化组织，因此，将Mn组分确定为0.5％(重量)或更高。然而，还同C一样，如果过量，则会降低生产率，例如增加冷轧载荷、板坯轧制期间出现开裂、损害形状、阻碍薄板通过连续退火步骤等，故其上限被确定为3.0％(重量)。
P是一种晶粒细化组分，而且还能够改善衬垫用冷轧薄钢板的强度，因此，将其按照预定比例添加。但是，P会损害耐腐蚀性。对于本发明的应用场合而言，当P超过0.06％(重量)时，耐腐蚀性，特别是点蚀抗力显著下降，故其上限被确定为0.06％(重量)。
S是一种在热轧期间引起红热脆化的杂质组分，要求其含量尽可能低。然而，由于来自于铁矿石等的夹杂不可能完全避免，而且在此期间脱硫困难，因此，会不可避免地存在某种程度的S。由于少量残余S引起的红热脆化可以采用Mn加以缓解，因此，将S的上限确定为0.06％(重量)。
Al在炼钢时作为脱氧剂添加至钢液中。但是，如果其量为0.10％(重量)或更高，则过量的Al与连续铸造期间的氧化抑制剂和连铸中用作铸模过热抑制剂的铸模粉末中的氧反应，从而损害预定的粉末效应。因此，将Al量控制为0.10％(重量)或更低。
同C和Mn一样，N使衬垫用冷轧薄钢板具有高度细化的组织。尽管它是一种改善屈服应力的必需组分，但是，从炼钢角度看，将其含量减小至低于0.01％(重量)很难。另一方面，添加量超过0.0150％(重量)时，会因炼钢期间铁的氮化物收率不足，显著降低稳定性，而且，还会显著损害压模期间的各向异性。此外，由于这会引起连铸件表面出现裂纹，形成铸造缺陷，因此，本发明中将N组分的范围确定为0.001-0.0150％(重量)。更优选确定为0.0021-0.0150％(重量)。
Si提供本发明的主要特征。Si在钢中具有显著的固溶强化性能，并且是一种有效获得弹性能的元素。因此，要求其含量为1.0％(重量)或更高。此外，尽管从强化材料的角度考虑优选更高的含量，但由于当含量超过3.0％(重量)时会增加冷轧载荷和损害形状，故将上限确定为3.0％(重量)。
热轧本发明中未规定钢件在热轧步骤的加热温度，但是，从N的有利分解和固溶以及稳定确保热轧终了温度的角度考虑，优选热轧温度为1100℃或更高。由于当热轧终了温度低于Ar3点时，热轧薄钢板的晶体组织为混晶且发生晶粒长大，不能获得预期的强度，因此，优选热轧终了温度为Ar3点或更高。卷曲温度定为450-650℃。当考虑卷材热轧期间横向与纵向的尺寸稳定性时，确定450℃为下限。此外，当卷曲温度高于650℃时，由于在热轧和连续退火期间晶粒尺寸长大导致在制造衬垫凸边期间发生失效，故优选卷曲温度为650℃或更低。
对具有上述组分体系的热轧态薄钢板进行冷轧。冷轧压下量在本发明中同组分一起均是一个重要的强度因素，而且，为了获得预期的强度，冷轧压下量为50-90％。
如上所述，对已采用50-90％压下量冷轧的材料在清洗步骤进行脱脂处理，然后，在630-870℃或更高，优选680-870℃下进行连续退火。另一种方法是，在500-750℃，或者优选600-750℃下进行分批退火。退火时间可以在使材料发生再结晶的范围内。
在弹簧应用场合，为引入应变，二次冷轧压下量为30％或更高，优选60％或更高。随后，任选通过平整轧制形成表面粗糙度。
另一方面，在要求优异弯曲性能的制造应用场合，在退火之后，实施压下量为7％或更小的二次轧制或平整轧制。随后，任选通过平整形成表面粗糙度。
结果，如上所述制备的根据本发明的衬垫材料用冷轧薄钢板包括薄板类和卷材类薄钢板、钢箔材或者通过对上述薄钢板实施表面处理获得的产品。特别是，从耐腐蚀性角度考虑，具有包括下层为金属铬而上层为铬的水合氧化物的双层结构的电解铬酸盐处理的薄钢板、或者极薄镀锡层的薄钢板、镀镍薄钢板、镀锌薄钢板，以及通过对上述镀覆薄钢板采用铬的水合氧化物进行表面处理或者进行具有包括下层为金属铬而上层为铬的水合氧化物的双层结构的表面处理而获得的产品在耐蚀性方面均非常优异。
实施例对于本发明的实施例和对照例而言，它们的钢组分和制造条件如压下量均列于表1中，而它们性能的评价结果如表2所示。
关于表1和表2，试样1-10作为实施例可以用于具有高强度和高弹性的弹簧场合，而试样11-13可以用于具有优异可弯曲性的制造场合。表2中，用于弹簧场合的试样1-10在弹簧评价和凸边制造列中采用符号“○”表示，意味着上述两种性能良好，而可弯曲性采用“×”表示，意味着试样不适用。此外，用于制造场合的试样11-13在弹性能一列中用符号“×”表示，意味着不适合用于弹簧场合，但它们在弯曲制造成型性一列中采用“○”表示，表现出良好的可弯曲性能。
另一方面，作为对照例的试样14-31不满足弹性或凸边加工成型性，因此，不能应用于弹簧场合(表2中弹性或凸边加工成型性列用符号“×”表示)。而且，各个试样的可弯曲性很差，用“×”表示。
表1钢组分、轧制压下量和退火条件

表2性能评价结果

弹性和凸边加工成型性的评价对本发明的衬垫的凸边加工成型性和弹性进行了下述评价。首先，将薄钢板压制成如图1所示的横截面形状(制造凸缘状的凸边沟槽)，形成宽w、高t的凸边部分。在制造凸边期间，凸边部分未产生裂纹时记为“○”，并且评价为令人满意，而产生裂纹时，则判断凸边加工成型性不合格，并且评价为“×”。
图2示出了作为一种评价弹性实验方法的压缩试验步骤。图2中，(a)示出的是已加工的凸边部分在压缩之前的状态，(b)示出的是施加压缩载荷的状态，(c)示出的是去除压缩载荷的状态。
如图2所示，采用压缩试验机将压缩载荷自上方施加至凸边部分。在去除载荷之后，回复量(T1)超过压缩量(T)的40％时被认为弹性是令人满意的，并且采用“○”表示。另一方面，回复量(T1)为40％或更低时则判断为弹性不合格，用“×”表示。
可弯曲性能的评价通过在OT(薄板未置于弯曲部分)处对试样进行180°弯曲加工来评价可弯曲性能，并且其优劣根据试样中是否出现裂纹来评价。产生裂纹时记为“×”，并且评价为不合格。相反，未产生裂纹时记为“○”，并且评价为令人满意。从可弯曲性角度考虑，延伸率为15％或更高的试样较好。
工业应用性由于对根据本发明的衬垫材料用冷轧薄钢板及其制备方法进行了如前所述的设定和实践，所以，能够获得一种衬垫材料用冷轧薄钢板，所述衬垫材料价格低廉，并且在凸边加工性和弹性之间实现良好平衡并具有优异气密性能。
通过稍微改变生产方法，根据本发明的衬垫材料具有优异的气密性能，不仅对于弹簧应用场合其加工性与弹性之间具有良好的平衡，而且，对于加工制造场合，还具有优异的OT可弯曲性能。
此外，实施表面处理的衬垫材料甚至暴露在高温环境时，也表现出优异的耐腐蚀性和长时间的气密性能。此外，根据本发明的衬垫材料在弹簧应用场合具有汽缸开口密封性所要求的特别优选的弹性能，而且也能够适合用于各种类型的开口，例如冷却水开口、润滑剂开口和螺栓孔。对于加工制造场合，虽然所述衬垫材料不适合用于弹簧场合，但是它也能够适合用于各种类型的开口，例如冷却水开口、润滑剂开口和螺栓孔。
权利要求
1.一种衬垫材料用冷轧薄钢板，其特征在于含有，以重量百分数计，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
2.一种衬垫材料用冷轧薄钢板的制备方法，其特征在于热轧连铸件、酸洗、实施压下量为50-90％的冷轧，所述铸件含有，以重量百分数计，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
3.一种衬垫材料用冷轧薄钢板制备方法，其特征在于热轧连铸件、酸洗、实施压下量为50-90％的冷轧，并且还在表面镀覆Zn或Ni，所述铸件含有，以重量百分数计，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
4.一种衬垫材料用冷轧薄钢板制备方法，其特征在于热轧连铸件、酸洗、实施压下量为50-90％的冷轧、在630-870℃或更高温度下连续退火或者在500-750℃或更高温度下分批退火，并且，随后实施压下量为30％或更高的二次轧制，所述铸件含有，以重量百分数计，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
5.一种衬垫材料用冷轧薄钢板制备方法，其特征在于热轧连铸件、酸洗、实施压下量为50-90％的冷轧、在630-870℃或更高温度下连续退火或者在500-750℃或更高温度下分批退火，并且，随后实施压下量为7％或更低的二次轧制，所述铸件含有，以重量百分数计，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
6.一种衬垫材料用冷轧薄钢板制备方法，其特征在于热轧连铸件、酸洗、实施压下量为50-90％的冷轧、在630-870℃或更高温度下连续退火或者在500-750℃或更高温度下分批退火，随后实施压下量为30％或更高的二次轧制，此外，在表面镀覆Zn或Ni，所述铸件含有，以重量百分数计，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
7.一种衬垫材料用冷轧薄钢板制备方法，其特征在于热轧连铸件、酸洗、实施压下量为50-90％的冷轧、在630-870℃或更高温度下连续退火或者在500-750℃或更高温度下分批退火，随后实施压下量为7％或更低的二次轧制，此外，在表面镀覆Zn或Ni，所述铸件含有，以重量百分数计，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者为Fe和不可避免的杂质。
8.通过使用根据权利要求1的衬垫材料用冷轧薄钢板制备的衬垫材料。
9.通过使用根据权利要求2-7中之任何一项的衬垫材料用冷轧薄钢板制备的衬垫材料。
全文摘要
一种衬垫材料用冷轧薄钢板，其特征在于其化学组成为(以重量百分数计)C0.08－0.60％，Si1.0－3.0％，Mn0.5－3.0％，P≤0.06％，S≤0.06％，Al≤0.1％，N0.0010－0.0150％，余者为Fe和不可≤避免的杂质，以及一种制备薄钢板的方法。该衬垫材料用冷轧薄钢板能够在凸边成型性与弹性之间实现良好的平衡，同时还具有优异的气密性能，而且，能够低成本生产，因此，能够用来制备适合在例如冷却水和润滑油的开口处以及螺栓孔使用的衬垫。
文档编号C21D9/46GK1717504SQ200380104388
公开日2006年1月4日 申请日期2003年10月10日 优先权日2002年11月29日
发明者上田利行, 伊藤博康, 大井聪史, 青木晋一 申请人:东洋钢钣株式会社