CN107245664A

CN107245664A - 一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢及生产方法

Info

Publication number: CN107245664A
Application number: CN201710422409.6A
Authority: CN
Inventors: 杨震; 陈宇; 黄峰; 潘立波; 李箭
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2017-10-13

Abstract

一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢，其钢基组分及wt%为C：0.080～0.095，Mn：1.65～1.85%，Si：0.010～0.015%，P≤0.01%，S≤0.006%，Al：0.02～0.03%，Ti：0.06～0.08%。生产步骤：进行热轧、冷却、卷曲、酸洗及冷轧；连续退火；连续热镀锌；进行合金化；用气刀进行冷却；进行后工序处理。本发明在保证抗拉强度≥590Mpa、屈服强度≥340MPa，延伸率≥20%，n≥0.14的条件下，合金化镀层组织细小、均匀、致密，粉化级别不超过2级，通过加入元素Ti，不仅能最大程度减少合金化过程中马氏体的分解，还能使合金化时间有现在的不低于10s降低至5～9s，从而还提高了生产效率。

Description

一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种汽车用钢及生产方法，具体属于一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢及生产方法。

背景技术

随着汽车轻量化技术的发展，汽车用钢向高强钢方向发展已经成为必然趋势。双相钢作为其中一员具有低屈服强度、高抗拉强度和良好塑性相结合的优势，因此成为汽车用钢的首选。与普通冷轧钢相比，镀锌双相钢还具有优秀的抗腐蚀性能，保证汽车具有良好的耐锈蚀穿孔能力，其目前主要用于轿车的结构件和加强件，高表面质量的镀锌双相钢还可应用于汽车覆盖件。合金化工艺是在钢板镀锌过后，将其置于保温炉中加热，使锌铁原子发生进一步扩散，最终获得锌-铁合金镀层。与纯锌镀层相比，锌-铁合金镀层的标准电极电位更高，但仍然低于铁，故具有更好的抗腐蚀性能，并且合金化镀层具有更好的焊接性能和涂装性能。目前汽车用钢年需求量约为6000万吨，因此，高强度合金化热镀锌钢在汽车市场具有十分广阔的前景。

目前，450MPa抗拉强度级别以下的合金化热镀锌钢的生产技术已经相对成熟，然而，随着强度级别的提升，合金化热镀锌钢的生产会遇到许多瓶颈，如：镀层的粉化和合金化后钢板力学性能的降低。镀层的粉化是由于合金化镀层中相结构分布不合理，塑性的δ相在镀层中没有达到足够比例（≥70%）或是形成了连续的Γ相，这主要是由合金化热镀锌工艺不合理造成的，如合金化温度过高，合金化时间过长等；钢板力学性能降低是由于在传统合金化工艺中，合金化温度在500℃以上，随着合金化时间延长，钢基中马氏体不断分解并部分转化为贝氏体，马氏体体积分数的减少导致合金化热镀锌钢的力学性能下降。

另外，从现有技术来看，所使用的热镀锌钢的基板，均含有Nb元素。之所以加Nb，是大家认为Nb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，从而达到强化钢基的目的，并认为如果加入元素Ti，则认为其会由于在奥氏体化的过程中形成的TiO2和TiN含量高且分布不均匀，会降低钢的纯净度和表面质量。然而，Nb作为一种贵金属资源，其市场价格比Ti高，向高强钢中加入Nb会极大提高生产成本。

如经初步检索：

中国专利号为CN201510454446.6的文献，其公开了《一种抗拉强度440MPa级的汽车用合金化热镀锌钢及生产方法》，该方法中采用的锌锅Al含量偏高，为0.120～0.135%，导致所需合金化时间过长，为10～25s，这会使得镀层中Γ相增多，镀层抗粉化性能下降；同时，钢基的强度会随着合金化时间延长而降低。

中国专利号为CN201510828968.8的文献，其公开了《一种450MPa级厚规格热镀锌钢及其生产方法》，中国专利号为CN201610735291.8的文献，其公开了《一种屈服强度为310MPa级的铁-锌镀层钢板及生产方法》，此文献均为通过添加Nb，达到细化晶粒，从而强化钢基的目的，但提高了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的高强钢镀层粉化严重和合金化后钢基力学性能下降的不足，提供一种在保证抗拉强度≥590Mpa、屈服强度≥340MPa，延伸率≥20%，n≥0.14的条件下，通过加入元素Ti，达到净化晶界的作用，并使合金化时间降低至5～9s的抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢，其钢基组分及重量百分比含量为C：0.080～0.095，Mn：1.65～1.85%，Si：0.010～0.015%，P≤0.01%，S≤0.006%，Al：0.02～0.03%，Ti：0.06～0.08%,其余为Fe及不可避免的杂质。

优选地：C的重量百分比含量为0.085～0.091%。

优选地：Si的重量百分比含量为0.011～0.014%。

优选地：Ti的重量百分比含量为0.063～0.073%。

生产一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢的方法，其步骤：

1）经常规进行热轧、冷却、卷曲、酸洗及冷轧；

2）进行连续退火，并控制退火温度控制在790～810℃，钢带运行速度在110～120m/min；

3）进行连续热镀锌，当钢板的温度降至480±5℃时，放入温度为460±5℃锌液锅中进行热浸镀；控制锌锅中Al含量在0.100～0.110%；

4）进行合金化：将钢板置入500-520℃合金化炉中进行合金化，合金化时间在5～9s；

5）常规采用气刀对钢板进行冷却；

6）进行后工序处理。

优选地：退火温度控制在790～800℃，钢带运行速度在112～116m/min。

优选地：锌锅中Al的重量百分比含量在0.102～0.106%。

本发明中各元素级主要工艺的机理及作用

C：本发明的C含量选择在0.080～0.095%。由于C是最有效的固溶强化元素，钢板的强度随C含量的提高而显著提高，因此，为了提高强度需要添加一定量的C。但当C含量低于0.080%时，达不到强度需求，当C含量高于0.095%时，钢板的成形性能会变差，其焊接性能也恶化。因此，综合考虑，将C含量控制在0.085～0.095%，进一步优选0.085～0.091%。

Si：Si是一种强化元素，可以提高产品的强度，若含量低于0.010%，达不到要求的强度值，但若超过0.015%，在热轧过程中Si会促进氧化铁皮的生成，恶化表面质量，并影响到后续酸洗工序的效果。同时，随着Si含量的提高，退火过程中Si表面富集明显，钢板表面容易产生漏镀点缺陷，严重影响钢板表面质量。因此，必须将Si含量控制在0.010～0.015%的范围内，进一步优选0.011～0.014%。

Mn：Mn是本发明中主要固溶强化元素。为了确保机械特性和强度而需要含有1.65％以上。但如果超过1.85％则变得难以确保焊接性和镀层密合性，并且难以确保强度和延展性的平衡。因此，Mn含量控制在1.65～1.85%。

P：P是钢中的有害元素，容易在晶界偏析，增加钢板脆性，导致钢板的冲压性能变差，可焊性变差。并且在镀锌时，P含量过高，会使镀层形成大量的Γ相，镀层抗粉化能力变差。同时，合金化过程中，P会阻塞在晶界，阻碍Zn和Fe原子的扩散，推迟合金化进程。因此，P的含量控制在≤0.01%。

S： S是钢中的有害元素，当S含量过高时，容易形成MnS夹杂，损害钢板塑性，并造成性能的各向异性。并且随着S含量的提高，钢板的耐蚀性能将变差。因此控制S含量S≤0.006%。

Al： Als可以脱氧，当Als含量不足0.02%时，不能发挥其效果。但是，随着Als的增加，钢中的夹杂物也会增多，夹杂物尺寸将会变大，同时提高生产成本。因此Als控制范围是0.02～0.03%。

Ti： Ti可以细化晶粒，进一步提高钢基强度，并且细化的晶粒为合金化过程中Zn和Fe的扩散提供更多的晶界通道，加速合金化进程，降低合金化时间，从而最大程度减少合金化过程中马氏体的分解。但当Ti含量低于0.06%时，达不到预期的净化作用，而当含量大于0.08%时，会影响镀层的密合性，同时导致生产成本上升，另外，晶界过度净化会使合金化过程中Zn和Fe反应过于剧烈，导致爆破组织的产生，恶化镀层质量。因此Ti的含量控制在0.06～0.08%，进一步优选0.063～0.073%。

本发明之所以控制退火温度控制在790～805℃，钢带运行速度在110～120m/min，这是由于当退火温度低于790℃时，钢基中马氏体含量不足，难以达到所需强度，当退火温度高于805℃时，钢基中合金元素的表面氧化加剧，降低钢基可镀性，随之还提高了生产成本。钢带运行速度低于110m/min会延长合金化时间，导致镀层粉化加剧，运行速度高于120m/min会降低镀锌时钢基表面均匀性，并且合金化时间不足会导致镀层抗腐蚀性和焊接性能降低。

本发明之所以控制锌液锅中Al含量在0.100～0.110%，是由于当Al含量低于0.10%时，基板与镀层直接形成的Fe₂Al₅抑制层不够均匀，镀层容易出现过合金化，并且容易导致合金化不均，影响产品表面质量；当Al含量高于0.11%时，形成的抑制层过厚，需要提高合金化温度或合金化时间，并且，合金化时间过长，钢板强度会明显下降。

本发明之所以控制合金化温度为500-520℃，合金化时间在5～9s，是由于当合金化温度低于500℃时，Zn和Fe扩散较慢，容易得到欠合金化镀层，影响镀层的焊接性和抗腐蚀性；而合金化温度高于520℃时，镀层中Γ相含量增加，恶化了镀层的抗粉化性能，并且Zn和Fe反应过于剧烈，容易形成爆破组织。合金化时间低于5s时，合金化程度不足，镀层中含有ζ相过多，镀层焊接性能和抗腐蚀性能降低；合金化时间高于9s时，Γ相含量增加，镀层抗粉化性能下降，并且钢基力学性能下降。

本发明与现有技术相比，在保证抗拉强度≥590Mpa、屈服强度≥340MPa，延伸率≥20%，n≥0.14的条件下，合金化镀层组织细小、均匀、致密，粉化级别不超过2级，通过加入元素Ti，不仅能最大程度减少合金化过程中马氏体的分解，还能使合金化时间有现在的不低于10s降低至5～9s，从而还提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明的镀层表面形貌图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的组分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例力学性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）经常规进行热轧、冷却、卷曲、酸洗及冷轧；

5）常规采用气刀对钢板进行冷却；

6）进行后工序处理。

表1本发明各实施例及对比例化学成分取值列表（wt%）

表2本发明各实施例及对比例主要工艺参数列表

表3为本发明各实施例及对比例力学性能检测情况列表

从表3可以看出，对比例1中不含Ti，所需合金化时间较长，导致钢基强度明显下降，对比例2含有较高Nb，使退火温度偏高，导致成品强度下降。采用本发明的生产工艺，可以得到一种屈服强度为340~360MPa，抗拉强度为不低于590MPa，延伸率≥20%，n值≥0.14，且其合金化镀层组织细小、均匀、致密，粉化级别不超过2级，抗粉化性能优良，成本相对较低，具有优异的综合性能的钢板。随着汽车轻量化的发展，该钢具有良好的市场前景。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims

1.一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢，其钢基组分及重量百分比含量为C：0.080～0.095，Mn：1.65～1.85%，Si：0.010～0.015%，P≤0.01%，S≤0.006%，Al：0.02～0.03%，Ti：0.06～0.08% ,其余为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢，其特征在于：C的重量百分比含量为0.085～0.091%。

3.如权利要求1所述的一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢，其特征在于：Si的重量百分比含量为0.011～0.014%。

4.如权利要求1所述的一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢，其特征在于：Ti的重量百分比含量为0.063～0.073%。

5.生产如权利要求1所述的一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢的方法，其步骤：

1）经常规进行热轧、冷却、卷曲、酸洗及冷轧；

5）常规采用气刀对钢板进行冷却；

6）进行后工序处理。

6.如权利要求5所述生产的一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢的方法，其特征在于：退火温度控制在790～800℃，钢带运行速度在112～116m/min。

7.如权利要求5所述生产的一种抗拉强度≥590MPa的合金化热镀锌钢的方法，其特征在于：锌锅中Al的重量百分比含量在0.102～0.106%。