CN104294146A - 一种用于钢铝复合板的热轧基板及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种用于钢铝复合板的热轧基板，其组分及wt%为：C：0.001～0.015%，Si：0.001～0.015%，Mn：0.1～0.8%，P：<0.015%，S：<0.010%，Al：0.003～0.010%，O：<0.005%；生产步骤：转炉冶炼并经RH真空处理；出钢后连铸；对铸坯加热；粗轧，控制粗轧结束温度在1040～1120℃；根据抗拉强度级别进行柔性化工艺。本发明形成了钢铝复合用热轧基板系列，其工艺窗口覆盖能力强、实物质量及生产控制稳定，并可根据不同强度需求、采用统一的冶炼工艺进行柔性化工业生产，极大地降低了冶炼成本、提高了产品冶炼效率和合同交付效率。可广泛用于汽车水箱用冷却基管材料以及防腐、装饰、传热材料等领域。

Description

一种用于钢铝复合板的热轧基板及生产方法

技术领域

本发明涉及一种复合板的基板钢及生产方法，具体地属于一种用于钢铝复合板的热轧基板及生产方法。

背景技术

由于科学技术的迅速发展，现代工业对材料的性能要求越来越高、对材料结构的改进要求也越来越强烈，单一金属材料已无法满足这些需求。于是，集合不同材料的物理、化学、力学性能和价格差别于一体的新型复合材料，随之应运而生。这将更有效的利用材料的特性，并克服和弥补单一材料性能的不足，获得具有更优异的综合性能的材料。

双金属复合材料是将两种或两种以上的不同物理、化学性能的金属利用各自的性能优势进行分层组合而形成的一类金属材料，得到的复合板所具有的综合性能是任一组元所无法具备的。

钢铝复合材料为双金属材料应用最为广泛的品种之一。钢材是广泛使用的工程材料，具有强度及硬度高，耐磨性及延展性好等优点。而铝及铝合金具有导电性好、导热性好、耐蚀性好、吸震隔音、比重小(只有钢的1／3)、表面光洁与美观等优点，但其强度较低，耐磨性差。由这两种材料制成的层叠复合材料兼备了铝和钢的双重优点，克服了两者的一些不足，是一种综合性能好、性能价格比高、具有广阔的发展前途及应用前景的新型复合材料，在现代科学技术及工业上应用较为广泛，特别是在汽车、电站空冷系统、炊具、化工等制造业得到了大量的应用。

作为钢铝复合板用基板，经过检索，目前国内外研究多集中在以超低碳成分设计为主的超深冲冷轧板或烘烤硬化冷轧板方面，以冷轧板作为钢铝复合板用基板必然带来成本升高和复合板厚度规格小于1mm的不利影响。

热轧钢板研究的有：陈宇发表的“超低碳热轧深冲钢板的研究”硕士学位论文（1998:1-49），其报道了采用热模拟机Gleele2000研究热轧深冲钢板坯加热、热轧和卷取生产的各个工艺，运用透射电子显微镜和能谱仪观察和分析第二相粒子和种类、形态、数量、大小、分布及析出位置，找出了含Ti超低碳钢第二相粒子的组成和析出规律及冲深性能优良的金相组织要求。研究还发现了工业生产的热轧深冲钢在α区终轧并进行退火的组织和性能变化规律。退火温度越高，再结晶越充分，晶粒尺寸越大，则屈服强度越低，延伸率越高，而r值略微升高。由于工业生产在α区轧制温度较高，变形组织发生回复，积累的储存能较小，最终发展的有利织构较弱，相应的r值增加有限。其存在成分无法满足钢铝复合材料钢铝结合性能要求，且由于通过添加Ti等合金元素势必增加原料成本和生产工艺成本的不足。

轧制复合法可实现金属复合材料的批量稳定连续生产，但难于生产或不可能生产两种金属的熔点相差悬殊、热膨胀系数以及硬度相差很大的复合材料。如不锈钢和铝的复合，由于两金属熔点相差很大，若采用常规的轧制方法进行生产，则无法通过热处理消除不锈钢在轧制过程中产生的加工硬化，而影响复合板的进一步深加工。在现有设备装备条件和技术水平条件下，不锈钢在钢铝复合材料的批量应用受到限制。

冷轧轧制复合除了对轧机要求相对较高外，退火温度过高或钎焊过程中局部高温，界面也会形成Fe/Al金属间化合物使材料分层失效。故采用普碳钢进行钢铝复合，必然带来轧机负荷超载和因金属间化合物产生恶化复合结合性能，因此，针对高复合结合性能、无残余应力与长寿命、耐蚀性能等要求，普碳钢无法胜任钢铝复合材料钢基材需求。

日本三菱铝业提供热轧等工艺生产的热交换器用铝合金复合板及生产方法（专利号P2004-59939A、P2005-161383A），其复合板材料为含Fe不同质量分数的Al合金，并未选用钢基板材料，由此带来复合板刚度的不足。

中国专利号为：ZL 201010201733.3、ZL 201010201724.4、ZL 201010201720.6专利文献，提出了不同抗拉强度级别的钢铝复合热轧钢的生产方法，但其不同抗拉强度级别对应相应的成分体系，这必然给冶炼、轧钢生产计划带来组织困难，并产生大量的冶炼带出品、导致资源及能耗的严重浪费，并增加生产成本。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种在保证满足用户对钢铝层叠复合材料的工艺复合性能、弯管成型性能、焊接性能的前提下，用同一种成分而生产出不同抗拉强度级别，以满足用户需求，并有效合理利用资源，减少甚至消除带出品，且利于钢铁冶炼生产组织的用于钢铝复合板的热轧基板及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种用于钢铝复合板的热轧基板，其组分及重量百分比含量为：C：0.001～0.015%，Si：0.001～0.015%，Mn：0.1～0.8%，P：<0.015%，S：<0.010%，Al：0.003～0.010%，O：<0.005%，其余为Fe及不可避免的杂质；金相组织为铁素体，其中铁素体体积不低于总量的97%。

生产一种用于钢铝复合板的热轧基板的方法，其步骤：

   1）转炉冶炼并经RH真空处理，真空脱碳后根据钢种成分目标值加锰合金，并常规进行二次成分微调；

  2）出钢后进行连铸，其间采用超低碳连铸保护渣；

  3）对铸坯加热，加热温度控制在：1200～1300℃；

  4）进行粗轧，控制粗轧结束温度在1040～1120℃；

5）根据抗拉强度级别进行柔性化工艺：

当抗拉强度R_m在340~ 370MPa时，控制精轧终轧温度在850～小于880℃；采用层流冷却至卷取温度；卷取温度在520～550℃；卷取后空冷至室温；

当抗拉强度R_m在310~小于340MPa时，控制精轧终轧温度在880～910℃；采用层流冷却至卷取温度；卷曲温度在560～590℃进行卷取；卷取后空冷至室温；

当抗拉强度R_m在280~小于310MPa时，控制精轧终轧温度在910～940℃；采用层流冷却至卷取温度；卷曲温度在600～630℃；卷取后空冷至室温。

本发明中各元素及主要工序的作用

C：碳是最有效的间隙固溶强化元素，因此随着碳含量的增加，钢种强度明显增加，但其韧性、塑性性能恶化。随着钢种碳含量的增加，其屈服强度和抗拉强度也相应增大，特别是碳在组织中以渗碳体（或珠光体）形式存在时能产生很大的相变强化作用。各种试验结果表明，钢中每增加0.1%碳含量，其屈服强度平均提高28MPa、抗拉强度平均提高70MPa。Al为非碳化物形成元素，C元素抑制Al在钢中的扩散，抑制Fe/Al金属间化合物的形成。

Mn：锰是铁素体置换固溶元素，通过固溶强化提高钢的强度。根据产品标准对力学性能的要求，采取低锰合金化设计。

Si：硅为置换固溶强化元素。Si对Fe和A1的化学亲合力均大于A1对Fe的化学亲和力，在扩散退火中，Si会优先与Fe和A1结合，一定程度上阻碍了Fe、A1的结合，减少了FeAl化合物的生成数量。由于合金元素的添加量极少，只是固溶到钢基体和铝基体中，从而使两者的晶格变的紧密，也会阻碍Fe、Al互扩散，减少Fe-A1化合物的生成。但高硅含量易在表面选择氧化生产SiO2，富集在钢板表面，这些在表面形成的氧化物会妨碍热轧卷酸洗表面质量，进而影响钢铝复合性能。

P：一般情况下，磷作为残余元素存在于钢中，当磷原子取代铁原子形成置换固溶体时，钢得到强化，在诸多置换固溶体形成元素中，磷的强化能力最大，其强化效应7倍于Si，10倍于Mn。但磷含量较多时，容易发生成分偏析、在晶界处偏聚，钢容易发生冷脆。

S：硫是钢中的有害元素，锰的添加可以与硫形成具有塑性的MnS夹杂，减轻硫的有害影响，但MnS会引起热轧钢板横向韧性差的问题。并且钢种采用低锰合金设计，必须严格限制硫含量。

Al：铝的加入是钢最有效的脱氧方式。铝与钢中氮形成AlN，弥散的AlN阻止奥氏体再结晶，细化了转变后的晶粒。但对于超低碳铝镇静钢，用Al线脱氧，钢中氧及氧化物夹杂最少。随着Al的增加，钢中夹杂物数量增多，夹杂物尺寸也将变大，钢质变差，恶化钢的冲压加工性能。更为重要的是，为尽量减少钢基与覆铝层界面反应，应控制钢基中Al含量。

本发明之所以根据抗拉强度级别进行柔化工艺，即：

当抗拉强度R_m在340~ 370MPa时，控制精轧终轧温度在850～小于880℃；采用层流冷却至卷取温度；卷取温度在520～550℃；卷取后空冷至室温；

当抗拉强度R_m在310~小于340MPa时，控制精轧终轧温度在880～910℃；采用层流冷却至卷取温度；卷曲温度在560～590℃进行卷取；卷取后空冷至室温；

当抗拉强度R_m在280~小于310MPa时，控制精轧终轧温度在910～940℃；采用层流冷却至卷取温度；卷曲温度在600～630℃；卷取后空冷至室温,是由于利用控制热轧轧制奥氏体再结晶过程和γ→α相变过程，即通过柔性化轧制工艺获得不同铁素体晶粒度和一定的碳氮化物析出进而得到不同的抗拉强度级别产品。通过控制终轧温度影响奥氏体动态再结晶过程，在上述工艺范围内，随着终轧温度降低原始奥氏体晶粒细化；通过控制卷取温度影响碳氮化物的析出过程，在上述工艺范围内，随着卷曲温度下降，抑制了碳氮化物析出，使碳氮间隙固溶于钢中提高其强度。

本发明与现有技术相比，形成了钢铝复合用热轧基板系列，其工艺窗口覆盖能力强、实物质量及生产控制稳定，并可根据不同强度需求、采用统一的冶炼工艺进行柔性化工业生产，极大地降低了冶炼工艺成本、提高了产品冶炼效率和合同交付效率，具有可观的经济效益和生产贡献价值。可广泛用于汽车水箱用冷却基管材料以及防腐、装饰、传热材料等领域，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的金相组织图（铁素体晶粒度为10级）；

图2为本发明的金相组织图（铁素体晶粒度为9级）；

图3为本发明的金相组织图（铁素体晶粒度为8级）；

说明：图1至图3为在同一化学成分下钢铝复合用热轧基板采用不同柔性化轧制的金相组织。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数和性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）转炉冶炼并经RH真空处理，真空脱碳后根据钢种成分目标值加锰合金，并常规进行二次成分微调；

  2）出钢后进行连铸，其间采用超低碳连铸保护渣；

  3）对铸坯加热，加热温度控制在：1200～1300℃；

  4）进行粗轧，控制粗轧结束温度在1040～1120℃；

5）根据抗拉强度级别进行柔性化工艺：

当抗拉强度R_m在340~ 370MPa时，控制精轧终轧温度在850～小于880℃；采用层流冷却至卷取温度；卷取温度在520～550℃；卷取后空冷至室温；

当抗拉强度R_m在310~小于340MPa时，控制精轧终轧温度在880～910℃；采用层流冷却至卷取温度；卷曲温度在560～590℃进行卷取；卷取后空冷至室温；

当抗拉强度R_m在280~小于310MPa时，控制精轧终轧温度在910～940℃；采用层流冷却至卷取温度；卷曲温度在600～630℃；卷取后空冷至室温。

表                                                  本发明各实施例及对比例化学成分（wt%）

表2   本发明各实施例及对比例的主要工艺参数和性能检测情况列表

需要说明的是，表1与表2中的工艺参数取值并非对应关系，仅为举例而已。

从表2中可知，其采用同一组成分，其可以按照用户之需要的抗拉强度级别，仅采取不同的柔性化工艺即可满足要求，并使工艺组织简化合理，有效节约资源。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (2)

1.一种用于钢铝复合板的热轧基板，其组分及重量百分比含量为：C：0.001～0.015%，Si：0.001～0.015%，Mn：0.1～0.8%，P：<0.015%，S：<0.010%，Al：0.003～0.010%，O：<0.005%，其余为Fe及不可避免的杂质；金相组织为铁素体，其中铁素体体积不低于总量的97%。

2.生产权利要求1所述的一种用于钢铝复合板的热轧基板的方法，其步骤：

   1）转炉冶炼并经RH真空处理，真空脱碳后根据钢种成分目标值加锰合金，并常规进行二次成分微调；

  2）出钢后进行连铸，其间采用超低碳连铸保护渣；

  3）对铸坯加热，加热温度控制在：1200～1300℃；

  4）进行粗轧，控制粗轧结束温度在1040～1120℃；

5）根据抗拉强度级别进行柔性化工艺：

当抗拉强度R_m在340~ 370MPa时，控制精轧终轧温度在850～小于880℃；采用层流冷却至卷取温度；卷取温度在520～550℃；卷取后空冷至室温；

当抗拉强度R_m在310~小于340MPa时，控制精轧终轧温度在880～910℃；采用层流冷却至卷取温度；卷曲温度在560～590℃进行卷取；卷取后空冷至室温；

当抗拉强度R_m在280~小于310MPa时，控制精轧终轧温度在910～940℃；采用层流冷却至卷取温度；卷曲温度在600～630℃；卷取后空冷至室温。