CN102337454B

CN102337454B - 一种碳素结构钢板及其制备方法

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Publication number: CN102337454B
Application number: CN 201010235792
Authority: CN
Inventors: 郑之旺; 王敏莉; 梁英; 刘庆春; 王平利
Original assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: CN102337454A

Abstract

本发明提供了一种碳素结构钢板及其制备方法，以该碳素结构钢板的总量为基准，该碳素结构钢板含有0.12-0.17重量％的C、0.70-1重量％的Mn、0.015-0.07重量％的Als和98.77-99.16重量％的Fe，所述Als表示酸溶铝，其中，根据GB/T5027-2007规定的测试方法，所述碳素结构钢板的塑性应变比加权平均值

为1.3-1.8。本发明通过控制冷轧压下率为45-55％，退火温度为660-680℃，在450℃至退火温度之间的退火升温速度为30-40℃/小时，能够将普通碳素结构钢加工成塑性应变比加权平均值(

Description

一种碳素结构钢板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳素结构钢板及其制备方法。

背景技术

近年来，国内汽车工业得到快速发展，对冷轧钢板的品种和质量提出了更高的要求。目前，冷轧汽车板的发展呈现二种趋势，一是向双相钢、诱导相变塑性钢等高端产品发展，二是向低成本高性能化发展。

St37-2G是从德国引进的抗拉强度为360MPa级的碳素结构钢板品种，按DIN1623(2)标准，其化学成分满足：C≤0.17％，P、S≤0.035％，力学性能满足：屈服强度(R_p0.2或R_eu)大于等于215Mpa，抗拉强度为360～510Mpa，断后伸长率(A₈₀)大于等于20％，适用于汽车、自行车等行业的一些简单成形结构件。由于St37-2G冷轧钢板具有低成本的特点，所以在国内微型汽车制造行业得到之泛应用，主要用于车架、立柱、后横梁等结构件。虽然其屈服强度、抗拉强度以及断后伸长率等力学性能较好，但其成形性能一般，仅能用于简单变形的零件。

但是对于一些需要通过深拉延方式成形的零部件，现有的碳素结构钢冷轧板的成形性并不能充分满足要求。表征冷轧板成形性能的主要力学性能指标为塑性应变比r值、拉伸应变硬化指数n值和断后伸长率，这些参数的值越大，成形性能越好。一般认为，碳素结构钢板中随着碳含量的提高，塑性应变比加权平均值(值)和拉伸应变硬化指数加权平均值(值)显著降低，因此为了提高碳素结构钢的成形性能，一般都从提高断后伸长率入手，常用的技术措施有：(1)降低磷、硫等残余元素含量，提高钢的纯净度，如将磷、硫含量降低到0.01％以下；(2)降低碳、锰含量。采取第一种方案会增加炼钢工序生产成本；采取第二种方案时，为了保证强度，需采用连续退火方式生产，由于强化主要由细晶强化实现的，导致屈强比较高，不利于成形，且为了达到较高的细晶强化作用，冷轧时需采用高的冷轧压下率，对冷轧机的能力要求较高。

因此，为了满足汽车用户低成本化的需求，需要开发一种能够在现有的冷轧生产线上采用普通碳素结构钢生产低成本且成形性能优良的冷轧薄板的工业生产技术，制造的钢板在保证强、塑性的同时，具有高的塑性应变比加权平均值(

值)，满足深拉延方式成形的一些零部件的使用要求。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中碳素结构钢成形性较低的问题，目的在于提供一种生产成本低且成形性能良好的碳素结构钢板及其制备方法。

现有技术中，在保证碳素结构钢板的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率等常规力学性能的前提下，塑性应变比加权平均值(

值)只能维持在1.0左右，为了提高碳素结构钢板的成形性，主要从提高断后伸长率的方面考虑，其技术措施主要有提高钢的纯净度和降低碳、锰含量，前者会增加炼钢工序生产成本，后者需采用连续退火方式生产。虽然通过提高断后伸长率后可以提高弯曲等成形性，但不能明显提高深拉延成形性能。本发明的发明人经过研究发现，通过调节冷轧碳素钢板的冷轧压下率和退火工艺制度，可以得到高塑性应变比加权平均值(

值)的碳素结构钢板，显著提高碳素结构钢板的深拉延成形性能，从而打破了现有技术只能将塑性应变比(r_m值)维持在

1.0左右的常规。

本发明提供了一种碳素结构钢板，以该碳素结构钢板的总量为基准，该碳素结构钢板含有0.12-0.17重量％的C、0.70-1.00重量％的Mn、0.015-0.070重量％的Als和98.77-99.16重量％的Fe，所述Als表示酸溶铝，其中，根据GB/T5027-2007规定的测试方法，所述碳素结构钢板的塑性应变比加权平均值(

值)为1.3-1.8。

本发明还提供了一种上述碳素结构钢板的制备方法，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、成卷、冷轧和退火，其中，冷轧压下率为40-60％，退火温度为650-700℃，在450℃至退火温度之间的退火升温速度为30-45℃/小时。

在现有的碳素结构钢板的生产工艺中，通常在1200-800℃进行热轧、在580-680℃下成卷(冷轧机轧制能力较大时，采用接近下限的卷取温度；冷轧机轧制能力较低时，采用接近上限的卷取温度)、在室温下冷轧以及在610-650℃下进行退火，冷轧的压下率通常根据冷轧机的轧制能力来确定，一般采用尽可能大的冷轧压下率以降低再结晶温度，本发明通过控制冷轧压下率为45-55％，退火温度为660-680℃，在450℃至退火温度之间的退火升温速度为30-40℃/小时，能够将普通碳素结构钢加工成塑性应变比加权平均值(

值)高达1.3-1.8的碳素结构钢板，显著提高了碳素结构钢板的深拉延成形性能。并且，本发明的碳素结构钢板具有优良的常规力学性能：屈服强度为220-280MPa，抗拉强度为380-440MPa，断后伸长率(A₈₀)为27-35％。另外，本发明提供的高塑性应变比加权平均值(

值)的碳素结构钢板不需要对钢中磷、硫含量进行严格控制，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，且对冷轧机的能力没有严格要求，从而降低了生产难度。因此，本发明的碳素结构钢板及其制备方法能够在现有的炼钢、热连轧、冷轧、罩式退火、平整的工艺条件下实现工业批量生产，且具有高塑性应变比加权平均值(

值)。

具体实施方式

根据本发明提供的碳素结构钢板，以该碳素结构钢板的总量为基准，该碳素结构钢板含有0.12-0.17重量％的C、0.70-1.00重量％的Mn、0.015-0.070重量％的Als和98.77-99.16重量％的Fe，所述Als表示酸溶铝，其中，根据GB/T5027-2007规定的测试方法，所述碳素结构钢板的塑性应变比加权平均值(值)为1.3-1.8，优选为1.4-1.6。

塑性应变比是指金属薄板试样在单轴拉伸应力作用下，试样宽度方向真实塑性应变和厚度方向真实塑性应变之比，而塑性应变加权平均值是指不同取向试样的塑性应变比(分别为钢板的轧向r₀、与轧向成45°方向的r₄₅和横向的r₉₀)的加权平均值，按以下公式计算：

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。本发明从保证碳素结构钢板的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率等常规力学性能的角度出发，对碳的含量进行控制，碳含量为0.12-0.17重量％，优选为0.13-0.16重量％。

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碳素钢的强度。但是，如果锰的含量过高，会使碳素结构钢板成形性变差。因此，本发明控制锰的含量为0.70-1重量％，优选为0.75-0.90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。本发明中将酸溶铝控制为0.015-0.070重量％，优选为0.03-0.06重量％。

根据本发明提供的碳素结构钢板中，除了上述必要成分外，通常还含有一些不可避免的杂质，这些不可避免的杂质可以为制备碳素结构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，对于碳素钢，常见的杂质包括Si、P和S。由于过量的磷(P)和硫(S)将对碳素结构钢板的韧性和塑性产生不利影响，因此本发明控制碳素结构钢板中磷的含量不超过0.025重量％，硫的含量不超过0.015重量％。另外，硅含量过高时会导致碳素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，本发明控制碳素结构钢板中硅的含量不超过0.10重量％。也即，本发明提供的碳素结构钢板中，以该碳素结构钢板的总量为基准，所述碳素结构钢板中Si的含量不超过0.10重量％，P的含量不超过0.025重量％，S的含量不超过0.015重量％。

根据本发明的碳素结构钢板的制备方法，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、成卷、冷轧和退火，其中，冷轧压下率可以为40-60％，优选为45-55％；退火温度可以为650-700℃，优选为660-680℃；在450℃至退火温度之间的退火升温速度可以为30-45℃/小时，优选为30-40℃/小时。通过在上述条件下制备得到的碳素结构钢板具有良好的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率，并且碳素结构钢板的塑性应变比加权平均值(

值)较高，具有良好的成形性能。

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碳素结构钢板的组成一致，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，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，这里不再赘述。通常铸造得到的钢板坯的厚度与铸造设备的尺寸有关，可以为100-200mm，在本发明的实施例中均采用的为200mm厚的连铸板坯。

根据本发明的碳素结构钢板的制备方法，为了使钢板坯中的AlN完全固溶，在优选情况下，可以在热轧前将钢板坯加热至1200℃以上，优选为1200-1250℃。除此之外，为了进一步细化钢板坯的组织，所述热轧的终轧温度可以为840-890℃，热轧压下率可以为95.0-98.5％。所述压下率是指在轧制过程中，轧制后轧件高度的减少量与原始高度的比值。

本发明提供的碳素结构钢板的制备方法中，所述成卷是指将热轧后的产品进行卷取以形成钢板卷。为了得到更高的

值，所述成卷采用低温卷取，在优选的情况下，所述成卷时的卷取温度可以为580-630℃。在上述温度内进行卷取时，既可以得到较高的

值，又能保证得到铁素体和珠光体的金相组织。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室温，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，本发明的碳素结构钢板的制备方法还包括在冷轧之前，将成卷后的产品进行酸洗，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。本发明中的酸洗可以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，只需控制冷轧压下率在上述范围内即可，对于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，例如，冷轧的温度通常为室温。

根据本发明提供的方法，所述退火只要保证退火温度以及在450℃至退火温度之间的退火升温速度在上述范围内即可，退火的方式可以采用本领域常规的退火方式，例如可以是全氢罩式退火，也可以是氮氢罩式退火。由于全氢罩式退火的温度均匀性好、退火时间短，因此本发明具体实施例中的退火方式为全氢罩式退火。冷轧钢板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。

本发明的方法只是对退火温度以及在450℃至退火温度之间的退火升温速度进行了改进，对于加热方式和保温时间等退火过程中的其它工艺参数，可以采用本领域技术人员熟知的技术参数即可。

根据本发明提供的方法，优选情况下，该方法还包括将退火后的产品进行平整，所述平整可以在平整机进行，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，在本发明中，平整的延伸率可以为1-2％，优选为1.5-1.8％。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。

本发明通过在现有的碳素结构钢板的生产工艺中，控制冷轧压下率为45-55％，退火温度为660-680℃，在450℃至退火温度之间的退火升温速度为30-40℃/小时，能够使所得碳素结构钢板的塑性应变比加权平均值(

值)提高至1.3-1.8，从而能够显著提高碳素结构钢板的深拉延成形性能。

下面将结合实施例进一步详细阐述本发明。

实施例1-4

本实施例用于说明本发明提供的碳素结构钢板及其制备方法。

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；制得的热轧卷冷却至室温后进行酸洗，然后在冷连轧联合机组(CDCM机组)上生产冷轧卷，将制得的冷轧钢板卷置于HUGF 185-530HPH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，制备工艺的主要参数如表2所示。

对比例1-2

采用与实施例1相同的钢板坯并按照实施例1的方法制备碳素结构钢板，不同的是碳素结构钢板的制备过程中采用表2所示的工艺参数。

表1

编号	C	Si	Mn	P	S	Als	Fe及除si、P和S外的杂质
								实施例1	0.15	0.05	0.78	0.017	0.008	0.05	98.945
实施例2	0.17	0.07	0.70	0.016	0.010	0.07	98.964
								实施例3	0.12	0.07	0.82	0.018	0.009	0.05	98.913
实施例4	0.15	0.06	1.00	0.012	0.011	0.015	98.752
								对比例1	0.15	0.05	0.78	0.017	0.008	0.05	98.945
对比例2	0.15	0.05	0.78	0.017	0.008	0.05	98.945

表2

性能测试

对上述实施例1-4和对比例1-2制得的碳素结构钢板按照GB/T2975取样加工后，根据GB/T228规定的方法测定屈服强度(R_P0.2)、抗拉强度(R_m)和延伸率(A₈₀)；根据GB/T5027-2007规定的方法测定

值；测试结果如表3所示。

表3

从表3中的数据可以看出，根据本发明提供的碳素结构钢板的塑性应变比加权平均值(

值)相比于对比例1和2的碳素结构钢板得到显著的提高，而常规力学性能相当，因此，本发明提供的碳素结构钢板成形性能非常优异，完全满足深拉延方式成形的一些汽车零部件，如左右稳定杆支座的加工要求。

Claims

1.一种碳素结构钢板，以该碳素结构钢板的总量为基准，该碳素结构钢板含有0.12-0.17重量%的C、0.70-1重量%的Mn、0.015-0.07重量%的Als和98.77-99.16重量%的Fe，所述Als表示酸溶铝，其特征在于，根据GB/T5027-2007规定的测试方法，所述碳素结构钢板的塑性应变比加权平均值为1.3-1.8，所述碳素结构钢板中Si的含量为0.05-0.07重量%。

2.根据权利要求1所述的碳素结构钢板，其中，根据GB/T5027-2007规定的测试方法，所述碳素结构钢板的塑性应变比加权平均值

为1.4-1.6。

3.根据权利要求1或2所述的碳素结构钢板，其中，以该碳素结构钢板的总量为基准，P的含量不超过0.025重量%，S的含量不超过0.015重量%。

4.一种权利要求1-3中任意一项所述的碳素结构钢板的制备方法，该方法包括制备钢板坯，以该钢板坯的总量为基准，该钢板坯含有0.12-0.17重量%的C、0.70-1重量%的Mn、0.015-0.07重量%的Als、0.05-0.07重量%的Si和98.77-99.16重量%的Fe，所述Als表示酸溶铝；将上述得到的钢板坯依次进行热轧、成卷、冷轧和退火，其特征在于，冷轧压下率为40-60%，退火温度为650-700℃，在450℃至退火温度之间的退火升温速度为30-45℃/小时。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，冷轧压下率为45-55%，退火温度为660-680℃，在450℃至退火温度之间的退火升温速度为30-40℃/小时。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其中，在热轧前将钢板坯加热至1200-1250℃。

7.根据权利要求4或5所述的制备方法，其中，所述热轧的终轧温度为840-890℃，热轧压下率为95.0-98.5%。

8.根据权利要求4或5所述的制备方法，其中，所述成卷时的卷取温度为580-630℃。

9.根据权利要求4或5所述的制备方法，其中，该方法还包括在冷轧之前，将成卷后的钢板坯进行酸洗。

10.根据权利要求4或5所述的制备方法，其中，该方法还包括将退火后的钢板坯进行平整，平整的延伸率为1-2%。