CN102676915A - 免预处理直接成型热轧低碳钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种免预处理直接成型热轧低碳钢，其特征在于：该钢的化学成分按重量百分数比为：C：0.01~0.08%、Si：0.01~0.05%、Mn：0.01~0.50%、S：≤0.010%、P：≤0.015%，其余为铁和不可避免的杂质；并且，该钢表面的氧化铁皮主要为Fe₃O₄，Fe₃O₄含量为80~95%。该方法通过优化板坯加热，轧制工艺以及冷却水质的控制，使得生产出成本较低。本发明涉及的免预处理直接成型热轧钢板，可以取消原有的酸洗预处理，经过冲压成型后不影响磷化和涂漆，减少废酸排放，精简生产工序，降低了生产成本，降低了能耗，保护了环境，而且提高了企业的经济效益，增强了企业的竞争力。

Description

免预处理直接成型热轧低碳钢及其制造方法

技术领域

本发明属于热轧板带的生产技术领域，具体地指一种免预处理直接成型热轧低碳钢及其制造方法。

背景技术

随着国民经济的发展，国家对环保的要求越来越严格，提出了“节能减排”的要求，这对钢铁产品的要求也越来越高。热轧钢铁产品的氧化铁皮控制提上了日程。在成型用的热轧低碳钢，一般采用酸洗板，即生产的热轧低碳钢板卷先经过酸洗，然后进行分切，再进行冲压成型。

以现有的压缩机外壳生产为例，其主要工艺如下：

热轧低碳钢板卷酸洗→酸洗板分切→冲压成型→超声波清洗→磷化→涂装。

使用酸洗板主要原因是若是采用热轧板进行冲压成型，板面上的氧化铁皮会大块脱落，导致后续的磷化、涂装困难。而热轧低碳钢在酸洗过程中会产生大量的废酸，虽然现在有废酸回收技术的运用，但是还会在生产过程中产生环境污染，使作业环境恶劣，同时酸洗板也增加了生产成本。

免预处理的热轧低碳钢优化控制热轧过程中带钢表面氧化铁皮结构及厚度，使氧化铁皮层在大变形和复杂变形过程中可随基体发生变形而不发生脱落，不需要通过酸洗预处理工序，而不影响后续的磷化和涂装工序。

现在生产的免酸洗热轧钢铁产品主要集中在汽车大梁上，一般都添加了Nb、V、Ti等合金元素。如公开号为CN102172622A的中国发明专利申请报道了一种510L汽车大梁用黑皮钢的生产方法，其化学成分控制：C：0.06~0.14%、Si＜0.2%、Mn：1.2~1.6%、P＜0.02%、S＜0.01%、Nb：0.01~0.05%、Alt：0.02~0.06%。控制板坯加热温度在1230~1270℃，加热时间为3~3.5min，控制粗轧出口温度1040~1080℃、精轧终轧温度860~880℃和卷取温度540~580℃。如公开号为CN101906584A的中国发明专利申请报道了环保型高表面质量免酸洗汽车大梁钢的生产方法”通过优化汽车大梁钢的化学成分和加热制度和轧钢工艺等生产出免酸洗的510L和610L汽车大梁用钢板。510L化学成分为C：0.06~0.12%、S：0.05~0.15%、Mn：0.50~1.40%、P＜0.02%、S＜0.01%、Cr：0.05~0.25%、Nb：0.01~0.04%、Alt＞0.02%； 610L化学成分为C：0.06~0.12%、Si：0.05~0.15%、Mn：1.20~1.70%、P＜0.02%、S＜0.01%、Cr：0.05~0.25%、Nb：0.03~0.06%、V：0.03~0.06%、Ti：0.01~0.02%、Alt＞0.02%。轧制工艺控制为加热温度在1220~1300℃，加热时间为3~3.5min，控制精轧终轧温度在860~1000℃和卷取温度540~600℃。如公开号为 CN101935802A的中国发明专利申请报道了490MPa级免酸洗热轧钢板的生产方法，该钢板化学成分为C：0.04~0.11%、Si：0.13~0.27%、Mn：0.9~1.30%、P＜0.027%、S＜0.017%、Ti：0.004~0.012%、Nb：0.013~0.027%、Al：0.01~0.09%。钢坯加热温度为1200~1240℃；热轧粗轧开轧温度1120~1220℃，终轧温度870~910℃，卷取温度550~585℃。文献“谷春阳、时晓光、张紫茵，汽车大梁用热轧黑色表面钢板335L的研制，《轧钢》，2009年，4月提出了335L的黑色表面的汽车大梁钢的生产，该大梁钢化学成分C≥0.05%、Si≤0.30%、Mn≥0.80%、P≤0.020%、S≤0.010%、Nb≥0.015%、Al≥0.015%。钢坯加热温度1180~1250℃，终轧温度＞Ar3，卷取温度＜600℃。

而在相关的国外文献或专利，如Kashiwazaki Kichiya, Ogura Takahiko, Urabe Toshiaki.Manufacture of Checkered SteelPlate Having Tight Scale专利申请号：JP19970040931介绍了一种热轧钢板的制造方法，钢板弯曲成形时表面氧化铁皮牢固即有优异的粘结强度，钢板中C≤0.20%、精轧780~840℃完成,轧制完成后1.5s内以≥60℃/s速度将其冷却至570~630℃，随后中断水冷，中断时间≥2s，空冷，以≤30℃/s缓冷，钢板在500℃进行卷取，终轧必须在大于780℃完成，表面形成的Fe₃O₄氧化铁皮致密且和基体有优异的粘结强度。该专利介绍的热轧钢板只是针对简单的变形条件，而且卷取前的在线控制的工艺复杂，增加了控制难度，很难实现大规模的生产，并且不能保证复杂变形条件下的氧化铁皮附着性。如TONO TAKEO. Hot rolled thin steel plate having excellent workability and scale tight adhesion.专利申请号：JP19870074564介绍了一种氧化铁皮致密的热轧薄板的生产方法，该钢的化学成分C：0.002~0.10%、Si≤0.03%、Mn：0.1~0.5%、P≤0.01%、S≤0.01%，且0.015%≤P+S、Al≤0.015%、N≤0.003%，且(Al/N)×(14/27)≥2.5，其余为Fe和不可避免的杂质，该钢板可加工成薄板、角钢，也可加工成鼓形、管形，并且可替代汽车上的冷轧板。该专利介绍的生产方法下的氧化铁皮致密的热轧薄板只能实现简单变形条件下的角钢，鼓形、管形的结构件，并不能满足复杂、大变形下的冲压成型，不能保证在此条件下的氧化铁皮剥落问题。

综上所述，现有的免酸洗热轧钢板主要集中在免酸洗汽车大梁钢上，在化学成分上添加了Nb、V、Ti或Cr等合金元素，虽然也需要经过磷化和涂漆工艺，但用于制造载重货车的纵梁、横梁和加强梁等汽车结构件；氧化铁皮附着良好的热轧钢板的应用集中在简单变形的结构件上。以上进行氧化铁皮控制的热轧钢板对于大变形和复杂条件下成型用的免酸洗预处理热轧低碳钢均未涉及。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提供一种免预处理直接成型热轧低碳钢及其制造方法。主要是热轧低碳钢的基础上进行化学成分和工艺等控制，能够使生产出的热轧低碳钢，氧化铁皮附着紧密，免除原来成型前需要的酸洗工艺，直接进行成型，能够满足大变形和复杂变形的条件下的成型，不影响后续的磷化和涂漆等工艺。

为解决上述技术问题，本发明所设计的一种免预处理直接成型热轧低碳钢，其特征在于：该钢的化学成分按重量百分数比为：C：0.01~0.08%、Si：0.01~0.05%、Mn：0.01~0.50%、S≤0.010%、P≤0.015%，其余为铁和不可避免的杂质；并且，该钢表面的氧化铁皮主要为Fe₃O₄，Fe₃O₄含量为80~95%。

进一步地：该钢表面的氧化铁皮层粗糙度Ra为0.4~1.0μm，厚度为5~8μm，且均匀。免预处理直接成型热轧低碳钢表面氧化铁皮致密且与基体结合紧密，满足家电行业的冲压成型、磷化和涂漆要求。

上述免预处理直接成型热轧低碳钢的制备方法，其步骤为：

1）按所述化学成分按重量百分数比为：C：0.01~0.08%、Si：0.01~0.05%、Mn：0.01~0.50%、S≤0.010%、P≤0.015%，其余为铁和不可避免的杂质，依次进行铁水脱硫、转炉吹炼、吹氩、精炼、连铸；

2）板坯加热，加热温度为1220~1300℃，加热时间为100~200min；

3）粗轧，粗轧的出口温度在1020~1100℃；粗轧轧制道次为3~20次，除鳞道次为2~15次；

4) 中间坯在粗轧与精轧之间的辊道不作停留，并启用保温罩，保证中间坯的头尾温度均匀性；

5）精轧，精轧入口温度为950~1020℃，终轧温度在850~900℃；

6）层流冷却，冷却水pH值7.2~9.0；

7）卷取，卷取温度为580~650℃；

8）冷却、卷取后通风冷却至460~500℃，然后放入保温罩中保温，待温度降至180~220℃，自然冷却至室温，即得到免预处理直接成型热轧低碳钢。

作为优选方案，所述步骤3）和步骤5）中，轧制速度7.0~20m/s。，中间坯在粗轧与精轧之间的辊道不停留，避免在高温段停留时间过长，氧化铁皮厚度增长迅速，造成氧化铁皮厚度过厚，同时启用保温罩可以使中间坯温度均匀，保证力学性能与氧化铁皮厚度的均匀性。

作为优选方案，所述步骤5）中，精轧各机架采用润滑轧制，精轧机末机架轧辊表面粗糙度Ra为0.8~2.0μm，从而保证控制钢表面氧化铁皮层粗糙度Ra为0.4~1.0μm。在精轧过程中采用较低开轧温度，较高终轧温度，高速快轧，快速冷却以及后续的保温罩保温的工艺路线，可以控制氧化铁皮厚度；使氧化铁皮致密且与基体结合紧密。

作为优选方案，所述步骤8）中，通风冷却速率为2~5℃/min。

作为优选方案，所述整个制备过程中，控制钢表面氧化铁皮主要为Fe₃O₄，Fe₃O₄含量为80~95%，并且钢表面氧化铁皮厚度为0.1~8μm。

本发明优点：

1）本发明涉及的免预处理直接成型热轧钢板，可以取消原有的酸洗预处理，经过冲压成型后不影响磷化和涂漆，减少废酸排放，精简生产工序，降低了生产成本；

2）本发明生产的免预处理直接成型热轧钢板，满足大变形和复杂变形的条件下的成型，在成型过程氧化铁皮不剥落，不影响后续的磷化和涂漆工艺。

3）本发明通过制造方法的推广，不仅响应了国家“节能减排”的号召，降低了能耗，保护了环境，而且提高了企业的经济效益，增强了企业的竞争力。

4）本发明采用低碳、低锰的成分设计，主要是通过改善后工序的大变形和复杂变形条件下的加工性能，采用低Si设计，避免因Si含量过高，在加热炉加热过程中形成Fe₂SiO₄，造成除鳞不净的，导致钢板表面质量降低。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1：

轧制3.0×1250mm的免预处理直接成型热轧低碳钢，连铸板坯厚度为230mm，板坯宽度1350mm，板坯长度控制在9.8m，板坯表面无缺陷。

1）首先采用按所述化学成分按重量百分数比为：C：0.059%、Si：0.015%、Mn：0.0308%、S：0.010%、P：0.015%，其余为铁和不可避免的杂质，依次进行铁水脱硫、转炉吹炼、吹氩、精炼、连铸；

2）板坯加热，加热温度为1280℃，加热时间为150min；

3）粗轧，粗轧的出口温度在1080℃，粗轧轧制道次为3次，除鳞道次为2次；

4）中间坯在粗轧与精轧之间的辊道不作停留，并启用保温罩，保证中间坯的头尾温度均匀性；

5）精轧，精轧入口温度为990℃，终轧温度在880℃；精轧机末机架轧辊表面粗糙度Ra为1.5μm，粗轧和精轧中，轧制速度10m/s；

6）层流冷却，采用前段快冷，冷却水水质控制pH值7.5；

7）卷取，卷取温度为600℃；

8）冷却、卷取后钢卷放置在通风对流处以2℃/min冷速通风冷却至480℃，然后放入保温罩中保温，待温度降至200℃，自然冷却至室温，即得到免预处理直接成型热轧低碳钢。

在室温状态下对直接成型用免酸洗热轧低碳钢各项力学性能指标进行检验，屈服强度为240MPa，抗拉强度为365MPa，伸长率为46%。该免预处理直接成型热轧低碳钢氧化铁皮中Fe₃O₄含量为85%，氧化铁皮层粗糙度Ra为0.4μM且厚度为7μm。弯曲检验其表面无裂纹。直接成型后氧化铁皮附着性良好，磷化、涂漆后情况良好。

实施例2：

轧制3.0×1250mm的免预处理直接成型热轧低碳钢，连铸板坯厚度为230mm，板坯宽度1400mm，板坯长度控制在10.0m，板坯表面无缺陷。

1）首先采用按所述化学成分按重量百分数比为：C：0.01%、Si：0.01%、Mn：0.50%、S：0.010%、P：0.005%，其余为铁和不可避免的杂质，依次进行铁水脱硫、转炉吹炼、吹氩、精炼、连铸；

2）板坯加热，加热温度为1220℃，加热时间为200min；

3）粗轧，粗轧的出口温度在1100℃；粗轧轧制道次为5次，除鳞道次为5次；

4）中间坯在粗轧与精轧之间的辊道不作停留，并启用保温罩，保证中间坯的头尾温度均匀性；

5）精轧，精轧入口温度为950℃，终轧温度在900℃；精轧机末机架轧辊表面粗糙度Ra为2.0μm。粗轧和精轧中，轧制速度7.0m/s。

6）层流冷却，采用前段快冷，冷却水pH值9.0；

7）卷取，卷取温度为580℃；

8）冷却、卷取后钢卷放置通风处风扇增加通风对流，以5℃/min冷速通风冷却至460℃，然后放入保温罩中保温，待温度降至180℃，自然冷却至室温，即得到免预处理直接成型热轧低碳钢。

在室温状态下对直接成型用免酸洗热轧低碳钢各项力学性能指标进行检验，屈服强度为260MPa，抗拉强度为315MPa，伸长率为42%。该免预处理直接成型热轧低碳钢氧化铁皮中Fe₃O₄含量为90%，氧化铁皮层粗糙度Ra为0.4μM且厚度为6μm。弯曲检验其表面无裂纹。直接成型后氧化铁皮附着性良好，磷化、涂漆后情况良好。

实施例3：

轧制3.0×1250mm的免预处理直接成型热轧低碳钢，连铸板坯厚度为230mm，板坯宽度1450mm，板坯长度控制在9.9m，板坯表面无缺陷。

1）首先采用按所述化学成分按重量百分数比为：C：0.08%、Si：0.05%、Mn：0.01%、S：0.001%、其余为铁和不可避免的杂质，依次进行铁水脱硫、转炉吹炼、吹氩、精炼、连铸；

2）板坯加热，加热温度为1300℃，加热时间为100min；

3）粗轧，粗轧的出口温度在1020℃；粗轧轧制道次为8次，除鳞道次为3次；

4）中间坯在粗轧与精轧之间的辊道不作停留，并启用保温罩，保证中间坯的头尾温度均匀性；

5）精轧，精轧入口温度为1000℃，终轧温度在850℃；精轧机末机架轧辊表面粗糙度Ra为0.8μm。粗轧和精轧中，轧制速度25m/s。

6）层流冷却，采用前段快冷，冷却水pH值8.0；

7）卷取，卷取温度为650℃；

8）冷却、卷取后钢卷放置通风处风扇增加通风对流，以4℃/min冷速通风冷却至500℃，然后放入保温罩中保温，待温度降至220℃，自然冷却至室温，即得到免预处理直接成型热轧低碳钢。

在室温状态下对直接成型用免酸洗热轧低碳钢各项力学性能指标进行检验，屈服强度为220MPa，抗拉强度为345MPa，伸长率为50%。该免预处理直接成型热轧低碳钢氧化铁皮中Fe₃O₄含量为87%，氧化铁皮层粗糙度Ra为0.8μM且厚度为6.5μM。弯曲检验其表面无裂纹。直接成型后氧化铁皮附着性良好，磷化、涂漆后情况良好。

Claims (10)

1.一种免预处理直接成型热轧低碳钢，其特征在于：该钢的化学成分按重量百分数比为：C：0.01~0.08%、Si：0.01~0.05%、Mn：0.01~0.50%、S≤0.010%、P≤0.015%，其余为铁和不可避免的杂质；并且，该钢表面的氧化铁皮主要为Fe₃O₄，Fe₃O₄含量为80~95%。

2.根据权利要求1所述的免预处理直接成型热轧低碳钢，其特征在于：该钢表面的氧化铁皮层粗糙度Ra为0.4~1.0μm，厚度为5~8μm。

3.一种权利要求1所述免预处理直接成型热轧低碳钢的制备方法，其步骤为：

1）按所述化学成分按重量百分数比为：C：0.01~0.08%、Si：0.01~0.05%、Mn：0.01~0.50%、S≤0.010%、P≤0.015%，其余为铁和不可避免的杂质，依次进行铁水脱硫、转炉吹炼、吹氩、精炼、连铸；

2）板坯加热，加热温度为1220~1300℃，加热时间为100~200min；

3）粗轧，粗轧的出口温度在1020~1100℃；粗轧轧制道次为3~20次，除鳞道次为2~15次；

4）中间坯在粗轧与精轧之间的辊道不作停留，并启用保温罩，保证中间坯的头尾温度均匀性；

5）精轧，精轧入口温度为950~1020℃，终轧温度在850~900℃；

6）层流冷却，冷却水pH值7.2~9.0；

7）卷取，卷取温度为580~650℃；

8）冷却、卷取后通风冷却至460~500℃，然后放入保温罩中保温，待温度降至180~220℃，自然冷却至室温，即得到免预处理直接成型热轧低碳钢。

4.根据权利要求3所述免预处理直接成型热轧低碳钢的制备方法，其特征在于：所述步骤3）和步骤5）中，轧制速度7.0~20m/s。

5.根据权利要求3或4所述免预处理直接成型热轧低碳钢的制备方法，其特征在于：所述步骤5）中，精轧机末机架轧辊表面粗糙度Ra控制在0.8~2.0μm。

6.根据权利要求3或4所述免预处理直接成型热轧低碳钢的制备方法，其特征在于：所述步骤8）中，通风冷却速率为2~5℃/min。

7.根据权利要求3或4所述免预处理直接成型热轧低碳钢的制备方法，其特征在于：所述整个制备过程中，控制钢表面氧化铁皮主要为Fe₃O₄，Fe₃O₄含量为80~95%，并且钢表面氧化铁皮厚度为5~8μm。

8.根据权利要求5所述免预处理直接成型热轧低碳钢的制备方法，其特征在于：所述整个制备过程中，控制钢表面氧化铁皮主要为Fe₃O₄，Fe₃O₄含量为80~95%，并且钢表面氧化铁皮厚度为5~8μm。

9.根据权利要求3或4所述免预处理直接成型热轧低碳钢的制备方法，其特征在于：所述步骤5）中，控制钢表面氧化铁皮层粗糙度Ra为0.4~1.0μm。

10.根据权利要求5所述免预处理直接成型热轧低碳钢的制备方法，其特征在于：其特征在于：所述步骤5）中，控制钢表面氧化铁皮层粗糙度Ra为0.4~1.0μm。