專利名稱：一種精密沖壓用熱軋鋼板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋼鐵材料特別是精密沖壓用熱軋鋼板及其制造方法。
背景技術：
熱軋帶鋼主要通過熱連軋機組生產(chǎn)，經(jīng)過球化退火后，強度和塑性得到良好匹 配，廣泛應用于精沖行業(yè)，制造汽車、摩托車、電動自行車、拖拉機、五金、家電、開 關電器、縫紉機、照相機、鐘表、儀器儀表、通訊電子等精密零件。傳統(tǒng)精密零件的加 工方法工序多、精度差，一般由普沖、機加工、鍛造、鑄造和粉末冶金加工來完成。采 用精沖工藝后，一個工序就可完成整個零件的制造，具有極大的技術優(yōu)勢和經(jīng)濟效益。 然而，精沖對材料的內(nèi)質(zhì)要求嚴格，精沖用鋼一般都為低碳鋼，為了達到良好的精沖性 能，要求鋼板有較低的強度和高的塑性。一味的降低強度，往往滿足不了最終產(chǎn)品的性 能要求，所以精沖材料的開發(fā)成為普及精沖技術的關鍵?，F(xiàn)在有關精沖材料的開發(fā)已形成了多項專利，通過對關鍵詞“precision blanking(精密沖壓)+steeK鋼)”進行檢索，結果發(fā)現(xiàn)精密沖壓用熱軋鋼板的制造方法的 專利主要集中在日本。下面結合表1從冶金生產(chǎn)的合金設計和工藝控制方面對相關或相 近的專利進行比較，具體分析如下JP2004052069公開了一種具有優(yōu)良沖壓性能的熱軋鋼板，該鋼板能夠抑制沖壓 過程中撕裂面的發(fā)生，從而提高剪切面的精度。鋼種在成分設計上采用了低碳，碳含量 為0.05 0.12%，Mn>0.3%,必要時添加Si 0.05 0.2%。而本發(fā)明的成分設計采用 中低碳成分，碳含量為0.05 0.30%，Mn 0.50 ~ 1.50%, Si <0.50%,因此與引用專 利的內(nèi)容有明顯差異。JP2004137607公開了一種高強度熱軋鋼板，這種鋼板經(jīng)過精沖后，具有極好 的尺寸精度和高硬度的光滑剪切面，適用于不同機器零件和汽車零件的制造。鋼板的 抗拉強度2 490MPa，延伸率^ 10%，鋼種的成分設計采用低碳低合金，CS0.10%， Si<0.01%, Mn<1.5%, Al<0.20%,還有Ti和Nb，其成分范圍為(Ti+Nb)/2 = 0.05 0.50%, S<0.005%, NS0.005，0<0.004%,其中 S+N+0 S 0.0100%。而本發(fā)明碳含 量范圍不同，碳含量設計為0.05 0.30% ；合金化元素也不同，本發(fā)明采用Cr、Ni、B 等元素，合金化思路有明顯差別。JP59076861A公開了一種精沖用鋼，適合短時加熱加工和硬化，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%，制造工藝包括加熱到奧氏體化溫度1100 1350°C，在 800 950°C軋制，530 690°C卷取。JP03018403A公開了一種采用特定成分和熱軋工藝下生產(chǎn)的一種鋼板，該鋼板 具有成型性能和硬化性能良好結合的特點，適合于精密沖壓。設計的化學成分為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%，采用的工藝為在800 950°C奧氏體區(qū)域軋制，500 690°C卷取。由于得到的鋼板具有低屈服強度和高的低應變面積值，使得鋼板具有兼?zhèn)滂T造、膨 脹等良好的成型性能。同時，在這種制造方法下，采用短時加熱方法還可得到具有硬化 的結構。而本發(fā)明中，碳、錳、鉻元素申請的范圍有所不同，B元素也不是必須添加元素。JP08176726A公開了一種高碳熱軋鋼板的制造方法，其目的是極大程度地提高 淬火性能、韌性、冷成型性能，以及精密沖壓的性能。為此該鋼種的成分設計為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%。鋼板的結構由上下表面沿厚度方向1/10到1/4部位的鐵素體 區(qū)域組成，該區(qū)域由均勻彌散分布的細小碳化物和球化碳化物組成，球化率達到90%以 上且粒狀尺寸小于0.05 μ m，其他區(qū)域則是珠光體組織結構。本發(fā)明與上述專利相比，碳 的設計范圍，鋼板的組織狀態(tài)都有較大的區(qū)別。JP10265853A公開了一種高碳熱軋鋼板的制造方法，對高碳熱軋鋼板進行了球 化退火，得到了特定的碳化物區(qū)域率和球化率。設計的高碳鋼的碳含量大于0.3%，熱軋 后進行卷取工藝，在球化退火前進行除磷，得到的鋼板具有90%以上的球化率，經(jīng)過光 整后，鋼板具有良好的精沖性能。本發(fā)明與對比專利相比，碳含量設計差別明顯。JP2000248330公開了一種良好精沖性能，快速熱處理性能以及抗疲勞性能的低 合金鋼板?；瘜W成分為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的含量滿足以下關系P]S6X[% B]+0.005。分布在鋼中 的粒狀碳化物平均尺寸為0.4 1.0 μ m，球化率大于90%。此外，鋼板表面的粗糙度 Ra<5um0與對比專利相比，本發(fā)明的最大區(qū)別在于合金化思路不同，本發(fā)明添加的Ni 元素使整個成分體系下都能得到良好的韌性。此外，對比專利必須添加Ti、B元素，而 本發(fā)明中Ti、B作為選擇性添加元素，且總量滿足Ni+Ti+BS0.50，使材料整體的合金元 素含量減少，成本更具優(yōu)勢。JP58104160A公開了一種精沖用鋼，其成分為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
發(fā)明與對比專利相比，其合金化思路有所不同。JP03047922A公開了一種鋼板，其中碳含量為0.2 0.5%，為了得到均勻分布的 碳化物，采取了復雜的軋制工藝。而本發(fā)明的軋制工藝簡單，操作方便。JP08295985A公開了一種抗拉強度大于440N/mm2適宜精沖的高強鋼板，鋼板的 化學成分和組織狀態(tài)與本發(fā)明有較大區(qū)別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種新型的精密沖壓用熱軋鋼板，該鋼板不僅易于精 沖，而且能夠獲得強度和韌性之間的良好匹配。本發(fā)明還提供一種精密沖壓用熱軋鋼板的制造方法。通過特定的合金配方，輔 以適當?shù)募庸すに嚕?jīng)過粗軋軋機和7機架連軋機組上的軋制卷取工藝，生產(chǎn)的熱軋鋼 板的強度和組織滿足要求，經(jīng)過球化退火后，球化率295%，適宜在精沖設備上制造各種 精密零件。
根據(jù)本發(fā)明的精密沖壓用熱軋鋼板，其化學成分質(zhì)量百分比為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，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述熱軋鋼板還包括Ti和B中 的一種或兩種，其中 Ti <0.05 ； B 0.0005 0.010，且 Ni+Ti+B S 0.50。以下是本發(fā)明的精密沖壓用熱軋鋼板的各化學成分的作用及其具體說明C:碳是鋼中最經(jīng)濟、最基本的強化元素，通過固溶強化和析出強化對提高鋼 的強度有明顯作用，但是提高C含量對鋼的塑性、韌性和焊接性有負面影響。精沖鋼對 滲碳體的形狀和球化率有嚴格要求，C含量超過0.35%將對精沖帶來不利影響，所以C含 量不能過高。本發(fā)明鋼中設計碳的控制范圍為0.05 0.30%，主要是基于鋼的強韌性匹 配和球化效果考慮。Si:硅對過冷奧氏體的穩(wěn)定性影響不大。硅在鋼中起固溶強化作用，并且含量 較多時能抑制碳化物的析出，提高韌性。鋼中加硅能提高鋼質(zhì)純凈度和起脫氧作用。Mn錳是弱碳化物形成元素，能提高奧氏體穩(wěn)定性并降低奧氏體相變溫度，在 鋼中主要起固溶強化作用，有利于提高奧氏體轉(zhuǎn)變組織強度。鋼中的錳易于和硫結合形 成MnS，從而避免鋼中出現(xiàn)低溫相FeS，防止熱軋過程中出現(xiàn)熱裂現(xiàn)象。S:硫在鋼中與錳等化合形成塑性夾雜物硫化錳，在軋制過程中沿著軋制方向拉 伸變形，尤其對鋼的橫向塑性和韌性不利，影響精沖表面光潔度。因此硫的含量應盡可 能地低。P磷也是鋼中的有害元素，嚴重損害鋼板的塑性和韌性。冶煉時盡量降低硫、 磷含量，提高鋼材純凈度。Cr鉻用于鋼中主要是延遲奧氏體轉(zhuǎn)變孕育時間，使鐵素體、珠光體轉(zhuǎn)變 后移，使在較大的冷速范圍均發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變；同時，Cr是碳化物形成元素，形成 M7C3、M23C6等各種類型合金碳化物，淬火處理可顯著提高鋼的硬度和耐磨性能。Ni 鎳固溶于鐵素體，使基體的韌性得到顯著的改善。Ti鈦是一種強烈的碳氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在鋼加熱時可以 阻止奧氏體晶粒的長大，在高溫奧氏體區(qū)粗軋時析出的TiN和TiC可有效抑制奧氏體晶粒 長大，同時提高Nb在奧氏體中的固溶度。另外在焊接過程中，鋼中的 Ν和TiC粒子 能顯著阻止熱影響區(qū)晶粒長大，從而改善鋼板的焊接性能同時對改善焊接熱影響區(qū)的沖 擊韌性有明顯作用。但鈦含量過高，形成的氮化鈦粗大，且鋼中固溶的碳量減少，不利 于獲得良好的強韌性匹配。B鋼中適量地加入硼能顯著提高鋼的淬透性，但在淬火加熱時，硼能促使晶 粒長大，降低鋼的力學性能，故本發(fā)明中B的含量設計為0.0005 0.010%。根據(jù)本發(fā)明，熱軋鋼板的制造方法包括以下步驟鐵水預脫硫；轉(zhuǎn)爐冶煉；爐外精煉；連鑄；板坯再加熱，板坯加熱溫度1100 1250°C;軋制，精軋終止溫度780 950°C ；
卷取，卷取溫度500 700°C ；球化退火，球化退火溫度700 740°C。優(yōu)選地，所述板坯加熱溫度為1150 1220°C。優(yōu)選地，所述精軋終止溫度為800 920°C。優(yōu)選地，所述卷取溫度為550 650°C。優(yōu)選地，所述球化退火溫度為710 740°C。本發(fā)明用連鑄坯通過粗軋機+7機架熱連軋機組生產(chǎn)的精密沖壓用熱軋板卷，經(jīng) 球化退火后，具有優(yōu)良的精沖性能，適宜制造各種復雜精密構件，且精沖零件表面光潔 度高，配合表面滲碳、滲氮、淬火等熱處理，可得到表面耐磨性能出色，芯部韌性高的 精沖零件，具有廣泛的工業(yè)用途。相比其它專利，它具有成本更低、更易于生產(chǎn)、性能 更好等優(yōu)點。為滿足精沖零件對強度和韌性越來越高的要求，本發(fā)明設計的精沖用鋼板采用 中低碳微合金化思路設計成分，強度級別覆蓋面廣。通過不同合金之間的強化機制， Cr的固溶強化作用提高材料的強度，Ni的加入可以提高鐵素體的韌性，增加零件的淬 透性；通過微量Ti的細化晶粒作用，使材料在不降低強度的情況下得到良好的韌性，從 而在易于精沖的前提下，保證強度和韌性之間得到良好匹配。由于采用了球化退火工藝 來保證精沖所需組織，所以對熱軋鋼板的組織要求不高，傳統(tǒng)的“鐵素體+珠光體”或
“鐵素體+貝氏體”組織類型均可，普通軋制工藝和卷取工藝就可滿足組織要求，生產(chǎn)更 具操作性。根據(jù)本發(fā)明的制造方法和成分生產(chǎn)的精沖用鋼能夠滿足以下要求(1)拉伸性能Rm = 300 500MPa ；Rp0.2/Rm = 0.50 0.70 ；A50>30%。(2)硬度試驗(橫截面硬度)HvlO = 100 200。(3)金相組織晶粒度(ASTME112) 8級或更細。組織為鐵素體+均勻彌散分布的球狀滲碳體；通過球化退火工藝，最重要的是球化溫度，實現(xiàn)球化率^ 95%。


圖1示出了本發(fā)明的實施例的精沖用鋼的金相組織。
具體實施例方式表1示出了本發(fā)明的精密沖壓用熱軋鋼板與現(xiàn)有技術的成分對比；表2示出了本發(fā)明的精密沖壓用熱軋鋼板的不同實施例的化學成分；表3示出了本發(fā)明的精密沖壓用熱軋鋼板的制造方法的不同實施例的具體工藝 參數(shù)；
表4示出了本發(fā)明的不同實施例的精密沖壓用熱軋鋼板的性能結果。根據(jù)本發(fā)明，熱軋鋼板的制造方法包括以下步驟鐵水預脫硫；轉(zhuǎn)爐冶煉；爐外精煉；連鑄；板坯再加熱，板坯加熱溫度1150 1220°C ；軋制，精軋終止溫度800 920 0C ；卷取，卷取溫度550 650°C ；球化退火，球化退火溫度710 740°C。如表3所示，在本發(fā)明的不同實施例中，球化退火溫度分別選取710°C、 720 730 740 配合表2中的化學成分設計，使得生產(chǎn)的鋼板的球化率大于 95%,從而適宜用于制造各種精密零件。本發(fā)明設計的精沖用鋼板采用中低碳微合金化思路設計成分，強度級別覆蓋面 廣。通過不同合金之間的強化機制，使之在易于精沖的前提下，保證強度和韌性之間得 到良好匹配。由于采用了球化退火工藝來保證精沖所需組織，所以對熱軋鋼板的組織要 求不高，傳統(tǒng)的“鐵素體+珠光體”或“鐵素體+貝氏體”組織類型均可，普通軋制工 藝和卷取工藝就可滿足組織要求，生產(chǎn)更具操作性。
權利要求
1.一種精密沖壓用熱軋鋼板，其化學成分質(zhì)量百分比為 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 ；所述熱軋鋼板還包括Ti和B中的一種或兩種，其中 Ti <0.05 ； B 0.0005 0.010，且Ni+Ti+B < 0.50，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權利要求1所述的精密沖壓用熱軋鋼板的制造方法，包括以下步驟 鐵水預脫硫；轉(zhuǎn)爐冶煉； 爐外精煉； 連鑄；板坯再加熱，板坯加熱溫度1100 1250°C ； 軋制，精軋終止溫度780 950°C ； 卷取，卷取溫度500 700°C ； 球化退火，球化退火溫度700 740°C。
3.根據(jù)權利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述板坯加熱溫度為1150 1220°C。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的制造方法，其特征在于，所述精軋終止溫度為800 920 "C。
5.根據(jù)權利要求2-4中任一項所述的制造方法，其特征在于，所述卷取溫度為550 650 "C。
6.根據(jù)權利要求2-5中任一項所述的制造方法，其特征在于，所述球化退火溫度為 710 740°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種精密沖壓用熱軋鋼板，其化學成分質(zhì)量百分比為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；所述熱軋鋼板還包括Ti和B中的一種或兩種，其中Ti≤0.05；B0.0005～0.010，且Ni+Ti+B≤0.50，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供所述熱軋鋼板的制造方法，包括以下步驟鐵水預脫硫；轉(zhuǎn)爐冶煉；爐外精煉；連鑄；板坯再加熱，板坯加熱溫度1100～1250℃；軋制，精軋終止溫度780～950℃；卷取，卷取溫度500～700℃；球化退火，球化退火溫度700～740℃。本發(fā)明的鋼板不僅易于精沖，而且能夠獲得強度和韌性之間的良好匹配。
文檔編號C21D1/32GK102021493SQ20091019600
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權日2009年9月21日
發(fā)明者張漢謙, 楊才定 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司