精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板及其制造方法与流程

本发明涉及一种用于精密冲压加工的冷轧钢板，特别涉及一种精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板及其制造方法。

背景技术：

通过热连轧机组生产的热轧钢板，一般需要经过酸洗冷轧、球化退火后，改善材料的尺寸精度和内在组织形态，使强度和塑性得到良好匹配，广泛应用于精冲行业，制造如汽车、摩托车、机械、五金、家电、照相机、钟表、仪器仪表、通讯电子等精密零部件。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，一个工序就可以完成整个零件的制造，具有极大的技术优势和经济效益。

目前中国精冲技术正处于快速发展阶段，按照精冲加工要求，对材料的内在质量要求严格，为了达到良好的精冲性能，通常要求钢板有较好的强韧性；根据汽车行业座椅调节器齿盘的使用需求，其所用冷轧带钢具备有如下特性：尺寸精度较高，要求在±0.05mm以内、强韧性好，屈强比小于0.70，性能均匀，稳定性高，显微组织为铁素体+球状珠光体，球化率较高，达到90%以上，满足高速精密冲裁加工生产的要求。

中国专利申请 200910196007.4，公开了一种精密冲压用热轧钢板及其制造方法，这种钢板强度和硬度能够良好匹配，易于精冲，其化学成份：C：0.05～0.30％；Si：≤0.50％；Mn：0.50～1.50％；P≤0.02%；S≤0.01%；Cr：0.5～1.5％；Al：≤0.04 ％Ni：0.02～0.50％；并且还包括还包括Ti：≤0.05%；B：0.0005～0.010%中的一种或两种。

中国专利申请 200780004015.3公开了一种精冲加工优良的钢板及其制造方法，这种钢板具有优良精冲成型加工性能；其化学成份均为：C：0.1～0.5％；Si：0.50％以下；Mn：0.2～1.50％； P：0.03％以下；S：0.02％以下，还包括Cr：3.5％以下；Mo：0.7％以下；Ni：3.5％以下；Ti：0.01～0.10％和B：0.0005～0.010%中的一种或两种。

上述专利申请中公开的技术方案，均通过不同程度地添加Ni、Ti、B等合金元素，来改变材料的内部组织，形成合金固溶和析出强化，防止晶粒粗化，提高产品强度，改善材料热处理效果，满足零件性能要求；但因产品中添加了较多的合金元素，增加了产品制造成本；且采用热轧轧制后直接退火，材料全长的尺寸精度得不到保证，不适合精度较高的高速精密冲裁。

申请人此前申请CN 201410388279.5，公开了一种精密冲压汽车座椅调节齿板用冷轧钢板及其制造方法；采用了合金和含硅的成分设计、抗拉强度级别较高，其化学成分重量百分比为：C：0.38％～0.45％，Si：0.20％～0.30％，Mn：0.70％～0.90％，P≤0.018％，S≤0.010％，Cr：0.80％～1.10％，Mo：0.05％～0.30%，Alt：0.015～0.050%，N≤0.0080％，冷轧压下率为10%-20%；主要满足高级车汽车座椅需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板及其制造方法，解决现有精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板尺寸精度低、球化率偏低、成本高、不适合高速精密冲压的技术问题。

本发明通过采用低成本的成分设计方案，匹配相应的热轧、冷轧以及球化退火工艺，大幅降低了制造成本，使冷轧钢板的强度和韧性间得到良好的匹配，冷轧钢板的表面质量高，满足了汽车座椅调节器齿盘的精冲加工需求。

本发明采用的技术方案是：

精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.15％～0.20％，Si≤0.05％，Mn：0.60％～0.80％，P≤0.018％，S≤0.008％，Alt：0.03%～0.07%，N≤0.0060％，余量为铁和不可避免夹杂。

本发明精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：碳是钢中最经济、最基本的强化元素，影响热轧退火后及淬火后强度和硬度的元素，在本发明中碳含量如小于0.15%时，需要添加更多的合金元素进行强化，否则不能得到作为汽车座椅调节齿板零件所要求的强度和硬度，这样不经济；另一方面，碳含量超过0.20%时，材料的强度和硬度过高，对后续精冲带来不利影响；综合考虑，本发明限定碳含量为0.15%～0.20%。

硅：虽然硅作为固溶强化元素，固溶在钢板基体中有一定的强化效果，但Si含量高时热轧过程中表面出现红锈氧化铁皮，对冷轧产品来说，容易在后续生产时，不易酸洗，并且表面容易产生氧化铁皮压入，会影响成品外观以及影响后续加工；因此对于高表面质量要求的产品优选低硅成分设计；本发明限定Si含量为0.05%以下。

锰：锰是重要的固溶强化元素，并且能提高淬透性，为了得到此效果，Mn含量要大于0.60%；但Mn含量超过0.80%时，固溶强化过强，不利于精冲加工。本发明优选Mn含量为0.60%～0.80%。

磷：本发明中的P为有害元素，偏析于晶界会严重降低带钢的塑性和韧性，冶炼时尽可能减少其含量，本发明限定P≤0.018％。

硫：本发明中硫也为有害元素，在钢中与Mn形成MnS夹杂物，在轧制过程中沿着轧制方向拉伸变形，对钢的塑性和韧性不利，影响精冲性。希望尽可能减少其含量，本发明限定S≤0.008％。

铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧以及结合游离态氮的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al₂O₃在炼钢时去除。铝除了和氧结合外，还和钢中的氮结合，形成化合态的AlN，从而减少游离态的氮，对消除连续屈服现象有利。但是铝过高会形成过多的Al₂O₃夹杂，并且连铸浇注是容易堵塞浇注水口。本发明限定Alt含量为0.030%～0.070%。

氮：氮在钢中以游离态存在，导致钢板在开卷和后续的成型时，受到拉应力时，发生不连续屈服现象，并且会严重降低材料的塑性和韧性，因此需要限制氮含量。本发明限定N≤0.0060%。

精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板的制造方法，该方法包括：

钢水经真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的重量百分比为：C：0.15％～0.20％，Si≤0.05％，Mn：0.60％～0.80％，P≤0.018％，S≤0.008％，Alt：0.03%～0.07%，N≤0.0060％，余量为铁和不可避免夹杂。

连铸板坯于1170℃～1230℃加热，热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为980℃～1040℃，精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区间轧制，精轧结束温度为830℃～870℃，精轧控制热轧钢板的凸度≤50um，精轧后，钢板厚度为5mm～7mm，层流冷却采用后段冷却，卷取温度为600℃～640℃卷取得热轧钢卷；

将上述热轧钢卷重新开卷，经酸洗后，在可逆轧机或5机架冷连轧机上进行较大变形量的冷轧，冷轧压下率为30%～45%，经过冷轧变形后的钢卷经过罩式退火炉退火，退火温度为680℃～720℃，退火均热时间为20h～24h，卷取得到厚度为3mm～4.5mm的成品钢板。

本发明采取的生产工艺制度理由如下：

1、连铸板坯加热温度的设定

连铸板坯加热温度保证材料中完全奥氏体化和对热轧的轧制要求，本发明板坯加热温度设定为1170℃～1230℃。

2、粗轧结束温度设定

粗轧轧制保证在奥氏体再结晶温度以上进行，确保奥氏体经过反复变形和再结晶，得到均匀细小的奥氏体晶粒，对于过高的温度容易产生较重的氧化铁皮，对表面质量不利，本发明设定粗轧终轧温度为980℃～1040℃。

3、热轧钢板的凸度控制

由于热轧板要纵向分裁成两条进行冷轧，当热板凸度超出50um时，在冷轧30-45%的较大变形量时，会引起冷轧板形较难控制，并且影响后续冷轧钢板全长的厚度精度要求，所以须通过控制热板的凸度来控制冷轧钢板厚度偏差；本发明设定热轧钢板凸度≤50um。

4、精轧结束温度设定

经材料试验和计算，本发明材料相变点A₃平衡态转变温度在827.5℃左右，当精轧结束温度较高时，奥氏体晶粒过于粗大，导致后续铁素体晶粒粗大，强度不足，并且材料组织会分布不均，而精轧结束温度过低，会导致轧制负荷过大，影响轧制稳定性。本发明设定精轧终轧温度为830℃～870℃。

5、热轧卷取温度设定

热轧卷取温度主要影响材料的组织、性能及冷轧后的退火。卷取温度过低，会造成冷速很大，晶粒过细，热卷的强度过高，会增加冷轧轧制的变形抗力，不利于后续冷轧较大变形量的轧制，影响其轧制稳定性；卷取温度过高，会对珠光体片层间距粗大化，珠光体中的碳化物也会粗大。因此本发明设定热轧卷取温度为600℃～640℃。

4、冷轧压下率设定

在冷轧工序中决定钢板内在质量的主要工艺参数是冷轧变形量。当冷轧变形量越大，冷轧后组织中储存的形变能就越多，在退火过程中晶粒的形核率越高，再结晶越充分，更容易促进碳化物的球化，同时晶粒组织更均匀，从而进一步改善产品的变形性能；并且也能获得较高的尺寸精度；CN 201410388279.5的专利申请公开的技术方案，因其热轧钢板强度级别高于本发明，其冷轧变形量受限于冷轧轧制负荷、压下率为10%-15%；考虑到冷轧机的实际压下能力，本发明设定冷轧压下率为30%～45%。

7、退火温度和退火时间设定

经材料试验和计算，本发明材料A₁相变点平衡态转变温度范围为707.3℃左右，但考虑到前工序冷轧较大变形的累计效果，冷轧变形过程可能会促进碳化物提前球化，因此本发明设定退火温度为680℃～720℃，

退火时均热段保温时间也很关键，时间过短，则层片状珠光体链未能完全熔断、形成细小球状颗粒，并均匀扩散至铁素体晶粒中，形成弥散分布；如时间过长，则粒状渗碳体又会重新长大并团聚在一起，同时铁素体晶粒也会明显长大，导致材料塑性下降明显，不利于后续精冲加工。综合考虑，本发明设定退火时间为20h～24h。

本发明得到的精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板的显微组织为铁素体+均匀弥散分布的球状珠光体，球化率≥90%，组织晶粒度级别为I6～8，钢板的屈服强度Rp_0.2为200-250MPa，抗拉强度Rm为350～390MPa，屈强比Rp_0.2/Rm为0.50～0.68，断后伸长率A₅₀为38%～47%，表面硬度为60～68HRB。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：

1、本发明通过采用中低碳含量及低硅的普通合金元素成分设计，并结合热轧、冷轧工艺设计，得到了一种不含有Cr、Ti、Ni等贵重合金元素的精冲用钢，不仅制造成本大大降低，而且获得优于含硅设计的表面质量以及具备良好的强韧性，完全满足高速精密冲裁的需求，为此本发明能够起到合金消耗少，表面质量好、生产成本低的效果。

2、本发明通过控制冷轧压下率，进行较大变形冷轧，在保证了冷轧带钢厚度精度的同时，有效促进了后续球化退火过程中钢板组织中片状珠光体的球化，进而降低退火温度和缩短退火保温时间，降低了能源消耗。

3、本发明通过采用合理退火工艺，得到的钢板具有较好的强韧性，得到的钢板组织中渗碳体球化率基本在95%左右，且弥散分布，材料性能波动范围小且均匀性好，满足高速精密冲裁的要求。

附图说明

附图1为本发明实施例1的热轧钢板金相组织照片；

附图2为本发明实施例1的冷轧退火钢板金相组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例1～4和比较例1—中国专利申请200910196007.4中所公开、比较例2—中国专申请200780004015.3中所公开，对本发明做进一步说明，如表1~表4所示。

表1 本发明化学成分（重量百分比%），余量为Fe及不可避免杂质。

按照本发明材料成分设计的要求，采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，吹Ar 站( 或LF 炉升温) 底吹Ar保证搅拌时间大于8 分钟，RH 炉进行成分微调、真空循环脱气处理，保证RH 纯脱气时间大于8分钟，全程吹Ar保护浇铸，浇铸后切割成定尺连铸板坯。

如表1所示，比较例1、2中含有大量贵重的合金元素，化学成分的设计与本发明无可比性。

连铸板坯经加热炉再加热后，在连续热连轧轧机上轧制，工艺控制参数见表2，通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制后，经层流冷却，层流冷却采用后段冷却，然后进行卷取，生产出合格热轧钢卷，钢板凸度≤50um，厚度为5mm～7mm，参照附图1，热轧钢板的金相组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体。

表2 本发明热轧工艺控制参数

将上述热轧钢卷重新开卷经过酸洗后，在可逆轧机或5机架冷连轧机上进行较大变形量的冷轧，冷轧的压下率为30%～45%，经过冷轧变形后的钢带经过罩式退火炉退火、卷取得到厚度3mm～4.5mm的成品钢板。退火工艺为：钢带在罩式退火炉退火温度为680℃～720℃，退火均热时间为20h～24h。冷轧及退火工艺控制参数见表3。

表3 本发明冷轧、退火工艺控制参数

利用上述方法得到的精密冲压汽车座椅调节器齿盘用冷轧钢板，参照附图2，冷轧钢板的显微组织为铁素体+均匀弥散分布的球状珠光体，且弥散分布，球化率≥95%，晶粒度级别为I7。

将本发明得到的冷轧钢板按照金属材料拉伸试验 第1部分:室温试验方法（GB/T 228.1-2010）、金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法（GB/T 4340-2009）进行力学性能检测。力学性能数据见表4。

本发明得到的冷轧钢板的屈服强度Rp_0.2为200MPa-250MPa，抗拉强度Rm为350MPa～390MPa，屈强比Rp_0.2/Rm为0.52～0.68，断后伸长率A₅₀为38%～47%，表面硬度为60～68HRB。

表4 本发明冷轧钢板的力学性能

本发明得到的冷轧钢板具有产品强韧性好，性能波动窄，稳定性好，球化率高，厚度精度高、表面质量好、易于高速精密冲压的优点。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。