CN105441795A - 一种led引线框架用低碳冷轧钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED引线框架用低碳冷轧钢板及其生产方法，主要解决现有LED引线框架用低碳冷轧钢板硬度不均匀、表面粗糙度高、耐时效性差的技术问题。生产方法按成分冶炼，依次采用铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、钢包底吹氩、全程吹Ar保护浇铸、板坯加热炉加热、粗轧、精轧、卷取获得热轧钢卷，然后重新开卷、经酸洗、冷轧、立式连续退火炉退火、平整、卷取得到厚度为0.4mm～0.5mm成品，精轧终轧温度为860℃～900℃，热轧卷取温度为620℃～660℃，冷轧压下率为75%～85%，经过冷轧后的轧硬状态带钢在立式连续退火炉的均热段的温度范围为710℃~730℃，带钢在立式连续退火炉内的均热时间为105s～120s，平整延伸率为1.0%～1.4%。本发明主要用于LED引线框架。

Description

一种LED引线框架用低碳冷轧钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种低碳冷轧钢板及其生产方法，特别涉及一种LED引线框架用低碳冷轧钢板及其生产方法。

背景技术

发光二极管（lightemittingdiode，LED）被誉为人类历史上第四代光源，具有光效高、体积小、安全、寿命长等诸多优点，且节能环保，广泛运用于农业、渔业、医疗、通信等领域，具有广阔的发展前景。

LED支架引线框架是LED产品的基础组成部分，为降低成本，业内已开始转向采用低碳钢代替原来的铜质材料；为保证耐蚀性，在低碳钢表面先镀铜，再镀银。LED支架引线框架用钢主要难点在于粗糙度、厚度精度及性能的控制。LED引线框架用低碳冷轧钢板要求冷轧粗糙度Ra≤0.5，硬度40≤HRB≤52（90≤HV0.5≤115），抗拉强度≥270MPa，伸长率≥32%，现有普通的低碳冷轧钢板不能满足其要求。

中国专利申请号为201310351803.7的专利文件公开了一种LED行业用低碳钢精密冷轧钢带生产方法，由该方法得到的低碳钢钢带可以满足材料硬度范围HV140～160，尺寸公差0.15mm±0.005mm，表面光亮粗糙度Ra0.05～0.1um，表面无任何擦划伤的要求；该方法对已张力复卷的钢带卷进行半精轧制——松卷及脱脂清洗烘干——退火和平整——精轧——拉弯矫直——纵剪分切，得到低碳钢精密冷轧钢带。该方法退火过程采用的是强对流气体保护罩式光亮退火炉，退火温度为590～610℃。该种退火方式为间断式不连续生产方式，生产周期较长，且易造成钢卷头、中、尾性能不均匀，产品板形及表面质量也不如连续退火生产的钢板，且由该方法得到的材料硬度范围不能满足本LED引线框架用钢的需求。

中国专利申请号为201110033171.0的专利文件公开了一种通板力学性能均匀的冷轧低碳铝镇静钢的生产方法，该方法通过控制化学成分和冶炼、轧制、退火等关键工艺参数，获得了高通板性能均匀性的冷轧低碳铝镇静钢；该发明的控制终轧温度在910～950℃，卷取温度为660±20℃，立式连续退火炉加热段温度为740±10℃、快冷段温度420±10℃，平整延伸率控制在0.4～1.5%。所述DC01的铸坯成分为C：0.020～0.055wt%、Si：≤0.04wt%、Mn为0.20～0.3wt%、P：≤0.015wt%、S：≤0.015wt%、Alt：0.05～0.025wt%、B：0.0009～0.0015wt%、N：≤0.0060wt%，余量基本为Fe。该方法在冷轧生产中，靠辊时存在严重边浪，易对辊面状态造成损伤，且影响产品板形及表面质量；该方法中退火温度较高，生产时会造成钢板粗糙度普遍偏高。因此在实际生产中，利用该方法生产的钢板不能既满足硬度均匀性的要求，又能满足粗糙度低的要求，同时不能满足LED引线框架用钢的耐时效问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种LED引线框架用低碳冷轧钢板及其生产方法，主要解决现有LED引线框架用低碳冷轧钢板硬度不均匀、表面粗糙度高、耐时效性差的技术问题。

本发明采用的技术方案是：

一种LED引线框架用低碳冷轧钢板，化学成分重量百分比：C：0.025%～0.05%，Si≤0.03%，Mn：0.15%～0.25%，P≤0.020%，S≤0.010%，Alt：0.025%～0.048%，B：0.001%～0.0014%，N≤0.0035%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明所述的LED引线框架用低碳冷轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：C含量除了对钢板具有强化效果外，还影响钢板的加工性能，C含量越多，强度越高，加工性能越差。由于LED引线框架用钢不仅对材料硬度均匀性有要求，对材料硬度上限也有着严格的限制，因此C含量越低，硬度越小，越有利于加工，但过低的C含量又影响其冶炼成本。此外，“应变时效”的发生是由于C、N原子又重新扩散至位错周围，复又形成“柯氏气团”，阻碍位错运动，从而导致屈服平台的出现。经过“应变时效”的冷轧钢板在冲压成型时非常容易产生滑移类缺陷，在生产实践中，发生的滑移类缺陷往往是由于材料发生“应变时效”引起的。因此，在本发明中，为了避免滑移类缺陷的发生，减少“应变时效”，必须要有合适量的C，使得C在钢中与Fe形成渗碳体，减少固溶C量。因此，综合硬度均匀性及时效性能要求，本发明的C含量范围设定为0.025%～0.05%；

硅：硅具有较强的脱氧能力，溶入铁素体后有很强的固溶强化作用，显著地提高了钢的强度和硬度，但同时也降低了钢的塑性和韧性。硅含量过高，不仅会影响材料的加工性能，还会在热轧板表面形成严重的较难去除的红铁皮。本发明技术方案设定Si≤0.03%；

锰：锰在钢中能溶于铁素体中，起到固溶强化的作用。同时，锰可消除钢中FeO夹杂物，降低钢的脆性，也可与钢中的硫反应形成MnS，从而减少硫的有害作用。作为LED引线框架用材料，要兼顾其成形性能及经济性，Mn含量不宜过高。因此，本发明设定Mn含量范围为0.15%～0.25%；

磷：磷能溶入铁素体中产生固溶强化，使钢的强度、硬度显著提高，但塑性和韧性也急剧下降，且易发生冷脆。因此应严格控制其含量，本发明技术方案设定P≤0.020%；

硫：硫以化合物FeS的形式存在，FeS与Fe容易形成低熔点的共晶体（熔点约985℃），在热轧过程中易发生热脆。因此需要往钢中加入适量的Mn，形成MnS，从而避免FeS的形成。硫在钢中是有害元素，越低越好，但考虑到脱硫成本及实际生产操作，本发明技术方案设定S≤0.010%；

铝：铝在本发明中的作用主要有两个：一是起到脱氧的作用，与钢中氧形成Al₂O₃在炼钢时去除；二是与N元素结合，形成AlN，降低钢中N间隙原子，使冷轧板具有良好的抗时效性能，同时提高钢板的冲压性能。Al含量过多，不仅会增加氧化物类夹杂，而且会细化晶粒，提高强度、硬度，不利加工。因此本发明Alt含量范围设定为0.025%～0.048%；

硼：极微量的硼就可以使钢的淬透性增加，B与N的亲和力强于Al，因此在高温奥氏体中优先析出粗大的BN颗粒，从而抑制了细小的AlN质点的析出，减弱了细小AlN质点对晶界的钉扎作用，促进了奥氏体晶粒的生长，从而使奥氏体晶粒粗化，并起到了降低材料屈强比的作用，B含量过多会影响钢板脆性，因此本发明B含量范围设定为0.001%～0.0014%。

氮：在钢中存在的大量C、N等间隙原子，由于这些原子产生“柯氏气团”，钉扎位错，一旦变形超过钉扎力产生屈服蠕动，从而在钢板上产生滑移线或起棱缺陷。因此，在本发明中，N元素属于有害元素，加入的Al元素，虽然能与N元素结合形成AlN，降低钢中N间隙原子，但若N含量增多，形成的细小AlN质点在退火时会对再结晶形核起阻碍作用，从而阻止晶粒长大，而且自由N的存在会提高钢的屈强比。对于LED引线框架用钢，由于要兼顾时效性能，N元素含量应尽量低，因此本发明的N含量设定为N≤0.0035%。

一种LED引线框架用低碳冷轧钢板的生产方法，按下述成分质量百分比冶炼：C：0.025%～0.05%，Si≤0.03%，Mn：0.15%～0.25%，P≤0.020%，S≤0.010%，Alt：0.025%～0.048%，B：0.001%～0.0014%，N≤0.0035%，余量为Fe及不可避免的杂质元素；依次采用铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、钢包底吹氩、全程吹Ar保护浇铸、板坯加热炉加热、粗轧、精轧、卷取获得热轧钢卷，然后重新开卷、经酸洗、冷轧、立式连续退火炉退火、平整、卷取得到厚度为0.4mm～0.5mm成品，其特征是：

1、连铸板坯加热温度设定

由于LED引线框架用钢有严格的硬度上限控制要求，因此除了从化学成分设计方面控制晶粒尺寸外，还进一步优化热轧工艺，减少C、N元素固溶，促进晶粒长大，减少时效的产生。BN在1280℃开始析出，在980℃析出已达到平衡，因此可适当降低出炉温度，不仅可以减少AlN的分解固溶，还可以促进粗大的BN析出，增大了热轧板的晶粒尺寸。连铸板坯出加热炉温度过高，板坯表面氧化严重，影响钢板表面质量，且耗费能源，不利于节能环保。连铸板坯加热温度设定为1170～1230℃。

2、精轧结束温度设定

精轧结束温度过低，当温度低于Ar₃相变点时，易进入铁素体区，形成铁素体和奥氏体两相区轧制，热轧板易产生混晶，尤其是热轧板上下表面混晶较严重。精轧结束温度过高，钢中的AlN等第二相粒子发生溶解后在热轧卷取过程重新析出更加细小、弥散的析出物，从而影响钢板的退火温度，同时，也增加了能耗。因此本发明设定精轧结束温度为860℃～900℃。

3、热轧卷取温度设定

热轧卷取温度主要影响材料的组织、性能及冷轧后的连退再结晶温度。相对高的卷取温度，可以有效地促进Fe₃C析出，随着析出物量的增加和析出物尺寸增大，材料的C、N及析出物钉扎作用减弱，从而有利于晶粒充分长大。但卷取温度过高，表面氧化铁皮严重，不利于后续酸洗，影响钢板表面质量。因此为更好地控制卷取温度，本发明采用层流后段冷却方式，冷却速度为3℃/S～10℃/S,本发明设定卷取温度为620℃～660℃。

4、冷轧压下率设定

为更好地控制冷轧板表面粗糙度，冷轧采用光辊轧制。在冷轧过程中，晶粒被拉长的同时，各晶粒取向也发生变化。冷轧变形量主要影响冷轧及退火过程中的变形织构的形成、种类和百分含量等，而这是影响冷轧板加工性能的关键因素。冷轧变形量越大产生的形变能越大、组织的不稳定性也越高，所以再结晶温度就越低，再结晶之后的晶粒就越细小均匀，钢板的强度和塑性均可提高。通过合适的冷轧变形量，可使退火再结晶晶粒尺寸均匀，晶粒“饼形”程度加大，从而获得板形较好、加工性能优良、屈服强度符合要求的板卷。本发明设定冷轧压下率为75%～85%。

5、退火工艺设定

本发明采用立式连续退火炉退火，随着退火温度的升高，钢板中固溶C的含量也逐渐增加，而固溶C含量多少对钢板时效性能有直接影响，固溶C含量增多，由于C间隙原子产生“柯氏气团”，钉扎位错，一旦变形超过钉扎力产生屈服蠕动，从而在钢板上产生滑移线或起棱缺陷，发生时效。同时，退火温度过高，靠辊时易产生边浪等问题。为了保证板形质量，同时获得较大的冷轧板晶粒度，头卷采用较低退火温度，靠辊成功后，再逐渐升温，同时退火温度控制在一定范围内，既控制固溶C的析出，又有效地促进Fe₃C的析出，有利于晶粒充分长大，提高其加工及耐时效性能。本发明设定退火工艺为：退火加热段温度710～730℃，在均热段的时间设定为105s～120s。

6、平整延伸率设定

平整延伸率的设定，是本发明的关键。平整除了控制产品板形和表面粗糙度以外，还有一个很重要的目的，就是消除退火状态的冷轧产品的屈服平台，可以破坏“柯氏气团”，解除位错的钉扎作用，改善冲压成型性能。在一定的平整度下，屈服强度随着平整度的提高而下降，直至降到最低点，此时屈服平台消失，形成滑移线缺陷的倾向也消失，材料加工成型性改善；随着平整度进一步提高，屈服强度又提高，加工硬化不断增大，变形能力降低，加工性能降低。由于LED引线框架用钢对表面粗糙度有着严格的要求，因此平整延伸率既要满足其粗糙度要求，又要能够消除屈服平台，又不至于使屈服强度过度上升，降低材料加工性能。本发明的平整延伸率为1.0%～1.4%。

本发明得到的厚度为0.4～0.5mmLED引线框架用低碳冷轧钢板的显微组织为铁素体+游离渗碳体，晶粒度级别为Ⅰ7.5～8.5级，下屈服强度Rel为200MPa～250MPa,抗拉强度Rm为270MPa～340MPa,断后伸长率A₅₀为≥40%,硬度值HRB40～52，粗糙度Ra≤0.5，时效指数AI为26-30。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：

1、本发明通过钢中化学成分设计、热轧出炉温度、终轧及卷取温度控制、冷轧退火工艺优化，并兼顾低粗糙度设计要求，使钢板金相组织更加均匀，硬度稳定，表面质量高，可很好地满足LED引线框架使用的要求。

2、本发明化学成分设计较低的C、N元素含量，适当添加B元素，利用Al固定自由N，同时通过BN的优先析出，抑制弥散细小的AlN的过度析出，从而减少C、N固溶，促进晶粒长大，使加工及耐时效性好。

3、本发明生产工艺设计中通过连铸板坯相对低的加热炉出炉温度、合适的精轧终轧温度、较高的热轧板卷取温度、相对低的冷轧板退火温度设计，充分促进材料中粗大的BN析出，同时减少AlN的分解固溶，并有效促进Fe₃C的析出，使材料的C、N及AlN析出物钉扎作用减弱，从而有利于晶粒充分长大，使加工及耐时效性好。

4、本发明冷轧工艺设计中通过控制冷轧压下率及平整延伸率，使退火再结晶晶粒尺寸均匀，晶粒“饼形”程度加大，并获得良好板形，满足低粗糙度要求，同时消除屈服平台，减少了钢板因时效产生的滑移类缺陷，提高加工性能。

5、本发明成功解决了冷轧连续退火生产时因靠辊困难易产生边浪的技术难题，同时采用立式连续退火方式，生产效率高，且能耗低，降低了生产成本。

附图说明

附图1为本发明LED引线框架用低碳冷轧钢板实施例1的金相组织照片。

具体实施方式

本实施选用产品规格为0.5mm*836mm，下面结合实施例1~3和比较例——中国专利申请号为CN200580032921.5的专利申请中所公开，对本发明作进一步说明，如表1~表4所示。

表1本发明化学成分（重量百分比%），余量为Fe及不可避免杂质。

元素	C%	Si%	Mn%	P%	S%	Alt%	B%	N%
									本发明	0.025-0.05	≤0.03	0.15-0.25	≤0.020	≤0.010	0.025-0.048	0.001-0.0014	≤0.0035
实施例1	0.0268	0.0119	0.2215	0.0135	0.0086	0.0426	0.0013	0.002
									实施例2	0.0392	0.0117	0.1857	0.0134	0.0085	0.0308	0.0010	0.00198
实施例3	0.0485	0.0116	0.1951	0.0130	0.0088	0.0375	0.0011	0.0028
									比较例	0.02-0.055	≤0.04	0.2-0.3	≤0.015	≤0.015	0.05-0.25	0.0009-0.0015	≤0.0060

按照本发明材料成分设计的要求，采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，吹Ar站(或LF炉)底吹Ar，连铸采用低碳钢保护渣，全程吹Ar保护浇铸，浇铸成连铸板坯。连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为800～1300mm，长度为5000～10000mm。与本发明相比，比较例的C、B含量范围更宽，Al含量更低，N含量较高，生产得到的基板中间隙原子N含量会较多，易产生“柯氏气团”，钉扎位错，在钢板上产生滑移线或起棱缺陷，发生时效，影响加工性能。而本发明中是添加较多的Al，与自由N元素结合形成AlN，减少N间隙原子，同时利用BN的优先析出，促进晶粒长大，使加工及耐时效性好。

炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除磷后送至连续热连轧轧机上轧制。通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制后，进行控制快速冷却，层流冷却采用后段冷却，然后进行卷取，合格厚度为2.5mm—3.0mm热轧钢卷产出。热轧工艺控制见表2。

表2本发明热轧工艺控制参数

热轧参数	板坯加热温度/℃	加热时间/min	粗轧结束温度/℃	精轧结束温度/℃	层流后段冷却速度/℃/s	卷取温度/℃
							本发明	1170-1230	220-280	1050-1100	860-900	3-10	620-660
实施例1	1172	273	1059	865	4	658
							实施例2	1205	258	1076	880	7	640
实施例3	1223	230	1095	896	10	622
							比较例	1230-1300	/	/	910-950	/	640-680

由表2可以看出：与本发明相比，比较例的板坯出炉温度和精轧结束温度及卷取温度均较高，能源成本较高，不利于节能降耗，温度高表面容易产生氧化铁皮，影响最终产品的表面质量；温度过高，钢中的AlN等第二相粒子发生溶解后在热轧卷取过程重新析出更加细小、弥散的析出物，从而影响钢板的退火温度。本发明利用相对低的板坯出炉温度、合适的终轧温度、较高的卷取温度，从而获得屈强比低的热轧钢板。

将上述热轧钢卷重新开卷经过酸洗后，在可逆轧机或5机架冷连轧机上采用光棍进行冷轧，冷轧的压下率为75%～85%，经过冷轧后的轧硬状态的钢带经过立式连续退火炉退火、平整、卷取得到厚度0.5mm的成品冷轧钢带。退火工艺为：钢带在立式连续退火炉的均热段的退火温度范围为710℃～730℃，在均热段的时间为105s～120s。工艺控制参数见表3。

表3本发明冷轧、退火、平整工艺控制参数

冷轧、退火、平整参数	冷轧压下率/%	退火温度/℃	均热段时间/s	平整延伸率/%
					本发明	75-85	710-730	105-120	1.0-1.4
实施例1	81.83	721	118	1.21
					实施例2	81.79	724	110	1.18
实施例3	81.87	730	106	1.25
					比较例	65-75	730-750	/	0.4-1.5

由表3可以看出：与本发明相比，比较例的冷轧压下率较本发明小，大压下率可以产生更多的可移动位错，可移动位错越高，变形抗力越小，应力不向晶界集中，而向相邻的晶粒转移变形，因而不容易产生滑移线。因此，本发明通过合适的冷轧形变，可获得板形较好、性能符合要求的板卷。与本发明相比，比较例的退火温度较高，在实际生产过程中，退火温度过高，靠辊时易产生边浪等问题，不利于板形控制，尤其是对于LED引线框架用钢来说，同时要保证低的粗糙度及硬度要求，需要合适的平整延伸率控制，过大的平整量使位错增加，强度提高，易加快时效产生，同时，由于平整量大，会加大表面硬化层，影响表面硬度检测结果，并增大钢板表面粗糙度。

将本发明得到的冷轧钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，按照《GB/T230.1-2009金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法》进行洛氏硬度试验，按照《GB/T2523-2008冷轧金属薄板（带）表面粗糙度和峰值数测量方法》测量上下表面粗糙度，通过对钢板施加8％的拉伸预应变后、进行100℃*60分钟的热处理前、后的屈服应力的增加量（MPa）来测定时效指数。

利用上述方法得到的LED引线框架用低碳冷轧钢板。参照附图1，LED引线框架用低碳冷轧钢板的显微组织为铁素体+游离渗碳体，晶粒度级别为Ⅰ7.5～8.5级，下屈服强度Rel为200MPa～250MPa,抗拉强度Rm为270MPa～340MPa，断后伸长率A₅₀≥40%；具有硬度均匀性好、时效性能好、表面粗糙度低，同时具有良好的加工性能。

利用上述方法得到LED引线框架用低碳冷轧钢板的力学性能见表4。

表4本发明冷轧钢板的力学性能

性能指标	下屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	断后伸长率A50/%	时效指数AI	上表面粗糙度Ra	下表面粗糙度Ra	洛氏硬度HRB
								本发明	200-250	270-340	≥40%	26-30	≤0.5	≤0.5	40-52
实施例1	225	335	44	29	0.49	0.49	47
								实施例2	230	340	43.5	30	0.50	0.49	48
实施例3	240	340	42.5	29	0.49	0.5	48

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种LED引线框架用低碳冷轧钢板，其特征是化学成分质量百分比为：C：0.025%～0.05%，Si≤0.03%，Mn：0.15%～0.25%，P≤0.020%，S≤0.010%，Alt：0.025%～0.048%，B：0.001%～0.0014%，N≤0.0035%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

2.如权利要求1所述的LED引线框架用低碳冷轧钢板，其组织为铁素体+游离渗碳体，所述组织晶粒度为Ⅰ7.5～8.5级。

3.如权利要求1或2所述的LED引线框架用低碳冷轧钢板，其0.4mm～0.5mm厚LED引线框架用低碳冷轧钢板下屈服强度Rel为200MPa～250MPa,抗拉强度Rm为270MPa～340MPa，断后伸长率A₅₀为≥40%，硬度值HRB40～52，粗糙度Ra≤0.5，时效指数AI为26-30。

4.一种LED引线框架用低碳冷轧钢板的生产方法，按下述成分质量百分比冶炼：C：0.025%～0.05%，Si≤0.03%，Mn：0.15%～0.25%，P≤0.020%，S≤0.010%，Alt：0.025%～0.048%，B：0.001%～0.0014%，N≤0.0035%，余量为Fe及不可避免的杂质元素；依次采用铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、钢包底吹氩、全程吹Ar保护浇铸、板坯加热炉加热、粗轧、精轧、卷取获得热轧钢卷，然后重新开卷、经酸洗、冷轧、立式连续退火炉退火、平整、卷取得到成品，其特征是：连铸板坯加热温度为1170℃～1230℃，在热连轧机上进行轧制，精轧结束温度为860℃～900℃，精轧后层流冷却采用后段冷却，冷却速度3℃/S～10℃/S，精轧后卷取温度为620℃～660℃，冷轧采用光棍轧制，冷轧压下率为75%～85%，经过冷轧后的轧硬状态带钢在立式连续退火炉的均热段的退火温度为710℃～730℃，带钢在均热段的时间为105s～120s，平整延伸率为1.0%～1.4%。