專利名稱：襯墊材料用冷軋薄鋼板、其制備方法以及采用所述方法制備的襯墊材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及用作包括內燃機汽缸在內每個開口部分的密封材料的襯墊材料用冷軋薄鋼板，該冷軋薄鋼板的制備方法以及采用所述方法制備的襯墊材料。
背景技術：
就汽車發動機而言，已經使用各種襯墊，包括汽缸蓋襯墊。至于襯墊用材料，至今一直使用石棉，但是，為了解決環境問題、改進發動機性能等，已經在尋找非石棉材料。
關于石棉的替代材料，已經使用通過將芳族聚酰胺纖維或石墨同軟鋼薄板復合一起制備而成的材料。此外，作為與現有襯墊結構顯著不同的材料，也已經使用采用橡膠覆層材料覆蓋的不銹鋼。
迄今，對于襯墊材料用冷軋薄鋼板外殼，例如，特開平9-194935公開了一種加熱至再結晶溫度或更高并隨后淬火的方法。在這種情況下，由于淬火，冷軋薄鋼板在淬火之后發生翹曲，導致出現平整度問題。
此外，特開2000-109957公開了使用不銹鋼薄板的例子。但是，不銹鋼價格高，不經濟。
然而，由于使用芳族聚酰胺纖維或石墨或覆蓋橡膠覆層材料的不銹鋼時，要求與其他材料復合制造，因此，它們涉及成本提高的問題。
圖3是一個橫截面示意圖，其說明的是在要求彈性能的彈簧應用場合和要求加工性的制造應用場合使用襯墊材料。如圖3所示，位于汽缸43與汽缸蓋44之間的襯墊材料41被加工成具有凸邊部分42，以改善密封性。相應地，要求彈性能的襯墊材料41的特性包括凸邊的加工性和彈性。從冶金學角度考慮，凸邊的加工性和彈性是相互對立的兩種性能。
一般地，為了改善加工性，優選將鋼材料軟化，而為了改善彈性，則優選將鋼材料硬化。
因此，本發明的一個目的是提供一種氣密性能優異的襯墊材料用冷軋薄鋼板，該冷軋薄鋼板成本低廉，同時，在加工性和彈性之間具有良好的平衡，并且還提供一種制備該冷軋薄鋼板的方法。
此外，本發明的另一個目的是提供一種襯墊材料，該襯墊材料具有特別優異的彈性，所述彈性不僅能夠滿足汽缸開口的密封性要求，而且也能夠滿足各種開口例如冷卻水開口、潤滑劑開口和螺栓孔的密封要求，此外，該襯墊材料還能夠獲得具有優選彈性的良好密封性能。
發明公開為了達到上述目的，一種根據權利要求1的襯墊材料用冷軋薄鋼板的特征在于其含有(以重量百分數計)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。基于此，本發明的襯墊材料用冷軋薄鋼板成本低廉，并且，在凸邊加工性和彈性之間實現良好平衡，并具有優異氣密性能。此外，根據本發明的襯墊材料用冷軋薄鋼板成本低廉，并且具有彎曲程度可達180°的優異可彎曲性并具有氣密性能。
根據權利要求2的襯墊材料用冷軋薄鋼板制備方法的特征在于熱軋連鑄件、酸洗、實施壓下量為50-90％的冷軋，所述鑄件含有(以重量百分數計)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
根據權利要求3的襯墊材料用冷軋薄鋼板制備方法的特征在于熱軋連鑄件、酸洗、實施壓下量為50-90％的冷軋，并且還進行表面鍍覆Zn或Ni，所述鑄件含有(以重量百分數計)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
根據權利要求4的襯墊材料用冷軋薄鋼板制備方法的特征在于熱軋連鑄件、酸洗、實施壓下量為50-90％的冷軋、在630-870℃或更高溫度下連續退火或者在500-750℃或更高溫度下分批退火，并且，隨后實施壓下量為30％或更高的二次軋制，所述鑄件含有(以重量百分數計)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
根據權利要求5的襯墊材料用冷軋薄鋼板制備方法的特征在于熱軋連鑄件、酸洗、實施壓下量為50-90％的冷軋、在630-870℃或更高溫度下連續退火或者在500-750℃或更高溫度下分批退火，并且，隨后實施壓下量為7％或更低的二次軋制，所述鑄件含有(以重量百分數計)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
根據權利要求6的襯墊材料用冷軋薄鋼板制備方法的特征在于熱軋連鑄件、酸洗、實施壓下量為50-90％的冷軋、在630-870℃或更高溫度下連續退火或者在500-750℃或更高溫度下分批退火，隨后實施壓下量為30％或更高的二次軋制，此外，進行表面鍍覆Zn或Ni，所述鑄件含有(以重量百分數計)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
根據權利要求7的襯墊材料用冷軋薄鋼板制備方法的特征在于熱軋連鑄件、酸洗、實施壓下量為50-90％的冷軋、在630-870℃或更高溫度下連續退火或者在500-750℃或更高溫度下分批退火，隨后實施壓下量為7％或更低的二次軋制，此外，在表面鍍覆Zn或Ni，所述鑄件含有(以重量百分數計)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
在本發明中，根據權利要求2-4和6，能夠制備出一種襯墊材料用冷軋薄鋼板，所述襯墊材料價格低廉，并且具有優異氣密性能和在凸邊加工性和彈性之間實現良好平衡。
根據權利要求2，3，5和7的本發明，能夠制備出一種襯墊材料用冷軋薄鋼板，所述襯墊材料價格低廉，并且具有可彎曲性能優異的氣密性能。
通過使用根據權利要求1的襯墊材料用冷軋薄鋼板，制備出根據權利要求8的襯墊材料。
通過使用根據權利要求2-7中之任何一項的襯墊材料用冷軋薄鋼板，制備出根據權利要求9的襯墊材料。
結果，本發明的襯墊材料從彈性角度考慮特別優選，所述彈性對于能夠滿足汽缸開口的密封要求是必要的，而且也能夠滿足各種開口例如冷卻水開口、潤滑劑開口和螺栓孔的密封要求，此外，該襯墊材料能夠提供具有良好彈性的密封性能。
必要的是，襯墊材料具有根據JIS No.5試件的1000MPa或更高，優選1200MPa或更高的抗拉強度(抗拉強度此后稱作“T.S.”)。此外，為了制造如上所述的凸邊部分，必要的是襯墊材料具有3％或更高，優選5％或更高的延伸率(總延伸率此后稱作“T.EL.”)。
而且，除要求彈性的彈簧應用場合之外，襯墊材料也包括如圖4所示要求彎曲制造的制造應用場合。在這種情況下，要求根據JIS No.5試件的T.S.強度為500MPa或更高，優選600MPa或更高，并且要求T.EL.值為15％或更高，優選20％或更高。
附圖簡述
圖1是展示襯墊加工性評價方法的示意圖。圖2是展示評價彈性的實驗方法的示意圖。圖3是展示襯墊材料在彈簧場合應用模式的橫截面示意圖。圖4是展示襯墊材料在彎曲制造場合應用模式的橫截面示意圖。
實施本發明的最佳模式將詳細介紹本發明的優選實施方案。
作為初始板材的襯墊材料用冷軋薄鋼板的鋼組分根據本發明的襯墊材料用冷軋薄鋼板中的鋼組分包含(以重量百分數計)0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
C優選為0.08％(重量)或更高，以便使襯墊材料用冷軋薄鋼板具有高度細化的組織。另一方面，當組分C高于0.60％(重量)時，碳化物析出量增加，損害襯墊材料用冷軋薄鋼板的加工性，而且同時，會降低生產率，例如增加冷軋載荷、損害形狀、阻礙薄板通過連續退火步驟等。因此，本發明中組分C的上限被確定為0.60％(重量)。
Mn是一種對于防止在熱軋期間發生雜質S引起的紅熱脆化是必須的，而且同時同所述C一樣使襯墊材料用冷軋薄鋼板具有高度細化組織，因此，將Mn組分確定為0.5％(重量)或更高。然而，還同C一樣，如果過量，則會降低生產率，例如增加冷軋載荷、板坯軋制期間出現開裂、損害形狀、阻礙薄板通過連續退火步驟等，故其上限被確定為3.0％(重量)。
P是一種晶粒細化組分，而且還能夠改善襯墊用冷軋薄鋼板的強度，因此，將其按照預定比例添加。但是，P會損害耐腐蝕性。對于本發明的應用場合而言，當P超過0.06％(重量)時，耐腐蝕性，特別是點蝕抗力顯著下降，故其上限被確定為0.06％(重量)。
S是一種在熱軋期間引起紅熱脆化的雜質組分，要求其含量盡可能低。然而，由于來自于鐵礦石等的夾雜不可能完全避免，而且在此期間脫硫困難，因此，會不可避免地存在某種程度的S。由于少量殘余S引起的紅熱脆化可以采用Mn加以緩解，因此，將S的上限確定為0.06％(重量)。
Al在煉鋼時作為脫氧劑添加至鋼液中。但是，如果其量為0.10％(重量)或更高，則過量的Al與連續鑄造期間的氧化抑制劑和連鑄中用作鑄模過熱抑制劑的鑄模粉末中的氧反應，從而損害預定的粉末效應。因此，將Al量控制為0.10％(重量)或更低。
同C和Mn一樣，N使襯墊用冷軋薄鋼板具有高度細化的組織。盡管它是一種改善屈服應力的必需組分，但是，從煉鋼角度看，將其含量減小至低于0.01％(重量)很難。另一方面，添加量超過0.0150％(重量)時，會因煉鋼期間鐵的氮化物收率不足，顯著降低穩定性，而且，還會顯著損害壓模期間的各向異性。此外，由于這會引起連鑄件表面出現裂紋，形成鑄造缺陷，因此，本發明中將N組分的范圍確定為0.001-0.0150％(重量)。更優選確定為0.0021-0.0150％(重量)。
Si提供本發明的主要特征。Si在鋼中具有顯著的固溶強化性能，并且是一種有效獲得彈性能的元素。因此，要求其含量為1.0％(重量)或更高。此外，盡管從強化材料的角度考慮優選更高的含量，但由于當含量超過3.0％(重量)時會增加冷軋載荷和損害形狀，故將上限確定為3.0％(重量)。
熱軋本發明中未規定鋼件在熱軋步驟的加熱溫度，但是，從N的有利分解和固溶以及穩定確保熱軋終了溫度的角度考慮，優選熱軋溫度為1100℃或更高。由于當熱軋終了溫度低于Ar3點時，熱軋薄鋼板的晶體組織為混晶且發生晶粒長大，不能獲得預期的強度，因此，優選熱軋終了溫度為Ar3點或更高。卷曲溫度定為450-650℃。當考慮卷材熱軋期間橫向與縱向的尺寸穩定性時，確定450℃為下限。此外，當卷曲溫度高于650℃時，由于在熱軋和連續退火期間晶粒尺寸長大導致在制造襯墊凸邊期間發生失效，故優選卷曲溫度為650℃或更低。
對具有上述組分體系的熱軋態薄鋼板進行冷軋。冷軋壓下量在本發明中同組分一起均是一個重要的強度因素，而且，為了獲得預期的強度，冷軋壓下量為50-90％。
如上所述，對已采用50-90％壓下量冷軋的材料在清洗步驟進行脫脂處理，然后，在630-870℃或更高，優選680-870℃下進行連續退火。另一種方法是，在500-750℃，或者優選600-750℃下進行分批退火。退火時間可以在使材料發生再結晶的范圍內。
在彈簧應用場合，為引入應變，二次冷軋壓下量為30％或更高，優選60％或更高。隨后，任選通過平整軋制形成表面粗糙度。
另一方面，在要求優異彎曲性能的制造應用場合，在退火之后，實施壓下量為7％或更小的二次軋制或平整軋制。隨后，任選通過平整形成表面粗糙度。
結果，如上所述制備的根據本發明的襯墊材料用冷軋薄鋼板包括薄板類和卷材類薄鋼板、鋼箔材或者通過對上述薄鋼板實施表面處理獲得的產品。特別是，從耐腐蝕性角度考慮，具有包括下層為金屬鉻而上層為鉻的水合氧化物的雙層結構的電解鉻酸鹽處理的薄鋼板、或者極薄鍍錫層的薄鋼板、鍍鎳薄鋼板、鍍鋅薄鋼板，以及通過對上述鍍覆薄鋼板采用鉻的水合氧化物進行表面處理或者進行具有包括下層為金屬鉻而上層為鉻的水合氧化物的雙層結構的表面處理而獲得的產品在耐蝕性方面均非常優異。
實施例對于本發明的實施例和對照例而言，它們的鋼組分和制造條件如壓下量均列于表1中，而它們性能的評價結果如表2所示。
關于表1和表2，試樣1-10作為實施例可以用于具有高強度和高彈性的彈簧場合，而試樣11-13可以用于具有優異可彎曲性的制造場合。表2中，用于彈簧場合的試樣1-10在彈簧評價和凸邊制造列中采用符號“○”表示，意味著上述兩種性能良好，而可彎曲性采用“×”表示，意味著試樣不適用。此外，用于制造場合的試樣11-13在彈性能一列中用符號“×”表示，意味著不適合用于彈簧場合，但它們在彎曲制造成型性一列中采用“○”表示，表現出良好的可彎曲性能。
另一方面，作為對照例的試樣14-31不滿足彈性或凸邊加工成型性，因此，不能應用于彈簧場合(表2中彈性或凸邊加工成型性列用符號“×”表示)。而且，各個試樣的可彎曲性很差，用“×”表示。
表1鋼組分、軋制壓下量和退火條件
表2性能評價結果
彈性和凸邊加工成型性的評價對本發明的襯墊的凸邊加工成型性和彈性進行了下述評價。首先，將薄鋼板壓制成如圖1所示的橫截面形狀(制造凸緣狀的凸邊溝槽)，形成寬w、高t的凸邊部分。在制造凸邊期間，凸邊部分未產生裂紋時記為“○”，并且評價為令人滿意，而產生裂紋時，則判斷凸邊加工成型性不合格，并且評價為“×”。
圖2示出了作為一種評價彈性實驗方法的壓縮試驗步驟。圖2中，(a)示出的是已加工的凸邊部分在壓縮之前的狀態，(b)示出的是施加壓縮載荷的狀態，(c)示出的是去除壓縮載荷的狀態。
如圖2所示，采用壓縮試驗機將壓縮載荷自上方施加至凸邊部分。在去除載荷之后，回復量(T1)超過壓縮量(T)的40％時被認為彈性是令人滿意的，并且采用“○”表示。另一方面，回復量(T1)為40％或更低時則判斷為彈性不合格，用“×”表示。
可彎曲性能的評價通過在OT(薄板未置于彎曲部分)處對試樣進行180°彎曲加工來評價可彎曲性能，并且其優劣根據試樣中是否出現裂紋來評價。產生裂紋時記為“×”，并且評價為不合格。相反，未產生裂紋時記為“○”，并且評價為令人滿意。從可彎曲性角度考慮，延伸率為15％或更高的試樣較好。
工業應用性由于對根據本發明的襯墊材料用冷軋薄鋼板及其制備方法進行了如前所述的設定和實踐，所以，能夠獲得一種襯墊材料用冷軋薄鋼板，所述襯墊材料價格低廉，并且在凸邊加工性和彈性之間實現良好平衡并具有優異氣密性能。
通過稍微改變生產方法，根據本發明的襯墊材料具有優異的氣密性能，不僅對于彈簧應用場合其加工性與彈性之間具有良好的平衡，而且，對于加工制造場合，還具有優異的OT可彎曲性能。
此外，實施表面處理的襯墊材料甚至暴露在高溫環境時，也表現出優異的耐腐蝕性和長時間的氣密性能。此外，根據本發明的襯墊材料在彈簧應用場合具有汽缸開口密封性所要求的特別優選的彈性能，而且也能夠適合用于各種類型的開口，例如冷卻水開口、潤滑劑開口和螺栓孔。對于加工制造場合，雖然所述襯墊材料不適合用于彈簧場合，但是它也能夠適合用于各種類型的開口，例如冷卻水開口、潤滑劑開口和螺栓孔。
權利要求
1.一種襯墊材料用冷軋薄鋼板，其特征在于含有，以重量百分數計，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
2.一種襯墊材料用冷軋薄鋼板的制備方法，其特征在于熱軋連鑄件、酸洗、實施壓下量為50-90％的冷軋，所述鑄件含有，以重量百分數計，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
3.一種襯墊材料用冷軋薄鋼板制備方法，其特征在于熱軋連鑄件、酸洗、實施壓下量為50-90％的冷軋，并且還在表面鍍覆Zn或Ni，所述鑄件含有，以重量百分數計，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
4.一種襯墊材料用冷軋薄鋼板制備方法，其特征在于熱軋連鑄件、酸洗、實施壓下量為50-90％的冷軋、在630-870℃或更高溫度下連續退火或者在500-750℃或更高溫度下分批退火，并且，隨后實施壓下量為30％或更高的二次軋制，所述鑄件含有，以重量百分數計，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
5.一種襯墊材料用冷軋薄鋼板制備方法，其特征在于熱軋連鑄件、酸洗、實施壓下量為50-90％的冷軋、在630-870℃或更高溫度下連續退火或者在500-750℃或更高溫度下分批退火，并且，隨后實施壓下量為7％或更低的二次軋制，所述鑄件含有，以重量百分數計，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
6.一種襯墊材料用冷軋薄鋼板制備方法，其特征在于熱軋連鑄件、酸洗、實施壓下量為50-90％的冷軋、在630-870℃或更高溫度下連續退火或者在500-750℃或更高溫度下分批退火，隨后實施壓下量為30％或更高的二次軋制，此外，在表面鍍覆Zn或Ni，所述鑄件含有，以重量百分數計，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
7.一種襯墊材料用冷軋薄鋼板制備方法，其特征在于熱軋連鑄件、酸洗、實施壓下量為50-90％的冷軋、在630-870℃或更高溫度下連續退火或者在500-750℃或更高溫度下分批退火，隨后實施壓下量為7％或更低的二次軋制，此外，在表面鍍覆Zn或Ni，所述鑄件含有，以重量百分數計，0.08-0.60％C，1.0-3.0％Si，0.5-3.0％Mn，0.06％或更高的P，0.06％或更低的S，0.1％或更低的Al，0.0010-0.0150％N，余者為Fe和不可避免的雜質。
8.通過使用根據權利要求1的襯墊材料用冷軋薄鋼板制備的襯墊材料。
9.通過使用根據權利要求2-7中之任何一項的襯墊材料用冷軋薄鋼板制備的襯墊材料。
全文摘要
一種襯墊材料用冷軋薄鋼板，其特征在于其化學組成為(以重量百分數計)C0.08－0.60％，Si1.0－3.0％，Mn0.5－3.0％，P≤0.06％，S≤0.06％，Al≤0.1％，N0.0010－0.0150％，余者為Fe和不可≤避免的雜質，以及一種制備薄鋼板的方法。該襯墊材料用冷軋薄鋼板能夠在凸邊成型性與彈性之間實現良好的平衡，同時還具有優異的氣密性能，而且，能夠低成本生產，因此，能夠用來制備適合在例如冷卻水和潤滑油的開口處以及螺栓孔使用的襯墊。
文檔編號C21D9/46GK1717504SQ200380104388
公開日2006年1月4日 申請日期2003年10月10日 優先權日2002年11月29日
發明者上田利行, 伊藤博康, 大井聰史, 青木晉一 申請人:東洋鋼鈑株式會社