一种精密冲压用热轧钢板及其制造方法

专利名称：一种精密冲压用热轧钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种钢铁材料特别是精密冲压用热轧钢板及其制造方法。
背景技术：
热轧带钢主要通过热连轧机组生产，经过球化退火后，强度和塑性得到良好匹 配，广泛应用于精冲行业，制造汽车、摩托车、电动自行车、拖拉机、五金、家电、开 关电器、缝纫机、照相机、钟表、仪器仪表、通讯电子等精密零件。传统精密零件的加 工方法工序多、精度差，一般由普冲、机加工、锻造、铸造和粉末冶金加工来完成。采 用精冲工艺后，一个工序就可完成整个零件的制造，具有极大的技术优势和经济效益。 然而，精冲对材料的内质要求严格，精冲用钢一般都为低碳钢，为了达到良好的精冲性 能，要求钢板有较低的强度和高的塑性。一味的降低强度，往往满足不了最终产品的性 能要求，所以精冲材料的开发成为普及精冲技术的关键。现在有关精冲材料的开发已形成了多项专利，通过对关键词“precision blanking(精密冲压)+steeK钢)”进行检索，结果发现精密冲压用热轧钢板的制造方法的 专利主要集中在日本。下面结合表1从冶金生产的合金设计和工艺控制方面对相关或相 近的专利进行比较，具体分析如下JP2004052069公开了一种具有优良冲压性能的热轧钢板，该钢板能够抑制冲压 过程中撕裂面的发生，从而提高剪切面的精度。钢种在成分设计上采用了低碳，碳含量 为0.05 0.12%，Mn>0.3%,必要时添加Si 0.05 0.2%。而本发明的成分设计采用 中低碳成分，碳含量为0.05 0.30%，Mn 0.50 ~ 1.50%, Si <0.50%,因此与引用专 利的内容有明显差异。JP2004137607公开了一种高强度热轧钢板，这种钢板经过精冲后，具有极好 的尺寸精度和高硬度的光滑剪切面，适用于不同机器零件和汽车零件的制造。钢板的 抗拉强度2 490MPa，延伸率^ 10%，钢种的成分设计采用低碳低合金，CS0.10%， Si<0.01%, Mn<1.5%, Al<0.20%,还有Ti和Nb，其成分范围为(Ti+Nb)/2 = 0.05 0.50%, S<0.005%, NS0.005，0<0.004%,其中 S+N+0 S 0.0100%。而本发明碳含 量范围不同，碳含量设计为0.05 0.30% ；合金化元素也不同，本发明采用Cr、Ni、B 等元素，合金化思路有明显差别。JP59076861A公开了一种精冲用钢，适合短时加热加工和硬化，主要元素有C 0.08 — 0.19%, Si<0.5%, Mn: 0.7 1.5%，Cr: 0.05 — 0.8%, B 0.0005 0.005%， Al S 0.08%以及Ti ^ 0.05%，制造工艺包括加热到奥氏体化温度1100 1350°C，在 800 950°C轧制，530 690°C卷取。JP03018403A公开了一种采用特定成分和热轧工艺下生产的一种钢板，该钢板 具有成型性能和硬化性能良好结合的特点，适合于精密冲压。设计的化学成分为C: 0.10 ~ 0.19%, Si <0.50%, Mn 0.70 ~ 1.50%, Cr 0.05 ~ 0.80%, B 0.0005 0.005%以及Al ^ 0.08%，采用的工艺为在800 950°C奥氏体区域轧制，500 690°C卷取。由于得到的钢板具有低屈服强度和高的低应变面积值，使得钢板具有兼备铸造、膨 胀等良好的成型性能。同时，在这种制造方法下，采用短时加热方法还可得到具有硬化 的结构。而本发明中，碳、锰、铬元素申请的范围有所不同，B元素也不是必须添加元素。JP08176726A公开了一种高碳热轧钢板的制造方法，其目的是极大程度地提高 淬火性能、韧性、冷成型性能，以及精密冲压的性能。为此该钢种的成分设计为C: 0.2 ~ 1.3%, Si: 0.1 ~ 1.0%, Mn: 0.05 ~ 2.0%, Al: 0.01 ~ 0.2%, S<0.05%, P S 0.05%以及N S 0.05%。钢板的结构由上下表面沿厚度方向1/10到1/4部位的铁素体 区域组成，该区域由均勻弥散分布的细小碳化物和球化碳化物组成，球化率达到90%以 上且粒状尺寸小于0.05 μ m，其他区域则是珠光体组织结构。本发明与上述专利相比，碳 的设计范围，钢板的组织状态都有较大的区别。JP10265853A公开了一种高碳热轧钢板的制造方法，对高碳热轧钢板进行了球 化退火，得到了特定的碳化物区域率和球化率。设计的高碳钢的碳含量大于0.3%，热轧 后进行卷取工艺，在球化退火前进行除磷，得到的钢板具有90%以上的球化率，经过光 整后，钢板具有良好的精冲性能。本发明与对比专利相比，碳含量设计差别明显。JP2000248330公开了一种良好精冲性能，快速热处理性能以及抗疲劳性能的低 合金钢板。化学成分为C 0.15 — 0.50%, Si<0.30%, Mn: 0.3—1.0%, P<0.03%, S<0.01%, Ti: 0.01—0.15%, B 0.0005 0.0050%，N<0.01%, Al: 0.02 — 0.10%, Cr 0-0.5%,且P和B的含量满足以下关系P]S6X[% B]+0.005。分布在钢中 的粒状碳化物平均尺寸为0.4 1.0 μ m，球化率大于90%。此外，钢板表面的粗糙度 Ra<5um0与对比专利相比，本发明的最大区别在于合金化思路不同，本发明添加的Ni 元素使整个成分体系下都能得到良好的韧性。此外，对比专利必须添加Ti、B元素，而 本发明中Ti、B作为选择性添加元素，且总量满足Ni+Ti+BS0.50，使材料整体的合金元 素含量减少，成本更具优势。JP58104160A公开了一种精冲用钢，其成分为C 0.06 0.18 %，Si: <0.40%, Mn: 0.60 ~ 1.20%, Cr <0.08%, B 0.0005 0.005%，Al: <0.080%,本
发明与对比专利相比，其合金化思路有所不同。JP03047922A公开了一种钢板，其中碳含量为0.2 0.5%，为了得到均勻分布的 碳化物，采取了复杂的轧制工艺。而本发明的轧制工艺简单，操作方便。JP08295985A公开了一种抗拉强度大于440N/mm2适宜精冲的高强钢板，钢板的 化学成分和组织状态与本发明有较大区别。

发明内容
本发明的目的在于提出一种新型的精密冲压用热轧钢板，该钢板不仅易于精 冲，而且能够获得强度和韧性之间的良好匹配。本发明还提供一种精密冲压用热轧钢板的制造方法。通过特定的合金配方，辅 以适当的加工工艺，经过粗轧轧机和7机架连轧机组上的轧制卷取工艺，生产的热轧钢 板的强度和组织满足要求，经过球化退火后，球化率295%，适宜在精冲设备上制造各种 精密零件。
根据本发明的精密冲压用热轧钢板，其化学成分质量百分比为C: 0.05 0.30 ； Si < 0.50 ； Mn 0.50 1.50 ； P < 0.02 ； S < 0.01 ； Cr 0.05 1.50 ； Ni 0.02 0.50 ； Alt < 0.04，其余为铁和不可避免的杂质，所述热轧钢板还包括Ti和B中 的一种或两种，其中 Ti <0.05 ； B 0.0005 0.010，且 Ni+Ti+B S 0.50。以下是本发明的精密冲压用热轧钢板的各化学成分的作用及其具体说明C:碳是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化对提高钢 的强度有明显作用，但是提高C含量对钢的塑性、韧性和焊接性有负面影响。精冲钢对 渗碳体的形状和球化率有严格要求，C含量超过0.35%将对精冲带来不利影响，所以C含 量不能过高。本发明钢中设计碳的控制范围为0.05 0.30%，主要是基于钢的强韧性匹 配和球化效果考虑。Si:硅对过冷奥氏体的稳定性影响不大。硅在钢中起固溶强化作用，并且含量 较多时能抑制碳化物的析出，提高韧性。钢中加硅能提高钢质纯净度和起脱氧作用。Mn锰是弱碳化物形成元素，能提高奥氏体稳定性并降低奥氏体相变温度，在 钢中主要起固溶强化作用，有利于提高奥氏体转变组织强度。钢中的锰易于和硫结合形 成MnS，从而避免钢中出现低温相FeS，防止热轧过程中出现热裂现象。S:硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，在轧制过程中沿着轧制方向拉 伸变形，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，影响精冲表面光洁度。因此硫的含量应尽可 能地低。P磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性。冶炼时尽量降低硫、 磷含量，提高钢材纯净度。Cr铬用于钢中主要是延迟奥氏体转变孕育时间，使铁素体、珠光体转变 后移，使在较大的冷速范围均发生贝氏体转变；同时，Cr是碳化物形成元素，形成 M7C3、M23C6等各种类型合金碳化物，淬火处理可显著提高钢的硬度和耐磨性能。Ni 镍固溶于铁素体，使基体的韧性得到显著的改善。Ti钛是一种强烈的碳氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在钢加热时可以 阻止奥氏体晶粒的长大，在高温奥氏体区粗轧时析出的TiN和TiC可有效抑制奥氏体晶粒 长大，同时提高Nb在奥氏体中的固溶度。另外在焊接过程中，钢中的 Ν和TiC粒子 能显著阻止热影响区晶粒长大，从而改善钢板的焊接性能同时对改善焊接热影响区的冲 击韧性有明显作用。但钛含量过高，形成的氮化钛粗大，且钢中固溶的碳量减少，不利 于获得良好的强韧性匹配。B钢中适量地加入硼能显著提高钢的淬透性，但在淬火加热时，硼能促使晶 粒长大，降低钢的力学性能，故本发明中B的含量设计为0.0005 0.010%。根据本发明，热轧钢板的制造方法包括以下步骤铁水预脱硫；转炉冶炼；炉外精炼；连铸；板坯再加热，板坯加热温度1100 1250°C;轧制，精轧终止温度780 950°C ；
卷取，卷取温度500 700°C ；球化退火，球化退火温度700 740°C。优选地，所述板坯加热温度为1150 1220°C。优选地，所述精轧终止温度为800 920°C。优选地，所述卷取温度为550 650°C。优选地，所述球化退火温度为710 740°C。本发明用连铸坯通过粗轧机+7机架热连轧机组生产的精密冲压用热轧板卷，经 球化退火后，具有优良的精冲性能，适宜制造各种复杂精密构件，且精冲零件表面光洁 度高，配合表面渗碳、渗氮、淬火等热处理，可得到表面耐磨性能出色，芯部韧性高的 精冲零件，具有广泛的工业用途。相比其它专利，它具有成本更低、更易于生产、性能 更好等优点。为满足精冲零件对强度和韧性越来越高的要求，本发明设计的精冲用钢板采用 中低碳微合金化思路设计成分，强度级别覆盖面广。通过不同合金之间的强化机制， Cr的固溶强化作用提高材料的强度，Ni的加入可以提高铁素体的韧性，增加零件的淬 透性；通过微量Ti的细化晶粒作用，使材料在不降低强度的情况下得到良好的韧性，从 而在易于精冲的前提下，保证强度和韧性之间得到良好匹配。由于采用了球化退火工艺 来保证精冲所需组织，所以对热轧钢板的组织要求不高，传统的“铁素体+珠光体”或
“铁素体+贝氏体”组织类型均可，普通轧制工艺和卷取工艺就可满足组织要求，生产更 具操作性。根据本发明的制造方法和成分生产的精冲用钢能够满足以下要求(1)拉伸性能Rm = 300 500MPa ；Rp0.2/Rm = 0.50 0.70 ；A50>30%。(2)硬度试验(横截面硬度)HvlO = 100 200。(3)金相组织晶粒度(ASTME112) 8级或更细。组织为铁素体+均勻弥散分布的球状渗碳体；通过球化退火工艺，最重要的是球化温度，实现球化率^ 95%。


图1示出了本发明的实施例的精冲用钢的金相组织。
具体实施例方式表1示出了本发明的精密冲压用热轧钢板与现有技术的成分对比；表2示出了本发明的精密冲压用热轧钢板的不同实施例的化学成分；表3示出了本发明的精密冲压用热轧钢板的制造方法的不同实施例的具体工艺 参数；
表4示出了本发明的不同实施例的精密冲压用热轧钢板的性能结果。根据本发明，热轧钢板的制造方法包括以下步骤铁水预脱硫；转炉冶炼；炉外精炼；连铸；板坯再加热，板坯加热温度1150 1220°C ；轧制，精轧终止温度800 920 0C ；卷取，卷取温度550 650°C ；球化退火，球化退火温度710 740°C。如表3所示，在本发明的不同实施例中，球化退火温度分别选取710°C、 720 730 740 配合表2中的化学成分设计，使得生产的钢板的球化率大于 95%,从而适宜用于制造各种精密零件。本发明设计的精冲用钢板采用中低碳微合金化思路设计成分，强度级别覆盖面 广。通过不同合金之间的强化机制，使之在易于精冲的前提下，保证强度和韧性之间得 到良好匹配。由于采用了球化退火工艺来保证精冲所需组织，所以对热轧钢板的组织要 求不高，传统的“铁素体+珠光体”或“铁素体+贝氏体”组织类型均可，普通轧制工 艺和卷取工艺就可满足组织要求，生产更具操作性。
权利要求
1.一种精密冲压用热轧钢板，其化学成分质量百分比为 C 0.05 0.30 ；Si <0.50 ；Mn 0.50 1.50 ；P <0.02 ；S <0.01 ；Cr 0.05 1.50 ；Alt < 0.04 ；Ni 0.02 0.50 ；所述热轧钢板还包括Ti和B中的一种或两种，其中 Ti <0.05 ； B 0.0005 0.010，且Ni+Ti+B < 0.50，其余为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的精密冲压用热轧钢板的制造方法，包括以下步骤 铁水预脱硫；转炉冶炼； 炉外精炼； 连铸；板坯再加热，板坯加热温度1100 1250°C ； 轧制，精轧终止温度780 950°C ； 卷取，卷取温度500 700°C ； 球化退火，球化退火温度700 740°C。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述板坯加热温度为1150 1220°C。
4.根据权利要求2或3所述的制造方法，其特征在于，所述精轧终止温度为800 920 "C。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述卷取温度为550 650 "C。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述球化退火温度为 710 740°C。
全文摘要
本发明提供一种精密冲压用热轧钢板，其化学成分质量百分比为C0.05～0.30；Si≤0.50；Mn0.50～1.50；P≤0.02；S≤0.01；Cr0.05～1.50；Alt≤0.04；Ni0.02～0.50；所述热轧钢板还包括Ti和B中的一种或两种，其中Ti≤0.05；B0.0005～0.010，且Ni+Ti+B≤0.50，其余为铁和不可避免的杂质。本发明还提供所述热轧钢板的制造方法，包括以下步骤铁水预脱硫；转炉冶炼；炉外精炼；连铸；板坯再加热，板坯加热温度1100～1250℃；轧制，精轧终止温度780～950℃；卷取，卷取温度500～700℃；球化退火，球化退火温度700～740℃。本发明的钢板不仅易于精冲，而且能够获得强度和韧性之间的良好匹配。
文档编号C21D1/32GK102021493SQ20091019600
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月21日 优先权日2009年9月21日
发明者张汉谦, 杨才定 申请人:宝山钢铁股份有限公司