专利名称：汽车保险带弹簧片用钢带及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造汽车保险带弹簧片的钢带及其生产方法。
背景技术：
过去汽车保险带弹簧片用钢带的加工大多使用特制合金，以达到所需要的材料的物理性能。例如，JP3032395B2公开了一种用于汽车保险带卷收弹簧的高强度不锈钢带，成分及其百分比重量为C0.03-0.20％、Si3.0-5.0％、Mn2.0-5.0％、Cr11-17％、Ni5-8％、N0.03-0.20％，其余为铁；具有相对稳定的奥氏体金相结构；冷轧后材质的性能为硬度Hv 560、拉伸强度1656.2N/mm2。
捷克斯洛伐克专利CS250904公开了一种汽车保险带弹簧片用钢带及其生产方法，钢带的成分及其百分比重量为C0.55-0.90％、Mn0.2-0.8％、Si≤0.5％、S≤0.05％、P≤0.04％、Cr≤1％、Ni≤1％，其余为铁。生产方法为将钢带进行喷丸处理，轧制到1.9mm厚度，720℃软化退火1.5小时，然后冷却到570℃；在H2SO4-HCl浴中酸洗，碾压到0.9mm厚度；660℃下重结晶退火1小时，碾压到0.4mm厚度；660℃下重结晶退火1小时，剪成宽度60mm，碾压成厚度0.28mm的钢带；820℃下奥氏体化；油淬火至60℃；390℃下调质并切割。以该钢带制得的弹簧可以经受50000卷绕-解开周期。
以上汽车保险带弹簧片用钢带产品，需采用特殊的原材料加工、成本较高，所得到的指标亦不是特别突出，因此在实际生产中存在一定局限性，不易推广。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以廉价制造的汽车保险带弹簧片用不锈钢钢带，它具备汽车标准件所要求的物理化学性能，厚度控制为0.24mm，厚度公差控制在±0.002mm，产品淬火前硬度达到550Hv±20，拉伸强度达到1800N/mm2以上。
本发明不需要对钢种进行特别冶炼，而是仅仅通过改变标准不锈钢SUS301中Cr的添加量，且主要是通过后期的加工硬化来达到所需的物理性能，具有简单经济的特点。同时通过特别的压延工艺可以得到良好的厚度、板型和表面质量。
本发明提供的汽车保险带弹簧片用钢带，其成分及百分比重量如下C≤0.15％，Mn≤2.00％，Si≤1.00％，P≤0.045％，S≤0.030％，Ni6.00～8.00％，Cr16.00～17.00％，其余为铁和不可避免的杂质。
本发明所述的冷轧钢带，成品后具有0.24mm的厚度，厚度公差控制在±0.002mm。
钢带的成分控制是至关重要的。限制Cr16.00～17.00％的目的是为了使碳能更多地融入奥氏体当中。压延过程中采用非常大的压下量，使材料发热，具备了奥氏体向马氏体转变的能量条件，对钢带成分的控制使马氏体转变数量在有利的范围内。压延完成后，经过特定的近似快速冷却，在材料中形成了均匀分布的少量马氏体。
有利地，选用奥氏体不锈钢SUS301作为生产钢种。它的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性，其抗拉强度、屈服强度和硬度，随着温度降低而提高，塑性则随着温度降低而减小；其抗拉强度在温度15～80℃范围内是增长较为均匀的；更重要的是，随着温度的降低，其冲击韧度减少缓慢，并不存在脆性转变温度，所以其在低温时能保持足够的塑性和弹性。
但是，单纯的奥氏体不锈钢并不能通过组织上的变化来得到超常的物理性能。如果需要超高的硬度，则需引入马氏体。奥氏体如果以极大的冷却速度过冷到230℃以下，碳原子无法扩散，奥氏体将直接转变为含碳过饱和的α固溶体，也就是马氏体。而所需要的汽车保险带弹簧不能直接使用奥氏体-马氏体不锈钢，这是基于材料的综合性能考虑。因此本发明对奥氏体不锈钢SUS301中的Cr含量进行微调，使其含量在16.00～17.00％，优选16.5％，从而形成具有独创性的16.5CrSUS301不锈钢。这样可以保证材料在具有塑性和弹性的同时也具有汽车保险带弹簧所需要的超强硬度。
碳在奥氏体不锈钢中具有两重性，一方面碳是形成稳定奥氏体的元素，并且作用很大，大约是Ni的30倍，另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成了一系列复杂的碳化物。从强度和耐腐蚀性能两方面看，其作用是互相矛盾的。在保持原始碳含量不变的情况下(不锈钢冶炼限制)，Cr含量的降低使碳能更多融入奥氏体当中，在压延过程中采用非常大的压下量，使材料发热，具备了奥氏体向马氏体转变的能量条件，压延完成后，经过特定的近似快速冷却，在材料中形成了均匀分布的少量马氏体，这对汽车保险带弹簧所需要的硬度是具有决定性的，多次压延后，其数量会逐渐增多。
这种组织与奥氏体-马氏体不锈钢截然不同，主要体现在马氏体数量和其在材料中的分布状况，材料在具有和奥氏体不锈钢一样的韧性和弹性之后，又具有了杰出的硬度。
本发明提供的汽车保险带弹簧片用钢带的制造方法包括以下操作步骤(1)原材料钢带压延；(2)钢带中间压延；(3)钢带切边；(4)中间压延；(5)成品板型控制及调质压延。
原材料钢带压延的压下率为41～43％，钢带中间压延的压下率为30～32％，中间压延的压下率为39～41％，调质压延的压下率为1.1～1.3％。
所述的压延过程是通过厚度自动控制系统(AGC)进行的，使厚度精度可以达到很高的水平。压延工作采用全程精密电流衡量控制，通过对辊缝间隙中电流强度的精确测量，换算出轧机实际压下的力，规范量化作业中的操作；压延工作时采用实时反馈的厚度测量系统，保证厚度测量和反馈的精度可以达到±0.001mm；压延过程中润滑油的温度控制在20～42℃。
所述的实时反馈的厚度测量系统，系在轧机上安装使用微电探头端子，在钢带上延长度方向即时测量，通过微电的量化反映出材料的厚度波动，厚度测量和反馈的精度可以达到±0.001mm；测量结果以指针方式反馈给作业者，作业者据此对厚度进行调整。这样的测量方法快速准确，同时使用变频器来保证控制的快速和准确。以此保证本发明的产品厚度公差可以控制在±0.002mm以内。而国内即使普通碳钢同等厚度产品，厚度公差也只能控制在±0.015左右。高厚度精度对于汽车保险带弹簧是非常重要的，它可以保证弹簧每一点的受力均匀，而不存在应力集中的问题，以此保证其安全可靠性能。
除此以外，还需要解决高硬度轧制下轧辊的高磨损的问题。轧辊的磨损不仅对产品的厚度精度控制是致命的，更会在材料表面形成各种伤痕。此种伤痕就算无手感，对于不锈钢材料也是不能接受的，更不能应用于汽车保险带弹簧的制作。发明中使用的轧制不锈钢的轧辊长期以来都是由日本总公司和日立公司联合特制的超硬特种轧辊，保证轧辊有超强的表面硬度和抗弯度，同时制定了长期经验得出的轧辊更换制度，确保成品材料的厚度精度控制和表面的光洁度，甚至在经过后期处理后可以达到亮面的标准。
材料的板形也非常重要。对于奥氏体不锈钢来说，为获得适当的加工硬化，高压下率是必要的，但同时这也会造成板形难以控制，每一道次的压力P和板厚H基本上应该落在压延力图(图1)中斜直线的附近才能保持均匀变形，这在奥氏体不锈钢的轧制中是难以做到的，在高压下的情况下，温度越高，张力越大，对不均匀变形的自我补偿能力愈强，因此我们的轧制很少受到传统轧制理论的限制，而仅仅保证在阴影部分内，这样可以在保证板型的基础上，达到压延中加工硬化的目的。
另一个控制要点是对辊缝形状的控制，影响辊缝形状的主要因素有1.轧辊的不均匀热膨胀，一般来说辊身中部的温度高于边部，传动侧温度稍低于作业侧温度；2.轧辊的弹性变形，包括弹性轧辊的弹性弯曲和弹性压扁，量化用弯曲挠度表示，其由弯矩所引起的挠度和切力所引起的挠度两部分组成。
针对以上问题，采用对轧辊冷却矿物油的供量和分布进行长度上的分段控制来调节，同时利用液压缸施加压力使支持辊产生附加弯曲，以补偿由于轧制压力和轧辊温度等工艺因素的变化而产生的辊缝形状的变化。此外，在不同的轧制阶段会使用不同辊型的轧辊，而这些辊型是通过对生产过程中热凸度和挠度的长期总结归纳后，制定凸度曲线而设计生产的。由此可以保证材料优良的板形。
在保证以上基本技术要求的同时，轧制现场也会针对不同的气候条件作相应的调整。季节性的变化会导致材料最终轧制温度和冷却速度不一致，因此有必要在冬季和夏季采用不同的轧制和温度控制程序，并选用不同种类和数量的压延油。
经过以上的工艺和技术要点，可以生产出符合汽车厂商要求的汽车用保险带弹簧冷轧钢带带材为在奥氏体化不锈钢基体上均匀分布着少量马氏体，硬度达到550Hv±20，拉伸强度达到1800N/mm2以上，厚度公差则可以控制在0.240±0.002，表面光洁，无可见的瑕疵。
图1是板形与压力及板厚的关系图。
其中，H代表板厚；P代表压力；Kr代表轧辊刚度系数；Yt代表热凸度；W代表代表原始辊型凸度值；β是指压延线与水平的夹角，tanβ代表板凸度，用来控制板型。对于板凸度、板厚、轧辊刚度系数而言，存在这样的关系tanβ＝KrΔ/H。
粗略轧制时，Pi与Hi落在阴影内；精轧时，Pi与Hi应当收敛到直线上。不同的钢种，理论的β是不同的。
具体实施例方式
为原材料我们和日本川崎制铁工业株式会社联合开发的SUS301钢带，厚度为1.0mm，化学成分为C≤0.15％，Mn≤2.00％，Si≤1.00％，P≤0.045％，S≤0.030％，Ni6.00～8.00％，Cr16.00～17.00％；其余为铁和不可避免的杂质。
经过原材料钢带压延，钢带中间压延，钢带切边，中间压延过程，成品板型控制及调质压延等工序后得到我们所需要的精确厚度和良好板型的0.24mm厚度的钢带，其宽度在128mm左右，有效宽度达到98％。具体条件如下原材料钢带压延压延最终厚度0.58mm±0.030mm压延次数5压延油温20～42℃压延电流40A以内钢带中间压延压延最终厚度0.40mm±0.015mm压延次数3压延油温20～42℃压延电流40A以内钢带切边切断前宽幅138mm切断后宽幅134mm±1.0mm电压5～10V张力14～35A中间压延过程
压延最终厚度0.243mm±0.008mm压延次数5压延油温20～42℃压延电流50A以内成品板型控制及调质压延。
压延最终厚度0.240mm±0.005mm压延PASS数2压延油温20～42℃压延电流50A以内通过上述条件，我们获得了所需要的高硬度，高拉伸强度，板型良好的汽车保险带弹簧用钢带。产品硬度达到550Hv±20，拉伸强度达到1800N/mm2以上，厚度公差则可以控制在0.240±0.005。其品质可与国外如德国，美国等国家的产品相同，但其价格低廉，采购周期大大缩短，可以完全替代同类进口产品。
权利要求
1.一种冷轧的钢带，用于继续加工成汽车保险带用弹簧片，其特征在于具有下列成分及百分比重量C≤0.15％，Mn≤2.00％，Si≤1.00％，P≤0.045％，S≤0.030％，Ni6.00～8.00％，Cr16.00～17.00％，其余为铁和不可避免的杂质；具有0.24mm的带厚，厚度公差控制在±0.002mm。
2.实现权利要求1所述的钢带的方法，其特征在于，包括以下操作步骤—原材料钢带压延；—钢带中间压延；—钢带切边；—中间压延；—成品板型控制及调质压延。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，原材料钢带压延的压下率为41～43％，钢带中间压延的压下率为30～32％，中间压延的压下率为39～41％，调质压延的压下率为1.1～1.3％。
4.按照权利要求2～3所述的方法，其特征在于，压延工作采用全程精密电流衡量控制，通过对辊缝间隙中电流强度的精确测量，换算出轧机实际压下的力，规范量化作业中的操作。
5.按照权利要求2～4所述的方法，其特征在于，压延工作时采用实时反馈的厚度测量系统，保证厚度测量和反馈的精度可以达到±0.001mm。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，使用微电探头端子，在钢带上延长度方向即时测量，通过微电的量化反映出材料的厚度波动，作业人员及时做出调整，经过多次压延，保证产品的厚度公差。
7.按照权利要求2～6所述的方法，其特征在于，压延过程中润滑油的温度控制在20～42℃。
8.按照权利要求2～7所述的方法，其特征在于，最终获得的冷轧钢带材料在奥氏体化不锈钢基体上均匀分布着少量马氏体，硬度达到550Hv±20，拉伸强度达到1800N/mm2以上。
全文摘要
本发明提供了一种冷轧的钢带，用于继续加工成汽车保险带用弹簧片，该钢带具有下列成分及百分比重量C≤0.15％、Mn≤2.00％、Si≤1.00％、P≤0.045％、S≤0.030％、Ni6.00～8.00％、Cr16.00～17.00％，其余为铁和不可避免的杂质；具有0.24mm的带厚，厚度公差控制在±0.002mm。还提供了这种冷轧钢带的制造方法，包括以下操作步骤原材料钢带压延、钢带中间压延、钢带切边、中间压延、成品板型控制及调质压延。最终获得的冷轧钢带材料为在奥氏体化不锈钢基体上均匀分布着少量马氏体，硬度达到550Hv±20，拉伸强度达到1800N/mm
文档编号C21D8/02GK1772940SQ20051011046
公开日2006年5月17日 申请日期2005年11月17日 优先权日2005年11月17日
发明者贺原, 洪玮, 刘睿华 申请人:上海隆兴特钢有限公司