CN102719731A - 二次冷轧荫罩带钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二次冷轧荫罩带钢及其制造方法，其包括以下工艺：转炉炼钢→连续铸坯→热轧→酸洗冷轧→连续退火→二次冷轧→精整涂油，所获得荫罩带钢的各主要元素质量百分比为：C≤0.001%，Mn 0.10～0.40%，Al：0.02～0.06%，Si≤0.025%，P≤0.015%，S≤0.01%，O≤0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明通过对各元素的成分设计，一方面控制碳的重量百分比在低含量范围，另一方面省去了脱碳退火工艺并降低了连退退火温度，缩短了生产周期，降低了生产成本；通过二次冷轧工序参数及加工方法的优化，减少了脱脂和平整工序，同时获得了材质性能优、表面质量高的钢质材料。

Description

二次冷轧荫罩带钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种二次冷轧荫罩带钢，尤其涉及一种超薄低碳的二次冷轧荫罩带钢；本发明还涉及一种二次冷轧荫罩带钢的制造方法，特别涉及一种薄规格，含碳量低的二次冷轧荫罩带钢的制造方法。
背景技术
目前，通常采用二次冷轧的技术来制造薄规格超低碳的荫罩带钢产品，该种产品经常应用于彩色显象管技术领域。公开号为CN1717502A的中国专利申请涉及了一种生产荫罩材料的方法，一种使用所述荫罩材料的荫罩以及一种包括所述荫罩的彩色显像管。该方法中所涉及的一种钢坯的各元素设计含量为：C：≤0.004wt.％，Si：≤0.03wt.％，Mn：0.1-0.5wt.％，P：≤0.02wt.％，S：≤0.02wt.％，Al：0.01～0.07wt.％，N：≤0.0040wt.％，B：≤0.01wt.％，Nb：≤0.1wt.％和Ti：0.0001～0.1wt.％，余者为Fe和不可避免的杂质。该专利通过对所述钢坯进行热轧、酸洗和冷轧，进一步进行连续退火或箱式退火等工序后，将残余C含量降低至0.003wt.％或更低，并且还进行轧制比为20～92％的二次冷轧，从而获得了一种荫罩带钢材料。
授权公告号为CN1141412C的中国发明专利提供了一种采用超低碳钢（纯铁）或者在超低碳钢中添加少量的强碳化物形成元素Ti或者Ti和Nb，使得其中的碳主要以碳化物的形式存在，大幅度降低钢中的固溶碳含量，提高了其抗时效性能，保证了冲压成形性,特别是成形均匀性。通过合理设计化学成分及调整优化工艺参数，使得荫罩带钢的材质性能及磁性能满足使用要求。但是由于添加了昂贵的合金元素，炼钢生产成本大幅度提高，同时由于添加了合金元素，为了退火完全，退火时必须采用退火温度高，生产能耗高。同时，该专利并不能生产厚度小于等于0.15毫米的荫罩带钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄规格二次冷轧荫罩带钢及其制造方法，使得该荫罩带钢具有良好的表面外观和材质性能。
为了实现上述目的，本发明将带钢材料的化学成分重量百分比设计为：C元素≤0.001%，Mn元素0.10～0.40%，Al元素0.02～0.06%，Si元素≤0.025%，P元素≤0.015%，S元素≤0.01%，O元素≤0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质；优选方案：Mn元素0.10～0.30%。
进一步，本发明还对于二次冷轧荫罩带钢的制造方法进行了优化，具体工序如下：
1）转炉炼钢，采用超低碳铝镇静钢，控制转炉钢包的自由氧为F[O]500～700ppm，铁水中的S元素控制≤0.003%，P元素控制≤0.035%，转炉钢包目标温度为：1540～1640℃，目标自由氧为600ppm，采用真空循环脱气精炼工艺，脱碳时间为20～25min。
2）连续铸坯。
3）热轧。
4）酸洗冷轧。
5）连退机组退火。
6）二次冷轧。
7）精整涂油。
8）荫罩带钢。
在一般的二次冷轧荫罩带钢的制造方法中，技术人员常采用IF钢（无间隙原子钢），因为IF钢（无间隙原子钢）是在冶炼过程中通过添加一定量的钛（Ti）、铌（Nb）等强碳氮化合物形成元素，将钢中的碳、氮等间隙原子完全固定为碳氮化合物而形成的，从而具有良好的深冲性能。但是由于添加了昂贵的合金元素，炼钢生产成本大幅度提高，同时由于添加了合金元素，为了退火完全，退火时必须采用退火温度高，生产能耗高。研究人员考虑到荫罩带钢在加工过程中，并不需要进行深冲，因此采用了无需添加Nb、Ti等合金元素的超低碳铝镇静钢。在炼钢过程中，通过成分设计直接将碳的重量百分比控制在C≤0.001%，在减少了“中间脱碳退火工艺”，缩短了生产周期的情况下，一方面保证了荫罩腐孔所需要较小的冷脆性和时效性，另一方面经过低温退火及二次冷轧过程后同样确保荫罩带钢所需达到的强度。
1）Mn元素：在材料中适当加入少量的Mn有利于强度的提高，同时加入少量Mn可以和S结合生成MnS,减少表面热脆，避免表面质量问题;但加入过多对冲压加工不利,所以Mn应控制在0.10～0.40%。
2）Al元素：在炼钢时Al作为脱氧剂进行添加，避免钢水中夹杂物增多，特别是Al2O3的夹杂物的增加，夹杂物主要会影响荫罩带钢的蚀刻性能，Al应控制在0.02～0.06%。
3）Si元素:Si可提高材料的强度，但在热轧时Si容易产生低融点的SiO2.FeO共晶系的氧化铁皮，在热轧时，难以用高压水予以清除，从而对荫罩带钢的表面质量产生不良影响，所以Si尽量控制在0.025%以下。
4）P、S元素：P、S重量百分比越低，加工性越好；P可以提高材料的强度，但P也会导致材料的脆性，S对材料是有害元素，会产生夹杂物，对荫罩带钢蚀刻性能不利，所以P、S的含量要尽量的低。一般P控制在0.015%以下；S控制在0.010%以下。
5）O：O是有害元素，易形成FeO等化合物，因此量控制较低。
首先，在炼钢过程中，按上述成分配比材料进行控制，控制铁水[S]≤0.003%，[P]≤0.035%，转炉钢包控制自由氧F[O]为500～700ppm，目标自由氧F[O]为600ppm。转炉钢包目标温度1540～1640℃。采用真空循环脱气精炼工艺，脱碳目标时间为20～25min。
然后，在连续铸坯过程中，在中间包中采用超低碳覆盖剂，防止增碳。结晶器采用超低碳保护渣。钢包的引流砂采用无碳引流砂并确保完全吹氩。荫罩带钢的主要夹杂物是Al、Ca、Mn、Si、S等的氧化物，夹杂物由于所在部位与基板铁素体的蚀刻速度不同而会影响荫罩带钢的蚀刻性能而致使蚀刻孔位形状的不规整。由于每一张荫罩网板上有几十万个小孔，而且小孔之间的距离非常小，如果夹杂物量多而且尺寸大，那么荫罩网板的合格率就会受到影响，导致钢质材料的纯净度不符合要求。此外，夹杂物还会恶化荫罩网板的软磁性能。因此，荫罩带钢通常要求C含量≤20ppm，钢质纯净、成分均匀稳定，夹杂物≤0.03个/m2，夹杂物的大小≤30μm。
接着，在热轧过程中，加热炉温度及时间：1190～1250℃，4～6小时，确保板坯表里温度均匀；一方面温度不宜过高，否则AlN固溶过多会导致氧化铁皮增多；另一方面温度也宜过低，否则终轧温度将无法稳定控制。故将终轧温度设定为:900～940℃，既确保了温度在Ar3以上，又为头中尾、宽向温度均匀性提供了保证，避免了混晶、粗晶组织的出现。卷取温度设定为：660～700℃，头尾温度要稳定控制。板形为：凸度10～40μm，目标20μm；要求断面板形光滑，不能有大的楔形及局部高点出现，亦不能有平凸度。
随后，在酸洗冷轧过程中，为了满足最终产品厚度要求以及热轧生产的可制造性，带钢经过酸洗去除带钢表面氧化铁皮，冷轧变形量设定在90%左右。连退机组退火：加热段温度目标为580～600℃，均热段目标温度为580～600℃，机组目标速度500～650米/分。
其次，进行二次冷轧工序（DCR），该工序主要作用如下：
1)提高高温回复退火后荫罩带钢的强度和硬度；
2)改善板形，获得良好的带钢平直度；
3)赋予带钢表面合适的表面形貌，包括Ra、Rmax、Sm和Rsk等；
荫罩带钢的表面质量决定了其在显像管应用领域中关键的选色（分色）功能。带钢表面质量主要包括表面缺陷状态、洁净度和表面形貌（包括平均表面粗糙度Ra、最大峰谷距Rmax、波峰间距Sm和偏斜度Rsk等技术参数）。
荫罩带钢要求表面形貌均匀细腻，不允许任何表面缺陷。荫罩带钢的表面平均粗糙度要适中；表面粗糙度过大时，带钢材料经蚀刻后，槽孔边缘形状不光滑，容易出现微小的锯齿状；表面粗糙度过小时，带钢材料与感光胶之间的附着力不好，易脱胶，而且还会影响曝光前母板与带钢之间的抽气性能进而将影响曝光效果。偏斜度Rsk实质上是指在一定长度内，相对于表面轮廓基准的峰谷分布情况。若Rsk≥0时，粗糙度表现为带钢表面有很多凸起，从而在上下工作版和带钢之间有很多气体通道，便于抽真空，从而可缩短抽真空时间；并且由于带钢表面凹凸较多，感光胶与带钢的附着力也较好；相反，Rsk≤0时，粗糙度表现为表面有很多平面区域，表面凹凸较少，特别是波谷少，工作板与荫罩带钢接触界面气体通道很少，此时不利于抽真空，同时感光胶与带钢的附着力也较差。最大峰谷距Rmax和波峰间距Sm表征表面形貌的均匀细腻程度，Rmax值越大均匀性越差，Sm值越大表面越细腻。本发明在二次冷轧过程为了形成上述表面形貌值，将具体参数控制为：Ra0.40～0.70μm、Rmax≤6.0μm、Rsk≥0、Sm 50～130μm。
为了使带钢表面具有较好的质量水平，本发明的二次冷轧工序优选采用双机架二次冷轧机组进行生产，第一机架轧制力为4,000～6,000KN，工作辊采用磨削方式进行加工，工作辊表面粗糙度控制范围为0.20～0.40μm；第二机架轧制力为2,000～4,000KN，工作辊采用电火花处理，工作辊表面粗糙度控制范围为1.3~1.5μm。两个机架的工作辊辊径均为410～460mm,工作辊表面硬度均为Hs 93～97，中间辊表面硬度均为Hs 81～85,双机架平整机入口单位张力控制在13～16kg/mm2，中间和出口单位张力控制在18～25kg/mm2。按照二次冷轧机组最大变形能力，将变形率设计为35～42%。
二次冷轧第二个机架工作辊表面形貌要求属于关键工艺，电火花加工后，要求工作辊表面粗糙度为1.3～1.5μm，PC值(单位长度峰值数)控制范围为130-170个/cm。
荫罩带钢材料的机械性能主要包括退火前后的屈服强度、抗拉强度、硬度、延伸率和屈服延伸。特别是退火后的屈服延伸，在荫罩带钢应用于彩色显象管领域时，要求其网孔尺寸精确而且形状稳定。因此，为保证荫罩网板在冲压过程中变形的均匀性，要求荫罩带钢再结晶退火后的屈服延伸率越小越好。同时，对荫罩网板而言，主要以屈服强度来衡量加工性能，一方面越低的屈服强度能够获得较好的加工性能，增加冲压后形状的稳定性；另一方面，较高的屈服强度和硬度可以使荫罩带钢在后续加工过程（脱脂清洗、预处理、涂胶、曝光、显影、蚀刻等工序）中不易出现变形（如边浪和折痕等）。为了满足产品的加工性能又要避免在后续加工过程中发生容易变形的情况，荫罩带钢材料需要采取一个适当的屈服强度，一般为440~470MPa。为了获得适当的屈服强度，按照二次冷轧机组最大变形能力，将变形率设计为35～42%。
最后，精整机组采用拉矫机进行生产，延伸率设定范围0.40～1.0%。
本发明的有益效果是：1）采用了无需添加Nb、Ti等合金元素的超低碳铝镇静钢并通过对于钢质材料元素的成分设计，一方面将碳的重量百分比控制在低含量范围，保证了骑在后续加工过程中的冷脆性和时效性，；另一方面减少了中间脱碳退火工艺，降低了退火温度，缩短了生产周期；2）通过二次冷轧工序轧制参数及轧辊加工方法的优化，在减少了脱脂和平整工序的情况下，获得机械性能优、表面质量高的钢质材料用以后续加工制成薄规格低碳的荫罩带钢。本发明无需脱碳处理、加入昂贵合金元素，在简化生产流程工艺的情况下，便可获得较好的表面质量和使用性能的荫罩带钢；其所涉及的工序时间短、生产成本低，适合各类厂家工业化生产的目的。
附图说明
图1为二次冷轧第二个机架工作辊经电火花处理后表面粗糙度示意图。
图2为通过本发明的实施例A所生产荫罩带钢板厚度精度示意图。
具体实施方式
根据发明的工艺参数不同，通过5个实施方式来进一步说明本发明的内容及本发明制造方法的相关参数。
Figure BDA00001821019000071
最终得到合格的产品，抗拉强度510Mpa，屈服强度464MPa，延伸率2.5%，带钢表面粗糙度为0.416μm，Rmax为3.337μm，Sm为66.582μm，Rsk为0.201，HV为160，浪形小于2mm。
本技术所生产的荫罩带钢钢板厚度精度示意图如图2所示。
Figure BDA00001821019000081
最终得到合格的产品，抗拉强度530Mpa，屈服强度458MPa，延伸率2.2%，带钢表面粗糙度为0.404μm，Rmax为3.432μm，Sm为61.392μm，Rsk为0.215，HV为157，浪形小于2.5mm。
Figure BDA00001821019000091
最终得到合格的产品，抗拉强度541Mpa，屈服强度464MPa，延伸率2.6%，带钢表面粗糙度为0.442μm，Rmax为3.425μm，Sm为61.279μm，Rsk为0.221，HV为163，浪形小于2.6mm。
Figure BDA00001821019000101
最终得到合格的产品，抗拉强度521Mpa，屈服强度457MPa，延伸率2.5%，带钢表面粗糙度为0.439μm，Rmax为4.276μm，Sm为71.374μm，Rsk为0.186，HV为155，浪形小于1.6mm。
Figure BDA00001821019000111
最终得到合格的产品，抗拉强度523Mpa，屈服强度463MPa，延伸率2.5%，带钢表面粗糙度为0.446μm，Rmax为4.193μm，Sm为73.193μm，Rsk为0.182，HV为150浪形小于1.6mm。

Claims (17)

1.一种二次冷轧荫罩带钢，其特征在于：其各元素的重量百分比设计为：C元素≤0.001%，Mn元素0.10～0.40%，Al元素0.02～0.06%，Si元素≤0.025%，P元素≤0.015%，S元素≤0.01%，O元素≤0.004%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的二次冷轧荫罩带钢，其特征在于：所述Mn元素的重量百分比设计为0.10～0.30%。
3.如权利要求1所述的二次冷轧荫罩带钢，其特征在于：其平均表面粗糙度Ra：0.40～0.70μm，最大峰谷距Rmax≤6.0μm，偏斜度Rsk≥0，波峰间距Sm：50～130μm。
4.制造如权利要求1所述的二次冷轧荫罩带钢的方法，其特征在于：其步骤如下：
1）转炉炼钢，采用超低碳铝镇静钢，控制转炉钢包的自由氧控制为500～700ppm，铁水中的S元素控制为≤0.003%，P元素控制≤0.035%，转炉钢包目标温度为：1540～1640℃，目标自由氧为600ppm，采用真空循环脱气精炼工艺脱碳，脱碳时间为20～25min；
2）连续铸坯；
3）热轧；
4）酸洗冷轧；
5）连续退火；
6）二次冷轧；
7）精整涂油。
5.如权利要求4所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：所述热轧的加热炉温度设定为：1190～1250℃，时间为：4～6小时，终轧温度设定为:900～940℃，卷取温度设定为：660～700℃。
6.如权利要求4所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：所述连续铸坯的钢包采用无碳引流砂，并采用完全吹氩处理，中间包采用可防增碳的超低碳覆盖剂。
7.如权利要求4所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：所述退火的加热段目标温度设定为580～600℃，均热段目标温度设定为580～600℃，机组目标速度控制在500～650米/分。
8.如权利要求4所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：所述二次冷轧采用双机架轧机组进行。
9.如权利要求8所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：所述双机架轧机组的第一个机架的轧制力设置为4,000～6,000KN。
10.如权利要求8所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：所述双机架轧机组的第二个机架的轧制力设置为2,000～4,000KN。
11.如权利要求8至10任一项所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：所述双机架轧机组平整机入口单位张力控制在13～16kg/mm2，中间和出口单位张力控制在18～25kg/mm2。
12.如权利要求8所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：所述双机架轧机组的工作辊辊径为410～460mm。
13.如权利要求8所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：所述双机架轧机组的工作辊表面硬度为Hs 93～97，中间辊表面硬度为Hs 81～85。
14.如权利要求4所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：所述二次冷轧的变形率设计为35～42%。
15.如权利要求8所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：将经过磨削方式处理过的工作辊作为所述双机架轧机组第一个机架的工作辊，该工作辊的表面粗糙度为0.20～0.40μm。
16.如权利要求8所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：将经过电火花处理过的工作辊作为所述双机架轧机组第二个机架的工作辊，该工作辊的表面粗糙度为1.3～1.5μm，单位厘米长度峰值个数为130～170。
17.如权利要求4或14所述的二次冷轧荫罩带钢的制造方法，其特征在于：所述精整涂油采用拉矫机进行，其延伸率设定为0.40～1.0%。
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