CN106854729A

CN106854729A - 一种含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板及其制造方法

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Publication number: CN106854729A
Application number: CN201510902010.9A
Authority: CN
Inventors: 金澜; 刘友荣; 穆海玲
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-06-16

Abstract

本发明涉及一种含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板及其制造方法，主要解决现有技术中含磷IF钢可制造性差、制造成本高的技术问题。本发明提供的含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板，其化学成分的重量百分比为：C≤0.003%，Si≤0.03%，Mn:0.2%～0.6%，P:0.04%～0.08%，S≤0.02%，N≤0.005%，Alt：0.02%～0.06%，Ti:0.004%～0.089%，其余为Fe和不可避免的夹杂，且上述元素重量百分含量满足0.004%≤Ti-(3.4N+1.5S+4C)≤0.03%。本发明冷轧镀锌钢板屈服强度R_P0.2≥260MPa，主要用作彩涂板基板、家电面板。

Description

一种含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及冷轧镀锌钢板,特别涉及一种含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域。

背景技术

近年来，国内家电行业在面板制造中开始选用彩涂板，由于其自带各种颜色或图案，不需要在成型后进行如静电喷涂等面板着色工艺，因而具有易生产和无污染的优点。此外，彩涂板一般采用镀锌板作为基板，锌层可以减少环境对钢板的腐蚀，起到良好的保护作用。制作家电面板的彩涂板，首先，在生产加工特别是在曲面折弯成型上，材料需要满足不起楞的要求，其次，在服役条件下，材料需要具备一定的屈服强度，以保持家电产品的良好外形。

无间隙原子钢（IF钢），由于钢中的间隙原子被钛或铌元素固定后形成碳、氮化物，因此，此类钢种没有时效现象。IF钢冷轧退火产品在彩涂完烘烤后，材料拉伸不出现屈服平台，因此，相比于普通碳钢，IF钢可以更好的满足曲面折弯不起楞的要求。但传统的IF钢强度较低，屈服强度一般在200MPa以下，不能很好适应有一定强度要求的用途。因此，自二十世纪七、八十年代起，人们开始在普通IF钢中加入P、Si、Mn等固溶强化元素以提高钢板强度，同时钢板中仍无间隙原子，以保证优良的冲压性能和无时效的优点。

专利公开号CN102644023A公开了一种含P的IF汽车面板用钢及其生产方法。其组分及重量百分比为：C:≤0.0048%，Si:0.04～0.06%，Mn:0.28～0.35%，P:0.045～0.096%，Ti:0.04～0.065%，Al:0.02～0.025%，B:0.0023～0.007%，S:≤0.015%，N:≤0.003%，其余为铁及不可避免的杂质。其最终状态为冷轧连续退火板，屈服强度小于210MPa。

专利公开号CN101096034B公开了一种轿车外板用超低碳钢生产方法。其钢水化学成分为：C ≤0.006%，Si ≤0.15%、Mn 0.21%～0.50%、P 0.009～0.015%、S ≤0.015%、Ti ≤0.10%、Nb ≤0.05%、Als ≤0.06%、N ≤0.003%，余量为Fe和不可避免的杂质。其最终状态为冷轧退火板，屈服强度小于250MPa。

专利公开号CN101348884B公开了一种440MPa含铌高强IF钢钢及其制备方法。其化学成分质量百分比为：C:0.005～0.007%, Si:0.02～0.03%，Mn:1.2～2.1%, P＜0.08%，S＜0.006%，N≤0.003%，Nb:0.05～0.11%，B:0.0005～0.002%，Cr:0.2～0.5%，Ti:0.005～0.01%，Al:0.01～0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质。其最终状态为冷轧退火板，屈服强度大于300MPa。

上述专利中的含磷IF钢，虽然有的屈服强度也能达到家电面板的要求，但是针对磷在晶界偏聚的危害，都通过添加硼(B)、采用铌钛(Nb+Ti)复合，或两者兼用的办法，以减小二次加工脆性。这些元素的添加对于家电面板用途的冷轧IF钢而言，显然没有特别的必要，因为家电面板在变形加工过程中一般只经过折弯、翻边等简单工序，产生的变形量较小，所以发生二次加工脆性的可能性也较小，特别是在采用连退方式生产的家电面板，由于钢板具有不同与罩退IF钢的织构取向，抑制二次加工脆性的效果更佳。上述专利由于添加了B和Nb，由此而带来的问题是，硼元素会使得连铸板坯的容易产生缺陷，降低钢板的焊接性能，而铌比钛贵，经济性较差。此外，添加硼，或采用铌钛(Nb+Ti)复合的IF钢，再结晶温度都相对较高，增加了退火产线的生产难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板及其制造方法，主要解决现有技术中含磷IF钢可制造性差、制造成本高的技术问题。

本发明采用的具体技术方案是：

一种含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板，其化学成分的重量百分比为：C≤0.003%，Si≤0.03%，Mn:0.2%～0.6%，P:0.04%～0.08%，S≤0.02%，N≤0.005%，Alt：0.02%～0.06%，Ti:0.004%～0.089%，其余为Fe和不可避免的夹杂，且上述元素重量百分含量满足0.004%≤Ti-(3.4N+1.5S+4C)≤0.03%。

本发明所述的含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：[C]为固溶强化元素，有助于提高强度，但钢中大量含有碳时，钢中含钛的碳化物量增加，不利于后续的再结晶。且在IF钢的精炼工艺上，控制碳的下限较为困难碳的含量较为困难。因此，本发明的设定碳含量≤0.003%；

硅：[Si]是铁素体中十分有效的固溶强化元素，但是含量较高的Si会在热镀纯锌的浸镀时影响镀锌层的表面质量，会导致漏镀缺陷。此外，硅含量过高会在热轧板表面形成严重的难以去除的Fe₂O₃，影响产品外观及后续表面处理。因此，本发明中硅不作为强化元素使用，设定硅含量≤0.03%；

锰：[Mn]作为固溶强化元素使钢强度增大，适当在钢中添加Mn有利于强度的提高，为了确保钢板刚性，需要含有0.1% 以上的锰。但在含磷钢中，复合添加大量的锰反而降低了铁素体点阵畸变，效果不佳。本发明设定锰含量为0.2～0.6%；

磷：[P]是一种价格低廉且固溶强化能力强的元素，每添加0.01%的磷，可提高强度8～10MPa。当磷原子进入铁原子晶格内，与铁置换形成固溶体，但由于磷原子与铁原子半径不同，使得铁的基体点阵畸变，从而达到固溶强化效果。随着磷含量的提高，IF钢强度增加，而延伸率下降明显。同时磷过高将会导致材料的脆性，并且影响材料的焊接性能。综合考虑，本发明设定P含量为0.04%～0.08%；

硫：[S]易偏析，而且对钢板质量危害比较大，应尽可能控制在较低水平。硫是导致产生裂纹的原因之一，此外，硫在钢中形成硫化物夹杂，使其延展性和韧性降低。本发明设定硫含量≤0.02%；

氮：[N]是难以避免的杂质元素，减少氮含量对加工性有利，且可以减少合金钛的添加量，因此越少越好。本发明设定氮含量≤0.005%；

铝：[Al]是作为脱氧剂而含有的元素，能够保证脱氧效果即可，因此本发明设定铝含量0.02%～0.06%；

钛：[Ti]用于固定钢中的碳、氮、硫，需要根据其对其余三种元素原子量的比值确定所需最小的钛含量。钢中存在一定量的剩余钛，除了进一步降低游离态的碳、氮原子数量从而确保钢板无时效之外，同时对提高钢板的r值有利，但过量的剩余钛会提高再结晶的温度。本发明设定钛含量为0.004%～0.089%，且元素Ti、N、S、C的重量百分含量满足0.004%≤Ti-(3.4N+1.5S+4C)≤0.03%。

一种含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板的制造方法，该方法包括：

经真空脱气处理后的钢水进行连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的重量百分比为：C≤0.003%，Si≤0.03%，Mn:0.2%～0.6%，P:0.04%～0.08%，S≤0.02%，N≤0.005%，Alt：0.02%～0.06%，Ti:0.004%～0.089%，其余为Fe和不可避免的夹杂，且上述元素重量百分含量满足0.004%≤Ti-(3.4N+1.5S+4C)≤0.03%；

连铸板坯于1180℃～1220℃，加热150min～240min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1030℃～1070℃，粗轧后中间坯厚度为38mm～42mm；精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区轧制，精轧结束温度为900℃～940℃，精轧后钢板厚度为2.0mm～4.0mm，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为660～700℃卷取得到热轧钢卷；

热轧钢卷重新开卷后经卧式紊流酸洗浅槽酸洗30s～35s、冷轧、卧式连续退火炉中退火、热镀锌、平整、卷取得到厚度为0.3mm～0.8mm成品冷轧镀锌钢板，所述冷轧压下率为73%～90%，经过冷轧后的轧硬状态带钢在卧式连续退火炉退火的均热段温度为790℃～820℃，带钢在均热段的退火时间为30s～55s，平整延伸为率1.5％～3.5％。

本发明采取的生产工艺的理由如下：

1、连铸板坯加热温度和加热时间的设定

连铸板坯出加热炉温度不能太低，考虑到热轧轧制制过程的温降，为了保证终轧温度，使热轧在奥氏体区间进行。此外，较高的出炉温度可使较为粗大的(Ti,Mn)S第二相粒子部分溶解，在接下来的工序中生成弥散的微细析出物，以提高产品的强度。但加热温度不可过高，否则一次氧化铁皮较厚，不利于粗轧除磷，影响成品表面质量。在设定的温度区间中，若加热时间过短，连铸坯无法完全加热，若进行长时间加热，也会导致氧化铁皮增多。因此本发明设定连铸板坯加热温度为1180℃～1220℃，加热时间为150min～240min。

2、粗轧结束温度和粗轧后中间坯厚度的设定

粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧使得铸坯中的奥氏体晶粒细化。粗轧结束温度过高，则晶粒细化效果不好，结束温度过低，则无法保证精轧结束温度。中间坯厚度影响钢板终轧温度，特别是钢板边部终轧温度，如果中间坯温降过大，会影响后续的精轧终轧温度，特别是钢板边部温降很大，钢板边部处于两相区轧制，导致边部性能的急剧恶化。此外，较厚的中间坯有利于在精轧阶段，累计更多的变形能，从而得到细小的晶粒，从而提升钢板的强度。但中间坯过厚，会增加精轧机组的负荷。经综合考虑，本发明设定粗轧结束温度为1030℃～1070℃，中间坯厚度38mm～42mm。

3、精轧结束温度设定

本发明材料的精轧结束温度要高于Ar₃相变点，否则力学性能恶化。但过高的表面温度热轧产线难以达到，也会影响最终产品的屈服强度，以及冷轧产品的表面质量。精轧结束温度设定为900℃～940℃。

4、精轧后层流冷却方式的设定

精轧结束时的表面温度为略高于Ar₃相变点的温度，随后在短时间内对精轧出口的钢板实施冷却。当精轧结束后，若钢板冷却速度较慢则铁素体相变也发展缓慢，铁素体晶粒相对粗大，屈服强度降低。综合考虑，本发明设定精轧后层流冷却采取前段冷却。

5、热轧卷取温度设定

热轧卷取温度不宜过低，主要是为了给IF钢中的第二相粒子的熟化过程提供充足的动力和时间，同时缩小钢卷内圈和外圈的性能波动。适当尺寸的第二相粒子即可满足后续冷轧退火的要求，若热轧卷取温度太高，则后续冷轧退火后再结晶晶粒容易长大，屈服强度降低。综合考虑，本发明设定热轧卷取为660℃～700℃，热轧钢板成卷后自然冷却。

6、热轧钢板酸洗时间设定

本发明材料热轧钢板在卧式紊流酸洗浅槽内酸洗时，即便酸洗液中添加缓蚀剂，酸洗反应仍相对激烈。因此，在保证洗净的前提下，尽可能缩短酸洗时间。通过理论研究和实践，发现若酸洗时间较长，容易形成过酸洗缺陷，形成粗糙不平的表面状态，严重时影响冷轧轧制精度。综合考虑，本发明设定热轧钢板酸洗时间为30s～35s。

7、冷轧压下率设定

本发明冷轧采用连轧机组进行5道次连轧，冷轧变形量的增加，能够促进连续退火的再结晶，得到晶粒细小的组织，从而提高钢板的强度。但变形量提高到一定程度，轧机的负荷聚集上升。综合考虑，本发明本发明设定冷轧压下率为73%～90%。

8、退火温度和退火时间设定

本发明采用卧式连续退火炉对冷轧轧硬后的冷轧钢板进行退火，由于卧式连续退火炉的温度较罩式退火设备为高，因此，产品容易实现良好的织构，具有较强的抗二次冷加工脆性能力。但由于希望产品的屈服强度尽量高些，因此应控制再结晶的晶粒尺寸，退火温度不要设定太高。退火时间足以保证再结晶完成即可。本发明设定钢带在卧式连续退火炉均热段的退火温度为790℃～820℃，均热锻退火时间为30～55s。

9、平整延伸率的设定

平整除了保证良好的板形，通过一定量的平整可以提高材料的屈服强度。根据最终的家电面板的产品需要，平整延伸率可以在一定范围的进行调节。在本发明钢，每提高1%的平整延伸率，屈服强度上升20MPa左右。本发明采用干平整工艺，经综合考虑，本发明平整延伸率为1.5%～3.5%。

本发明得到的含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板，其显微组织为铁素体，晶粒度级别为I6.5～I8.5级；屈服强度R_P0.2为260MPa～300MPa，抗拉强度Rm≥330MPa，断后伸长率A₈₀≥30%。

本发明冷轧镀锌钢板能用彩涂板基板、家电面板。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：

1、本发明在IF钢上采用主要添加磷元素的化学组分，通过对连铸板坯加热温度、中间坯板坯厚度、精轧结束温度、轧后冷却方式、卷取温度、酸洗时间、冷轧压下率、连续退火工艺制度、平整延伸率等工艺参数的优化组合，最终产品无时效现象，且具有较高的屈服强度，产品满足家电面板的后续加工及服役要求。

2、本发明采用含磷Ti-IF钢的成分设计，Ti-IF钢的退火温度相对Nb-IF钢和Nb-Ti-IF钢要低，因而可以在较低温下实现冷轧连续退火，因而再结晶晶粒相对细小，起到较好的细晶强化效果，屈强比较高。在Ti-IF钢中，磷元素是最有效、也是最廉价的固溶强化元素，可以有效的提高钢板的强度，而钢板的延伸率有所下降。家电面板在加工过程中变形程度不高，因此采用含磷的Ti-IF钢能够充分利用钢板的屈服强度，本发明冷轧镀锌钢板的制造成本低。

3、本发明化学成分中不需要添加合金元素Nb、B等，合金成本低，在连铸、连续退火等环节上制造性更好，满足了钢铁企业经济生产的需求。

附图说明

附图为本发明实施例2的冷轧镀锌钢板的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例1～6对本发明做进一步说明。

表1为本发明实施例钢的化学成分（按重量百分比计），余量为Fe及不可避免杂质。

表1 本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。

按照本发明材料成分设计的要求，通过采用转炉熔炼得到符合要求化学成分的钢水，钢水经RH炉真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯，厚度为210～230mm，宽度为800～1300mm，长度为5000～10000mm，其中RH纯脱气时间大于10分钟。

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，层流冷却采用前段冷却，然后进行卷取，产出热轧钢卷。热轧工艺控制见表2。

表2 本发明实施例热轧工艺控制参数

将上述热轧钢卷重新开卷后在卧式紊流浅槽中进行酸洗，冷轧，经过冷轧后轧硬状态的钢带经过卧式连续退火炉中退火、热镀锌、平整、卷取得到厚度为0.3mm～0.8mm成品冷轧镀锌钢板，退火工艺为：钢带在卧式连续退火炉的均热段的退火温度范围为790℃～820℃，在均热段的时间为30s～55s。酸洗、冷轧、退火、平整工艺控制参数见表3。

表3 本发明实施例酸洗、冷轧、退火、平整工艺控制参数

利用上述方法得到的含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板。参照附图，含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板的显微组织为铁素体，晶粒度级别为I6.5～I8.5级；屈服强度R_P0.2为260MPa～300MPa，抗拉强度Rm≥330MPa，断后伸长率A₈₀≥30%。

将本发明得到的含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板按照《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。钢板的力学性能见表4。

表4 本发明实施例冷轧镀锌钢板的力学性能

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

1.一种含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板，其化学成分的重量百分比为：C≤0.003%，Si≤0.03%，Mn:0.2%～0.6%，P:0.04%～0.08%，S≤0.02%，N≤0.005%，Alt：0.02%～0.06%，Ti:0.004%～0.089%，其余为Fe和不可避免的夹杂，且上述元素重量百分含量满足0.004%≤Ti-(3.4N+1.5S+4C)≤0.03%。

2.如权利要求1所述的含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板，其显微组织为铁素体，所述组织晶粒度级别为I6.5～I8.5。

3.如权利要求1或2所述的含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板，其0.3mm～0.8mm厚冷轧镀锌钢板的屈服强度R_P0.2为260MPa～300MPa，抗拉强度Rm≥330MPa，断后伸长率A₈₀≥30%。

4.如权利要求1—3任一所述的含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板的制造方法，包括：

经真空脱气处理后的钢水进行连铸得到连铸板坯；

连铸板坯于1180℃～1220℃，加热150min～240min后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1030℃～1070℃，粗轧后中间坯厚度为38mm～42mm；精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区轧制，精轧结束温度为900℃～940℃，精轧后层流冷却采用前段冷却，卷取温度为660～700℃卷取得到热轧钢卷；

热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、卧式连续退火炉中退火、热镀锌、平整、卷取得到厚度为0.3mm～0.8mm成品冷轧镀锌钢板，所述冷轧压下率为73%～90%，经过冷轧后的轧硬状态带钢在卧式连续退火炉退火的均热段温度为790℃～820℃，带钢在均热段的退火时间为30s～55s，平整延伸为率1.5％～3.5％。

5.如权利要求4所述的含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板的制造方法，其特征是，热轧精轧后，控制热轧钢板厚度为2.0mm～4.0mm。

6.如权利要求4所述的含磷无间隙原子冷轧镀锌钢板的制造方法，其特征是，所述酸洗时间为30s～35s。