CN104264041A - 一种高强度低合金热镀铝锌钢带及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种高强度低合金热镀铝锌钢带及其生产方法，该热镀铝锌钢带包括钢基板和合金镀层，其中，钢基板的化学成分重量百分比为：C0.02～0.10％，Mn0.5～1.2％，P0.01～0.07％，Nb0.01～0.12％，N≤0.0080％，S≤0.02％，且0.01％≤(Nb-0.22C-1.1N)≤0.1％，8≤Mn/1.7S，其余为Fe和不可避免的杂质；合金镀层的化学成分质量百分比为：Al50～58％，Zn40～45％，Si1.0～2.0％，Ti0.005～0.020％，其余为不可避免的杂质。本发明采用冶炼、铸造、通过热轧轧制、冷轧变形及连续退火后热浸镀铝锌镀层，使铝锌镀层均匀致密地附着在钢基板上，获得的低合金热镀铝锌钢带的屈服强度为410～570MPa，抗拉强度≥470MPa，延伸率≥15％，既具良好的强韧性又具有优良的耐腐蚀性能，该生产方法成本低、成材率高。

Description

一种高强度低合金热镀铝锌钢带及其生产方法

技术领域

本发明属于卷钢板材料生产领域，具体涉及一种高强度低合金热镀铝锌钢带及其生产方法。

背景技术

高强度低合金钢因具有较低的成本和良好的强韧性，在全世界引起了普遍重视并得到应用。一般钢中C成分≤0.1％，通过添加Ti、Nb等合金元素，与基体中的C、N等原子形成碳氮化物，并依靠这些碳氮化物在基体中微量析出来阻碍位错的移动，从而获得较高的钢板强度。人们可以选择纯Ti、纯Nb或Ti、Nb复合的成分设计达到预期的性能目标，但从成本经济和性能稳定性方面考虑，所添加的合金种类和配比是决定材料可制造性的关键因素。

镀铝锌层的化学成分包括一定配比的铝、锌、硅，其中防腐主要是由铝锌合金提供。但，硅也很重要，它可以把生产过程中脆性层的形成速度降到最小，从而使产品易于加工成型。镀铝锌层独特的树枝状结构是防腐性能提高的主要原因。当镀铝锌层暴露在大气中，枝晶间网络中的富锌区先被腐蚀，氧化产物会填充在枝晶间的空隙中，从而降低了腐蚀速度。

中国专利CN200310106261.3公开了一种热镀铝锌合金钢板及其制造方法，该方法采用普通冷轧基板生产镀铝锌产品，其屈服强度均大于228MPa，延伸率在20％左右，但不能满足屈服强度410～570MPa的要求。

中国专利CN200610047626.3公开了一种全硬质镀铝锌钢板及其生产方法，该方法提供的钢板的屈服强度达到600MPa以上，无断裂延伸率。但，不能满足屈服强度410～570MPa，断裂延伸率大于15％的要求。

中国专利CN200710093976.8公开了深冲用热镀铝锌钢板/带及其生产方法，该方法是采用IF钢基板生产镀铝锌产品，其屈服强度140～220MPa，抗拉强度达260～350MPa，延伸率大于30％，但不能满足屈服强度410～570MPa的要求。

目前，对材料具有高耐蚀性、高强度、高延伸率要求的家电、电脑机箱、汽车油箱等领域对镀铝锌产品有很大的需求。但屈服强度410～570MPa，抗拉强度达不小于470MPa，延伸率大于15％的高强度低合金热镀铝锌产品在国内外为空白。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度低合金热镀铝锌钢带及其生产方法，其具有410～570MPa的屈服强度、不小于470MPa的抗拉强度及大于15％的延伸率，镀层均匀、致密、厚度适当，既具良好的强韧性又具有优良的耐腐蚀性能。

本发明的设计思路是：选取含Nb成分的板坯，通过热轧轧制、冷轧变形及连续退火后热浸镀铝锌镀层，使铝锌镀层均匀致密地附着在钢基板上，从而成为高强度低合金热镀铝锌钢带，且生产成本低、成材率高。

为达到上述目的，本发明主要采用如下技术方案：

一种高强度低合金热镀铝锌钢带，包括钢基板和合金镀层，其中，钢基板的化学成分重量百分比为：C0.02～0.10％，Mn0.5～1.2％，P0.01～0.07％，Nb0.01～0.12％，N≤0.0080％，S≤0.02％，且0.01％≤(Nb-0.22C-1.1N)≤0.1％，8≤Mn/1.7S，其余为Fe和不可避免的杂质；合金镀层的化学成分质量百分比为：Al50～58％，Zn40～45％，Si1.0～2.0％，Ti0.005～0.020％，其余为不可避免的杂质。

进一步，所述高强度低合金热镀铝锌钢带的屈服强度为410～570MPa，抗拉强度≥470MPa，延伸率＞15％。

所述高强度低合金热镀铝锌钢带的钢基板为均匀的铁素体+渗碳体组织，钢板表面为细小均匀的银白色锌花。

在本发明的成分设计中：

Nb：采用添加微量合金元素Nb，Nb在钢中可以形成NbC，NbN等间隙中间相。在再结晶过程中，中间相对位错的钉扎及对亚晶界的迁移进行阻止作用，使钢的流变应力和屈服强度提高，从而起到强化材质的目的。本发明成分设计满足公式0.01％≤(Nb-0.22C-1.1N)≤0.1％时，Nb与C、N形成足够、细小的中间相起到了强化材质的作用，同时Nb含量也不会过高而提升制造成本。

C：钢基板中C是最有效，最便宜的强化元素，材料一般随着C含量的增加而趋向硬质化。同时，如上所述因Nb的添加形成了细小的NbC也有效地提高了材料的强度。当C含量小于0.02％时，强化效果不显著，当C含量大于0.1％时，材料硬化，加工性变差。

Mn：Mn在钢水中可以无限互溶，近似理想溶液，Mn主要起固溶强化作用，由于钢水中残留一定量的S元素，S元素增加板坯的热脆性，恶化钢的力学性能，影响钢的抗腐蚀性等负面作用，为了降低S的负面作用，要提高钢板中的Mn/S值，因此本发明控制Mn含量：8≤Mn/1.7S，可以有效降低S的负面影响。

P：由于P是一种价格便宜而且强化能大的元素，每添加0.01％的P，强度可提高约10MPa左右，所以加入适当的P，可以生产成形性优良的高强钢。随着钢中P含量的增加，屈服强度和抗拉强度增加，断裂延伸率，n值，r值降低。

S：钢中常见元素，可以改善钢的切削性能，但是S对钢的危害作用非常显著，使钢具有一定的热脆性，并影响钢的抗腐蚀性能。所以，对于钢水必须经过脱硫处理。

本发明所述高强度低合金热镀铝锌钢板/带的生产方法，包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

高强度低合金热镀铝锌钢板的成分重量百分比为：C0.02～0.10％，Mn0.5～1.2％，P0.01～0.07％，Nb0.01～0.12％，N≤0.0080％，S≤0.02％，且，0.01％≤(Nb-0.22C-1.1N)≤0.1％，8≤Mn/1.7S，其余为Fe和不可避免的杂质；按上述化学成分经冶炼、铸造后得铸坯。

2)热轧

加热出炉温度1200～1260℃，热轧终轧温度800～900℃，热轧卷取温度500～650℃。

3)冷轧

冷轧压下率50～90％，形成钢带。

4)冷轧退火

在直接燃烧无氧化连续退火炉内进行，退火处理包括预热处理、加热处理、均热处理和冷却处理；预热时间10～50秒；加热温度600～700℃，加热时间15～65秒；均热温度750～850℃，均热时间40～120秒；冷却温度550～650℃，冷却时间5～40秒。

5)热镀

将钢带浸入锌锅中进行热镀处理，镀液成分重量百分比为：Al50～58％，Zn40～45％，Si1.0～2.0％，Ti0.005～0.020％，其余为不可避免的杂质；锌锅温度500～600℃，制备得到高强度低合金热镀铝锌钢带，其屈服强度为410～570MPa，抗拉强度≥470MPa，延伸率≥15％。

本发明的生产方法中：

本发明所述的加热出炉温度为：1200～1260℃。当出炉温度低于1200℃时，NbC等中间相无法在奥氏体中彻底固熔，导致后续不能析出细小的中间相，材料强度达不到设计要求；出炉温度高于1260℃时，可能导致板坯晶粒尺寸大，轧制时易开裂。

本发明所述的热轧终轧温度为：800～900℃。当终轧温度低于800℃时，出现两相区轧制，轧制力不均匀，出现断面混晶，导致材料的屈服、抗拉强度达不到设计要求，且在加工使用中易出现开裂；当终轧温度高于900℃时，氧化铁皮增加，影响表面质量。

本发明所述的热轧卷取温度为：500～650℃。对于高强度低合金钢，一般选取较低的卷取温度，当卷取温度过高时(高于650℃)，晶粒平均尺寸大，促使中间相粒子粗化，不够细小，不利于材料强化，达不到设计强度；卷取温度低于500℃时，中间相粒子析出不充分，材料力学性能分布不均匀，钢卷头尾强度相差大。

所述的冷轧压下率为：50～90％。在适当的成分和热轧工艺后只有保证合适的冷轧压下，才能获得较理想的金相组织。当冷轧压下量低于50％时，变形储能小，后续退火时不易发生再结晶；而因轧机设备能力限制，变形量很难高于90％。

本发明所述的冷轧退火处理包括预热处理、加热处理、均热处理和冷却处理；预热时间10～50秒；加热温度600～700℃，加热时间15～65秒；均热温度750～850℃，均热时间40～120秒；冷却温度550～650℃，冷却时间5～40秒。本发明采用热轧和冷轧的匹配工艺，尤其由于合金的加入，使得高强度低合金钢对退火温度相当敏感，所以退火段各段的温度和保温时间要严格控制。当退火段温度过高或保温时间过长时，晶粒和析出物粗大，材料的强度低，屈服、抗拉强度达不到设计要求。反之当退火段温度低或保温时间不够时，材料强度过高，断裂延伸率难以达到15％的设计要求。

本发明研究表明，当镀层中铝、锌和硅的配比满足：Al50～58％，Zn40～45％，Si1.0～2.0％，Ti0.005～0.020％，Ti的添加使得形成的镀层表面锌花更细小均匀，更加美观。

经检测，本发明制造的高强度低合金热镀铝锌钢带的屈服强度为410～570MPa，抗拉强度≥470MPa，断裂延伸率≥15％。基板为均匀的铁素体+渗碳体组织，钢板表面为细小均匀的银白色锌花。

本发明的有益效果：

1)本发明中钢基板成分添加微量合金元素Nb，从经济和有效性方面给出了其合适的质量组分。Nb化物形成了细小的中间相粒子，强化了材料强度，获得了较好的延伸率和较小的屈强比，具体是屈服强度为410～570MPa，抗拉强度≥470MPa，断裂延伸率≥15％。

2)本发明中镀层中添加了Ti，Ti的加入使得钢板经镀浴并冷却后，形成细小均匀的锌花，产品表面更加美观。

3)与现有技术比较，本发明无须改造设备，制造工艺简单，可以制造出既具有高耐蚀性、耐高温性又具有优良强韧性能的热镀铝锌产品，而且本发明的产品镀层均匀、致密、厚度适当，可广泛地应用于家电、汽车等行业，为镀铝锌产品的应用拓展了广阔的领域。

附图说明

图1为本发明实施例钢基板的金相照片。

图2为本发明实施例钢基板表面的照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

表1为本发明实施例的钢带钢基板和镀层的化学成分，余量为不可避免杂质。表2为本发明实施例热轧和冷轧工艺条件，表3为本发明实施例连续退火工艺条件，表4为本发明实施例钢带的力学性能。

实施例1

按表1所示的化学成分经冶炼、铸造后得铸坯，然后在热轧加热炉内进行热轧出炉，热轧终轧和热轧卷取在热轧轧线进行，再进行冷轧，热轧和冷轧工艺条件如表2所示。

在进入连续退火炉前，先将上述基板带钢送入清洗装置，以清除带钢表面上油脂、铁粉和灰尘。再将经清洗处理的带钢经挤干辊挤干和热风干燥。清洗后的带钢进入连续退火炉内进行退火处理。退火处理包括预热、加热、均热及冷却四个过程，炉内保护气体成分为：氢气30％，氮气70％。退火处理的工艺条件如表3所示。

将退火后的钢基板在盛有配比如表1所示镀层原料的锌锅中进行热镀处理：锌锅内溶液温度为550℃，钢基板在锌锅内的浸浴时间为4秒，通过气刀控制系统使镀层厚度达到设定值。带钢经锌锅热镀铝锌后进入冷却塔的风冷系统进行冷却，冷却速度40℃/秒。经吹风冷却后的带钢再进入水淬槽内进行最终冷却。然后进入辊涂机进行涂油、钝化或涂膜等后处理，得到本发明的产品。

本发明制造的热镀铝锌钢带经剪裁可得深冲用热镀铝锌钢板。

本发明制造的热镀铝锌钢带基板为均匀的铁素体+渗碳体组织(如图1所示)，钢板表面为细小均匀的银白色锌花(如图2所示)。

实施例2

实施方式同实施例1，其中，连续退火炉内保护气体成分为：氢气25％，氮气75％。热镀时锌锅内溶液温度为600℃，钢基板在锌锅内的浸浴时间为5秒，通过气刀控制系统使镀层厚度达到设定值。带钢经锌锅热镀铝锌后进入冷却塔的风冷系统进行冷却，冷却速度45℃/秒。

实施例3

实施方式同实施例1，其中，炉内保护气体成分为：氢气35％，氮气65％。热镀时锌锅内溶液温度为570℃，钢基板在锌锅内的浸浴时间为6秒，通过气刀控制系统使镀层厚度达到设定值。带钢经热镀铝锌后进入冷却塔的风冷系统进行冷却，冷却速度45℃/秒。

表1            单位：重量百分比

表2

表3

表4

由表4可知，本发明制造的高强度低合金热镀铝锌钢带的屈服强度为410～570MPa，抗拉强度≥470MPa，断裂延伸率≥15％。镀层均匀、致密、厚度适当，既具良好的强韧性又具有优良的耐腐蚀性能。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种高强度低合金热镀铝锌钢带，包括钢基板和合金镀层，其中，钢基板的化学成分重量百分比为：C0.02～0.10％，Mn0.5～1.2％，P0.01～0.07％，Nb0.01～0.12％，N≤0.0080％，S≤0.02％，且，0.01％≤(Nb-0.22C-1.1N)≤0.1％，8≤Mn/1.7S，其余为Fe和不可避免的杂质；合金镀层的化学成分质量百分比为：Al50～58％，Zn40～45％，Si1.0～2.0％，Ti0.005～0.020％，其余为不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高强度低合金热镀铝锌钢带，其特征在于，所述高强度低合金热镀铝锌钢带的屈服强度为410～570MPa，抗拉强度≥470MPa，延伸率＞15％。

3.根据权利要求1或2所述的高强度低合金热镀铝锌钢带，其特征在于，所述高强度低合金热镀铝锌钢带的钢基板为均匀的铁素体+渗碳体组织，钢板表面为细小均匀的银白色锌花。

4.一种高强度低合金热镀铝锌钢带的生产方法，其特征是，包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

高强度低合金热镀铝锌钢板的成分重量百分比为：C0.02～0.10％，Mn0.5～1.2％，P0.01～0.07％，Nb0.01～0.12％，N≤0.0080％，S≤0.02％，且，0.01％≤(Nb-0.22C-1.1N)≤0.1％，8≤Mn/1.7S，其余为Fe和不可避免的杂质；按上述化学成分经冶炼、铸造后得铸坯；

2)热轧

加热出炉温度1200～1260℃，热轧终轧温度800～900℃，热轧卷取温度500～650℃；

3)冷轧

冷轧压下率50～90％，形成钢带；

4)退火

在直接燃烧无氧化连续退火炉内进行，退火处理包括预热处理、加热处理、均热处理和冷却处理；预热时间10～50秒；加热温度600～700℃，加热时间15～65秒；均热温度750～850℃，均热时间40～120秒；冷却温度550～650℃，冷却时间5～40秒；

5)热镀

将钢带浸入锌锅中进行热镀处理，镀液成分重量百分比为：Al50～58％，Zn40～45％，Si1.0～2.0％，Ti0.005～0.020％，其余为不可避免的杂质；锌锅温度500～600℃；得到高强度低合金热镀铝锌钢带。

5.根据权利要求4所述的高强度低合金热镀铝锌钢带的生产方法，其特征是，所述高强度低合金热镀铝锌钢带的钢基板为均匀的铁素体+渗碳体组织，钢板表面为细小均匀的银白色锌花。

6.根据权利要求4或5所述的高强度低合金热镀铝锌钢带的生产方法，其特征是，所述高强度低合金热镀铝锌钢带的屈服强度为410～570MPa，抗拉强度≥470MPa，延伸率≥15％。