CN102304662A

CN102304662A - 低碳深冲冷轧钢板的生产方法

Info

Publication number: CN102304662A
Application number: CN201110287667A
Authority: CN
Inventors: 王敏莉; 郑之旺; 梁英; 刘勇; 翁建军; 尹红国; 王平利; 张功庭
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: CN102304662B

Abstract

本发明涉及低碳钢冷轧钢板的生产方法，提供了一种采用常规设备进行生产的低碳深冲冷轧钢板的生产方法，连铸板坯成分与80Al钢相同、板坯厚度≥180mm，均热至1150～1200℃热轧，热轧粗轧压下率80～85％、精轧压下率85～95％，860～900℃终轧；强制冷却至530～570℃再自然空冷至510～550℃卷板；冷轧压下率65～85％；采用罩式退火炉退火，首先以500～520℃均热，然后以25～30℃/h升温，进行690～720℃、20～22h保温的退火，随炉冷至130℃后出炉空冷，整体实施难度小、控制性好，成品综合性能优良。

Description

低碳深冲冷轧钢板的生产方法

技术领域

本发明涉及低碳钢冷轧钢板的生产方法，尤其是一种低碳深冲冷轧钢板的生产方法。

背景技术

深冲冷轧钢板，包括低碳钢、无间隙原子钢两个系列，用于生产汽车等深冲压变形复杂零件，国内牌号为SC1，对应国标GB/T5213-2001，对应日本牌号SPCE、德国牌号St14、欧盟牌号DC04。从成分上看，低碳钢系列的深冲冷轧钢板又包括两种：一、低碳深冲冷轧钢板，根据国标要求，低碳深冲冷轧钢板化学成分的重量百分比为：C≤0.08％、Si≤0.03％、Mn≤0.40％、P≤0.020％、S≤0.025％、Al 0.020％～0.070％，余量为Fe和不可避免杂质；二、添加了Ti等合金元素的微合金钢深冲冷轧钢板。

深冲冷轧钢板的生产流程与其他冷轧钢板的生产流程类似，包括：铁水预处理、钢水冶炼、钢水精炼、连铸、均热、热轧、冷却、卷板、酸洗、冷轧、退火、平整。根据采用设备的不同，深冲冷轧钢板生产工艺包括采用常规设备的生产工艺、CSP工艺、ASP工艺。其中，常规设备生产工艺采用现有常规的冷轧钢板生产设备，连铸板坯厚度通常≥180mm，在热轧前需要加热炉进行二次加热；CSP工艺即薄板连铸连轧生产线工艺，ASP工艺即中薄板连铸连轧生产线工艺，两者的连铸设备及热连轧设备均为专用设备，CSP工艺的连铸板坯厚度约为80mm，ASP工艺的连铸板坯厚度约为150mm，两种工艺的连铸板坯均通过隧道炉加热后进行热连轧。生产过程中，板坯的组织转变过程为连续的，因此流程中各步骤参数并不是独立的、相互存在协同作用；由于设备、板坯等的差异，三种工艺的生产过程中，板坯的温度变化、形变条件、变形过程均不一致，因此三种工艺并不通用。作为生产深冲冷轧钢板的新工艺，CSP工艺、ASP工艺还有较多的问题有待解决，尤其是CSP工艺、ASP工艺连铸板坯厚度较小，轧制压缩比小，导致板材质量较差的问题，且设备投资大，因此目前主要采用常规设备生产工艺生产深冲冷轧钢板。

深冲冷轧钢板作为一种特殊的钢板，对钢板的性能有着特殊的要求，如在板平面内要求具有高的塑性流动性、在板厚方向要求具有足够的抵抗塑性流动的能力，因此在织构及微观组织上均有独特的要求。在常温下，细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性；但强度等级的提高和冲压性能的提高并不完全一致，甚至是相互矛盾的，因此对于深冲冷轧钢板晶粒度并不是越高越好，通常要求晶粒度在6～8级。同时，深冲冷轧钢板，通常要求具有强的{111}型织构，理想微观组织为：板面上，晶粒呈饼形，高的晶粒饼形度，有助于提高深冲冷轧钢板的塑性应变比；要求组织比较均匀，晶界相对光滑、平直，厚度方向上的晶粒为条状，晶界平直，晶粒端部呈圆滑而非尖角状。由于深冲冷轧钢板对微观组织、织构的特殊要求，在热轧、卷取、冷轧、退火工艺上均有特殊的要求，其他冷轧钢板的生产工艺并不适用于生产深冲冷轧钢板。

深冲冷轧钢板在退火时，需要平衡晶粒尺寸、晶粒均匀度、再结晶充分程度、渗碳体的析出和增大。过低的加热温度和和过短的保温时间，虽然可以保证渗碳体不过分粗化，但满足不了晶粒度和晶粒均匀度的要求；过高的加热温度和过长的保温时间，虽然能满足晶粒度和晶粒均匀度的要求，但会使得渗碳体粗化，影响的塑性。现有常规的冷轧钢板退火工艺包括连续退火和罩式退火炉退火。

对于低碳深冲冷轧钢板，当采用罩式退火炉退火时，成卷退火，加热速度、冷却速度均较慢，退火时间较长，退火后铁素体晶粒较粗，碳、氮间隙原子以碳化物和氮化物形态充分析出，强度较低、钢质较软；同时，低碳钢的再结晶行为具有高的温度敏感性，微观组织对退火温度变化极为敏感，整卷加热导致卷内、卷外加热条件不同，造成钢板卷外、卷内在最终的微观组织与宏观性能上不均匀。因此，目前低碳深冲冷轧钢板的常规设备生产工艺中常采用连续退火，连续退火的退火后晶粒较细、间隙原子含量较高，能保证较高的强度和硬度，但设备复杂且投资较大；且由于低碳深冲冷轧钢板性能对退火温度变化的敏感性，增加了连续退火工艺控制的难度，因此产品成本高。

为了改善性能、降低退火控制难度，在低碳深冲冷轧钢板的基础上，开发了微合金钢深冲冷轧钢板，通过Ti的化合物阻止奥氏体晶界长大，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；退火时阻碍金属的再结晶，提高金属的再结晶温度，显著降低退火温度变化对微观组织的影响。因此，添加了Ti的微合金钢深冲冷轧钢板在退火时，可以采用连续退火、也可以采用罩式退火炉退火。但Ti的添加增加了冶炼和连铸阶段工艺控制的难度，产品成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用常规设备进行生产，尤其是能够采用罩式退火炉进行退火，且无需添加Ti等微合金化元素，因此实施难度小、控制性好；同时生产的成品性能能够达到现有采用常规设备生产工艺生产并采用连续退火的低碳深冲冷轧钢板的性能，因此综合成本低的低碳深冲冷轧钢板的生产方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：低碳深冲冷轧钢板的生产方法，该方法的生产流程依次包括：铁水预处理、钢水冶炼、钢水精炼、连铸、均热、热轧、冷却、卷板、酸洗、冷轧、退火、平整；板坯化学成分的重量百分比为：C≤0.08％、Si≤0.03％、Mn≤0.40％、P≤0.020％、S≤0.025％、Al 0.020％～0.070％，余量为Fe和不可避免杂质，连铸板坯厚度≥180mm；板坯在均热阶段加热至1150℃～1200℃，然后进行热轧，板坯在热轧阶段的粗轧压下率控制在80％～85％、精轧压下率控制在85％～95％，热轧的终轧温度为860℃～900℃；冷却阶段随板坯运动，板坯首先强制冷却到530℃～570℃，然后自然空冷，在到达卷取机进行卷板时的卷板温度为510℃～550℃；板坯在冷轧阶段的压下率控制在65％～85％；板坯在退火阶段采用罩式退火炉并分两步退火，其中第一步以500℃～520℃均热；第二步退火的控制温度为690℃～720℃，升温速度为25～30℃/h，保温时间20～22h，退火后随炉冷却至130℃后出炉空冷至室温。

板坯化学成分为国标规定的化学成分，即现有牌号80Al的低碳铝镇静钢，无需添加合金元素，冶炼、连铸阶段的工艺成熟、控制简单，因此能够有效保证连铸板坯的性能及性能的稳定，降低成品的综合成本。

均热温度为1150℃～1200℃，保证了终轧温度的实现；并通过降低均热温度，有效保证开轧时，初始晶粒的细化；同时，降低了开轧温度，保证了在经过前几道次——主要在热轧的粗轧阶段为动态再结晶区轧制后，能够获得细化的再结晶组织。终轧温度采用860℃～900℃，后几道次轧制——主要在热轧的精轧阶段为静态再结晶区轧制，压下量越大，再结晶后的晶粒越细；同时，经过热轧，板坯奥氏体晶粒被拉长、压扁，向铁素体转变时，铁素体晶粒优先在晶界和变形带上形核，铁素体晶粒的最大尺寸仅为扁平形奥氏体晶粒短轴的尺寸，变形带增加形核率，变形量越大，奥氏体晶粒被压扁的程度越高，铁素体晶粒越细小，因此将板坯精轧压下率控制在90％～95％。为了配合精轧阶段、冷轧阶段压下率的实现，热轧粗轧阶段的压下率控制在在80％～85％。

通过强制冷却，控制铁素体晶粒的长大以及AlN的析出，AlN的充分析出能降低退火再结晶温度，保证能通过再结晶低温区退火细化晶粒，同时消除AlN在退火过程中的析出对铁素体晶粒长大的控制作用；同时，强制冷却到530℃～570℃，保证了板坯在到达卷取机进行卷板时的卷板温度为510℃～550℃，通过510℃～550℃的低温卷板减少钢中的渗碳体，保证钢板的塑性。

具有细小晶粒的热轧板经过冷轧，形成位错和变形带，经过再结晶退火，铁素体晶粒在位错和变形带上形核并长大，得到最终的具有细小铁素体晶粒和优良成形性能的冷轧钢板。冷轧压下率越大，冷轧后组织中储存的变形能越多，在退火过程中晶粒的形核率越高，组织越细。为了在退火后获得理想的微观组织，冷轧压下率控制在65％～85％。

板坯在退火阶段采用罩式退火炉并分两步退火，其中第一步以500℃～520℃均热；第二步退火的控制温度为690℃～720℃，升温速度为25～30℃/h，保温时间20～22h，退火后随炉冷却至130℃后出炉空冷至室温。其中，第一步500℃～520℃，在非再结晶区，主要是均热，使钢板卷加热均匀，缩小在实际退火阶段卷内、卷外的温差，避免退火后的钢板在微观组织与宏观性能上的不稳定性。第二步控制温度即罩式退火炉的设定温度为690℃～720℃，在完全再结晶低温区退火，保证综合力学性能；与第一步均热相配合，升温速度为25～30℃/h，通过增加卷内、卷外的热传导时间，减小卷内、卷外的退火温度差及实际的退火时间差；通过20～22h长时间的保温，有助于通过再结晶消除残余的变形组织，有利于获满意的组织均匀度和晶粒度水平。而通过之前对轧制组织及变形织构的控制，降低了再结晶对退火温度变化的敏感性，抑制了长时间保温退火的不利影响，从而保证了卷内、卷外热处理后的性能。

因此，上述低碳深冲冷轧钢板的生产方法，无需添加合金元素，采用罩式退火炉退火且控制性好，因此整体实施难度小、控制性好；通过对热轧、冷却、卷板、冷轧阶段工艺参数的优化，实现对板坯组织、织构以及碳、氮化合物析出的控制和优化，进而实现了对退火再结晶温度、再结晶行为的控制和优化，降低了微观组织对退火温度变化的敏感性，能方便的在退火时对平衡晶粒尺寸、晶粒均匀度、再结晶充分程度、渗碳体的析出和增大之间进行平衡，生产的成品性能能够达到现有采用常规设备生产工艺生产并采用连续退火的低碳深冲冷轧钢板的性能，综合成本低。

进一步的，在在冷却阶段对板坯进行强制冷却时，采用分步冷却，首先以40～50℃/s的冷速冷却到700℃～770℃，然后以10～20℃/s的冷速冷却到530℃～570℃。其中，首先通过40～50℃/s冷速快速冷却到700℃～770℃，使得相变温度下降、过冷度增大，铁素体生核速度增大，形核多；然后通过10～20℃/s的冷速冷却至530℃～570℃，10～20℃/s的冷速有助于提高板坯温度的控制精度，并抑制铁素体晶粒长大，得到细小的热轧组织并保证AlN的充分析出。此种分步的强制冷却模式下，细晶强化作用得以加强，能得到细小的热轧组织，因此冷轧来料的原始组织较细，经过进一步的冷轧，最终成品的强度性能得以进一步提高。

为了保证最终钢板的板型、表面质量、力学综合性能，板坯在平整阶段的延伸率在1.0％～1.5％。

板坯化学成分中，C含量范围的选择主要考虑钢质纯净度和产品的综合性能，C含量低于0.03％，炼钢时须进行真空处理，增加生产成本，C含量超过0.10％，有时需增C，增加炼钢的生产成本，且降低钢板塑性并恶化焊接性能；Mn主要是提高强度、并与S结合成MnS，防止因FeS所造成的热裂纹，Mn含量过高会影响钢的焊接性能；Al主要是作为脱氧元素添加的，要实现完全脱氧，其含量要求在0.015％以上，但Al含量过高会影响钢的焊接性能及镀层附着力；Si、N、P、S作为残留元素存在，不特意添加，越低越好。基于低碳深冲冷轧钢板的要求，以及生产控制难度和生产成本的考虑，作为一种优选，板坯化学成分的重量百分比为：C 0.03～0.08％、Si≤0.03％、Mn 0.15～0.40％、P≤0.020％、S≤0.025％、Al 0.020％～0.070％，余量为Fe和不可避免杂质。

附图说明

图1是实施例一低碳深冲冷轧钢板的金相组织；

图2是实施例二低碳深冲冷轧钢板的金相组织；

图3是实施例三低碳深冲冷轧钢板的金相组织；

图4是实施例九低碳深冲冷轧钢板的金相组织；

图5是实施例十低碳深冲冷轧钢板的金相组织。

具体实施方式

下面结合实施例及实施例的金相组织对本发明进一步说明。

实施例生产流程依次包括：铁水预处理、钢水冶炼、钢水精炼、连铸、均热、热轧、冷却、卷板、酸洗、冷轧、退火、平整，设备均为常规设备。板坯化学成分的重量百分比为：C 0.03～0.08％、Si≤0.03％、Mn 0.15～0.40％、P≤0.020％、S≤0.025％、Al 0.020％～0.070％，余量为Fe和不可避免杂质。

根据连铸设备的设计参数，连铸板坯规格厚度200mm。实施例最终板厚规格均为1.0mm，板坯在热轧阶段的粗轧压下率控制在80％～85％、精轧压下率控制在85％～95％、在冷轧阶段的压下率控制在65％～85％、在平整阶段的延伸率在1.0％～1.5％，结合连铸板坯厚度和最终板厚规格要求，热轧阶段粗轧后中间板坯厚度控制在31～37mm；热轧阶段精轧后中间板坯厚度控制在3～4mm。

板坯在均热阶段加热至1150℃～1200℃，然后进行热轧，热轧的终轧温度为860℃～900℃。冷却阶段随板坯运动，板坯首先通过层流冷却进行强制冷却，然后自然空冷，在到达卷取机进行卷板时的卷板温度为510℃～550℃；其中实施例1～8的强制冷却采用分步冷却，首先以40～50℃/s的冷速冷却到700℃～770℃，然后以10～20℃/s的冷速冷却到530℃～570℃；实施例9～10采用现有常规的层流冷却工艺强制冷却至530℃～570℃。板坯在退火阶段采用罩式退火炉并分两步退火，其中第一步以500℃～520℃均热；第二步退火的控制温度为690℃～720℃，升温速度为25～30℃/h，保温时间20～22h，退火后随炉冷却至130℃后出炉空冷至室温。

除上述规定的参数外，其他参数均采用现有低碳深冲冷轧钢板常规设备生产工艺的参数。实施例的化学成分见表1，工艺参数见表2、表3，最终性能见表4。实施例一、二、三、九、十的显微金相组织分别如图1、图2、图3、图4、图5所示。

表1、各实施例板坯化学成分

成分	C(％)	Si(％)	Mn(％)	P(％)	S(％)	Als(％)
							规格	≤0.08	≤0.03	≤0.4	≤0.020	≤0.025	0.02～0.07
优选规格	0.03～0.08	≤0.03	0.15～0.40	≤0.020	≤0.025	0.02～0.07
							实施例1	0.05	0.03	0.25	0.02	0.02	0.05
实施例2	0.03	0.02	0.20	0.02	0.02	0.06
							实施例3	0.04	0.02	0.23	0.02	0.01	0.04
实施例4	0.03	0.02	0.23	0.02	0.01	0.045
							实施例5	0.04	0.02	0.25	0.015	0.02	0.055
实施例6	0.03	0.02	0.28	0.015	0.01	0.065
							实施例7	0.06	0.02	0.22	0.02	0.021	0.053
实施例8	0.04	0.02	0.24	0.015	0.022	0.038
							实施例9	0.05	0.03	0.20	0.02	0.02	0.04
实施例10	0.04	0.03	0.25	0.02	0.02	0.05

表2、各实施例热轧至卷取的工艺参数

表3、各实施例冷轧至平整的工艺参数

表4、各实施例成品性能

上述实施例9～10的性能满足深冲冷轧钢板的性能要求，与现有采用常规设备生产工艺生产并采用连续退火的低碳深冲冷轧钢板的性能相当。

在通常的钢板生产过程中，强度的提高和冲压性能的提高通常是相矛盾的。但上述实施例1～8，成品晶粒度为10～11，远高于现有要求的6～8，由于细晶强化作用，其强度指标中，屈服强度R_eL达到210～240MPa、抗拉强度R_m达到350～380MPa；但同时，在深冲性能上，延伸率A₈₀≥41％、塑性应变比r₉₀≥2.0、应变硬化指数n₉₀≥0.21，在强度、深冲能力上均优于实施例9～10及现有采用常规设备生产工艺生产并采用连续退火的低碳深冲冷轧钢板的性能，同时提高了强度和深冲性能，取得了意想不到的效果。

Claims

1.低碳深冲冷轧钢板的生产方法，该方法的生产流程依次包括：铁水预处理、钢水冶炼、钢水精炼、连铸、均热、热轧、冷却、卷板、酸洗、冷轧、退火、平整；板坯化学成分的重量百分比为：C≤0.08％、Si≤0.03％、Mn≤0.40％、P≤0.020％、S≤0.025％、Al 0.020％～0.070％，余量为Fe和不可避免杂质，连铸板坯厚度≥180mm；其特征在于：板坯在均热阶段加热至1150℃～1200℃，然后进行热轧，板坯在热轧阶段的粗轧压下率控制在80％～85％、精轧压下率控制在85％～95％，热轧的终轧温度为860℃～900℃；冷却阶段随板坯运动，板坯首先强制冷却到530℃～570℃，然后自然空冷，在到达卷取机进行卷板时的卷板温度为510℃～550℃；板坯在冷轧阶段的压下率控制在65％～85％；板坯在退火阶段采用罩式退火炉并分两步退火，其中第一步以500℃～520℃均热；第二步退火的控制温度为690℃～720℃，升温速度为25～30℃/h，保温时间20～22h，退火后随炉冷却至130℃后出炉空冷至室温。

2.如权利要求1所述的低碳深冲冷轧钢板的生产方法，其特征在于：在冷却阶段对板坯进行强制冷却时，采用分步冷却，首先以40～50℃/s的冷速冷却到700℃～770℃，然后以10～20℃/s的冷速冷却到530℃～570℃。

3.如权利要求1所述的低碳深冲冷轧钢板的生产方法，其特征在于：板坯在平整阶段的延伸率在1.0％～1.5％。

4.如权利要求1所述的低碳深冲冷轧钢板的生产方法，其特征在于：板坯化学成分的重量百分比为：C 0.03～0.08％、Si≤0.03％、Mn 0.15～0.40％、P≤0.020％、S≤0.025％、Al0.020％～0.070％，余量为Fe和不可避免杂质。