CN101255529A - 一种高塑性应变比镀锌钢板及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热镀锌轿车板及其生产方法。其解决目前对钢中P、S要求低而难以控制，对卧式森吉米尔热镀锌机组而言，钢板再结晶温度偏高，塑性应变比及延伸率较低等不足。由下列组成的化学成分按重量百分数(％)为：C≤0.004，Si≤0.020，Mn 0.05～0.20，P≤0.016，S≤0.015，Ti 0.04～0.07，Als 0.02～0.06，N≤0.003，其余为铁及不可避免的杂质的高塑性应变比镀锌钢板，其生产步骤：采用铁水脱硫、炉外精炼工艺进行冶炼；进行热轧工艺：进行冷轧，控制总压下率在80％；进行镀锌工艺。其特点：为纯Ti处理；S、P控制范围较宽；塑性应变比r_90°≥2.5，延伸率A_80mm在45～50％；不改变现有工艺路线及设备。

Description

一种高塑性应变比镀锌钢板及生产方法

技术领域

本发明涉及汽车板及生产方法，尤其属于热镀锌轿车板及其生产方法。

背景技术

由于国内现有的大量卧式森吉米尔热镀锌机组存在退火线太短(其加热段及均热段退火线长度不及现代立式美钢联法热镀锌机组加热段及均热段退火线长度的1/7)、生产超深冲轿车板能力偏低的难题，加之按常规的IF钢成分设计、轧制及退火工艺生产深冲镀锌汽车板，由于二次析出相形貌、大小、分布不理想，钢板再结晶温度高，而在该类镀锌机组的连续退火炉中，均热段高温退火的保温时间很短暂，生产的实物钢板的塑性应变比(r)值偏低(一般r_90°均≤2.5)，延伸率值亦偏低(一般A_80mm值在45％以下)，不能冲制大变形的轿车后挡板、车门内板、侧门、油底壳等超深冲部件。

国际上目前有一种提高热镀锌轿车板深冲性能的手段是，热轧生产时采用铁素体相区轧制，并采用立式美钢联法热镀锌机组生产，这样虽可获得高r值的成品钢板，但其缺点是：①热连轧机轧制力矩急剧加大，轧机负荷水平要求大幅提高；②带钢表面存在较大的剪切应变，导致成品钢板厚度方向上不能形成均匀的深冲织构；③轧制过程需要大量润滑油，污染大，成本高，大生产难于普及；④一般只能采用中、低温卷取，对于连续退火来说，最终成品钢板的延伸率值一般均较低，虽钢板塑性应变比r值高，冲制轿车部件时抵抗板厚减薄的能力强，但深拉延性能较差。

另一方面，目前国际通用的超深冲级热镀锌轿车钢板的成分要求很严格，以国外某钢铁公司为例，其S、P含量目标值分别要求控制为S≤0.008％，P≤0.010％，冶炼时化学成分控制难度高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种对钢中P、S限制较为宽松，在现有的卧式森吉米尔热镀锌机组上设计新生产工艺，使塑性应变比r_90°≥2.5的超深冲镀锌钢板及生产方法。

实现目的的技术措施：

一种高塑性应变比镀锌钢板，由下列组成的化学成分按重量百分数(％)为：C≤0.004，Si≤0.020，Mn 0.05～0.20，P≤0.016，S≤0.015，Ti 0.04～0.07，Als 0.02～0.06，N≤0.003，其余为铁及不可避免的杂质。

其在于：并满足：0＜Ti-8C-3S-3.42N≤0.02％要求。

生产权利要求1所述的一种高塑性应变比镀锌钢板的方法，其步骤：

1)采用铁水脱硫、炉外精炼工艺进行冶炼，控制C≤0.004、N≤0.003、S≤0.015；

2)进行热轧控冷控轧工艺：

a、将钢板加热到1220～1280℃，并控制同板温差≤25℃；

b、进行粗轧，粗轧出口温度控制在1070～1110℃；

c、进行精轧：入口温度控制在1030～1070℃，终轧温度控制在900～940℃；

d、采用层流冷却方式对带钢进行控制冷却，冷却速度控制在15～30℃/s；

e、进行卷取，卷取温度控制在720～750℃；

3)进行冷轧，控制总压下率在80％；

4)在卧式森吉米尔热镀锌机组上进行镀锌工艺：

a、在连续退火炉的预热段中将钢板预热至750～780℃；

b、在连续退火炉的加热段及均热段中将钢板加热至840～870℃；其时间t控制为：40秒≥钢板在加热段及均热段运行的总时间t-钢板95％再结晶时间t_0.95≥10秒；

c、将钢板冷却至480～500℃；

d、在455～465℃的锌锅中进行连续热浸镀锌；

e、将钢板冷却至30℃及以下(室温)，在0.5～0.9％的延伸率下进行湿光整加工。

本发明中镀锌钢板成分、生产工艺作用及机理如下：

(1)成分对高塑性应变比(r)值热镀锌轿车钢板性能的影响

碳(C)：C是钢中的强化元素，C使钢板强度增加，塑性降低。对冲压成型用钢而言，需要的是低的屈服强度、高的延伸率，例如一般冲压钢板的碳含量为C≤0.08％；且随着钢中碳含量的降低，钢板的各项成型性能指标迅速提高；本发明属超低碳钢，设计碳含量≤0.004％。

硅(Si)：热镀锌轿车板表面质量要求较高，若钢中硅含量高，热轧板酸洗时难于除去氧化铁皮，钢板表面质量变差；而且添加Si使钢板韧性变差，故本发明钢控制Si≤0.020％。

锰(Mn)：在硫含量较高的情况下，一定的Mn含量有利于消除钢中硫的不利影响，但Mn含量过高会恶化深冲性能，当Mn≥0.5％时，会使钢板延伸率值大幅降低。因此，本发明控制Mn含量目标值为0.05～0.20％。

磷(P)：P含量升高，对于采用罩式退火生产的超纯净IF钢板，由于晶界贫化现象严重，P极易于在晶界偏聚，显著增加钢板冷加工脆性。

本发明镀锌钢板对S、Al、Si含量限制较宽松，晶界贫化现象减弱，且采用连续退火生产，钢板再结晶退火后采用快速冷却，因而P的晶界偏聚得到充分抑制，成品镀锌钢板冷加工脆性不明显。参照目前Ti-IF钢的生产水平，本发明冶炼时控制P≤0.016。

硫(S)：S在深冲钢中是有害元素，在钢中形成MnS、TiS等硫化物，一般应尽量除去。

但是，通过热力学分析和对析出相的透射电镜观察分析表明，在Ti-IF钢中适当提高S含量，十分有利于将微细的TiC以粗大的Ti₄C₂S₂形式析出；保持适度的S/C比，不仅有利于固定间隙C原子，而且可显著促使钢板中的二次相粒子集聚、粗化，从而有利于成品镀锌板塑性应变比(r)值的提高，因此，本发明控制S含量为≤0.015。

铝(Al)：Al在深冲钢中是作为脱氧剂加入的，目的主要是去除冶炼时溶在钢液中的氧。另外铝作为定氮剂，可抑制氮在铁素体中的固溶，消除应变时效，提高低温韧性。Ti-IF钢中存在脱氧的残留物Als，一定量的Als有助于保护钢中的钛，但Als过高则使钢水易氧化，钢中的夹杂物增加，因此，本发明控制Als含量为0.02～0.06。

氮(N)：N在钢中使屈服强度和抗拉强度增加，硬度值上升，成型性能下降；对于深冲用钢，氮的负面影响是造成钢板屈服效应和应变时效。另外，N含量增加，若冶金工艺控制不当，N易于和Ti、Al等形成带棱角的夹杂物，对于冲压性能极为不利，因此，本发明控制N≤0.003。

钛(Ti)：为提高钢板深冲性能，达到无间隙原子(IF)状态，须固定C、N间隙原子，本发明采用单加Ti。

Ti在铸坯中能与N结合，形成稳定的TiN质点，从而清除钢中的间隙原子N，而且在控轧控冷的热轧钢板中，添加适量的钛可细化晶粒，提高钢的屈服强度和韧性，这种性能的改善主要与钛能提高钢的再结晶温度和奥氏体晶粒粗化温度，从而控制连铸和加热过程中的晶粒尺寸有关。IF钢中Ti含量一般控制在0.08％以下，本发明控制Ti为0.04～0.07，并控制钢中过剩Ti量为0～0.02，其中过剩Ti量＝总Ti量-2·(48/12)C％-(48/14)N％-2·(48/32)S。

(2)生产工艺对热镀锌轿车板深冲性能的影响

1)热轧卷取温度的影响

热镀锌轿车钢板塑性应变比(r)值的变化与碳、氮化物析出相的大小、形貌分布有关。随着热轧带钢卷取温度的提高，碳化物析出增加，并有利于颗粒聚集长大，且快速退火过程中，铁素体基体在粗大的析出物尚未重新溶解之前完成再结晶，得到发达的有利织构，从而提高塑性应变比(r)值。

本发明通过适当放宽S、P含量的控制范围，生产时S含量由0～0.008放宽至0～0.015，P含量由0～0.010放宽至0～0.016，并借助热轧板高温(≥720℃)卷取工艺，可有效促进粗大的Ti₄C₂S₂二次相形成，抑制C以细小、弥散的TiC二次相析出；同时通过减少过剩Ti量，可有效抑制细小、弥散的FeTiP二次相形成；从而使其热轧板中的二次相集聚、粗化，不仅有利于进一步降低冷轧板再结晶温度，而且十分有利于在连续退火过程中获得强烈的}深冲织构。

2)退火温度和退火时间的影响

本发明的连续退火工艺是核心内容之一。连续退火的工艺特点是快速加热、短时保温和快速冷却；退火过程中，钢板晶粒组织发生回复与再结晶，并且随退火温度升高，再结晶驱动力增大，再结晶形核率也升高，深冲织构晶粒易形核长大，获得高的塑性应变比(r)值。

连续退火生产中，要求冷轧板必须在短时间内完成再结晶和晶粒长大过程，这就需要材质纯净；而本发明钢属于超低碳钢，完全满足此要求。

本发明利用了Ti-IF钢板机械性能不像其它低碳钢那样对退火加热速度敏感、且卧式森吉米尔热镀锌机组的预热段用火焰直接加热带钢因而热效率很高这两个重要特点，在预热段即将板温升至750℃以上(现有退火工艺中，预热段出口板温一般均控制为550～650℃)，使钢板提前进入再结晶区域，这样，带钢在连续退火炉的加热段、均热段运行过程中不仅能够完成组织再结晶，而且晶粒能够充分长大，对提高成品镀锌钢板的塑性应变比(r)值、延伸率值十分有利。

本发明与现有技术相比，其特点：1、为纯Ti处理，不添加Nb，因而其冷轧板再结晶温度较低；2、对S、P含量的控制范围较宽，工艺不苛刻；3、实施本发明退火工艺，使带钢在连续退火炉的加热段、均热段运行过程中能够充分完成组织再结晶及晶粒长大过程；4、试制出特超深冲级镀锌轿车板的板厚规格0.60～1.20mm，实物性能为：屈服强度140～185MPa，抗拉强度285～320MPa，塑性应变比r_90°≥2.5，甚至达3.2，加工硬化指数n_90°在0.22～0.25，延伸率A_80mm在45～50％；5、不用改变现有卧式森吉米尔热镀锌机组工艺路线及设备。

具体实施方式

结合具体实施例对本发明作进一步详述：

实施例1：

冶炼本发明超深冲镀锌轿车钢板，钢的化学成分(按重量％)为：C 0.0010，Si 0.007，Mn 0.104，P 0.013，S 0.0133，Als 0.036，Ti 0.055，N 0.0017，其余为Fe；过剩Ti含量为0.00129％。

生产方法，其步骤：

1)冶炼：采用铁水脱硫、炉外精炼工艺、转炉顶底复合吹炼、真空脱碳和脱气、加铝脱氧等，控制C≤0.004、N≤0.003、S≤0.015；

2)进行热轧控冷控轧工艺：

a、将钢板加热到1250℃，并控制同板温差≤25℃；

b、进行粗轧，粗轧出口温度控制在1100℃；

c、进行精轧：入口温度控制在1050℃，终轧温度控制在925℃；

d、采用层流冷却方式对带钢进行控制冷却，冷却速度控制在20℃/s；

e、进行卷取，卷取温度控制在750℃；

3)进行冷轧：热轧卷经酸洗，在四辊冷连轧机上进行五道次连轧，控制冷轧总压下率在80％，成品板厚为0.70mm；

4)在卧式森吉米尔热镀锌机组上进行镀锌工艺：

a、在连续退火炉中将钢板预热至775℃；

b、在连续退火炉中进行加热及均热，其温度控制在865℃；加热及均热总时间控制为68秒；

c、将钢板冷却至485℃；

d、在456℃的锌锅中进行连续热浸镀锌；

e、将钢板冷却至室温，在0.5％的延伸率下进行湿光整加工。

成品板厚为0.70mm，经检验成品钢带性能，其R_p0.2为164MPa，R_m为300MPa，A_80mm为49.5％，r_90°为3.20，n_90°为0.25，性能合格率达100％；经冲制轿车车门内板，性能合格率达98％以上；装车部件尺寸稳定，无翘曲现象发生，运行情况良好。

实施例2：

冶炼本发明超深冲镀锌轿车钢板，钢的化学成分(按重量％)为：C 0.0016，Si 0.013，Mn 0.102，P 0.010，S 0.011，Als 0.033，Ti 0.067，N 0.0023，其余为Fe；过剩Ti含量为0.0133％。

生产方法，其步骤：

1)冶炼：采用铁水脱硫、炉外精炼工艺、转炉顶底复合吹炼、真空脱碳和脱气、

加铝脱氧等，控制C≤0.004、N≤0.003、S≤0.015；

2)进行热轧控冷控轧工艺：

a、将钢板加热到1225℃，并控制同板温差≤24℃；

b、进行粗轧，粗轧出口温度控制在1095℃；

c、进行精轧：入口温度控制在1040℃，终轧温度控制在915℃；

d、采用层流冷却方式对带钢进行控制冷却，冷却速度控制在20℃/s；

e、进行卷取，卷取温度控制在740℃；

3)进行冷轧：热轧卷经酸洗，在四辊冷连轧机上进行五道次连轧，控制冷轧总压下率在80％，成品板厚为0.60mm；

4)在卧式森吉米尔热镀锌机组上进行镀锌工艺：

a、在连续退火炉中将钢板预热至770℃；

b、在连续退火炉中进行加热及均热，其温度控制在860℃；加热及均热总时间控制为64秒；

c、将钢板冷却至490℃；

d、在462℃的锌锅中进行连续热浸镀锌；

e、将钢板冷却至室温，在0.6％的延伸率下进行湿光整加工。

成品板厚为0.70mm，经检验成品钢带性能为：R_p0.2＝156MPa，R_m＝290MPa，A_80mm＝49％，r_90°＝3.10，n_90°＝0.24。冲制轿车车门内板，性能合格率达98％以上；装车部件尺寸稳定，无翘曲现象发生，运行情况良好。

实施例3：

冶炼本发明超深冲镀锌轿车钢板，钢的化学成分(按重量％)为：C 0.0029，Si 0.014，Mn 0.095，P 0.016，S 0.0095，Als 0.037，Ti 0.070，N 0.0020，其余为Fe；过剩Ti含量为0.0114。

生产方法，其步骤：

1)冶炼：采用铁水脱硫、炉外精炼工艺、转炉顶底复合吹炼、真空脱碳和脱气、加铝脱氧等，控制C≤0.004、N≤0.003、S≤0.015；

2)进行热轧控冷控轧工艺：

a、将钢板加热到1265℃，并控制同板温差≤24℃；

b、进行粗轧，粗轧出口温度控制在1090℃；

c、进行精轧：入口温度控制在1030℃，终轧温度控制在905℃；

d、采用层流冷却方式对带钢进行控制冷却，冷却速度控制在30℃/s；

e、进行卷取，卷取温度控制在720℃；

3)进行冷轧：热轧卷经酸洗，在四辊冷连轧机上进行五道次连轧，控制冷轧总压下率在80％，成品板厚为0.80mm；

4)在卧式森吉米尔热镀锌机组上进行镀锌工艺：

a、在连续退火炉中将钢板预热至758℃；

b、在连续退火炉中进行加热及均热，其温度控制在844℃；加热及均热总时间控制为66秒；

c、将钢板冷却至490℃；

d、在460℃的锌锅中进行连续热浸镀锌；

e、将钢板冷却至室温，在0.9％的延伸率下进行湿光整加工。

成品板厚为0.80mm，经检验成品钢带性能为：R_p0.2＝176MPa，R_m＝305MPa，A_80mm＝48％，r_90°＝3.08，n_90°＝0.23。经冲制轿车油底壳，性能合格率达98％以上；装车部件尺寸稳定，无翘曲现象发生，运行情况良好。

实施例4：

冶炼本发明超深冲镀锌轿车钢板，钢的化学成分(按重量％)为：C 0.0018，Si 0.007，Mn 0.106，P 0.013，S 0.015，Als 0.038，Ti 0.069，N 0.0027，其余为Fe；过剩Ti含量为0.000366。

生产方法，其步骤：

1)冶炼：采用铁水脱硫、炉外精炼工艺、转炉顶底复合吹炼、真空脱碳和脱气、加铝脱氧等，控制C≤0.004、N≤0.003、S≤0.015；

2)进行热轧控冷控轧工艺：

a、将钢板加热到1275℃，并控制同板温差≤25℃；

b、进行粗轧，粗轧出口温度控制在1070℃；

c、进行精轧：入口温度控制在1060℃，终轧温度控制在930℃；

d、采用层流冷却方式对带钢进行控制冷却，冷却速度控制在28℃/s；

e、进行卷取，卷取温度控制在730℃；

3)进行冷轧：热轧卷经酸洗，在四辊冷连轧机上进行五道次连轧，控制冷轧总压下率在80％，成品板厚为0.80mm；

4)在卧式森吉米尔热镀锌机组上进行镀锌工艺：

a、在连续退火炉中将钢板预热至752℃；

b、在连续退火炉中进行加热及均热，其温度控制在855℃；加热及均热总时间控制为58秒；

c、将钢板冷却至498℃；

d、在465℃的锌锅中进行连续热浸镀锌；

e、将钢板冷却至室温，在0.7％的延伸率下进行湿光整加工。

成品板厚为0.70mm，经检验成品钢带性能为R_p0.2＝175MPa，R_m＝308MPa，A_80mm＝45％，r_90°＝3.02，n_90°＝0.22。在冲制轿车后挡板，性能合格率达98％以上；装车部件尺寸稳定，无翘曲现象发生，运行情况良好。

Claims (3)

1、一种高塑性应变比镀锌钢板，其由下列组成的化学成分按重量百分数(％)为：C≤0.004，Si≤0.020，Mn 0.05～0.20，P≤0.016，S≤0.015，Ti 0.04～0.07，Als 0.02～0.06，N≤0.003，其余为铁及不可避免的杂质。

2、如权利要求1所述的一种高塑性应变比镀锌钢板，其特征在于：并满足：0＜Ti-8C-3S-3.42N≤0.02％要求。

3、生产权利要求1所述的一种高塑性应变比镀锌钢板的方法，其步骤：

1)采用铁水脱硫、炉外精炼工艺进行冶炼，控制C≤0.004、N≤0.003、S≤0.015；

2)进行热轧控冷控轧，其工艺：

a、将钢板加热到1220～1280℃，并控制同板温差≤25℃；

b、进行粗轧，粗轧出口温度控制在1070～1110℃；

c、进行精轧：入口温度控制在1030～1070℃，终轧温度控制在900～940℃；

d、采用层流冷却方式对带钢进行控制冷却，冷却速度控制在15～30℃/s；

e、进行卷取，卷取温度控制在720～750℃；

3)进行冷轧，控制总压下率在80％；

4)在卧式森吉米尔热镀锌机组上进行镀锌工艺：

a、在连续退火炉的预热段中将钢板预热至750～780℃；

b、在连续退火炉的加热段及均热段中将钢板加热至840～870℃；其时间t控制为：40秒≥钢板在加热段及均热段运行的总时间t-钢板95％再结晶时间t_0.95≥10秒；

c、将钢板冷却至480～500℃；

d、在455～465℃的锌锅中进行连续热浸镀锌；

e、将钢板冷却至30℃及以下，在0.5～0.9％的延伸率下进行湿光整加工。