本发明属于钢材制造
技术领域：
，具体设计一种适合冲压成型所用的合金结构钢冷轧板及其生产方法。
背景技术：
：冲压成型是利用外力对材料进行塑性加工的一种生产方法。它具有操作方便，生产效率高，工件尺寸和形状精度较高，加工时表面质量良好，产品质量稳定等多种优点。冲压件广泛应用于机械、汽车、电子、仪器仪表、家用电器、自行车、办公器械、生活器皿等众多工业生产和日常生活相关领域。合金结构钢碳含量范围为0.08～0.55wt％，是一种在碳素钢基础上添加了一定量的合金元素(Cr、Mo等)达到所需性能的钢材。合金元素的作用使得其经过适宜的热处理后，具有较高的抗拉强度和屈强比，较高的韧性和疲劳强度。利用冲压技术加工合金结构件，可以提高生产效率，拓宽该钢种的应用，以相对低的成本应用于使用条件苛刻、易于磨损和腐蚀并且承受载荷较大的结构部件中。如压力容器、石油化工、工程机械、桥梁、船舶制造和其他钢结构中。目前常用的高强冷轧板，通过在钢中添加V、Ti、Nb等合金元素，实现微合金化，通过控制轧制工艺生成有益的析出相，从而制备强度高韧性好的冷轧板。例如：公开号CN101684533A的发明专利公开了一种具有优良成形性的高强度冷轧板，该发明含磷高强度钢板具有超低碳、微合金化、钢质纯净等特点。在钢中添加一定的V、Nb、Ti合金，使钢具有高的塑性。采用相应的轧制和退火工艺，使钢的性能指标达到高强度汽车冲压件的要求。由于该冷轧板化学成分中含有V、Nb、Ti合金元素，增加了其生产成本。合金结构钢目前多以铸锻材的形式应用于零部件生产中，较少以冷轧板的形式进行应用。目前尚未见到有关合金结构钢冷轧板制备的相关报道。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种合金结构钢冷轧板及其制备方法，以 解决目前存在热轧过程中容易形成硬脆的马氏体组织，使其冷轧过程中轧制开裂，影响其成型性等问题，经过成份设计、合理的退火处理，使其具有较低的屈服强度和硬度，适合进行冲压生产，适合大生产操作，产品强度高、韧性和冲压性能好。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种冲压用合金结构钢冷轧板，其特征在于：化学成分按质量百分比为：C：0.08～0.55、Si：0.17～1.30、Mn：0.30～1.80、P：<0.035、S：<0.035、Cr：0.40～1.40、Mo：0.15～0.30，其余为Fe及不可避免杂质。本发明为常规合金结构钢，化学成分简单，不添加特殊合金元素，生产成本低廉。该发明中各个元素的组成及含量的设计原则如下：C元素是钢中的基本元素，可以保证钢种的硬度、强度与韧性，并使得经过热处理后的材料具有良好的强韧性匹配。C元素低于0.08％将不能保证钢材的力学性能，而含量过高又会影响其后续焊接和加工处理，因此采用0.08～0.55％的化学含量来保证该钢种良好的综合力学性能。Si元素在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂。鉴于炼钢设备的能力设定其下限为0.17％。在合金结构钢中，硅不仅能增加钢的淬透性，还增加钢淬火后的抗回火性。考虑到合金结构钢中其他淬透性元素的存在，确定其下限为0.37％。Mn元素是炼钢过程中不可或缺的脱氧剂和脱硫剂，考虑到炼钢设备能力其下限设定为0.3％。Mn元素可以增加钢的淬透性，并在一定程度上改善其切削性能。在碳素钢中加入0.7％～1.8％的Mn元素时，不但具有足够的韧性(在适当的热处理条件之下)，且有较高的强度和硬度，因此其上限设定为1.8％。S是钢中有害元素，以FeS的形态存在于钢中，并与Fe形成低熔点化合物，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，从而对高强度钢产生不利的影响。因此，S元素含量应尽可能少，但是考虑到精制过程负荷，将S元素的上限限制为0.035％。P元素在晶界中析出可降低钢的韧性，增加其冷脆性，引起焊接性能和冷弯性能的恶化，因此，其含量应尽可能少。但是为完全去除钢中所含的P元素，将对冶炼过程提出较高要求，因此将P含量控制为小于0.035％即可。Cr元素可以显著提高钢种的强度、硬度和耐磨性，并改善钢的抗氧化作用， 增加抗腐蚀能力。但其在提高钢的淬透性的同时又会损害塑性和韧性。特别是当Cr元素过高时则会显著提高钢的脆性转变温度，并促进钢的回火脆性，考虑到综合性能要求确定Cr元素的含量为0.40～1.40％。Mo是一种贵重的合金元素，可以起到细化晶粒的作用，因此该元素在钢中的作用为提高淬透性和热强性，防止回火脆性。由于钼增加了钢的热强性，所以钼含量较高时，也会增加热加工的困难，考虑到经济因素确定其含量为0.15～0.30％。本发明一种冲压用合金结构钢冷轧板的制备方法，包括钢水冶炼、连铸、热轧、冷轧、退火，平整，其特征在于：所述热轧中钢坯加热温度为1170～1270℃，热轧终轧温度为850～950℃，卷取温度为700～750℃；冷轧压下率为25％～55％，退火温度为Ac1-(10～30)℃，保温时间为8～14h，保温至400℃以下时空冷；平整延伸率为0.5％～1.2％。产品规格为厚3.5mm—1.0mm、宽900mm—1250mm的冷轧板卷。本发明工艺设计理由：合金结构钢中含有较多的Cr、Mo合金元素，使钢板在冷却时形成硬脆的马氏体组织，从而造成冷轧过程中轧制开裂，影响其成材率。因此应选择合适的热轧生产工艺条件，尤其是终轧温度、卷取温度等，以获得合适的组织性能，从而提高合金结构钢冷轧板的成品合格率。同时，冷轧后的合金结构钢冷硬板要选择合适的球化退火工艺，获得均匀的球化组织，有利于后续的切削和冲压加工处理。(1)加热温度钢坯加热温度过高或者时间过久，可以造成奥氏体晶粒长大和过热、过烧，氧化铁皮增多和脱碳等缺陷；而加热温度过低则可阻碍合金元素的充分固溶以及奥氏体晶粒的均匀化。因此本发明的热轧钢坯加热温度选择为1170～1270℃。(2)终轧温度终轧温度是热变形过程中影响钢材组织性能的关键参数。高温区终轧时，晶粒基本上都是再结晶奥氏体，最终的组织比较均匀。当终轧温度降低时，未再结晶奥氏体增多，形变奥氏体中的位错等缺陷增多，使相变后的组织更加细化，但不很均匀，而且会产生带状组织。为防止合金结构钢冷轧开裂现象的发生，需降低其热轧态硬度，因此选择较高的终轧温度；并且高温区终轧可以防止在热变 形后冷速过快，生成硬度较大的马氏体。考虑到设备能力以及高于1000℃的高温时，容易使钢板氧化铁皮增厚，因此本发明终轧温度选择为850～950℃。(3)卷取温度奥氏体向铁素体的转变，相当一部分是在卷取温度下缓慢冷却过程中完成的。随卷取温度的降低，铁素体晶粒逐渐变细，针状铁素体的数量逐渐增多，同时珠光体的片层间距也逐渐减小，温度较低时还会出现上贝氏体。对于合金结构钢来讲，卷取温度较低时，会造成终轧过程到卷取过程降温过快，导致冷脆的马氏体组织的出现，影响其冷轧生产。因此本发明选择较高的卷取温度。考虑到设备能力要求，卷曲温度需低于750℃，而低于700℃时热轧钢卷容易发生塌卷现象，因此卷取温度选择为700～750℃。(4)球化退火球化退火可以使片状珠光体球化，从而降低硬度，改善切削性能。并且球化后组织均匀，对改善热处理工艺性能极为有利，例如可以减少淬火加热时的变形开裂等损失。经淬火、回火后获得优良的综合机械性能(原始组织为球状时，经淬火回火后强度硬度相同时，塑性、韧性更好，具有更高的接触疲劳强度和更长的寿命)。球化退火方法有：(1)加热至刚超过Ac1的温度后缓冷的方法；(2)在刚低于Ac1的温度下长时间保持的方法；(3)在刚超过及刚低于Ac1的温度下，反复加热/冷却的方法。其中，本发明中采用罩式退火的方法，考虑到大型钢卷升降温速度缓慢，为避免整体组织性能的不均匀性，选用方法(2)进行恒温球化退火。球化退火温度过低或保温时间过短，会造成未溶片状碳化物增多，无法得到均匀的球状组织。而球化退火温度过高或保温时间过长，则会导致珠光体中残留碳化物过少，无法得到均匀的球状组织。因此，本发明中球化退火的退火温度选择为Ac1-(10～30)℃(Ac1温度可由相变仪测定)，保温时间为8～14h，带罩保温至400℃以下时空冷。由于合金结构钢钢质较硬，本发明将冷轧压下率控制在25％～50％，平整延伸率控制在0.5％～1.2％，这有利于获得较好的性能。本发明有益效果：通过控制合金结构钢热轧生产工艺条件，获得晶粒均匀的铁素体和珠光体组 织，防止了其冷轧开裂现象的发生。并通过对冷轧板进行球化退火处理，得到了抗拉强度Rm≥600MPa，延伸率A50mm≥20％，球化等级为5～6级的合金结构钢冷轧退火板。该产品塑性、韧性好、切削性能优良，有利于用户进行切削、冲压加工和后续热处理。附图说明图1实施例4冷轧退火后的金相组织图；具体实施方式下面通过实施例对本发明作进一步的描述。对具有表1化学成分的合金结构钢进行连铸。通过LINSEISL78RITA相变仪测定该实施例1～4中钢的Ac1温度分别为740℃、750℃、760℃、760℃。在表2、表3所示的条件下进行热轧、冷轧生产，并按照表3所示条件下利用罩式退火法进行球化退火，之后带罩保温至400℃后进行空冷。通过上述工艺制造板厚为1.8、2.0、2.45、2.95mm的冷轧退火板，其力学性能如表4所示。图1为实施例4冷轧退火后的金相组织图，可看出铁素体基体上均匀分布着球状珠光体，球化等级为最高级6级。表1本发明实施例化学成分(wt，％)表2本发明实施例热轧工艺参数实施例号厚度(mm)加热温度(℃)终轧温度(℃)卷取温度(℃)13.3128092571523.5125092072033.95125092068044.451250910690表3本发明实施例冷轧及球化退火工艺参数表4本发明实施例钢板的性能当前第1页1 2 3