CN101956133A - 一种低屈服强度耐时效连退冷轧钢板及其生产方法 - Google Patents

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CN101956133A CN 201010524443 CN201010524443A CN101956133A CN 101956133 A CN101956133 A CN 101956133A CN 201010524443 CN201010524443 CN 201010524443 CN 201010524443 A CN201010524443 A CN 201010524443A CN 101956133 A CN101956133 A CN 101956133A
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Abstract

本发明属于轧钢领域，具体涉及一种低屈服强度耐时效连退冷轧钢板及其生产方法。要解决的技术问题在装备水平较差的机组上难以生产出性能稳定的低屈服强度耐时效冷轧钢板，本发明的技术方案是提供一种低屈服强度耐时效冷轧钢板及其方法。本发明方法能在装备水平较差的机组上实施，并能生产出性能稳定的低屈服强度耐时效冷轧钢板，克服了本领域的一个长期存在的技术难题。

Description

一种低屈服强度耐时效连退冷轧钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于轧钢领域，具体涉及一种低屈服强度耐时效连退冷轧钢板及其生产方法。
背景技术
采用低碳钢生产低屈服强度连退冷轧板时，由于带钢在机组内运行产生不连续屈服，容易在带钢表面形成横纹缺陷，影响钢板表面外观。
IF钢(Interstitial-Free Steel，即无间隙原子钢)，是在超低碳钢中(一股碳含量在0.005％以下)加入微量的合金元素(主要是钛、铌)，使钢中的C、N间隙原子完全被固定成碳、氮化合物，钢中无间隙原子存在，使得该钢种具有极优良的成形性和耐时效性；采用连续退火方法生产时亦不易出现横纹缺陷。
正是由于IF钢具有非时效性和高加工硬化指数的特点，它在受拉力的情况下，当所受力超过其屈服强度会发生明显的加工硬化，导致屈服强度升高。IF钢在连续退火时，带钢在连续退火线内带张力运行会导致性能恶化；在通过过时效处理段和二次冷却段转向辊时发生塑性变形，屈服强度会升高；在光整和拉矫过程中屈服强度会提高。
当前连退IF钢的常规生产方法都是围绕如何使再结晶晶粒长大而展开，如成分超纯净化、热轧低温加热、高温卷取、高温退火等，不仅生产成本高，而且对原料的板形、连退机组的装备水平和工艺控制水平提出了很高的要求，在机组和工艺设计时，要考虑带钢在连续退火线运行过程中性能尽可能不恶化，因而，汽车板生产线才能满足其工艺要求。
设计只能生产CQ、DQ级连退钢板的卧式机组以及由建材用连续热镀锌机组改造的连退/热镀锌两用机组具有退火周期短、一次冷却速度低、过时效段炉辊直径小，工艺控制稳定性较差等特点，如果原料板形较差，为了保证生产工艺顺行，一股要采用较大的机组张力，为了保证产品的板形和表面粗糙度，需采用较大的光整延伸率和拉矫延伸率，采用常规生产方法生产IF钢时，成品的力学性能较差，屈服强度通常在200Mpa以上，对于1.0mm以上产品，屈服强度高达220Mpa以上，限制了产品的使用范围，不能用于深冲的场合，这是本领域的一个长期存在的技术难题。本领域急需开发能在上述各种机组上生产出低屈服强度耐时效冷轧钢板的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种生产低屈服强度耐时效冷轧钢板的方法，使生产的钢板表面质量和综合成形性能优良，适合于制作汽车、摩托车的深冲件。
为达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种低屈服强度耐时效冷轧钢板，其化学成分质量百分比为：
C：0.0030～0.0060，Si：≤0.03，Mn：0.10-0.30，P：≤0.020，S：≤0.015
N：≤0.005，Al：0.02-0.07，Ti：0.06-0.09，其余为Fe和不可避免杂质。
本发明还提供了一种低屈服强度耐时效冷轧钢板生产工艺，包括如下步骤：
1)冶炼得到钢水，其化学成分质量百分比为：C：0.0030～0.0060，Si：≤0.03，Mn：0.10-0.30，P：≤0.020，S：≤0.015，N：≤0.005，Al：0.02-0.07，Ti：0.06-0.09，其余为Fe和不可避免杂质然后将钢水铸造成板坯；
2)板坯加热至1100～1220℃后轧制，至900±20℃终轧，轧后马上快速冷却至720～780℃，空冷10～15秒后卷取成热轧卷；
3)酸洗：除去表面氧化铁皮；
4)冷轧：冷轧总压下率控制在70～80％；冷轧末机架采用毛辊轧制，工作辊粗糙度Ra按3.0～4.0um控制；
4)连续退火：在连续退火炉的NOF(无氧化炉)加热段和RTH(幅射管加热炉)均热段中分别将钢板加热到750-780℃和810-850℃；其中幅射管加热炉均热时间控制为30～60秒；在连续退火炉的GJS(喷气冷却段)、LTH(过时效炉入口)、OAS(过时效炉出口)和FCS(二次冷却段出口)的带钢温度分别控制在250、350℃、300℃和100℃以下；将带钢经过水液槽冷却至室温进行光整和拉矫，延伸率分别控制在0.8％和0.3％以下；带钢在线分卷卷取后，获得成品。
酸洗步骤采用盐酸等常用的酸洗溶液，浓度使用常规浓度。如盐酸一股用170～190g/L。
本发明还提供了一种由上述方法制备的低屈服强度耐时效冷轧钢板。
本发明通过系统研究化学成分、显微组织和生产工艺的关系发现，通过控制Ti-IF钢的碳、钛含量和热轧工艺，细化并稳定热轧态和冷轧退火态铁素体晶体尺寸，可在保证耐时效性的前提下，降低过时效、二次冷却工艺、光整和拉矫延伸率对成品屈服强度的影响，从而确定了在装备水平较差的连退机组或连退/热镀锌两用机组上生产出性能稳定的低屈服强度耐时效冷轧钢板的技术方案，该钢板除具有高的延伸率(A80)、钢板横向的加工硬化指数(n90)和塑性应变比(r90)外，还具有低的屈服强度(RP0.2)，RP0.2在180Mpa以下。
本发明的有益效果是，在保证耐时效性和表面质量的情况下，通过控制Ti-IF钢的碳、钛含量和热轧工艺，细化并稳定了热轧态和冷轧退火态铁素体晶体尺寸，在保证耐时效性和带钢表面不出现横纹缺陷的前提下，降低了过时效、二次冷却工艺、光整和拉矫延伸率对成品屈服强度的影响，从而生产出性能稳定的低屈服强度耐时效冷轧钢板，上不仅扩大了产品厚度规格范围，还拓展了产品用途，且该方法能在装备水平较差的设计只能生产CQ、DQ级连退钢板的卧式机组以及由建材用连续热镀锌机组改造的连退/热镀锌两用机组等机组上实施，生产出性能稳定的低屈服强度耐时效冷轧钢板，克服了本领域的一个长期存在的技术难题。
附图说明
图1是本发明得到的Ti-IF钢热轧组织金相图。
图2是退火温度对不同碳含量Ti-IF钢再结晶铁素体晶粒尺寸的影响曲线图。
图3为退火温度对碳含量为0.0060％的Ti-IF钢力学性能的影响曲线图。
图4为退火保温时间对碳含量为0.0060％的Ti-IF钢力学性能的影响曲线图。
图5为冷轧压下率对碳含量为0.0030％的Ti-IF钢力学性能影响曲线图。
图6为不同晶粒尺寸条件下，光整延伸率对碳含量为0.0040％的IF钢成品屈服强度和n值影响图。
图7为不同退火温度条件下，模拟拉矫变形量对碳含量为0.0030％的IF钢力学性能影响的曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种低屈服强度耐时效连退冷轧钢板的生产方法，
本发明方法在确定钢种成分含量后，对工艺流程和参数进行了优化，摸索过程主要参见图1到图7
图1是本发明得到的Ti-IF钢热轧组织金相图，通过控制碳含量和热轧工艺，得到细小均匀的热轧组织，铁素体晶粒度在11.0级左右，细小的热轧组织不仅可以提高成品的塑性应变比值，其细晶组织还可遗传到冷轧退火态，从而细化成品晶粒。
图2是退火温度对不同碳含量Ti-IF钢再结晶铁素体晶粒尺寸的影响曲线图，当退火温度在780℃～880℃之间时，铁素体晶粒尺寸基本保持不变，碳含量为0.0060％时，晶粒度为10.5级，碳含量为0.0030％时，晶粒度为10.0级，即退火温度的波动对成品的显微组织影响很小，从而可以保证较高的性能稳定性。
图3为退火温度对碳含量为0.0060％的Ti-IF钢力学性能的影响，随着退火温度的升高，强度有所降低，延伸率和n90有所提高，但r90值基本没有变化，当退火温度在810℃以下时，再结晶退火后力学性能较差(如A80、n90相对较低)，当退火温度在850℃以上时，屈服强度较低，在100MPa以下，容易在后续工序发生塑性变形。
图4为退火保温时间对碳含量为0.0060％的Ti-IF钢力学性能的影响，随着退火保温时间的升高，强度变化不大，延伸率和n90、r90值有所提高。
图5为冷轧压下率对碳含量为0.0030％的Ti-IF钢力学性能影响，随着冷轧压下率的提高，退火态的屈服强度提高，且r90值在冷轧压下率为70-80％时达到最大值。
图6为不同晶粒尺寸条件下，光整延伸率对碳含量为0.0040％的IF钢成品屈服强度和n值影响的示意图，随着光整延伸率的增加，IF钢的屈服强度增加，n值降低，且晶粒尺寸越粗，光整延伸率的影响越大。
图7为不同退火温度条件下，模拟拉矫变形量对碳含量为0.0030％的IF钢力学性能影响的示意图，试样的屈服强度Rp0.2随着预拉伸应变的增加逐渐提高，由预应变为0.1％时的120MPa左右提高到预应变为0.6％的150MPa左右；而抗拉强度Rm变化较小，保持在310MPa左右；断后伸长率A80随着预拉伸应变的增加呈逐渐减小趋势，由预拉伸应变为0.1％时的46％左右降到预应变为0.6％时的43％左右；n90值随着预拉伸应变的增加呈逐渐减小趋势，由预拉伸应变为0.1％时的0.31左右降到预应变为0.6％时的0.28左右；r90值亦随着预拉伸应变的增加呈逐渐减小趋势，由预拉伸应变为0.1％时的2.5左右降到预应变为0.6％时的2.2左右。
根据前期探索，本发明方法在装备水平较差的连退机组或连退/热镀锌两用机组上综合采用下述技术措施以获得新的生产方法：
1.由于热镀锌/连退两用机组的退火能力较低，所以钢种采用再结晶温度较低的Ti-IF钢，且将碳含量控制在0.0030～0.0060重量％，因为，如碳含量低于0.0030重量％，热轧态和退火态晶粒尺寸较粗大，且显微组织对工艺的敏感性增加，如碳含量大于0.0060重量％，则成品的r(塑性应变比)值将明显降低。将Ti重量％控制在0.06～0.09重量％，保证热轧态间隙碳、氮原子的清除，从而保证产品表面无横纹缺陷以及成品的耐时效性；
2.热轧时在接近Ar3的奥氏体区终轧(本发明钢种为900±20℃)，轧后马上快速冷却至700-780℃，空冷10～15S后卷取，以得到细小的热轧组织和保证合金碳氮化物析出；
3.冷轧末机架采用毛辊轧制，工作辊粗糙度Ra按3.0～4.0um控制，保证成品的表面粗糙度Ra≥0.8um，从而保证产品的使用性能；冷轧总压下率控制在70-80％，细化成品晶粒且保证高的r90(钢板横向的塑性应变比)值；
4.在连续退火炉的NOF(无氧化炉)加热段和RTH(幅射管加热炉)均热段中分别将钢板加热到750-780℃和810-850℃，因为在该退火温度范围内，不仅再结晶铁素体晶粒尺寸变化较小，且再结晶后力学性能适中；均热段退火时间(带钢在辐射管加热炉内运行所需的时间)控制为30～60秒时，既保证产品完全再结晶，且屈服强度适中；
5.将在连续退火炉的GJS(喷气冷却段)、LTH(过时效炉入口)、OAS(过时效炉出口)和FCS(二次冷却段出口)的带钢温度分别控制在250℃、360℃、300℃和100℃以下，是为了使Ti-IF钢在过时效和二次冷却段产生尽可能小的塑性变形；
6.将光整延伸率和拉矫延伸率分别控制在0.8％和0.3％以下，是为了在保证成品板形的情况下，尽可能减小因光整和拉矫所造成的加工硬化。
实施例1：
在转炉冶炼、经真空处理获得本发明生产低屈服强度耐时效冷轧钢板的钢水，其化学成分(按重量百分比)含有C：0.0060、Si：0.010、Mn：0.18、P：0.010、S：0.010、Ti：0.073、Als：0.045，余量为Fe及不可避免的杂质。
连铸后板坯在1200℃下加热轧成2.50mm厚的带钢，热轧终轧温度为880℃，轧后快速冷却到780℃后空冷10s，以保证铁素体完全转变和析出相析出，再进入卷取机卷取成卷，带钢冷却后用盐酸酸洗(170-190g/L)，在冷连轧机上以80.0％的压下率轧成0.5mm的冷轧板，冷轧后的带钢通过连退/热镀锌两用机组来生产冷轧钢板，NOF带钢温度(无氧化炉出口)和RTH带钢温度(辐射管加热炉出口)分别为755℃和830℃，均热段退火时间(带钢在辐射管加热炉均热段内运行所需的时间)为30秒，GJS(喷气冷却段)、LTH(过时效炉入口)、OAS(过时效炉出口)和FCS(二次冷却段出口)的带钢温度分别为210℃、300℃、260℃和65℃，光整延伸率和拉矫延伸率分别为0.80％和0.25％。该钢板的力学性能见表1。
实施例2：
在转炉冶炼、经真空处理获得本发明生产低屈服强度耐时效冷轧钢板的钢水，其化学成分(按重量百分比)含有C：0.0050、Si：0.020、Mn：0.20、P：0.012、S：0.013、Ti：0.070、Als：0.040，余量为Fe及不可避免的杂质。
连铸后板坯在1200℃下加热轧成2.75mm厚的带钢，热轧终轧温度为890℃，轧后快速冷却到750℃后空冷10s，以保证铁素体完全转变和析出相析出，再进入卷取机卷取成卷，带钢冷却后用盐酸酸洗，在冷连轧机上以78.2％的压下率轧成0.6mm的冷轧板，冷轧后的带钢通过连退/热镀锌两用机组来生产冷轧钢板，NOF带钢温度(无氧化炉出口)和RTH带钢温度(辐射管加热炉出口)分别为758℃和833℃，均热段退火时间为35秒，GJS(喷气冷却段)、LTH(过时效炉入口)、OAS(过时效炉出口)和FCS(二次冷却段出口)的带钢温度分别为210℃、310℃、260℃和70℃，光整延伸率和拉矫延伸率分别为0.75％和0.27％。该钢板的力学性能见表1。
实施例3：
在转炉冶炼、经真空处理获得本发明生产低屈服强度耐时效冷轧钢板的钢水，其化学成分(按重量百分比)含有C：0.0045、Si：0.010、Mn：0.18、P：0.010、S：0.010、Ti：0.068、Als：0.050，余量为Fe及不可避免的杂质。
连铸后板坯在1200℃下加热轧成2.75mm厚的带钢，热轧终轧温度为890℃，轧后快速冷却到750℃后空冷10s，以保证铁素体完全转变和析出相析出，再进入卷取机卷取成卷，带钢冷却后用盐酸酸洗，在冷连轧机上以74.5％的压下率轧成0.7mm的冷轧板，冷轧后的带钢通过连退/热镀锌两用机组来生产冷轧钢板，NOF带钢温度(无氧化炉出口)和RTH带钢温度(辐射管加热炉出口)分别为780℃和840℃，均热段退火时间为40秒，GJS(喷气冷却段)、LTH(过时效炉入口)、OAS(过时效炉出口)和FCS(二次冷却段出口)的带钢温度分别为220℃、320℃、280℃和75℃，光整延伸率和拉矫延伸率分别为0.8％和0.30％。该钢板的力学性能见表1。
实施例4：
在转炉冶炼、经真空处理获得本发明生产低屈服强度耐时效冷轧钢板的钢水，其化学成分(按重量百分比)含有C：0.0030、Si：0.010、Mn：0.16、P：0.008、S：0.007、Ti：0.065、Als：0.030，余量为Fe及不可避免的杂质。
连铸后板坯在1200℃下加热轧成3.50mm厚的带钢，热轧终轧温度为905℃，轧后快速冷却到740℃后空冷12s，以保证铁素体完全转变和析出相析出，再进入卷取机卷取成卷，带钢冷却后用盐酸酸洗，在冷连轧机上以77.1％的压下率轧成0.8mm的冷轧板，冷轧后的带钢通过连退/热镀锌两用机组来生产冷轧钢板，NOF带钢温度(无氧化炉出口)和RTH带钢温度(辐射管加热炉出口)分别为758℃和830℃，均热段退火时间为45秒，GJS(喷气冷却段)、LTH(过时效炉入口)、OAS(过时效炉出口)和FCS(二次冷却段出口)的带钢温度分别为230℃、330℃、280℃和80℃，光整延伸率和拉矫延伸率分别为0.72％和0.30％。该钢板的力学性能见表1。
实施例5：
在转炉冶炼、经真空处理获得本发明生产低屈服强度耐时效冷轧钢板的钢水，其化学成分(按重量百分比)含有C：0.0035、Si：0.030、Mn：0.17、P：0.009、S：0.010、Ti：0.070、Als：0.043，余量为Fe及不可避免的杂质。
连铸后板坯在1200℃下加热轧成4.0mm厚的带钢，热轧终轧温度为910℃，轧后快速冷却到730℃后空冷12s，以保证铁素体完全转变和析出相析出，再进入卷取机卷取成卷，带钢冷却后用盐酸酸洗，在冷连轧机上以75.0％的压下率轧成1.0mm的冷轧板，冷轧后的带钢通过连退/热镀锌两用机组来生产冷轧钢板，NOF带钢温度(无氧化炉出口)和RTH带钢温度(辐射管加热炉出口)分别为750℃和830℃，均热段退火时间为50秒，GJS(喷气冷却段)、LTH(过时效炉入口)、OAS(过时效炉出口)和FCS(二次冷却段出口)的带钢温度分别为230℃、340℃、300℃和85℃，光整延伸率和拉矫延伸率分别为0.7％和0.25％。该钢板的力学性能见表1。
实施例6：
在转炉冶炼、经真空处理获得本发明生产低屈服强度耐时效冷轧钢板的钢水，其化学成分(按重量百分比)含有C：0.0040、Si：0.020、Mn：0.18、P：0.010、S：0.010、Ti：0.068、Als：0.040，余量为Fe及不可避免的杂质。
连铸后板坯在1200℃下加热轧成4.5mm厚的带钢，热轧终轧温度为915℃，轧后快速冷却到730℃后空冷13s，以保证铁素体完全转变和析出相析出，再进入卷取机卷取成卷，带钢冷却后用盐酸酸洗，在冷连轧机上以73.3％的压下率轧成1.2mm的冷轧板，冷轧后的带钢通过连退/热镀锌两用机组来生产冷轧钢板，NOF带钢温度(无氧化炉出口)和RTH带钢温度(辐射管加热炉出口)分别为750℃和825℃，均热段退火时间为55秒，GJS(喷气冷却段)、LTH(立式过时效炉入口)、OAS(立式过时效炉出口)和FCS(二次冷却段出口)的带钢温度分别为245℃、360℃、310℃和88℃，光整延伸率和拉矫延伸率分别为0.62％和0.22％。该钢板的力学性能见表1。
实施例7：
在转炉冶炼、经真空处理获得本发明生产低屈服强度耐时效冷轧钢板的钢水，其化学成分(按重量百分比)含有C：0.0045、Si：0.030、Mn：0.19、P：0.009、S：0.010、Ti：0.075、Als：0.050，余量为Fe及不可避免的杂质。
连铸后板坯在1200℃下加热轧成5.0mm厚的带钢，热轧终轧温度为920℃，轧后快速冷却到730℃后空冷15s，以保证铁素体完全转变和析出相析出，再进入卷取机卷取成卷，带钢冷却后用盐酸酸洗，在冷连轧机上以70.0％的压下率轧成1.5mm的冷轧板，冷轧后的带钢通过连退/热镀锌两用机组来生产冷轧钢板，NOF带钢温度(无氧化炉出口)和RTH带钢温度(辐射管加热炉出口)分别为740℃和820℃，均热段退火时间为60秒，GJS(喷气冷却段)、LTH(立式过时效炉入口)、OAS(立式过时效炉出口)和FCS(二次冷却段出口)的带钢温度分别为245℃、360℃、310℃和90℃，光整延伸率和拉矫延伸率分别为0.7％和0.20％。该钢板的力学性能见表1。
表1-低屈服强度耐时效连退冷轧钢板的力学性能
Figure BDA0000030000770000081
表中：RP0.2--屈服强度，Rm--抗拉强度，A80--延伸率，n90-钢板横向的加工硬化指数，r90--钢板横向的塑性应变比
由上述实例可见，本发明通过控制Ti-IF钢的碳、钛含量和热轧工艺，细化并稳定了热轧态和冷轧退火态铁素体晶体尺寸，在保证耐时效性的前提下，降低了过时效、二次冷却工艺、光整和拉矫延伸率对成品屈服强度的影响，从而在装备水平较差的连退或连退/热镀锌两用机组上生产出性能稳定的低屈服强度耐时效冷轧钢板，不仅扩大了产品厚度规格范围，还拓展了产品用途。

Claims (3)

1.一种低屈服强度耐时效冷轧钢板，其特征在于化学成分质量百分比为：
C：0.0030～0.0060，Si：≤0.03，Mn：0.10-0.30，P：≤0.020，S：≤0.015
N：≤0.005，Al：0.02-0.07，Ti：0.06-0.09，其余为Fe和不可避免杂质。
2.一种低屈服强度耐时效冷轧钢板生产工艺，其特征在于包括如下步骤：
1)冶炼得到钢水，其化学成分质量百分比为：C：0.0030～0.0060，Si：≤0.03，Mn：0.10-0.30，P：≤0.020，S：≤0.015，N：≤0.005，Al：0.02-0.07，Ti：0.06-0.09，其余为Fe和不可避免杂质；然后将钢水铸造成板坯；
2)板坯加热至1100～1220℃后轧制，至900±20℃终轧，轧后马上快速冷却至720～780℃，空冷10～15秒后卷取成热轧卷；
3)酸洗除去热轧卷表面氧化铁皮；
4)冷轧：将酸洗后的热轧卷进行冷轧，冷轧总压下率控制在70～80％；冷轧末机架采用毛辊轧制，工作辊粗糙度Ra按3.0～4.0um控制；
4)连续退火：在连续退火炉的无氧化炉加热段和幅射管加热炉均热段中分别将钢板加热到750～780℃和810～850℃；其中幅射管加热炉均热时间控制为30～60秒；在连续退火炉的喷气冷却段、过时效炉入口、过时效炉出口和二次冷却段出口的带钢温度分别控制在250、350℃、300℃和100℃以下；将带钢经过水液槽冷却至室温进行光整和拉矫，光整延伸率和拉矫延伸率分别控制在0.8％和0.3％以下；带钢在线分卷卷取后，获得成品。
3.一种低屈服强度耐时效冷轧钢板，其特征在于：由权利要求2所述的方法制备而成。
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