CN105483535A - 一种高强度热镀锌双相钢及其制备方法 - Google Patents

一种高强度热镀锌双相钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强度热镀锌双相钢及其制备方法，属于冶金领域，主要针对冷轧高强度钢板热镀锌技术和热轧板直接热镀锌技术中存在的问题，提供了一种直接以热轧带钢为原料的高强度双相钢及其制备方法，该工艺以热轧带钢为原料，其中Si元素含量(以质量％计)不低于0.5％、Mn元素含量不低于3％，突破了镀锌钢板在Si、Mn元素添加量范围上的限制，同时避免添加成本较高的Mo、Cr等元素，有利于经济型镀锌双相钢的开发；且在连续热镀锌产线退火炉内进行氢气还原反应，然后进行直接热镀锌，省去酸洗和冷轧工序，工序减少，成本降低，消除了酸洗带来的环境问题；同时克服了现有工艺存在的不足，不增加额外的设施和投入，本发明投资少、见效快，操作方便。

Description

一种高强度热镀锌双相钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种高强度热镀锌双相钢及其制备方法。
背景技术
降低油耗与提高车身安全性是汽车工业发展的趋势，减轻汽车自重是降低油耗的有效途径，这就要求使用厚度更薄的钢板，然而钢减薄必然导致汽车车身安全性能的降低，为缓解这类矛盾，使用高强度及超高强度钢板是车身设计的必由之路；双相钢属于高强度钢的一种，一般是由低碳钢或者低合金强度钢经临界区热处理或控制轧制后获得，其组织为铁素体(F)+少量(体积分数小于20％)马氏体(M)，具有较高的抗拉强度、较低的屈服强度、较高的初始加工硬化速率以及良好的强韧性配合等特点，在汽车及其它行业受到人们的关注。
目前主要通过加入合金元素如Si、Mn等来提高钢板的强度和其它性能，但是较高含量的Si元素易在金属表面氧化生成氧化物，降低材料的可镀性；较高含量的Mn元素会导致钢材的淬透性过高，不利于材料组织的精细控制；因此常规的采用冷轧板进行热镀锌工艺时对Si、Mn元素的含量有严格的限制；如申请号为2015102346487.8的中国专利申请中Si≤0.3％，Mn≤1.5％(以质量百分数为计),申请号为20141033681.9的中国专利申请中Si≤0.2％，Mn≤1.3％；根据使用中需求的不同，钢板中还添加V、Ti、Cr、Mo、Nb等元素，但是这些元素成本较高。
另一方面，汽车的耐蚀性也成为人们对高档汽车日益增长的要求，通常热镀锌钢板是以钢坯进行热轧或冷轧而得到的薄钢板作为母材，通过将母材钢板在连续式热镀锌生产线(简称为CGL)的退火炉中进行再结晶退火以及热镀锌处理来制造；合金化热镀锌钢板的制造，是在热镀锌处理后进一步进行合金化处理；作为以含有大量Si、Mn的高强度钢板作为母材的热镀覆钢板的制造方法，其工艺过程一般为连铸板坯—热轧得到热轧板—冷轧得到冷硬钢带—连续热镀锌；专利文献日本特开2009-287114号公报中公开了冷轧双相钢在再结晶温度约900℃下退火并镀覆的技术；专利文献日本特开2009-24980号公报中公开了在750～900℃下退火并镀覆的技术；专利文献日本特开2010-150660号公报中公开了在800～850℃下退火并镀覆的技术；但是在含有大量Si、Mn的高强度钢板的情况下，在超过750℃的高温下退火时，钢中的Si、Mn被选择性氧化，在钢板表面形成氧化物，因此，会使镀层密合性变差，产生漏镀等缺陷；在专利文献日本特开2004-323970号公报和专利文献2004-315960号公报中公开了如下技术：使用由水蒸气分压表示的算式对还原炉中的加热温度进行规定来提高露点，由此使铁基表层发生内部氧化，但是，对露点进行控制的区域是以整个炉内作为前提的，因此，难以控制露点，难以稳定操作，另外，在不稳定的露点控制下制造合金化热镀锌钢板时，形成在基底钢板中的内部氧化物的分布状态观察到偏差，担心会在钢带的长度方向、宽度方向上产生镀层润湿性、合金化不均等缺陷。
近年来兴起了直接热镀锌双相钢的方法，大多都是利用还原性气氛CO、H2等与氧化物进行氧化还原后直接热镀锌的工艺，如中国申请号为201310714802.4《一种基于氧化铁皮还原的热轧带钢免酸洗热镀锌方法》的专利申请，提供一种基于氧化铁皮还原的热轧带钢免酸洗热镀锌方法，通过控制升温调整热轧带钢的氧化铁皮结构，将还原退火后的热轧带钢在氢气气氛中加热还原，然后进行热镀锌，在减少环境污染的同时，消除了酸洗对生产设备的腐蚀，降低了成本，缺点是在低浓度氢气条件下经过短时间的还原，仍有部分氧化铁皮未反应完全，且热轧带钢中Si、Mn元素含量低，生产的钢板强度不大；中国申请号为201510277715.6《一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法》的专利申请，采用CO还原热轧薄带钢表面的氧化铁皮，优点是省去了酸洗和冷轧工序，且CO气体在冶金行业易于获取，成本较低；缺点是CO在钢板表面的扩散和传输能力弱，反应速率慢，同时对热轧钢板的厚度有限定。
发明内容
本发明针对冷轧高强度钢板热镀锌技术和热轧板直接热镀锌技术中存在的问题，提供了一种直接以热轧带钢为原料的高强度双相钢及其制备方法，该工艺以热轧带钢为原料，其中Si元素含量(以质量％计)不低于0.5％、Mn元素含量不低于3.5％，在连续热镀锌产线退火炉内进行氢气还原反应，然后进行直接热镀锌。
本发明以上述见解为基础，其特征如下所述：
一种高强度双相钢直接热镀锌的制备方法，制备双相钢的成分，以质量％计含：C:0.08～0.15％、Si:0.01～0.5％、Mn:3.1～3.5％、Cr:0.10～0.80％、P≤0.015％、S≤0.01％、Nb≤0.01％、Ti≤0.01％、Al:0.01～0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质，其特征在于制备步骤如下：
(1)将板坯热轧处理得到热轧带钢；
(2)热轧带钢进行加热还原；
(3)浸入锌锅中直接热镀锌；
(4)钢带经光整及卷取后采用空冷或者强制吹风冷至室温；
作为本发明的技术优选，上述步骤(1)所述的热轧带钢的轧制方法包括如下步骤：1)将板坯加热至1200～1250℃；2)精轧，且开轧温度控制在1000～1010℃，终轧温度控制在855～865℃；3)多道次层流冷却；4)卷取，温度控制在550～580℃；
作为本发明的技术优选，上述步骤1)所述的终轧速度≥3.5m/s；
作为本发明的技术优选，上述步骤3)所述的双相钢完成终轧后经过六道次层流冷却，其中第二道次到第四道次的机架间冷却水比例占总冷却水的30％～80％，第五道次和第六道次的机架间冷却水比例占总冷却水的15％～50％，余量为第一道次冷却水；
作为本发明的技术优选，所得到的热轧钢卷厚度为1～4mm，氧化铁皮厚度为4～10um，氧化铁皮为Fe3O4或Fe3O4+Fe的微观金相组织结构；
作为本发明的技术优选，上述步骤(2)所述的在加热炉中将热轧带钢以15～100℃/s的速度升温至700～900℃进行还原退火，然后将热轧带钢放入还原炉中进行还原反应，还原气氛为H2+N2，其中氢气体积浓度为20～100％，保温还原时间控制为60～300s；
作为本发明的技术优选，所述热轧带钢在还原炉中的保温还原时间不低于120s；
作为本发明的技术优选，上述步骤(3)所述的带钢出热处理炉后经高氢冷却快冷至温度为450～460℃的锌液中，镀锌结束后经冷却至410～430℃；所述带钢经镀锌后风冷冷却，冷却塔顶辊温度250～300℃；
作为本发明的技术优选，所述锌液的成分按重量百分比含Al：0.2～0.5％，余量为Zn。
本发明提供了一种制备高强度双相钢的方法，其特征在于以热轧带钢为原料，在连续热镀锌产线退火炉内进行氢气还原反应，然后进行直接热镀锌，该工艺在保证热镀锌钢板力学性能的前提下，突破了镀锌钢板在Si、Mn元素添加量范围上的限制，避免添加成本较高的Mo、Cr等元素，有利于经济型镀锌双相钢的开发；热轧带钢采用无酸洗直接热镀锌工艺，省去酸洗和冷轧工序，工序减少，成本降低，消除了酸洗带来的环境问题；同时本发明克服现有工艺存在的不足，不增加额外的设施和投入，本发明投资少、见效快，操作方便。
附图说明
图1为传统热轧钢板热镀锌工艺流程示意图；
图2为本发明提供的一种高强度热镀锌双相钢制备工艺流程示意图；
图3为本发明实施例1中的钢板热镀锌后的锌层断面结构微观组织图；
图4为本发明实施例1中的高强度双相钢镀锌后的显微组织照片；
图5为本发明实施例1中高强度双相钢镀锌后经光整卷取后的照片。
具体实施方式
实施例1
采用的热轧带钢的成分按重量百分比含量：C:0.08％、Si:0.01％、Mn:3.1％、Cr:0.10％、P:0.015％、S:0.01％、Nb:0.01％、Ti:0.01％Al:0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质的板坯；将板坯加热至1220℃；精轧，开轧温度控制在1000℃，终轧温度控制在855℃，精轧时的轧制速度为7.6m/s；精轧结束后进行多道次层流冷却，其中第二道次到第四道次的机架间冷却水比例为35％，第五道次和第六道次的机架间冷却水比例为50％，余量为第一道次冷却水；卷取温度控制在550℃；得到热轧带刚的厚度为2mm，氧化铁皮厚度为8.9um，氧化铁皮结构为Fe3O4+Fe的钢卷；
在加热炉中将热轧带钢以15℃/s的速度升温至900℃进行还原退火，还原退火时加热炉的气氛为体积浓度为20％的H2和80％的N2；然后将热轧带钢放入还原炉中，保温还原120s；带钢出热处理炉后经高氢冷却快冷至温度为460℃的锌液中，锌液的成分按重量百分比含Al：0.5％，余量为Zn；热镀锌时间为3s，镀锌结束后经冷却至410℃；所述带钢经镀锌后风冷冷却，冷却塔顶辊温度250℃，得到热镀锌板表面的锌镀层的重量为150g/cm2；
将热镀锌板按常规方法进行光整及卷曲后采用空冷或强制吹风冷却至室温，采用万能力学实验机进行180°冷弯试验，镀层和热轧带钢基体之间具有良好的附着性；
得到的钢板产品屈服强度为365MPa，抗拉强度650MPa，延伸率25％。
实施例2
采用的热轧带钢的成分按重量百分比含量：C:0.10％、Si:0.1％、Mn:3.2％Cr:0.3％、P:0.01％、S:0.001％、Nb:0.008％、Ti:0.01％、Al:0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质的板坯；将板坯加热至1250℃；精轧，开轧温度控制在1000℃，精轧终轧温度控制在855℃，精轧时的轧制速度为3.5m/s；精轧结束后进行多道次层流冷却，其中第二道次到第四道次的机架间冷却水比例为40％，第五道次和第六道次的机架间冷却水比例为45％，余量为第一道次冷却水；卷取温度控制在550℃；得到热轧带刚的厚度为2.5mm，氧化铁皮厚度为8.5um，氧化铁皮结构为Fe3O4+Fe的钢卷；
在加热炉中将热轧带钢以20℃/s的速度升温至700℃还原退火，还原退火时加热炉的气氛为体积浓度为20％的H2和80％的N2；然后将热轧带钢放入还原炉中，保温还原150s；带钢出热处理炉后经高氢冷却快冷至温度为460℃的锌液中，锌液的成分按重量百分比含Al：0.3％，余量为Zn；热镀锌时间为3s，镀锌结束后经冷却至410℃；所述带钢经镀锌后风冷冷却，冷却塔顶辊温度250℃，得到热镀锌板表面的锌镀层的重量为140.5g/cm2；
将热镀锌板按常规方法进行光整及卷曲后采用空冷或强制吹风冷却至室温，采用万能力学实验机进行180°冷弯试验，镀层和热轧带钢基体之间具有良好的附着性；
得到的钢板产品屈服强度为365MPa，抗拉强度645MPa，延伸率23.2％。
实施例3
采用的热轧带钢的成分按重量百分比含量：C:0.10％、Si:0.3％、Mn:3.3％、Cr:0.5％、P:0.006％、S:0.001％、Nb:0.005％、Ti:0.01％、Al:0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质的板坯；将板坯加热至1210℃；精轧，开轧温度控制在1005℃，终轧温度控制在860℃，精轧时的轧制速度为4.0m/s；精轧结束后进行多道次层流冷却，其中第二道次到第四道次的机架间冷却水比例为30％，第五道次和第六道次的机架间冷却水比例为50％，余量为第一道次冷却水；卷取温度控制在560℃；得到热轧带刚的厚度为2.1mm，氧化铁皮厚度为8.5um，氧化铁皮结构为Fe3O4+Fe的钢卷；
在加热炉中将热轧带钢以30℃/s的速度升温至800℃还原退火，还原退火时加热炉的气氛为体积浓度为20％的H2和80％的N2；然后将热轧带钢放入还原炉中，保温还原150s；带钢出热处理炉后经高氢冷却快冷至温度为460℃的锌液中，锌液的成分按重量百分比含Al：0.2％，余量为Zn；热镀锌时间为3s，镀锌结束后经冷却至410℃；所述带钢经镀锌后风冷冷却，冷却塔顶辊温度250℃，得到热镀锌板表面的锌镀层的重量为152g/cm2；
将热镀锌板按常规方法进行光整及卷曲后采用空冷或强制吹风冷却至室温，采用万能力学实验机进行180°冷弯试验，镀层和热轧带钢基体之间具有良好的附着性；
得到的钢板产品屈服强度为363.5MPa，抗拉强度648MPa，延伸率24.8％。
实施例4
采用的热轧带钢的成分按重量百分比含量：C:0.10％、Si:0.4％、Mn:3.4％、Cr:0.6％、P:0.005％、S:0.001％、Nb:0.003％、Ti:0.01％、Al:0.1％，余量为Fe和不可避免的杂质的板坯；
将板坯加热至1210℃；精轧，开轧温度控制在1010℃，终轧温度控制在865℃，精轧时的轧制速度为6.0m/s；精轧结束后进行多道次层流冷却，其中第二道次到第四道次的机架间冷却水比例为40％，第五道次和第六道次的机架间冷却水比例为45％，余量为第一道次冷却水；卷取温度控制在570℃；得到热轧带刚的厚度为2.3mm，氧化铁皮厚度为8.0um，氧化铁皮结构为Fe3O4+Fe的钢卷；
在加热炉中将热轧带钢以40℃/s的速度升温至900℃还原退火，还原退火时加热炉的气氛为体积浓度为20％的H2和80％的N2；然后将热轧带钢放入还原炉中，保温还原160s；带钢出热处理炉后经高氢冷却快冷至温度为460℃的锌液中，锌液的成分按重量百分比含Al：0.2％，余量为Zn；热镀锌时间为3s，镀锌结束后经冷却至410℃；所述带钢经镀锌后风冷冷却，冷却塔顶辊温度250℃，得到热镀锌板表面的锌镀层的重量为148g/cm2；
将热镀锌板按常规方法进行光整及卷曲后采用空冷或强制吹风冷却至室温，采用万能力学实验机进行180°冷弯试验，镀层和热轧带钢基体之间具有良好的附着性；
得到的钢板产品屈服强度为363.4MPa，抗拉强度650MPa，延伸率23.9％。
实施例5
采用的热轧带钢的成分按重量百分比含量：C:0.15％、Si:0.5％、Mn:3.5％、Cr:0.8％、P:0.005％、S:0.001％、Nb:0.001％、Ti:0.01％、Al:0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质的板坯；将板坯加热至1150℃；精轧，开轧温度控制在1010℃，终轧温度控制在865℃，精轧时的轧制速度为7.0m/s；精轧结束后进行多道次层流冷却，其中第二道次到第四道次的机架间冷却水比例为50％，第五道次和第六道次的机架间冷却水比例为45％，余量为第一道次冷却水；卷取温度控制在580℃；得到热轧带刚的厚度为2.2mm，氧化铁皮厚度为8.6um，氧化铁皮结构为Fe3O4+Fe的钢卷；
在加热炉中将热轧带钢以50℃/s的速度升温至900℃还原退火，还原退火时加热炉的气氛为体积浓度为20％的H2和80％的N2；然后将热轧带钢放入还原炉中，保温还原120s；带钢出热处理炉后经高氢冷却快冷至温度为460℃的锌液中，锌液的成分按重量百分比含Al：0.2％，余量为Zn；热镀锌时间为3s，镀锌结束后经冷却至410℃；所述带钢经镀锌后风冷冷却，冷却塔顶辊温度250℃；得到热镀锌板表面的锌镀层的重量为150g/cm2；
将热镀锌板按常规方法进行光整及卷曲后采用空冷或强制吹风冷却至室温，采用万能力学实验机进行180°冷弯试验，镀层和热轧带钢基体之间具有良好的附着性；
得到的钢板产品屈服强度为365MPa，抗拉强度650MPa，延伸率25％。

Claims (10)

1.一种高强度热镀锌双相钢，其特征在于：制备该双相钢的成分，以质量％计含：C:0.08～0.15％、Si:0.01～0.5％、Mn:3.1～3.5％、Cr:0.10～0.80％、P≤0.015％、S≤0.01％、Nb≤0.01％、Ti≤0.01％、Al:0.01～0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种高强度热镀锌双相钢，其特征在于：所述双相钢的屈服强度不低于365MPa，抗拉强度不低于650Mpa，延伸率不低于25％。
3.如权利要求1所述的一种高强度热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：
(1)将板坯热轧处理得到热轧带钢；
(2)热轧带钢进行加热还原；
(3)浸入锌液中直接热镀锌；
(4)钢带经光整及卷取后采用空冷或者强制吹风冷至室温；
上述步骤(1)所述的热轧带钢的轧制方法包括如下步骤：1)将板坯加热至1200～1250℃；2)精轧，且开轧温度控制在1000～1010℃，终轧温度控制在855～865℃；3)六道次层流冷却；4)卷取，温度控制在550～580℃。
4.如权利要求3所述的一种高强度热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于：上述步骤2)的终轧速度≥3.5m/s。
5.如权利要求3所述的一种高强度热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于：上述步骤3)六道次层流冷却，其中第二道次到第四道次的机架间冷却水比例占总冷却水的30％～80％，第五道次和第六道次的机架间冷却水比例占总冷却水的15％～50％，余量为第一道次冷却水。
6.如权利要求3-5中任意一项所述的一种高强度热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于：所得到的热轧钢卷厚度为1～4mm，氧化铁皮厚度为4～10um，氧化铁皮为Fe3O4或Fe3O4+Fe的微观金相组织结构。
7.如权利要求3所述的一种高强度热镀锌钢板的制备方法，其特征在于：上述步骤(2)的热轧带钢在加热炉中以15～100℃/s的速度升温至700～900℃进行还原退火，然后放入还原炉中，还原气氛为H2+N2，其中H2体积浓度为20～100％，保温还原时间控制为60～300s。
8.如权利要求7所述的一种高强度热镀锌钢板的制备方法，其特征在于：所述热轧带钢在还原炉中保温还原时间不低于120s。
9.如权利要求3所述的一种高强度热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于：上述步骤(4)中带钢出热处理炉后经高氢冷却快冷至温度为450～460℃的锌液中，镀锌结束后经冷却至410～430℃；所述带钢经镀锌后风冷冷却，冷却塔顶辊温度250～300℃。
10.如权利要求9所述的一种高强度热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于：所述锌液的成分按重量百分比含Al:0.2～0.5％，余量为Zn。
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