CN105970094A - 一种汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法，属于冷轧深冲电镀锌汽车用钢生产领域。该生产方法包括如下制备步骤：1)电镀锌烘烤硬化钢板的成分选择；2)冶炼并浇铸成板坯；3)经常规加热后进行热轧；4)常规水冷至卷取温度并进行卷取；5)进行冷轧；6)进行连续退火；7)进行平整；8)进行常规碱洗、刷洗、电解脱脂和漂洗；9)采用重力法电镀锌。该生产方法采用常规的生产工艺制备的钢板具有良好的成型性能和烘烤硬化性能，且在室温下放置几个月也不发生自然时效，性能较稳定。

Description

一种汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法
技术领域
本发明属于冷轧深冲电镀锌汽车用钢生产领域，具体地涉及一种汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法。
背景技术
由于汽车制造行业对外板要求非常高，需要钢板具有超高的冲压成型性能和优良的表面质量。目前，国内外汽车厂家大部分使用热镀锌的深冲板，即连续退火后的钢板进入锌锅，利用气刀吹去表面多余的锌液。其存在表面质量较难稳定控制，汽车厂使用时钢板表面的突起的锌渣容易在冲压模具里形成结瘤影响后续冲压；在涂漆工序中，钢板表面的缺陷容易被放大而影响车身美观。
合金化IF钢在超低含量的碳、氮元素的前提下，钛、铌元素的添加能有效的提高钢板的深冲性能，这是因为钛、铌与碳、氮结合成碳氮化合物，以第二相粒子的形式析出，使钢成为无间隙原子状态，从而具有较好的深冲性能。
因此合金化IF钢在汽车工业中得到了广泛的应用，尤其是日韩系品牌的汽车厂，对合金化IF钢的使用量比较大。
中国发明专利申请(申请公布号：CN104120348A，申请公布日：2014-10-29)公布了题为一种延伸率≥44％的电镀锌汽车外板用钢及生产方法的发明专利。该电镀锌汽车外板用钢的组分及质量百分比为：
C≤0.001％、Si≤0.015％、Mn:0.05～0.18％、P≤0.015％、S≤0.010、Ti:0.02～0.03、Nb:0.03～0.05％、Als:0.02～0.05％、N≤0.003％；生产步骤：冶炼并连铸成坯；热轧；卷取；冷轧；连续退火；冷却，方法为：先缓冷后快速冷却；光整；碱洗、刷洗、电解脱脂及漂洗；重力法电镀锌。该汽车外用板具有表面质量良好，性能稳定、无时效、成型性能优良、焊接性能优良等特点；成品的汽车外板用电镀锌特超深冲板DC07+ZE的实物性能(垂直于轧制方向)：屈服强度＝100～150MPa，抗拉强度＝250～310MPa，塑性应变比:r90≥2.3，加工硬化指数n90≥0.25，延伸率A80mm≥44％。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法。该生产方法采用常规的生产工艺制备的钢板具有良好的成型性能和烘烤硬化性能，且在室温下放置几个月也不发生自然时效，性能较稳定。
本发明公开了一种汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法，包括如下制备步骤：
1)电镀锌烘烤硬化钢板的成分选择：该硬化钢板的化学成分质量百分数为：C≤0.0035％、Si≤0.030％、Mn:0.4～0.7％、P≤0.060％、S≤0.015％、Nb≤0.0012％、Als:0.02～0.055％、N≤0.004％，余量为铁及不可避免的杂质；
2)冶炼并浇铸成板坯；
3)经常规加热后进行热轧：控制终轧温度为900～960℃；
4)常规水冷至卷取温度并进行卷取：控制卷取温度为680～740℃；
5)进行冷轧：控制冷轧总压下率不大于85％；
6)进行连续退火：控制退火均热温度为780～840℃，控制带钢运行速度在160～280m/min之间，并快速冷却到370～430℃；
7)进行平整：保证平整延伸率为1.1～1.8％；
8)进行常规碱洗、刷洗、电解脱脂和漂洗；
9)采用重力法电镀锌：电镀液为硫酸锌溶液，硫酸锌溶液的浓度控制在80～110g/L，电镀液的pH值为1.2～1.8，电镀液的温度为50～58℃，带钢在电镀槽中的运行速度为80～120m/min；且电镀液中杂质粒子的浓度控制在：Fe2+≤3000ppm，Fe3+≤1000ppm，Pb2+＜1.4ppm，Cu2+＜5ppm。
进一步地，所述步骤1)中硬化钢板的化学成分质量百分数为：C:0.0016～0.0035％、Si≤0.030％、Mn:0.4～0.7％、P:0.035～0.060％、S≤0.015％、Nb:0.0006～0.0012％、Als:0.02～0.055％、N≤0.004％、余量为铁及不可避免的杂质。
再进一步地，所述步骤1)中硬化钢板的化学成分质量百分数为：C:0.0016％、Si:0.025％、Mn:0.46％、P:0.047％、S:0.015％、Nb:0.0006％、Als:0.03％、N:0.0025％、余量为铁及不可避免的杂质。
更进一步地，所述步骤6)中，控制退火均热温度为800～820℃，控制带钢运行速度在180～260m/min之间，并快速冷却到390～410℃；然后在360～390℃的温度下进行过时效处理，处理时间控制为180～250s。
更进一步地，所述步骤3)中，将经步骤2)制备的板坯加热到1220～1280℃，并控制终轧温度为910～950℃。
更进一步地，所述步骤5)中，控制冷轧总压下率在70～85％之间。
更进一步地，所述步骤7)中，控制平整轧辊粗糙度为2.5～3.5μm之间，且保证平整延伸率为1.3～1.6％。
本发明的原理：
1、各种化学成分的选用原理：
碳(C)：碳是钢中的基本元素，也是最经济、有效的强化元素，但含量过高则降低了钢的塑性和冲击韧性，恶化冷成型性和焊接性能。因此，C含量控制在0.0016～0.0035％。
硅(Si)：硅是固溶强化元素，固溶在铁素体中，随着硅含量的增加，钢的强度显著提高，塑性和冲击韧性明显下降，冷成型性和焊接性能下降。硅含量增加，硅元素容易在钢板表面形成致密的氧化层Mn2SiO4，从而影响材料的镀锌性能。因此，Si含量控制在0.03％以下。
锰(Mn)：锰起固溶强化作用，过高的锰含量会对钢的塑性和冲击性能产生严重的影响。因此，Mn含量控制在0.4～0.7％。
磷(P)：在传统观点中，磷在钢中是属于有害元素。它会降低钢的冲击韧性，提高钢的脆化温度，恶化钢的焊接性能，其实那是磷与碳共同作用的结果。如果除去碳的影响，磷还能使塑性、韧性有所增加，使脆化温度有所降低。磷是非碳化物形成元素，它在钢中的存在形式主要是溶于铁素体。在配位数都是12时，它的原子半径为比铁原子大因此当它溶于铁素体时能够取代铁原子形成置换固溶体。在除了碳、氮元素以外的诸多固溶体形成元素中，磷的固溶强化能力最大。但磷含量过高会导致材料的塑性、焊接性和成形性不利。因此，P含量控制在0.035～0.060％。
硫(S)：硫是有害元素。对材料的塑性、韧性不利，同时降低耐腐蚀性。因此必须严格限制硫含量，S含量控制在0.015％以下。
铌(Nb)：铌为微合金化元素，其作用机理主要是通过细化晶粒和沉淀析出强化来提高钢的强度，是强烈的碳、氮化合物形成元素，在钢中主要以Nb(C、N)形式存在，阻止奥氏体晶粒的长大，最终使铁素体晶粒尺寸变小，细化组织。因Nb的强化效果是Ti的2倍，通过添加Nb元素，省却了炼钢时的真空处理环节，降低了生产成本。因Nb元素不影响钢板的镀锌性能，添加微量的Nb可以大幅度降低Si和Mn含量。因此，Nb含量控制在0.0006～0.0012％。
铝(Als)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，抑制N在铁素体中的固溶，提高冲击韧性。
氮(N)：氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。
本发明采用的钢板原料为H220B+ZE型号钢，该钢板原料的铌元素、碳元素含量较低，对其进行冶炼和热连轧、冷连轧和连续退火等一系列工艺处理后，得到的成品屈服强度较低，具有优良的深冲性能。
2、本发明生产方法的工作原理：
本发明选用较低含量的铌、碳等元素的钢板原料，经冶炼浇铸成板坯，然后再经过常规的热轧、卷取和冷轧得到冷轧薄板，再将该冷轧薄板进行连续退火和平整工艺，最后经过常规的碱洗、刷洗、电解脱脂和漂洗后，采用重力法电镀锌，就得到了最终的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的制备方法采用的是常规的制备方法，对工艺参数要求范围较宽，成本低，易于实行。
2、本发明采用的原料钢为H220B+ZE型号钢，该原料钢的铌元素、碳元素含量超低，降低了生产成本。
3、采用该发明制备方法制备的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板，屈服强度较低，具有优良的深冲性能，将制备的成品室温放置3个月以上的时间，也不发生自然时效，因此产品的性能稳定；该产品主要用于汽车外观件，如发动机罩板或者行李箱外板等。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1
选用的硬化钢板，其组分及质量百分比为：C:0.0016％、Si:0.025％、Mn:0.46％、P:0.047％、S:0.015％、Nb:0.0006％、Als:0.03％、N:0.0025％、余量为铁及不可避免的杂质。
该制备方法依次通过：
1)冶炼并浇铸成板坯；
2)将经步骤1)制备的板坯加热到1220℃，并控制终轧温度为910℃；
3)常规水冷至卷取温度并进行卷取，控制卷取温度为680℃；
4)进行冷轧：控制冷轧总压下率为85％；
5)进行连续退火：控制退火均热温度为800℃，控制带钢运行速度为180m/min，其目的是促进γ取向织构晶粒初始形核及长大，从而获得良好的深冲性能，因此生产过程中要求温度保持稳定。并快速冷却到410℃；然后在390℃的温度下进行过时效处理，处理时间控制为180s；
6)进行平整：控制平整轧辊粗糙度为2.5μm，且保证平整延伸率为1.3％；
7)进行常规碱洗、刷洗、电解脱脂和漂洗；
8)采用重力法电镀锌：电镀液为硫酸锌溶液，硫酸锌溶液的浓度控制为80g/L，电镀液的pH值为1.2，电镀液的温度为50℃，带钢在电镀槽中的运行速度为80m/min；且电镀液中杂质粒子的浓度控制在：Fe2+:3000ppm，Fe3+:1000ppm，Pb2+:1.35ppm，Cu2+:4.9ppm。
上述电镀液中的硫酸锌溶液的浓度会影响采用的电流密度和沉积速度，因此将硫酸锌溶液的浓度控制在80～110 g/L。
上述电镀液的酸碱度应该保持在一定的水平范围内，酸性环境下可确保镀液中锌离子的补充，pH过高容易形成ZnOH沉淀，pH过低则有析氢的可能，使电流效率大大降低，镀液的pH值控制在1.2～1.8。
上述电镀液的温度在50～58℃，电镀液温度过低中会有结晶析出。
要控制电镀液中其他杂质粒子的浓度，原因是电镀液中的铜、铅等杂质金属离子的析出电位比锌正，因此优先在阴极析出而破坏了镀锌层中有规则的电沉积，常使得镀锌层变粗、发黑。
按照上述组分和生产方法，制备得到的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板，其性能参数如下表1所示；
表1实施例1的性能测试结果
从表1中可看出，本实施制备的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板通过纵向拉伸实验，具备良好的成型性能和烘烤硬化性能，且将制备的样品室温下放置3个月左右的时间，不发生自然时效，因此产品的性能保持较稳定的状态。
实施例2
选用的硬化钢板，其组分及质量百分比为：C:0.0035％、Si:0.030％、Mn:0.40％、P:0.060％、S:0.015％、Nb:0.0012％、Als:0.055％、N:0.004％、余量为铁及不可避免的杂质。
该制备方法依次通过：
1)冶炼并浇铸成板坯；
2)将经步骤1)制备的板坯加热到1230℃，并控制终轧温度为915℃；
3)常规水冷至卷取温度并进行卷取，控制卷取温度为690℃；
4)进行冷轧：控制冷轧总压下率为80％；
5)进行连续退火：控制退火均热温度为805℃，控制带钢运行速度为190m/min，并快速冷却到405℃；然后在385℃的温度下进行过时效处理，处理时间控制为190s；
6)进行平整：控制平整轧辊粗糙度为2.7μm，且保证平整延伸率为1.35％；
7)进行常规碱洗、刷洗、电解脱脂和漂洗；
8)采用重力法电镀锌：电镀液为硫酸锌溶液，硫酸锌溶液的浓度控制为85g/L，电镀液的pH值为1.3，电镀液的温度为52℃，带钢在电镀槽中的运行速度为86m/min；且电镀液中杂质粒子的浓度控制在：Fe2+:2900ppm，Fe3+:980ppm，Pb2+:1.30ppm，Cu2+:4.5ppm。
按照上述组分和生产方法，制备得到的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板，其性能参数如下表2所示；
表2实施例2的性能测试结果
实施例3
选用的硬化钢板，其组分及质量百分比为：C:0.0016％、Si:0.025％、Mn:0.7％、P:0.053％、S:0.010％、Nb:0.0009％、Als:0.045％、N:0.0030％、余量为铁及不可避免的杂质。
该制备方法依次通过：
1)冶炼并浇铸成板坯；
2)将经步骤1)制备的板坯加热到1240℃，并控制终轧温度为920℃；
3)常规水冷至卷取温度并进行卷取，控制卷取温度为700℃；
4)进行冷轧：控制冷轧总压下率为78％；
5)进行连续退火：控制退火均热温度为810℃，控制带钢运行速度为200m/min，并快速冷却到400℃；然后在380℃的温度下进行过时效处理，处理时间控制为200s；
6)进行平整：控制平整轧辊粗糙度为2.9μm，且保证平整延伸率为1.40％；
7)进行常规碱洗、刷洗、电解脱脂和漂洗；
8)采用重力法电镀锌：电镀液为硫酸锌溶液，硫酸锌溶液的浓度控制为90g/L，电镀液的pH值为1.4，电镀液的温度为54℃，带钢在电镀槽中的运行速度为90m/min；且电镀液中杂质粒子的浓度控制在：Fe2+:2800ppm，Fe3+:950ppm，Pb2+:1.25ppm，Cu2+:4.0ppm。
按照上述组分和生产方法，制备得到的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板，其性能参数如下表3所示；
表3实施例3的性能测试结果
实施例4
选用的硬化钢板，其组分及质量百分比为：C:0.0026％、Si:0.015％、Mn:0.6％、P:0.045％、S:0.008％、Nb:0.0008％、Als:0.033％、N:0.0025％、余量为铁及不可避免的杂质。
该制备方法依次通过：
1)冶炼并浇铸成板坯；
2)将经步骤1)制备的板坯加热到1250℃，并控制终轧温度为930℃；
3)常规水冷至卷取温度并进行卷取，控制卷取温度为710℃；
4)进行冷轧：控制冷轧总压下率为75％；
5)进行连续退火：控制退火均热温度为815℃，控制带钢运行速度为220m/min，并快速冷却到395℃；然后在375℃的温度下进行过时效处理，处理时间控制为220s；
6)进行平整：控制平整轧辊粗糙度为3.0μm，且保证平整延伸率为1.5％；
7)进行常规碱洗、刷洗、电解脱脂和漂洗；
8)采用重力法电镀锌：电镀液为硫酸锌溶液，硫酸锌溶液的浓度控制为100g/L，电镀液的pH值为1.5，电镀液的温度为55℃，带钢在电镀槽中的运行速度为100m/min；且电镀液中杂质粒子的浓度控制在：Fe2+:2700ppm，Fe3+:900ppm，Pb2+:1.20ppm，Cu2+:3.8ppm。
按照上述组分和生产方法，制备得到的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板，其性能参数如下表4所示；
表4实施例4的性能测试结果
实施例5
选用的硬化钢板，其组分及质量百分比为：C:0.0016％、Si:0.015％、Mn:0.65％、P:0.035％、S:0.008％、Nb:0.0008％、Als:0.023％、N:0.0025％、余量为铁及不可避免的杂质。
该制备方法依次通过：
1)冶炼并浇铸成板坯；
2)将经步骤1)制备的板坯加热到1260℃，并控制终轧温度为940℃；
3)常规水冷至卷取温度并进行卷取，控制卷取温度为720℃；
4)进行冷轧：控制冷轧总压下率为73％；
5)进行连续退火：控制退火均热温度为817℃，控制带钢运行速度为240m/min，并快速冷却到390℃；然后在370℃的温度下进行过时效处理，处理时间控制为230s；
6)进行平整：控制平整轧辊粗糙度为3.3μm，且保证平整延伸率为1.6％；
7)进行常规碱洗、刷洗、电解脱脂和漂洗；
8)采用重力法电镀锌：电镀液为硫酸锌溶液，硫酸锌溶液的浓度控制为105g/L，电镀液的pH值为1.7，电镀液的温度为57℃，带钢在电镀槽中的运行速度为110m/min；且电镀液中杂质粒子的浓度控制在：Fe2+:2700ppm，Fe3+:900ppm，Pb2+:1.20ppm，Cu2+:3.8ppm。
按照上述组分和生产方法，制备得到的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板，其性能参数如下表5所示；
表5实施例5的性能测试结果
实施例6
选用的硬化钢板，其组分及质量百分比为：C:0.0035％、Si:0.015％、Mn:0.65％、P:0.035％、S:0.008％、Nb:0.0012％、Als:0.023％、N:0.0025％、余量为铁及不可避免的杂质。
该制备方法依次通过：
1)冶炼并浇铸成板坯；
2)将经步骤1)制备的板坯加热到1280℃，并控制终轧温度为950℃；
3)常规水冷至卷取温度并进行卷取，控制卷取温度为740℃；
4)进行冷轧：控制冷轧总压下率为70％；
5)进行连续退火：控制退火均热温度为820℃，控制带钢运行速度为260m/min，并快速冷却到390℃；然后在360℃的温度下进行过时效处理，处理时间控制为250s；
6)进行平整：控制平整轧辊粗糙度为3.5μm，且保证平整延伸率为1.6％；
7)进行常规碱洗、刷洗、电解脱脂和漂洗；
8)采用重力法电镀锌：电镀液为硫酸锌溶液，硫酸锌溶液的浓度控制为120g/L，电镀液的pH值为1.8，电镀液的温度为58℃，带钢在电镀槽中的运行速度为120m/min；且电镀液中杂质粒子的浓度控制在：Fe2+:2700ppm，Fe3+:900ppm，Pb2+:1.20ppm，Cu2+:3.8ppm。
按照上述组分和生产方法，制备得到的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板，其性能参数如下表6所示；
表6实施例6的性能测试结果
本发明采用较低的生产成本，较宽松的工艺要求制备得到了汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板，该钢板以型号为H220B+ZE的钢作为生产原料，且该型号的钢含有超低含量的铌和碳元素，经过常规工艺的处理，得到屈服强度低，具有优良深冲性能的电镀锌烘烤硬化钢板，该钢板主要应用于汽车外观件，如发动机罩板、行李箱外板等。
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。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 (7)

1.一种汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法，其特征在于：包括如下制备步骤：
1)电镀锌烘烤硬化钢板的成分选择：该硬化钢板的化学成分质量百分数为：C≤0.0035％、Si≤0.030％、Mn:0.4～0.7％、P≤0.060％、S≤0.015％、Nb≤0.0012％、Als:0.02～0.055％、N≤0.004％，余量为铁及不可避免的杂质；
2)冶炼并浇铸成板坯；
3)经常规加热后进行热轧：控制终轧温度为900～960℃；
4)常规水冷至卷取温度并进行卷取：控制卷取温度为680～740℃；
5)进行冷轧：控制冷轧总压下率不大于85％；
6)进行连续退火：控制退火均热温度为780～840℃，控制带钢运行速度在160～280m/min之间，并快速冷却到370～430℃；
7)进行平整：保证平整延伸率为1.1～1.8％；
8)进行常规碱洗、刷洗、电解脱脂和漂洗；
9)采用重力法电镀锌：电镀液为硫酸锌溶液，硫酸锌溶液的浓度控制在80～110g/L，电镀液的pH值为1.2～1.8，电镀液的温度为50～58℃，带钢在电镀槽中的运行速度为80～120m/min；且电镀液中杂质粒子的浓度控制在：Fe2+≤3000ppm，Fe3+≤1000ppm，Pb2+＜1.4ppm，Cu2+＜5ppm。
2.根据权利要求1所述的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤1)中硬化钢板的化学成分质量百分数为：C:0.0016～0.0035％、Si≤0.030％、Mn:0.4～0.7％、P:0.035～0.060％、S≤0.015％、Nb:0.0006～0.0012％、Als:0.02～0.055％、N≤0.004％、余量为铁及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤1)中硬化钢板的化学成分质量百分数为：C:0.0016％、Si:0.025％、Mn:0.46％、P:0.047％、S:0.015％、Nb:0.0006％、Als:0.03％、N:0.0025％、余量为铁及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1或2或3所述的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤6)中，控制退火均热温度为800～820℃，控制带钢运行速度在180～260m/min之间，并快速冷却到390～410℃；然后在360～390℃的温度下进行过时效处理，处理时间控制为180～250s。
5.根据权利要求1或2或3所述的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤3)中，将经步骤2)制备的板坯加热到1220～1280℃，并控制终轧温度为910～950℃。
6.根据权利要求1或2或3所述的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤5)中，控制冷轧总压下率在70～85％之间。
7.根据权利要求1或2或3所述的汽车外板用电镀锌烘烤硬化钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤7)中，控制平整轧辊粗糙度为2.5～3.5μm之间，且保证平整延伸率为1.3～1.6％。
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