CN105483546A - 一种焊接加工性及成形性优良的冷轧钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种焊接加工性及成形性优良的钢板及其制造方法，其成分重量百分比为：C：0.0021％～0.010％、Si≤0.03％、Mn：0.3％～1.0％、P≤0.02％、Al：0.020％～0.06％、Ti:0.005％～0.08％、N≤0.005％、B^*:0.0020％～0.0080％、其余为Fe和不可避免的杂质，其中，B^*＝B-0.77×N^*、N^*＝N-0.29×Ti，当N^*≤0时，N^*取值为0。本发明针对有焊接加工要求的材料，通过特定的化学成分和工艺设计，得到具有优良焊接性和加工性钢板，材料硬度HR30T为45～65，材料的r_ave(平均塑性应变比)能够大于等于1.2，解决了现有技术生产的钢板在高温电阻焊接加工后材料铁素体组织粗大、过分不均匀的焊接性能不良问题。

Description

一种焊接加工性及成形性优良的冷轧钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及冷轧钢板及其制造方法，具体涉及一种焊接加工性及成形性优良的冷轧钢板及其制造方法。

背景技术

冷轧钢板广泛应用于家电、汽车、包装等材料，特别是镀锡钢板用于化工用桶的扩方桶、花篮桶和食品三片罐在弯曲成形焊接后，在后续扩径、翻边过程以及装运过程中容易产生由于焊接不良导致的开裂现象。以往用低碳铝镇静钢焊接加工开裂问题较少，随着加工制品变形越来越复杂，对材料要求也越来越高，超低碳钢使用也频繁，相应加工焊接变形开裂问题越发突出。由于超低碳材料C、N原子较少，难以阻碍铁素体晶粒长大，在电阻焊时由于焊接温度较高使晶粒成长迅速，粗大和过分不均匀的铁素体晶粒塑性较差，在翻边、扩径等变形过程中容易开裂。

目前生产加工性和焊接性都较好的材料一般采用低碳钢采用罩式炉退火等方法。但由于罩式退火工艺本身固有的缺点，使退火后的材料力学性能不均匀，金相组织时常不均匀，特别是钢卷头尾和边部容易产生混晶，也会导致焊接不良。

由于低碳铝镇静钢和罩式炉退火工艺的局限性，生产的材料不能用在更高拉伸、深冲压等加工要求的用途。用超低碳IF钢材料可以解决更高拉伸、冲压加工的要求，但普通超低碳IF钢一般都尽量控制使碳低于20ppm以下，且有的不加硼或由于别的缘故加入硼量太少或加入硼没有控制有效过剩硼的含量，这样的材料容易在高温电阻焊接后出现铁素体晶粒粗大、过分不均匀从而导致后续加工开裂问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焊接加工性和成形性优良的钢板及其制造方法，在到达高拉伸、深冲压加工性前提下提高焊接性能，同时设计配套的热轧、冷轧工艺避免铁素体组织和硼、碳析出物的粗大，解决了高拉伸、深冲压钢的焊接性问题；冷轧钢板硬度HR30T为45～65，材料的rave即平均塑性应变比大于等于1.2。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种焊接加工性及成形性优良的冷轧钢板，其成分重量百分比为：C：0.0021％～0.010％、Si≤0.03％、Mn：0.3％～1.0％、P≤0.02％、Al：0.02％～0.06％、Ti:0.005％～0.08％、N≤0.005％、B^*:0.0020％～0.0080％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，B^*＝B-0.77×N^*、N^*＝N-0.29×Ti，当N^*≤0时，N^*取值为0。

进一步，还包含Nb，0.005％～0.03％，以重量百分比计。

本发明钢的成分设计中：

碳：碳是间隙固溶元素，碳可以提高晶界强度，阻碍再结晶过程中晶粒长大；对钢板焊接后热影响区域铁素体组织长大有抑制作用，具有细化铁素体组织的效果；为了更好的加工性在材料需要添加一定量的合金元素固定碳，碳含量越高，需添加的合金越多，对材料的加工性能亦有不利的影响。因此，碳含量优选0.0021％～0.010％。

硅：硅可以强化材料，但因为硅对电镀等有不利的影响，容易在热轧产生红色氧化铁皮等缺陷，因此，硅含量优选≤0.03％。

锰：锰也是材料的强化元素，在材料中加入一定量锰可以提高强度，也可以阻碍材料再结晶过程的晶粒长大，对焊接后控制晶粒长大有利，但Mn含量过高对生产、成本及表面质量不利，而且过高的Mn对点焊等的焊核形成不利，因此，Mn含量优选0.3％～1.0％。

磷：磷可以提高材料强度，可以阻碍材料晶粒长大，但是磷含量过高会提高Ar3温度，容易导致材料晶粒粗大对焊接不利。另外，磷不仅会产生偏析，而且对耐蚀性不好，所以磷含量要尽量地低。因此，磷含量优选≤0.020％。

铝：铝是钢中的脱氧剂，若含量太低则脱氧不彻底，钢水纯净度变差，若含量太高则对材料塑性不利，因此，铝含量优选0.02％～0.06％。

氮：氮在钢种和钛结合，过量氮会消耗钛或硼，氮越低越好，因此，氮含量优选≤0.005％。

钛：钛作为固定氮、碳的合金元素，若钛含量过高会提高材料二次脆性转变温度，对材料加工性能不利，若钛含量(铌也较低的情况下)过低氮、碳不能完全固定，则必然影响材料中固溶硼含量，对焊接组织抑制不利，而且过低的话材料的成形性变差也容易时效。因此，钛含量优选：0.005％～0.08％。

铌：铌可以固定碳，同时碳铌化合析出物可以阻碍焊接后组织长大，可以起到细化铁素体晶粒的作用。添加过高的Nb提高材料的再结晶温度对退火处理不利，过低阻碍晶粒长大效果不明显，因此，Nb含量优选：0.005％～0.030％。

硼：在材料中添加一定量的硼，可以阻碍材料在高温下铁素体组织长大，从而可以改善材料的焊接性能，若含量过低，则改善效果差，硼含量越高焊接后铁素体晶粒越细小，自由硼对焊接性能效果最好，化合硼对焊接性能改善效果不显著，由于材料中的氮和钛结合后剩余的氮容易和硼结合，为此需要特别控制和剩余氮(N^*)结合后剩余的自由硼(B^*)，但硼含量过高焊接后材料铁素体晶粒细化达到饱和且对成形性能不利，硼是在炼钢过程中添加，硼实际添加量是根据炼钢过程钢水中氮、钛含量决定的，具体来说，首先氮在材料中和钛化合，剩余氮才和硼化合，通过计算如果材料中钛将氮完全化合，那么添加硼就不需要考虑氮；通过计算如果材料中还有剩余氮，那么剩余氮将和硼化合，通过计算公式算出剩余的自由硼，炼钢实际添加的硼就是要按照要求控制计算出来的剩余自由硼。具体计算公式如下，硼含量优选B^*：0.0020％～0.0080％、B^*满足B-0.77×N^*、N^*满足N-0.29×Ti，当N^*≤0时，N^*取值为0。

本发明的焊接加工性及成形性优良的冷轧钢板的制造方法，其包括以下步骤：

1)冶炼、铸造

按上述成分冶炼、铸造成铸坯；

2)热轧

铸坯加热后热轧轧制，加热温度1000℃～1200℃，终轧温度为700℃～820℃，卷取温度为450℃～600℃；

3)冷轧

热轧的钢卷冷轧，冷轧变形量为70％～90％；

4)退火

轧制后的钢卷经连续退火，退火温度为700℃～800℃，退火炉内露点-60℃～-20℃；

5)平整

退火后的钢卷经平整，平整压下率为0.5％～6％。

在本发明制造方法中：

超低碳冷轧钢板用的原料若在热轧时采用高温轧制，长度和宽度的温度精度难以保证，若终轧温度过高，容易进入二相区轧制，材料组织会产生混晶和轧制不稳定，导致铁素体组织不均、粗大，而且硼在高温下容易使B+N→BN析出，减少固溶硼，影响后续焊接加工，同时容易产生表面质量问题。若终轧温度过低，会导致轧制困难。因此，终轧采用低于Ar3的温度在铁素体区域轧制，终轧温度优选700℃～820℃。由于硼在高温下容易析出，在高温下停留时间过长更容易大量析出，所以材料在高的卷取温度下卷取，会促进BN、Fe₂₃(CB)₆析出物过多析出并使之粗大化，这样会减少固溶硼的含量，不利焊接性，过分高的卷取温度容易产生铁素体组织粗大以及促进材料中的硼析出对后续焊接加工不利，同时容易产生氧化铁皮缺陷，若卷取温度过低，则生产困难。因此，卷取温度优选450℃～600℃。

冷轧中，随着变形量的增加可降低再结晶温度，提高退火效果，从而可提高r值，但变形量的过度增加会提高轧制难度，因此，变形量优选70％～90％。

退火中，退火温度对材料性能影响较大，若退火温度过低，材料不能再结晶，若退火温度过高，则铁素体组织容易粗大。因此，退火温度优选700℃～800℃。

平整中，平整压下率对材料的硬度影响较大，随着平整压下率的增加，强度上升，扩径等变形不易产生不均匀变形而开裂，但若平整压下率过大，会使材料的加工性能变差，如果平整变形接近10％左右在焊接后容易产生临界变形的晶粒粗大和不均匀问题。因此，平整压下率优选0.5％～6％。

本发明的有益效果：

本发明的材料中加入的合金较少，且主要采用低价硼改善超低碳钢焊接后铁素体晶粒粗大、过分不均匀的问题，通过设计一套材料成分、热轧及冷轧工艺大幅度改善了超低碳材料焊接加工后的材料组织，减少焊接后加工开裂的问题，可以得到具有优良的焊接加工性和成形性冷轧钢板。优良焊接加工性是指材料原板铁素体组织及高温焊接后焊接热影响区铁素体晶粒不粗大、基本细小且相对均匀，在后续加工过程中不易开裂；优良的成形性是指材料在保证焊接加工性的前提下硬度适中，即HR30T：45～65，材料的r_ave(平均塑性应变比)能够大于等于1.2。由于投入少、质量优良、生产稳定，适合一般钢厂工业化生产。

附图说明

图1、图2表示比较例1钢板焊接后的金相组织形貌及焊缝区域的硬度分布；

图3、图4表示实施例1钢板焊接后的金相组织形貌及焊缝区域的硬度分布。

具体实施方式

以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。

本发明实施例和比较例的成分见表1，工艺参数见表2，性能参数见表3。

表1单位：重量百分比

	C	Si	Mn	P	Al	N	Ti	Nb	B
										实施例1	0.0021	0.022	0.36	0.013	0.025	0.0028	0.039		0.0022
实施例2	0.0087	0.010	0.43	0.017	0.038	0.0032	0.073		0.0026
										实施例3	0.0032	0.007	0.25	0.012	0.053	0.0026	0.040	0.006	0.0075
实施例4	0.0022	0.007	0.61	0.015	0.023	0.0037	0.010	0.012	0.0042
										实施例5	0.0023	0.007	0.39	0.008	0.041	0.0035	0.028		0.0029
实施例6	0.0026	0.027	0.27	0.018	0.043	0.0025	0.057		0.0055

实施例7	0.0035	0.015	0.78	0.013	0.051	0.0027	0.051		0.0034
										实施例8	0.0025	0.020	0.92	0.013	0.032	0.0022	0.007	0.029	0.0028
比较例1	0.0013	0.016	0.20	0.012	0.047	0.0021	0.053		0.0005
										比较例2	0.0017	0.025	0.18	0.006	0.051	0.0019	0.038		0.0001

表2

表3

表3中的硬度HR30T采用ISO6508-1-1999；金相组织采用显微镜观察；r_ave(平均塑性应变比)采用GB/T5027-1999。焊接性判断方法采用材料在电阻焊接后用15％拉伸变形观察焊缝及其热影响区域有无开裂现象。

从附图图1所示可见，比较例1的材料在高温焊接后焊接热影响区铁素体晶粒粗大、且严重不均匀，由于随着铁素体晶粒过分粗大，材料塑性下降较大，所以这样的组织在冲压、拉伸变形时极容易开裂；而本专利的实施例1材料在焊接后焊接热影响区铁素体晶粒细小，只有表层铁素体组织略有些偏大(图3所示)，在后续加工不容易开裂。从材料焊缝区域的硬度分布的比较例1的图2和本发明实施例1的图4对比也可见，比较例1焊缝热影响区硬度偏低，在热影响区域的二端材料硬度低于未热影响区材料硬度，这样情况在拉伸变形时容易从硬度低的部位开始变形，由于焊缝热影响区铁素体晶粒粗大塑性差，因而容易导致开裂；而本发明实施例1材料在热影响区域的材料硬度均高于未热影响区材料硬度，不易从焊缝热影响区开始变形，从而焊接后的钢板加工变形能力较强，不易开裂。

本发明针对用于加工性较高用途的超低碳钢焊接性的问题，通过特定的化学成分和热轧、冷轧、退火、平整的工艺设计，得到较好成形性的同时可以解决超低碳钢的焊接加工性不良问题。

Claims (5)

1.一种焊接加工性及成形性优良的冷轧钢板，其成分重量百分比为：C：0.0021％～0.010％、Si≤0.03％、Mn：0.3％～1.0％、P≤0.02％、Al：0.02％～0.06％、Ti:0.005％～0.08％、N≤0.005％、B^*:0.0020％～0.0080％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，B^*＝B-0.77×N^*、N^*＝N-0.29×Ti，当N^*≤0时，N^*取值为0。

2.如权利要求1所述的焊接加工性及成形性优良的冷轧钢板，其特征是，还包含Nb，0.005％～0.03％，以重量百分比计。

3.如权利要求1或2所述的焊接加工性及成形性优良的冷轧钢板，其特征是，所述冷轧钢板硬度HR30T为45～65，材料的r_ave即平均塑性应变比大于等于1.2。

4.如权利要求1所述的焊接加工性及成形性优良的冷轧钢板的制造方法，其特征是，包括以下步骤：

1)冶炼、铸造

按权利要求1或2所述的成分冶炼、铸造成铸坯；

2)热轧

铸坯加热后热轧轧制，加热温度1000℃～1200℃，终轧温度为700℃～820℃，卷取温度为450℃～600℃；

3)冷轧

热轧的钢卷冷轧，冷轧变形量为70％～90％；

4)退火

轧制后的钢卷经连续退火，退火温度为700℃～800℃，退火炉内露点-60℃～-20℃；

5)平整

退火后的钢卷经平整，平整压下率为0.5％～6％。

5.如权利要求4所述的焊接加工性及成形性优良的冷轧钢板的制造方法，其特征是，所述冷轧钢板硬度HR30T为45～65，材料的r_ave即平均塑性应变比大于等于1.2。