CN101736193B

CN101736193B - 低碳钢板及其制备方法

Info

Publication number: CN101736193B
Application number: CN2008101735940A
Authority: CN
Inventors: 郑之旺; 许哲峰; 郭太雄; 于丹; 娄燕
Original assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Co Ltd
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2028-11-10
Also published as: CN101736193A

Abstract

本发明提供了一种低碳钢板及其制备方法，其中，以该低碳钢板的总量为基准，该低碳钢板含有0.04-0.1重量％的C、0.2-0.45重量％的Mn、0.01-0.1重量％的Als、0.003-0.02重量％的Ti和99.33-99.75重量％的Fe，所述Als表示酸溶铝。本发明通过调节低碳钢板的化学组成，在低碳钢板中添加微量的钛，使成品中铁素体的晶粒细化，同时通过对热轧工艺和退火工艺进行优化，进一步降低了低碳钢板中铁素体的晶粒尺寸，得到细小均匀的轧制组织，从而提高紧卷罩式退火方式生产的冷轧低碳钢板的力学性能。本发明制备的低碳钢板的铁素体的晶粒度达到9.5-11级，屈服强度为240-280MPa，抗拉强度为350-400MPa，延伸率(A₅₀)为40-45％，硬度(HR30T)为48-53。

Description

低碳钢板及其制备方法

技术领域

本发明是关于一种低碳钢板以及该低碳钢板的制备方法。

背景技术

冷轧产品加工精细、品种繁多、应用广泛，是钢材中的精品，属于高端产品。随着经济社会的发展，冷轧产品在钢材消费中的比重在不断提高，并发挥着越来越重要的作用。冷轧低碳钢板可以采用连续退火和罩式退火两种方式进行生产。采用连续退火方式生产的低碳钢板的晶粒较细，间隙原子含量较高，具有较高的强度与硬度。但是连续退火的投资大、设备复杂。罩式退火按照板卷形式的不同可以分为紧卷罩式退火和松卷罩式退火，其中，紧卷罩式退火使用灵活、投资少，应用十分广泛。但采用紧卷罩式退火工艺进行退火时，加热速度较慢、退火时间较长，冷却速度也较慢，并且采用常规的退火工艺退火后，成品中铁素体的晶粒较粗，碳、氮等间隙原子以碳化物和氮化物的形态充分析出，产品的强度较低、钢质较软。由于罩式退火方式生产的冷轧低碳钢板的强度与硬度较低，因此，家电与钢制家具领域使用的低碳钢板通常采用连续退火的方式进行生产。提高罩式退火冷轧低碳钢板的强度与硬度，对于拓展罩式退火冷轧低碳钢板的应用范围具有重要的推动作用。

目前，提高罩式退火方式生产的冷轧板的强度与硬度的方法主要有以下几种：(1)固溶强化：通过提高置换原子，如锰、硅等，或间隙原子，如碳、氮的含量来提高强度，但是这种方法将明显降低产品的焊接性能；(2)位错强化：通过调质轧制或不完全退火来提高位错密度，达到提高强度与硬度的目的，但是这种方法使产品的成形性能明显降低；(3)细晶强化和沉淀强化：通过细化铁素体的晶粒和沉淀强化来提高强度与硬度，常用的方法为微合金化，但是微合金化的产品并不属于低碳钢的范畴。基于上述原因，如何在不降低产品其它性能的前提下，提高罩式退火冷轧低碳钢板的强度与硬度正成为日益重要的研究课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的罩式退火的冷轧低碳钢板铁素体晶粒较粗、产品的强度和硬度较低的缺点，提供一种高强度、高硬度的低碳钢板；本发明还进一步提供该低碳钢板的制备方法。

根据本发明提供的低碳钢板，其中，以该低碳钢板的总量为基准，该低碳钢板含有0.04-0.1重量％的C、0.2-0.45重量％的Mn、0.01-0.1重量％的Als、0.003-0.02重量％的Ti和99.33-99.75重量％的Fe，所述Als表示酸溶铝。

根据本发明的低碳钢板的制备方法，该方法包括制备钢板坯，将上述得到的钢板坯依次进行热轧、冷却、成卷、冷轧和退火，其中，以该钢板坯的总量为基准，该钢板坯含有0.04-0.1重量％的C、0.2-0.45重量％的Mn、0.01-0.1重量％的Als、0.003-0.02重量％的Ti和99.33-99.75重量％的Fe，所述Als表示酸溶铝。

现有技术中提高罩式退火方式生产的低碳钢板强度和硬度的方法包括固溶强化和位错强化。虽然上述两种方法可以提高低碳钢板的强度与硬度，但是会导致制品其它性能的降低，例如焊接性能、成形性能等。本发明的发明人在实践中发现调节低碳钢板的化学组成，在低碳钢板中添加微量的钛，可以细化成品中铁素体的晶粒，同时通过对热轧工艺和退火工艺进行优化，可以进一步降低低碳钢板中铁素体的晶粒尺寸，得到细小均匀的轧制组织，从而提高紧卷罩式退火方式生产的冷轧低碳钢板的力学性能。本发明制备的低碳钢板的铁素体的晶粒度达到9.5-11级，屈服强度为240-280MPa，抗拉强度为350-400MPa，延伸率(A₅₀)为40-45％，硬度(HR30T)为48-53；而常规低碳钢板的铁素体晶粒度在8.5级左右，屈服强度为160-240MPa，抗拉强度为270-350MPa，延伸率(A₅₀)为40-50％，硬度(HR30T)为43-50。所述低碳钢板的铁素体的晶粒度是根据GB/T4335-1984规定的方法进行测试的。

本发明提供的高强度、高硬度的低碳钢板可以在紧卷罩式退火和普通平整机的冷轧板的设备条件下进行生产，并且生产的低碳钢板的力学性能与连续退火方式生产的产品相当。

附图说明

图1所示为根据本发明实施例1制备的热轧带钢的金相组织；

图2所示为根据本发明实施例1制备的低碳钢板成品的金相组织；

图3所示为对比例1采用常规罩式退火制备的冷轧低碳钢板成品的金相组织。

具体实施方式

根据本发明提供的低碳钢板，以该低碳钢板的总量为基准，该低碳钢板含有0.04-0.1重量％的C、0.2-0.45重量％的Mn、0.01-0.1重量％的Als、0.003-0.02重量％的Ti和99.33-99.75重量％的Fe，所述Als表示酸溶铝。

钛(Ti)是实现本发明目的的关键元素，微量的钛用来细化热轧卷的晶粒，保证热轧高温卷取时热轧卷保持细小的铁素体晶粒。在完全脱氧的条件下，钢中的钛形成1微米以下的氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)和碳氮化钛(TiCN)中的一种或几种，它们可以阻止奥氏体晶界长大。但是如果钛含量过多则会形成大颗粒的TiN，以及大量的TiN、TiC和TiCN中的一种或几种的粒子，一方面对力学性能产生不利影响，另一方面，显著阻碍退火再结晶，不利于本发明低温再结晶退火方案的实施，因此，Ti的含量应该适当。本发明的低碳钢板中，钛的含量为0.003-0.02重量％，优选为0.005-0.015重量％。

碳(C)是稳定奥氏体的代表元素，碳的含量对碳素钢的组织和性能具有明显的影响。本发明从稳定低碳钢板性能的角度出发，对碳的含量进行控制，碳含量为0.04-0.1重量％。对于厚度为0.8-2mm的厚规格产品，由于冷轧的压下率较低，成品的晶粒相对较粗，因此碳含量按中上限进行控制，碳含量可以为0.06-0.1重量％。通过将碳含量控制在上述范围内，可以确保低碳钢板的强度和硬度。

锰(Mn)是脱氧和脱硫的有效元素，可以作为脱氧剂使用，在热处理时还可以提高低碳钢的强度。但是，如果锰的含量过高，将使制品成形性变差。因此，本发明控制锰的含量为0.2-0.45重量％。

酸溶铝(Als)指钢中可以被酸溶解的铝。钢中的铝分为两种，一种是来不及上浮到渣中的脱氧产物Al₂O₃中的铝，由于Al₂O₃不能溶于酸中，所以将与氧结合的铝称为酸不溶铝，将其余可被酸溶解的铝称为酸溶铝，酸溶铝常用“Als”表示，钢中酸溶铝和酸不溶铝之和称为全铝，常用“Al”或“Alt”表示。本发明所称的酸溶铝指如以上所描述的存在于钢中可以被酸溶解的铝(Als)，所涉及的对酸溶铝的量的表述也指上述可以被酸溶解的酸溶铝中铝元素的量。钢中加入铝的目的主要有两个，其一为脱除钢中的氧，避免在凝固过程中形成非金属夹杂物，其二为以氮化铝(AlN)的形式固定钢中的氮。如果酸溶铝的含量低于0.01重量％，则脱氧效果不充分，如果酸溶铝的含量超过0.1重量％，则效果饱和因而不经济。因此，本发明中将酸溶铝控制为0.01-0.1重量％，优选为0.02-0.07重量％。

根据本发明提供的低碳钢板中，所述不可避免的杂质可以为制备低碳钢板的原料如铁水中通常含有的各种杂质，其种类和含量已为本领域技术人员所公知，例如，对于低碳钢，常见的杂质包括P、S和Si。由于过量的磷(P)和硫(S)将对低碳钢板的韧性和塑性产生不利影响，因此本发明控制低碳钢板中磷和硫的含量均不超过0.025重量％，一般为0.005-0.015重量％。另外，硅含量过高时会导致钢的塑性和韧性降低，并导致酸轧联合机组生产时闪光焊接困难以及酸洗性能下降，且易形成夹杂物因而对钢的抗疲劳性能产生不利影响。因此，本发明控制低碳钢板中硅的含量不超过0.03重量％，一般为0.01-0.02重量％。也即，本发明提供的低碳钢板中，以低碳钢板的总量为基准，所述低碳钢板中磷和硫的含量各自不超过0.025重量％，硅的含量不超过0.03重量％。

本发明提供的低碳钢板，通过在低碳钢板中添加微量的钛，可以得到细小的热轧组织并保证氮化铝(AlN)充分析出。这样，一方面可以降低退火再结晶温度，有利于实施再结晶低温区退火来细化晶粒；另一方面可以消除由于AlN在罩式退火过程中的析出，而产生的对铁素体晶粒长大的控制作用。制备的热轧钢板卷具有细小均匀的热轧组织，并且在热轧中形成的细晶组织还可以遗传到冷轧退火态中，从而细化成品的晶粒。制备的低碳钢板成品中铁素体的晶粒度达到9.5-11级。同时，通过对轧制工艺和退火工艺进行优化，可以进一步促进上述效果。具体的轧制工艺将在后面进行描述。

本发明对制备钢板坯的方法没有特别的限定，只要能使所述钢板坯的组成符合本发明的要求即可，即以钢板坯的总量为基准，该钢板坯含有0.04-0.1重量％的C、0.2-0.45重量％的Mn、0.01-0.1重量％的Als、0.003-0.02重量％量％的Ti和99.33-99.75重量％的Fe即可。所述制备钢板坯的方法一般包括冶炼和铸造两个步骤。在冶炼阶段将钢水的组成调整为与本发明的低碳钢板的组成一致，所述的冶炼采用常规的、已为本领域人员公知的冶炼技术进行，例如转炉冶炼，这里不再赘述。所述的钢板坯可以采用公知的铸造工艺制备，如连铸工艺或铸锭工艺，并没有特殊的限制。

根据本发明提供的制备方法，尽管只要控制钢板坯的组成而采用常规的热轧、冷却、成卷、冷轧和退火方法即可实现本发明的目的，但优选情况下，为了进一步提高本发明制备的低碳钢板的力学性能，所述热轧的终轧温度为840-900℃，优选为840-880℃。

进一步地，除终轧之外的所述热轧的精轧开轧温度可以为940-1000℃，优选为940-970℃；热轧的精轧的压下率为80-95％，优选为90-95％。所述压下率是指在轧制过程中，轧件的长、宽、高三个尺寸都将发生变化，轧制后轧件高度的减少量与原始高度的比值。由于在连续生产过程中，从钢板坯送入热轧精轧机组进行精轧之前，还会因粗轧以及除鳞等工序损失部分能量，因此，为保证热轧的精轧温度，优选所述热轧的钢板坯加热温度为1150-1220℃，进一步优选为1150-1200℃。本发明对热轧的其它工序并无特殊的限制，按照本领域常用的技术参数进行即可。

本发明的低碳钢板的冷却可以在热轧结束0.5-2秒内进行冷却，优选在0.5-1秒内进行冷却。所述的冷却优选为两段冷却，且第一阶段冷却速率大于第二阶段冷却速率，其中，第一阶段冷却的冷却速率为30-60℃/秒，优选为50-60℃/秒，冷却时间为2-4秒，优选为2-3秒；第二阶段冷却后带钢温度控制在680-750℃，优选第二阶段冷却后带钢温度控制在710-740℃。本发明中的第一阶段冷却的冷却速率是指从终轧后的冷却开始到第一阶段冷却结束的平均冷却速率。本发明中第一阶段的冷却方式可以采用本领域技术人员公知的冷却方法，只要按照本发明规定的冷却速率和冷却时间进行即可，但是为了进一步提高热轧带钢的强度和其他性能，本发明的第一阶段冷却优选层流冷却。所述第二阶段冷却可以采用空冷的方式。

本发明提供的低碳钢板的制备方法中，所述成卷是指将冷却后的产品进行卷取以形成钢板卷。具体的，所述卷取可以在680-750℃下进行，本发明优选的卷取温度为710-740℃。成卷后的热轧板卷采用本领域技术人员熟知的方法冷却至15-35℃，通常采用的冷却方式为空气条件下的自然冷却。

优选的情况下，本发明的低碳钢板的制备方法还包括冷却后冷轧前的酸洗，所述酸洗的目的是要消除热轧钢板表面的氧化物等杂质，提高冷轧板的表面质量。本发明对酸洗并无特别的限制，采用已公知的酸洗技术即可。本发明实施例酸洗所用的酸为1.6-2.7摩尔/升的盐酸。

本发明中，所述冷轧可以在各种冷轧机上进行冷轧。由于提高冷轧的压下率可以提高钢卷的组织与性能的均匀性，因此本发明优选的冷轧的压下率为60-80％，进一步优选为75-80％。所述冷轧的其它工艺流程采用本领域技术人员熟知的技术参数即可。

冷轧钢通过再结晶退火可以降低钢的硬度、消除冷加工硬化、改善钢的性能并恢复钢的塑性变形能力。根据本发明提供的方法，所述退火可以是罩式退火，也可以是连续退火。由于罩式退火的设备投资小、使用灵活，并且可以使用已有的炉设备，因此本发明具体实施例中的退火方式为罩式退火。

冷轧钢带罩式退火的工艺流程包括将待退火的钢板卷装炉、堆垛并安装内罩和加热罩，然后依次进行加热、保温、冷却和出炉。本发明的发明人发现将退火温度控制在再结晶的低温区，即610-630℃，可以进一步细化低碳钢板中的铁素体晶粒。因此，本发明的低碳钢板的退火工序仅对加热、保温两个流程进行限制，对其它工艺流程并无特别的限制，采用已为本领域人员熟知的方法与技术参数即可，这里不再详细描述。下面将对加热和保温这两个流程作详细描述。

退火可以采用单一温度退火与两段退火，所述两段退火是指依次在两个不同的温度实施退火。退火加热的过程中，钢板卷外部温度的上升速度高于内部温度的上升速度，为了使钢板卷加热均匀，避免退火后的钢板在微观组织与宏观性能上的不稳定性，本发明的低碳钢板的退火工序优选采用两段退火。其中，第一阶段退火在非再结晶区实施，主要目的为均热，使低碳钢板卷加热均匀，第二阶段退火在完全再结晶低温区实施，保证低碳钢板的硬度与其它力学性能。

具体的，本发明中，所述第一阶段退火包括将钢板以30-50℃/小时的加热速率加热到490-510℃，并在上述温度保温8-12小时。所述第二阶段退火包括将钢板以20-30℃/小时的加热速率从第一阶段保温温度加热到610-630℃，当钢板卷底部中心温度达到580-590℃时停止加热，并保温9-12小时。本发明的第一阶段退火的加热速率为从加热开始到第一阶段加热结束的平均加热速率，本发明的第二阶段退火的加热速率为从第一阶段的退火温度开始加热到第二阶段加热结束的平均加热速率。

根据本发明提供的制备方法，优选情况下，该方法还包括将退火后的低碳钢板在平整机上进行平整，所述的平整机为本领域常用的普通平整机即可。在保证钢卷板形和表面的前提下，可以适当提高平整延伸率，本发明的平整延伸率为1-2％，优选为1.5-2％。其它的平整工艺参数可以参照公知的参数，这里不再详细描述。

本发明通过对低碳钢板的化学组成进行调节，添加微量的钛，即可细化低碳钢板成品的晶粒，提高低碳钢板的强度与硬度。同时通过优化轧制工艺和退火工艺，在现有的紧卷罩式退火和普通平整机的冷轧板的生产装备条件下，即可进一步细化低碳钢板成品的晶粒，提高低碳钢板的强度与硬度，生产与连续退火方式生产的产品的力学性能相当的低碳钢板。

下面将结合实施例进一步详细阐述本发明。

实施例1-8

本实施例用于说明本发明提供的低碳钢板及其制备方法。

用通过连续铸造的方法制备的具有表1所示的化学组成的钢板坯作为原料；将制得的连铸板坯在热连轧机组上经加热、热轧、冷却后卷取；制得的热轧卷经2天25℃室温冷却后进行酸洗，然后在冷连轧联合机组(CDCM机组)上生产冷轧卷，轧制工艺的主要工艺参数如表2所示，其中，热轧后的第二阶段冷却采用的是空冷；将制得的冷轧钢板卷置于HUGF185-530HPH全氢罩式退火炉中进行退火，退火后的冷轧钢板在冷却至室温后在单机架平整机组上进行平整，退火及平整主要工艺参数如表3所示。

对比例1-2

按照实施例1的方法制备低碳钢板，不同的是钢板坯的化学组成如表1所示，不含有Ti。

表1

编号	C	Mn	Als	Ti	Si	P	S	Fe及除Si、P和S外的杂质
									实施例1	0.04	0.25	0.07	0.005	0.01	0.025	0.025	99.575
实施例2	0.06	0.45	0.02	0.015	0.03	0.007	0.006	99.412
									实施例3	0.06	0.35	0.05	0.01	0.02	0.012	0.015	99.483
实施例4	0.06	0.35	0.05	0.01	0.02	0.012	0.015	99.483
									实施例5	0.06	0.35	0.05	0.01	0.02	0.012	0.015	99.483
实施例6	0.06	0.35	0.05	0.01	0.02	0.012	0.015	99.483
									实施例7	0.05	0.40	0.03	0.01	0.02	0.008	0.010	99.472
实施例8	0.10	0.40	0.04	0.01	0.02	0.012	0.013	99.405
									对比例1	0.08	0.45	0.05	0	0.02	0.015	0.014	99.371
对比例2	0.06	0.40	0.04	0	0.02	0.015	0.015	99.45

表2

表3

性能测试

对上述实施例1-8和对比例1-2制得的低碳钢板按照GB/T228-2002规定的方法测试屈服强度(R_P0.2)、抗拉强度(R_m)和延伸率(A₅₀)；按照GB/T230.1-2004规定的方法测试硬度(HR30T)；按照GB/T4335-1984规定的方法测试铁素体的晶粒度。测试结果如表4所示。

表4

编号	R_P0.2(MPa)	R_m(MPa)	A₅₀(％)	硬度(HR30T)	晶粒度(级)
						实施例1	240	350	45	48	10.0
实施例2	270	390	40	53	11.0
						实施例3	260	370	42	51	10.5
实施例4	250	360	43	50	10.0
						实施例5	280	390	40	53	11.0
实施例6	245	355	44	47	10.0
						实施例7	275	385	43	52	11.0
实施例8	270	380	44	53	10.0
						对比例1	190	320	45	43	8.5
对比例2	220	330	40	45	9.0

从表4中的数据可以看出，根据本发明提供的低碳钢板的铁素体的晶粒度、屈服强度与抗拉强度相比于现有技术的低碳钢板均得到显著的提高，也即，根据本发明的低碳钢板的强度与硬度均优于现有技术的低碳钢板。而且，实验证明，本发明提供的低碳钢板的焊接性能、成形性能也非常优异。

另外，实施例1制备的热轧带钢的金相组织如图1所示，制备的低碳钢板成品的金相组织如图2(放大200倍)所示，对比例1所得低碳钢板成品的金相组织如图3(放大200倍)所示。将图2与图3对比可以看出，本发明提供的低碳钢板中铁素体的晶粒得到明显的细化。

Claims

1.一种低碳钢板的制备方法，该方法包括制备钢板坯，将上述得到的钢板坯依次进行热轧、冷却、成卷、冷轧和紧卷罩式退火，其特征在于，以该钢板坯的总量为基准，该钢板坯含有0.04-0.1重量％的C、0.2-0.45重量％的Mn、0.01-0.1重量％的Als、0.003-0.02重量％的Ti和99.33-99.75重量％的Fe，以该钢板坯的总量为基准，所述钢板坯中Si的含量不超过0.03重量％，P和S的含量各自不超过0.025重量％，所述Als表示酸溶铝，所述冷却包括两个阶段，第一阶段的冷却速率大于第二阶段的冷却速率，所述第一阶段的冷却速率为30-60℃/秒，第一阶段的冷却时间为2-4秒，所述第二阶段的冷却方式为空冷，冷却的终点温度为680-750℃，所述紧卷罩式退火包括两个阶段，第一阶段退火的温度为490-510℃，时间为8-12小时；第二阶段退火的温度为610-630℃，时间为9-12小时。

2.根据权利要求1所述的低碳钢板的制备方法，其中，所述低碳钢板的厚度为0.8-2mm，以该低碳钢板的总量为基准，所述低碳钢板含有0.06-0.1重量％的C、0.2-0.45重量％的Mn、0.01-0.1重量％的Als、0.003-0.02重量％的Ti和99.33-99.73重量％的Fe，所述Als表示酸溶铝。

3.根据权利要求1所述的低碳钢板的制备方法，其中，所述热轧的条件包括精轧的开轧温度为940-1000℃，终轧温度为840-900℃，精轧的压下率为80-95％。

4.根据权利要求1所述的低碳钢板的制备方法，其中，所述第一阶段的冷却为层流冷却。

5.根据权利要求1所述的低碳钢板的制备方法，其中，所述冷轧的压下率为60-80％。

6.根据权利要求1所述的低碳钢板的制备方法，其中，该方法还包括将退火后的产品进行平整，平整的延伸率为1-2％。

7.根据权利要求1或6所述的低碳钢板的制备方法，其中，该方法还包括在冷轧之前，将成卷后的产品进行酸洗。