CN100503863C - 氧化层附着牢固的热轧黑皮表面钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氧化层附着牢固的热轧黑皮表面钢板及其制造方法，该钢板以重量%计，含有C：0.01～0.30%、Si≤1.0%、Mn：0.10～1.80%、P≤0.1%、S≤0.1%、Al≤0.1%，剩余部分为Fe及不可避免的杂质。该钢板表面氧化层的平均厚度＜10μm，氧化层中Fe₃O₄的含量＞90%。其制造方法的特点在于将铸坯加热至1200～1270℃，保温2～5小时后进行粗轧，用＞10Mpa的高压水除鳞2～6次，精轧开轧温度为900～1100℃，终轧温度为800～950℃，轧后以8～30℃/s冷速冷却，然后在450～650℃进行卷取。用本发明生产的钢板直接冲压汽车大梁及其它汽车结构件时，氧化层完好，不发生脱落现象，完全可以满足汽车厂家进行无酸洗工序生产汽车大梁以及其它汽车结构零件。本发明既能起到环保效果又能节约能源，同时还能提高冲压模具的使用寿命，经济和社会效益显著。

Description

氧化层附着牢固的热轧黑皮表面钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种热轧钢板，特别是表面氧化层结合牢固的热轧黑皮表面钢板及其制造方法。

背景技术

热轧钢板表面在热轧后产生的铁锈由Fe₃O₄、Fe₂O₃和FeO构成，一般需采用酸洗方法去除。但随着环保及节能的需求，汽车厂家要求钢厂提供免酸洗的可直接冲压钢板，对钢板表面质量提出了更高的要求。汽车厂家应用普通热轧钢板在不经酸洗直接冲压汽车大梁等零件，会出现氧化铁皮脱落或变成粉尘，造成环境污染，同时影响冲压模具的使用寿命，且不经济，严重影响汽车零件的下步工序生产。为此，希望能有冲压成形时铁皮不脱落的钢板来替代现有的普通热轧钢板。

日本特开昭62-4820号专利公开了一种氧化层附着性能良好的热轧钢板的生产方法，该方法将含(重量％)C：0.03％～0.25％、Si：0.04％～0.5％、Mn：0.2％～2.0％、P≤0.025％、S≤0.025％、Al≤0.08％、Cr：0.1％～0.5％，剩余部分为Fe及不可避免的杂质的铸坯在小于(Ar₃+50℃)温度下热轧后，5秒钟内以40℃/秒的速度冷却至600℃～360℃进行卷取。应用该方法可生产出氧化层密着性良好的冲压用热轧钢板。但该方法轧后冷速太大，360℃卷取温度过低，要求设备的卷取能力较高，一般的轧制生产线难以实现。

日本特开2000-87185号专利也公开了一种氧化层附着性能良好的热轧钢板的生产方法，该方法对含(重量％)C：0.01％～0.2％、Si≤0.05％、Mn：0.1％～1.0％、P≤0.02％、S≤0.02％、Al≤0.08％、Ni：0.05％～0.2％、Cu： $\frac{1}{3}\mathrm{Ni}<\mathrm{Cu}<\frac{2}{3}\mathrm{Ni},$ 剩余部分为Fe及杂质的铸坯进行热轧，可得到表面氧化层结构Fe₃O₄达80％，氧化层厚度在10μm以下的钢板。该钢板主要用于制管、制圆桶及冷弯角型件等。按该方法生产的钢板氧化层结构含Fe₃O₄为80％，而一般若能满足耐蚀性好的氧化层结构需含Fe₃O₄90％以上。

日本特开2004-244680号专利同样公开了一种氧化层附着性能良好的热轧钢板及其生产方法，该方法将含(重量％)C：0.01％～0.2％、Si：0.1％～1.0％、Mn：0.1％～1.50％、P≤0.1％、S≤0.1％、Al：0.001％～0.10％，剩余部分为Fe及杂质的铸坯再加热至1170℃以上，经粗轧及除鳞后，在880℃以上保温1s以上，再开始精轧，精轧开轧温度在880℃以上，终轧温度在800～880℃之间，轧后以10℃/s以上冷速冷却，然后进行卷取。通过这个过程控制钢板表面粗糙度，Ra在0.5μm以上，PPI(每平方英寸上的峰值数)在250以上，氧化层平均厚度在10μm以下。该钢板主要应用于建筑领域。该专利在粗轧除鳞后需待温一段时间，这样势必会影响生产效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种不经酸洗直接冲压生产各种汽车结构件时，氧化层不脱落的热轧钢板及其生产方法。

本发明是通过下述方式实现的：

本发明氧化层附着牢固的热轧黑皮表面钢板以重量％计，含有C：0.01～0.30％、Si≤1.0％、Mn：0.10～1.80％、P≤0.1％、S≤0.1％、Al≤0.1％，剩余部分为Fe及不可避免的杂质。该钢板表面氧化层的平均厚度<10μm，氧化层中Fe₃O₄的含量>90％。

本发明黑皮表面钢板还可含有(以重量％计)Nb：0.01～0.09％和/或Ti：0.01～0.20％。也可含有以下一种或两种以上元素(以重量％计)：Cr：0.1％～1.0％、Ni：0.1％～1.0％、Mo：0.1％～1.0％和Cu：0.1％～1.0％。

本发明氧化层附着牢固的热轧黑皮表面钢板的制造方法主要包括连铸-板坯加热-粗轧-除鳞-精轧-层流冷却-卷取，其特点在于将铸坯加热至1200～1270℃，保温2～5小时后进行粗轧，用>10Mpa的高压水除鳞2～6次，精轧开轧温度为900～1100℃，终轧温度为800～950℃，轧后以8～30℃/s冷却速度冷却，然后在450～650℃进行卷取。

本发明热轧黑皮表面钢板的制造方法还可在轧后冷却用的冷却水中添加缓蚀剂。缓蚀剂以钼酸盐、钨酸盐和亚硫酸氢盐作为主剂，复配以硅系消泡剂。所述的钼酸盐、钨酸盐和亚硫酸氢盐可以是钼酸钠、钨酸钠和亚硫酸氢钠，也可以是钼酸钾、钨酸钾和亚硫酸氢钾。所述钼酸盐的使用浓度为0.1～1.0％，优选为0.2～0.4％，钨酸盐的使用浓度为0.05～0.50％，优选为0.1～0.3％，亚硫酸氢盐的使用浓度为0.05～0.50％，优选为0.1～0.3％，硅系消泡剂的使用浓度0.005～0.050％，优选为0.01～0.03％，缓蚀剂的使用温度为30～60℃，优选为40～50℃，冷却水的pH值为3～9，优选为7～8。

本发明之所以选择以上的成分设计主要在于：

C：0.3％以上加工性能变坏，降低C没有特别要求，不影响发明效果，但考虑到较低的C会提高钢板生产成本，因此下限定为0.01％。针对汽车大梁用钢C含量的最佳范围为0.08％～0.15％；

Si在钢中起强化作用，硅高会影响加工性，同时钢板表面易产生红锈，因此下限不设定，在可能的情况下应达到较低含量；

Mn为强化元素，过多时加工性能不好，过低时会增加生产成本，同时会影响钢板性能，选择为0.1％～1.50％；

Nb可作为微合金强化元素，起细化晶粒、弥散强化作用，含量过低作用不明显，过高不必要且增加成本，选择范围为0.01％～0.09％；

Ti可作为微合金强化元素，起细化晶粒、弥散强化作用，与硫结合改善硫化物夹杂形态，过低作用不明显，过高不必要且增加成本，选择范围为0.01％～0.20％；

S、P为对性能影响不良元素，在生产可能的情况下，越低越好，都不应大于0.1％；

Al：为脱氧元素，过高会导致氧化物夹杂增加，不应大于0.1％。

Cr、Ni、Mo、Cu可作为强化元素加入，同时起到氧化层牢固的目的，选择范围为0.1％～1.0％。每种元素的加入根据生产厂的实际情况而定，加入量太高，会造成钢板成本增加，在钢板表面质量满足要求的情况下，也可以不加入。

本发明生产工艺说明：

铸坯加热温度1200～1270℃，保温2～5小时主要目的是首先要满足钢板的性能要求使合金元素固溶充分，其次为使氧化铁皮易于去处，加热要充分；

普通钢板轧制高压水除鳞一般为3次，为使钢坯表面氧化铁皮除净除鳞次数尽量多些，太多又会降低钢坯温度影响轧制，因此上限为6次；

为得到理想的Fe₃O₄表面氧化层，轧制温度应尽量低，但太低会影响钢板性能，太高会出现Fe₂O₃及FeO，因此将本发明精轧温度设为精轧开轧温度900～1100℃，终轧温度800～950℃；

采取快速冷却可使钢板表面产生Fe₃O₄，考虑到Fe₃O₄形成温度为450～600℃，太低则产生Fe₂O₃，太高则生成FeO，同时还要兼顾钢板的性能及轧机的能力，所以将本发明轧后冷速设为8～30℃/s，将卷取温度设为450～650℃。

为使钢板表面的氧化层更加致密，根据生产的需要可在轧后冷却用的冷却水中加入缓蚀剂对钢板表面进行处理，也可以不加缓蚀剂。所述缓蚀剂采用钼酸盐、钨酸盐和亚硫酸氢盐作为主剂，复配以硅系消泡剂等。钼酸盐、钨酸盐和亚硫酸氢盐作为氧化还原体系参与热轧钢板氧化铁皮的生成过程，通过氧化还原体系改变热轧钢板氧化铁皮的组成，使氧化层致密性良好。钼酸盐、钨酸盐和亚硫酸氢盐可以是钼酸钠、钨酸钠和亚硫酸氢钠，也可以是钼酸钾、钨酸钾和亚硫酸氢钾，钠盐和钾的作用相同。

本发明缓蚀剂中钼酸盐的使用浓度为0.1％～1％，最佳使用浓度0.2％～0.4％；钨酸盐使用浓度为0.05％～0.5％，最佳使用浓度0.1％～0.3％；亚硫酸氢盐使用浓度为0.05％～0.5％，最佳使用浓度0.1％～0.3％；硅系消泡剂使用浓度为0.005％～0.05％，最佳使用浓度0.01％～0.03％。缓蚀剂的使用温度应控制在30～60℃，最佳温度控制在40～50℃。冷却水pH值应控制在3～9，最佳pH值控制在7～8。

本发明通过以上成分设计和轧制制度，附以适当钨钼酸盐类缓蚀剂冷却生产出的氧化层附着牢固的热轧黑皮表面钢板，其表面氧化层含Fe₃O₄达90％以上；氧化层平均在10μm以下。2a，B＝35mm，180°冷弯氧化层不脱落。a为钢板厚度；B为钢板试样宽度。用该钢板直接冲压汽车大梁及其它汽车结构件时，氧化层完好，无脱落现象发生，完全可以满足汽车厂家进行无酸洗工序生产汽车大梁以及其它汽车结构零件。采用本发明技术既能起到环保效果又能节约能源，同时还能提高冲压模具的使用寿命，从而为生产厂家和汽车制造厂家带来巨大的经济效益。该钢板具有很强的市场竞争力，还可用来生产其它类似产品。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。首先按本发明的成分范围设计钢种，本发明实施例提供了8个钢种成分，具体成分见表1。然后对不同成分的钢坯按规定的轧制制度进行加热、保温、粗轧、除鳞、精轧、冷却、卷取。本发明提供了14个轧制制度的实施例，具体内容见表2。与各实施例相对应的钢板性能及氧化层情况见表3。从表3可以看出本发明实施例钢板的机械性能完全满足钢板供货性能标准要求，其表面氧化层的厚度和Fe₃O₄的含量均达到设计要求。对于需加缓蚀剂处理的，按规定的比例配制，以配制20t冷却水为例：优选为，钼酸钠60kg(0.3重量％)、钨酸钠40kg(0.2重量％)、亚硫酸氢钠40kg(0.2重量％)、硅系消泡剂4kg(0.02重量％)。待缓蚀剂混合溶解后，将轧钢层流冷却水的温度控制在40～50℃，pH值控制在7～8，使缓蚀剂随冷却水一起喷淋到钢板表面参与氧化铁皮的生成，钢板卷取冷却后即可得到致密性良好的表面氧化层。

表1 本发明钢种的熔炼成分(wt，％)

 

成分	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	Cr	Ni	Mo	Cu	Als
													A	0.146	0.030	1.22	0.011	0.007	0.020	—	—	—	—	—	0.032
B	0.140	0.030	1.30	0.011	0.007	0.020	—	0.01	—	—	—	0.040
													C	0.100	0.430	1.53	0.011	0.006	0.051	0.016	—	—	—	—	0.031
D	0.100	0.108	1.34	0.012	0.009	0.021	—	—	0.01	—	—	0.016
													E	0.120	0.114	1.28	0.015	0.006	0.020	—	—	—	0.01	—	0.022
F	0.090	0.120	1.35	0.015	0.006	0.020	—	—	—	—	0.01	0.025
													G	0.060	0.080	0.31	0.015	0.006							0.026
H	0.250	0.300	0.80	0.015	0.005							0.030

表2 本发明钢种的轧制制度

 

钢卷	成分	规格mm	加热温度，℃	保温时间，h	除鳞次数	开轧温度，℃	终轧温度，℃	卷取温度，℃	冷速℃/s	缓蚀剂
											1	A	6	1220	3	3	1080	900	590	19.3	×
2	A	6	1190	3.5	4	1050	890	590	18.7	∨
											3	B	6	1215	2.5	5	1060	900	570	20.6	×
4	B	6	1225	3	5	1060	840	550	18.1	∨
											5	C	8	1205	4	5	1060	830	560	16.8	×
6	C	8	1220	4.5	5	1050	830	550	17.5	∨
											7	D	5	1260	3	4	1065	885	590	21	×
8	D	5	1225	3.5	4	1060	885	590	21	∨
											9	E	8	1240	4	5	1070	915	570	25	×
10	E	8	1250	4.5	5	1070	860	600	18.5	∨
											11	F	5	1230	4	3	1050	880	580	21	×
12	F	5	1225	3	3	1040	870	560	22	∨
											13	G	3	1225	3	3	1060	860	580	20	×
14	H	4	1225	2.5	3	1050	850	570	19	×

注：×为未加缓蚀剂，∨为加入缓蚀剂。

表3 本发明钢种钢板性能及表面氧化层情况

 

钢卷	Rel，N/mm<sup>2</sup>	Rm，N/mm2	A，％	Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>含量，％	氧化层厚度，μm	冷弯，d＝2a，B＝35mm，180。
							1	500	585	24	97	4	未脱落
2	480	565	24	96	5	未脱落
							3	490	555	28	98	4	未脱落
4	480	545	26	95	5	未脱落
							5	525	630	23	95	6	未脱落
6	530	640	24	96	5	未脱落
							7	445	540	30	93	7	未脱落
8	485	560	28	94	6	未脱落
							9	465	540	29	92	8	未脱落
10	490	555	31	95	4	未脱落
							11	470	545	28	93	5	未脱落
12	460	560	27	96	6	未脱落
							13	325	395	40	92	7	未脱落
14	400	510	20	91	8	未脱落

注：氧化层结构除Fe₃O₄外，其余为Fe₂O₃及FeO

Claims (7)

1.一种氧化层附着牢固的热轧黑皮表面钢板，以重量％计，含有C：0.01～0.30％、Si≤1.0％、Mn：0.10～1.80％、P≤0.1％、S≤0.1％、Al≤0.1％，剩余部分为Fe及不可避免的杂质，其特征在于，钢板表面氧化层的平均厚度<10μm，氧化层中Fe₃O₄的含量>90％。

2.一种权利要求1所述的氧化层附着牢固的热轧黑皮表面钢板的制造方法，其工艺流程为：连铸-板坯加热-粗轧-高压水除鳞-精轧-层流冷却-卷取，其特征在于将铸坯加热至1200～1270℃，保温2～5小时后进行粗轧，用>10Mpa的高压水除鳞2～6次，精轧开轧温度为900～1100℃，终轧温度为800～950℃，轧后以8～30℃/s冷却速度冷却，然后在450～650℃进行卷取。

3.根据权利要求2所述的热轧黑皮表面钢板的制造方法，其特征在于在轧后冷却用的冷却水中添加缓蚀剂，缓蚀剂以钼酸盐、钨酸盐和亚硫酸氢盐作为主剂，复配以硅系消泡剂。

4.根据权利要求3所述的热轧黑皮表面钢板的制造方法，其特征在于所述的钼酸盐、钨酸盐和亚硫酸氢盐是钼酸钠、钨酸钠和亚硫酸氢钠。

5.根据权利要求3所述的热轧黑皮表面钢板的制造方法，其特征在于所述的钼酸盐、钨酸盐和亚硫酸氢盐是钼酸钾、钨酸钾和亚硫酸氢钾。

6.根据权利要求3、4或5所述的热轧黑皮表面钢板的制造方法，其特征在于所述钼酸盐的使用浓度为0.1～1.0％，钨酸盐的使用浓度为0.05～0.50％，亚硫酸氢盐的使用浓度为0.05～0.50％，硅系消泡剂的使用浓度0.005～0.050％，缓蚀剂的使用温度为30～60℃，冷却水的pH值为3～9。

7.根据权利要求6所述的热轧黑皮表面钢板的制造方法，其特征在于所述钼酸盐的使用浓度为0.2～0.4％，钨酸盐的使用浓度为0.1～0.3％，亚硫酸氢盐的使用浓度为0.1～0.3％，硅系消泡剂的使用浓度为0.01～0.03％，缓蚀剂的使用温度为40～50℃，冷却水pH值为7～8。