CN105803331B - 一种直接热镀锌的先进高强度钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直接热镀锌的先进高强度钢板，为从上到下依次为锌层、纯铁层、残余氧化铁皮层、铁基体的结构。其制备方法，包括如下步骤：(1)钢坯热轧，以调整其氧化铁皮的厚度、结构及均匀性，得到热轧带钢；(2)将所得热轧带钢进行退火；(3)将退火后的热轧带钢直接镀锌，冷却后即得到直接热镀锌的先进高强度钢板。本发明中热轧带钢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，突破了镀锌先进高强度钢板在Si、Mn元素添加量范围上的限制，有利于先进高强度钢板表面质量的提升；并且省去酸洗和冷轧工序，工序减少，成本降低，同时消除了酸洗带来的环境问题。

Description

一种直接热镀锌的先进高强度钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种直接热镀锌的先进高强度钢板及其制备方法
背景技术
近年来，先进高强度钢板(AHSS)包括双相钢(DP)、相变诱发塑性钢(TRIP)、复相钢(CP)和马氏体钢(MART)已成为汽车用钢的研发热点，这类钢有良好的强度和成型性，是汽车减重降耗的理想材料。但是，先进高强钢板的可镀性较差，因为钢板中含有较多的Si、Mn等元素，退火过程中会扩散偏聚到钢板表面，与退火气氛中的水分和氧反应生成氧化物，当钢板浸入锌池时，对其两侧锌和铁的扩散起到物理屏蔽作用，使得锌液对钢表面的润湿性变差，产生漏镀点。
为了提高先进高强钢的可镀性，目前存在以下几种技术方法：
(1)优化合金成分。减少Si，Mn的添加量，适当添加Cr、Mo等昂贵的合金元素等，或者采用Al、P元素代替硅元素，取得了一定的成效，但是提高了成本；
(2)改进热处理参数。在退火炉内的氧分压达到一定值(露点升高到一定值)后，钢板的氧化会从外部氧化转变为内部氧化，从而减少表面氧化物，有效提高可镀性。但是，退火炉内的氧分压的调节具有一定的波动性，会影响镀锌的稳定性；
(3)优化锌池参数。往锌池中添加Al等元素，Al对MnO发生了铝热还原作用，消除了氧化物层的物理屏蔽作用。添加Al元素的作用比较有限，而且提高了成本。
在现有技术中，生产热镀锌先进高强度钢板时，在一定程度上提高了钢板的可镀性，但是生产成本高，对生产工艺和生产设备要求较为严格，难以确保先进高强度钢板在热镀锌时的表面质量问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种直接热镀锌的先进高强度钢板及其制备方法，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，同时消除了酸洗带来的环境问题。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种直接热镀锌的先进高强度钢板，其化学成分质量百分数为：C 0.06％～0.50％、Si 0.01～2.0％、Mn 0.80％～3％、Cr 0.10％～1.0％、Nb 0.01～0.06％、P≤0.015％、S≤0.01％，余量为Fe和杂质；优选地，其化学成分质量百分数为：C 0.06％～0.50％、Si 0.2～2.0％、Mn 2％～3％、Cr 0.10％～1.0％、Nb 0.01～0.06％、P≤0.015％、S≤0.01％，余量为Fe和杂质。热轧钢板表面的氧化铁皮经过还原后形成易于镀覆的纯铁层，锌层直接镀覆于氧化铁皮上，形成具有锌层+纯铁层+残余氧化铁皮层+铁基体结构的先进高强度钢板。
本发明所述直接热镀锌的先进高强度钢板的制备方法，包括如下步骤：
(1)根据氧化铁皮的厚度、结构及均匀性，选取热轧带钢；所选取热轧带钢的厚度为1～4mm，表面氧化铁皮厚度为5～10m，且所述氧化铁皮为Fe3O4或Fe3O4+Fe的微观金相组织结构；
(2)将所得热轧带钢进行退火；
(3)将退火后的热轧带钢直接镀锌，冷却后即得到直接热镀锌的先进高强度钢板。
优选地，所述步骤(1)中通过热轧工艺控制氧化铁皮的厚度、结构及均匀性。热轧工艺的主要特征参数为：1)将钢坯加热至1200～1250℃；2)精轧开轧温度控制在1000～1010℃，精轧终轧温度控制在855～865℃，终轧速度≥3.5m/s；3)卷取温度控制在550～580℃。
优选地，所述钢坯的化学成分按质量百分数计为：C 0.06％～0.50％、Si 0.01～2.0％、Mn 0.80％～3％、Cr 0.10％～1.0％、Nb 0.01～0.06％、P≤0.015％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。优选地，所述钢坯的化学成分按质量百分数计为：C 0.06％～0.50％、Si 0.2～2.0％、Mn 2％～3％、Cr 0.10％～1.0％、Nb 0.01～0.06％、P≤0.015％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述步骤(2)中的退火为氢气还原退火工艺，具体为：将所述热轧带钢以15～100℃/s的速度升温至600～900℃，然后在体积浓度为10～100％的氢气气氛中保温还原60～300s。更具体地，氢气还原退火工艺为：在加热炉中将所述热轧带钢15～100℃/s的速度升温至600～900℃还原退火，然后将热轧带钢送入还原炉中，在体积浓度为10～100％的氢气气氛中保温还原60～300s。
优选地，所述步骤(3)中的镀锌工艺为：将退火后的热轧带钢快冷至镀锌温度450～470℃置于锌液中进行镀锌。其中，所述的快冷为高氢冷却。所述锌液中含有质量分数为0.10～0.50％的Al，其余为Zn。
优选地，所述步骤(3)中的镀锌结束后热轧带钢冷却至410～430℃。步骤(3)中所述的冷却为风冷冷却。风冷冷却时，冷却塔顶辊温度250～300℃。
本发明所制备的直接热镀锌的先进高强度钢板。先进高强钢一般是指双相钢、复相钢、马氏体钢、TRIP钢等钢种，性能参数范围大，一般约定抗拉强度500～1500MP。
针对现有先进高强度钢在热镀锌技术存在的上述问题，本发明提供一种直接热镀锌的先进高强度钢板及其制备方法，通过控制钢坯热轧工艺，以调整其氧化铁皮的厚度、结构及均匀性，得到热轧带钢，然后以该热轧带钢为原料，不经过酸洗和冷轧以保留表面的氧化铁皮，然后在连续热镀锌产线退火炉内进行氢气还原反应将表层的氧化铁皮还原为纯铁，然后进行直接热镀锌，从而得到直接热镀锌的先进高强度钢板。热轧带钢表面氧化铁皮中Si、Mn元素主要以内氧化物的形式存在，分布在氧化铁皮与基体界面处，而在热轧带钢表面则分布较少，当退火气氛中含有的微量水分和氧对Si、Mn元素进行选择性氧化时，Si、Mn的内部氧化物将阻止Si、Mn的氧化物在表面的偏聚，从而改善镀锌时的浸润性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
第一，本发明中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，同时消除了酸洗带来的环境问题。
第二，本发明突破了热镀锌先进高强度钢在Si、Mn元素添加量范围上的限制(一般镀锌用钢的Si含量控制在0.2％以下，Mn含量控制在2％以下)，能够得到表面优良的热镀锌先进高强钢板。
第三，本发明在保证先进高强度钢力学性能的前提下，不添加成本较高的Mo元素而添加适量Mn元素(锰元素存在于热轧带钢表面氧化铁皮中)来保证淬透性，还能适当减少Cr元素的添加，成本较低。
第四，本发明克服现有工艺存在的不足，无需增加额外的设施和投入，投资少、见效快，操作方便。
附图说明
图1为实施例1中的热轧双相钢镀锌后的锌层断面结构微观组织图。
图2为实施例1中的热轧双相钢镀锌后的显微组织照片。
图3为实施例1中的热轧双相钢镀锌后的180°冷弯照片。
图4为实施例1中步骤1)所得热轧带钢的电镜图。
图5为实施例4中的热轧马氏体带钢的显微组织照片。
图6为实施例4中的热轧马氏体钢镀锌后的显微组织照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种直接热镀锌的先进高强度钢板(双相钢DP600)的制备方法，包括如下步骤：
(1)冶炼钢水并连铸得到化学成份按重量百分数计为：C＝0.08、Si＝0.30、Mn＝1.60、P＝0.005、S＝0.005、Al＝0.03、Ti＝0.02、Nb＝0.03，其余为Fe和不可避免的杂质的板坯；
钢坯热轧：将板坯加热至1230℃；精轧开轧温度控制在990℃，精轧终轧温度控制在870℃，精轧时的轧制速度为5.6m/s；精轧结束后进行层流冷却，卷取温度控制在550℃；从而得到热轧带钢；
所得热轧带钢的平均厚度为3.8mm，氧化铁皮平均厚度为7.8um，氧化铁皮结构为Fe3O4+Fe的微观金相组织结构，如图4所示；由图4可知，氧化铁皮的平均厚度为7.8um，氧化铁皮的表层为先共析Fe3O4组织，内层是由Fe3O4+Fe的共析组织组成；
(2)热轧带钢退火：在加热炉中将热轧带钢以15℃/s的速度升温至800℃还原退火，还原退火时加热炉的气氛为在体积浓度为20％的氢气和80％的氮气；然后热轧带钢进入还原炉中，气氛中保温还原120s；
经步骤(2)后热轧带钢的氧化铁皮组织中20％的氧化铁皮被还原为铁，被还原的铁覆盖在氧化铁皮表面；
(3)直接热镀锌：将还原退火后的热轧带钢以5～20℃/s的速度降温至450℃；将降温后的热轧带钢置于锌液中进行热镀锌，锌液的温度为460℃，锌液的成分按重量百分比含Al0.2％，余量为Zn；热镀锌时间为3s，在热轧带钢表面制成锌镀层，即得到直接热镀锌的双相钢钢板。镀锌层断面结构微观组织图1所示，由图可见，锌层平直且直接镀覆于氧化铁皮上，形成锌层+氧化铁皮层+铁基体的表层形貌。经测量，其中，直接热镀锌的双相钢钢板表面的锌镀层的重量为150g/cm2。
将所得直接热镀锌的双相钢钢板按常规方法进行光整处理后，采用万能力学实验机进行180°冷弯试验，结果如图3所示，镀层和热轧带钢基体之间具有良好的附着性，180°冷弯时，试样弯曲处无镀层脱落，也未见冷弯裂纹，表明镀层和热轧带钢基体之间具有良好的附着性。
本实施例得到的冷轧双相钢板产品屈服强度为365MPa，抗拉强度650MPa，延伸率25％，n值为0.17。
实施例2
一种直接热镀锌的先进高强度钢板(TRIP钢)的制备方法，包括如下步骤：
(1)冶炼钢水并连铸得到化学成份按重量百分数计为：C＝0.16、Si＝1.0、Mn＝1.60、P＝0.005、S＝0.005、Al＝0.03、Nb＝0.03，其余为Fe和不可避免的杂质的板坯；
钢坯热轧：将板坯加热至1200℃；精轧开轧温度控制在990℃，精轧终轧温度控制在850℃，精轧时的轧制速度为5.4m/s；精轧结束后进行层流冷却，卷取温度控制在550℃；
所得热轧带钢的的厚度为2.8mm，制得氧化铁皮厚度为7.5um，氧化铁皮结构为Fe3O4+Fe的微观金相组织结构；
(2)热轧带钢退火：在加热炉中将热轧带钢以15℃/s的速度升温至800℃还原退火，还原退火时加热炉的气氛为在体积浓度为20％的氢气和80％的氮气；然后热轧带钢进入还原炉中，气氛中保温还原120s；
经步骤(2)后热轧带钢的氧化铁皮组织中20％的氧化铁皮被还原为铁，被还原的铁覆盖在氧化铁皮表面；
(3)直接热镀锌：将还原退火后的热轧带钢以5～20℃/s的速度降温至450℃；将降温后的热轧带钢置于锌液中进行热镀锌，锌液的温度为460℃，锌液的成分按重量百分比含Al0.2％，余量为Zn；热镀锌时间为3s，在热轧带钢表面制成锌镀层，即得到直接热镀锌的TRIP钢板。其中，直接热镀锌的TRIP钢板表面的锌镀层的重量为140g/cm2。
实施例3：
一种直接热镀锌的先进高强度钢板(CP钢)的制备方法，包括如下步骤：
(1)冶炼钢水并连铸得到化学成份按重量百分数计为：C＝0.11、Si＝0.70、Mn＝1.68、P＝0.005、S＝0.005、Al＝0.03、Nb＝0.03，其余为Fe和不可避免的杂质的板坯；
钢坯热轧：将板坯加热至1200℃；精轧开轧温度控制在990℃，精轧终轧温度控制在850℃，精轧时的轧制速度为5.4m/s；精轧结束后进行层流冷却，卷取温度控制在550℃；
所得热轧带钢的的厚度为2.8mm，制得氧化铁皮厚度为7.5um，氧化铁皮结构为Fe3O4+Fe的微观金相组织结构；
(2)热轧带钢退火：在加热炉中将热轧带钢以15℃/s的速度升温至800℃还原退火，还原退火时加热炉的气氛为在体积浓度为20％的氢气和80％的氮气；然后热轧带钢进入还原炉中，气氛中保温还原120s；
经步骤(2)后热轧带钢的氧化铁皮组织中20％的氧化铁皮被还原为铁，被还原的铁覆盖在氧化铁皮表面；
(3)直接热镀锌：将还原退火后的热轧带钢以5～20℃/s的速度降温至450℃；将降温后的热轧带钢置于锌液中进行热镀锌，锌液的温度为460℃，锌液的成分按重量百分比含Al0.2％，余量为Zn；热镀锌时间为3s，在热轧带钢表面制成锌镀层，即得到直接热镀锌的CP钢板。其中，直接热镀锌的CP钢板表面的锌镀层的重量为155g/cm2。
实施例4：
一种直接热镀锌的先进高强度钢板(MART钢)的制备方法，包括如下步骤：
(1)冶炼钢水并连铸得到化学成份按重量百分数计为：C＝0.12、Si＝0.45、Mn＝2.5、P＝0.005、S＝0.005，其余为Fe和不可避免的杂质的板坯；
钢坯热轧：将板坯加热至1200℃；精轧开轧温度控制在990℃，精轧终轧温度控制在870℃，精轧时的轧制速度为5.4m/s；精轧结束后进行层流冷却，卷取温度控制在300℃；热轧马氏体钢的金相组织如图5所示，马氏体钢由单一的马氏体组织组成。
所得热轧带钢的的厚度为2mm，制得氧化铁皮厚度为7um，氧化铁皮结构为Fe3O4+Fe的微观金相组织结构；
(2)热轧带钢退火：在加热炉中将热轧带钢以15℃/s的速度升温至820℃还原退火，还原退火时加热炉的气氛为在体积浓度为20％的氢气和80％的氮气；然后热轧带钢进入还原炉中，气氛中保温还原120s；
经步骤(2)后热轧带钢的氧化铁皮组织中20％的氧化铁皮被还原为铁，被还原的铁覆盖在氧化铁皮表面；
(3)直接热镀锌：将还原退火后的热轧带钢以5～20℃/s的速度降温至450℃；将降温后的热轧带钢置于锌液中进行热镀锌，锌液的温度为460℃，锌液的成分按重量百分比含Al0.2％，余量为Zn；热镀锌时间为3s，在热轧带钢表面制成锌镀层，即得到直接热镀锌的MART钢板。镀锌层断面结构微观组织图6所示，由图可见，锌层平直且直接镀覆于氧化铁皮上，形成锌层+氧化铁皮层+铁基体的表层形貌。经测量，直接热镀锌的MART钢板表面的锌镀层的重量为160g/cm2。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种直接热镀锌的先进高强度钢板的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
（1）钢坯热轧，以调整其氧化铁皮的厚度、结构及均匀性，得到热轧带钢；
（2）将所得热轧带钢进行退火；
（3）将退火后的热轧带钢直接镀锌，冷却后即得到直接热镀锌的先进高强度钢板；
所述钢坯的化学成分按质量百分数计主要为：C 0.16%~0.50%、Si 1.0~2.0%、Mn 1.60%～3%、Cr 0.10%~1.0%、Nb 0.01~0.06%、P≤0.015%、S≤0.01%，余量为 Fe 和杂质；
所述步骤（1）中热轧工艺的主要特征参数为：1）将钢坯加热至 1200~1250℃；2）精轧开轧温度控制在1000~1010℃，精轧终轧温度控制在 855~865℃，终轧速度≥3.5m/s；3）卷取温度控制在550~580℃；
所述步骤（2）中的退火为氢气还原退火工艺，具体为：将所述热轧带钢以15~100℃/s的速度升温至600~900℃，然后在体积浓度为 10~100% 的氢气气氛中保温还原60~300s。
2.根据权利要求1所述的一种直接热镀锌的先进高强度钢板的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中通过热轧工艺控制钢坯氧化铁皮的厚度、结构及均匀性，使得所得到的热轧带钢的厚度为1~4mm，表面氧化铁皮厚度为5~10μm，且所述氧化铁皮为Fe3O4或Fe3O4+Fe的微观金相组织结构。
3.根据权利要求1所述的一种直接热镀锌的先进高强度钢板的制备方法，其特征在于所述步骤（3）中的镀锌工艺为：将退火后的热轧带钢快冷至镀锌温度450~470℃进行镀锌。
4.根据权利要求3所述的一种直接热镀锌的先进高强度钢板的制备方法，其特征在于所述的快冷为高氢冷却。
5.根据权利要求1所述的一种直接热镀锌的先进高强度钢板的制备方法，其特征在于所述步骤（3）中的镀锌结束后热轧带钢冷却至410~430℃。
6.根据权利要求1所述的一种直接热镀锌的先进高强度钢板的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的冷却为风冷冷却。
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