CN107419176A - 具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢及制造方法，它的化学成分的重量百分数为：C：0.060～0.080％、Si：0.100～0.200％、Mn：1.000～1.250％、P≤0.020％、S≤0.008、Nb：0.015～0.025％、Als：0.015～0.040％、Cu≤0.300％、Ni≤0.300％、Cr≤0.300％；其余为Fe和不可避免的杂质；该方法通过铁水脱硫、转炉冶炼、真空处理、连铸、整形、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取、精整、酸洗工艺、平整、卷取、重卷、涂油和包装制造而成，本发明的热轧酸洗钢具有良好的延展性能、冷冲压成形性能、焊接性能以及冷弯性能良好的特点。

Description

具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢及制造 方法
技术领域
本发明涉及一种钢板的制造方法，具体地指一种具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢及制造方法，该钢板主要应用于汽车的车身系统、底盘系统、车轮系统、座椅系统中的一些结构件以及驾驶室内板等。
背景技术
随着钢铁工业产能整体过剩的不断加剧，低成本制造产品越来越受到钢铁行业的重视；而另一方面汽车工业却在飞速发展，汽车用钢的需求越来越大，行业的竞争也越来越激烈，因此对材料成本的控制就至关重要。钢铁工业与汽车工业的发展现状，进一步促进了汽车用热轧酸洗钢的应用与发展。
汽车用热轧酸洗钢厚度一般在2.0～6.0mm的范围，要求高表面质量，以便满足汽车对钢铁材料的严格标准，要求在带钢的表面不得有气泡、裂纹、结疤、折叠和夹杂等对使用有害的缺陷，也不得有超过带钢厚度公差之半的影响带钢成形性能的缺陷，比如划伤、压痕、麻点、辊印等缺陷。汽车用热轧酸洗钢在乘用车中主用用于底盘系统中的大梁、副梁、前桥、后桥；车轮系统中的轮毂、轮辐；车身系统中的结构件及安全件；座椅系统中的受力结构件及安全件、总计一台乘用车酸洗钢用量约100kg。而商用车的驾驶室安全结构件、车厢底板等都使用热轧酸洗钢材料，总计一台商用车酸洗钢用量约16kg。
汽车用热轧酸洗钢的特点如下：与热轧普板相比，汽车用热轧酸洗钢有以下几个优点：一是高表面质量，因为去除了带钢表面的氧化铁皮，带钢表面质量得到改善，提高了材料的焊接性能与涂覆性能，且明显提高了带钢的外观效果，是理想的汽车结构件材料；二是高尺寸精度，汽车用热轧酸洗钢经平整工艺后，其板型得到优化，从而减少了带钢平直度差的缺陷。与冷轧普板相比，在保证带钢表面质量使用要求的前提下，汽车用热轧酸洗钢“以热代冷”能为钢厂降低生产成本、为用户降低采购成本。
在国内外有些大型钢铁企业拥有专业的连续式热轧酸洗钢生产线，而有些钢铁企业只拥有推拉式热轧酸洗钢生产线，更有甚者有些企业没有热轧酸洗钢生产线，只能外委生产热轧酸洗钢。连续式热轧酸洗钢生产线生产汽车用热轧酸洗钢质量有保证，但是设备投入成本太高；推拉式热轧酸洗钢生产线与外委生产热轧酸洗钢虽然成本降低了，质量却得不到保障，尤其是生产有高表面质量要求的汽车用热轧酸洗钢。本发明克服了这些不足，利用冷轧酸轧联机生产线的富余产能生产汽车用热轧酸洗钢，既满足了汽车用热轧酸洗钢的高表面要求，也创造了经济效益
经初步检索，中国专利申请号CN201210298259.X公开了一种厚度≤1.8mm汽车用薄规格热轧酸洗钢的生产方法，属于薄规格CSP工艺生产领域，薄规格酸洗钢的化学成分按重量百分数含量为：C：0.04～0.07％、Si：0.10～0.30％、Mn：0.60～1.30％、P：≤0.025％、S：≤0.012％、Ti：0.02～0.04％、Als：0.010～0.030％；薄板坯生产厚度≤1.8mm，抗拉强度≥400MPa。生产步骤：铁水脱硫、炉冶炼并合金化处理；钢包炉处理；连铸连轧；高压水除磷，压力控制在25～35MPa；控制轧制、层流冷却、卷取、酸洗、平整，控制平整延伸率不超过2％；精整，采用静电涂油。中国专利申请号CN201310731354.9公开了一种380MPa级单面搪瓷用高强度深冲热轧酸洗钢板，属于搪瓷钢生产领域，其化学成分质量百分比为：Mn 0.35-0.65％、Als 0.015-0.045％、Ti 0.030-0.060％、S 0.008-0.016％、C≤0.018％、Si≤0.05％、P≤0.020％、N≤0.006％。实例钢的钢的屈服强度≥380MP，延伸率35％以上，
目前尚未检索到与抗拉强度490MPa级高表面质量汽车用热轧酸洗钢及制造方法相雷同的文献资料。
发明内容
本发明第一目的是针对现有没有抗拉强度490MPa的热轧酸洗钢的缺陷，提供了一种具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢，在酸洗状态下，这种钢板具有高表面质量、均匀细小的晶粒组织、良好的冲压成形性能以及焊接性能。这种钢板主要应用于汽车的车身系统、底盘系统、车轮系统、座椅系统中的一些结构件以及驾驶室内板等。
本发明第二目的是针对我国汽车用热轧酸洗钢的技术要求，在没有专业热轧酸洗钢生产线的情况下，提供了一种具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢的制造方法，该方法利用冷轧产线的酸轧联机，经过矫直，拉矫、酸洗、漂洗、烘干、平整、精整涂油等工艺，制造得到具有高表面质量和优良的使用性能的490MPa级汽车结构件用热轧酸洗钢。表面氧化铁皮去除干净，利用五机架的第五个机架进行平整工艺，使粗糙度控制在0.8～1.25μm，满足汽车冲压零件对材料表面的要求，同时，板形优良，具有良好的成形性能，可部分替代冷轧低合金钢等材料。
为实现第一个目的，本发明提供的一种具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢，所述具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢的化学成分的重量百分数为：C：0.060～0.080％、Si：0.100～0.200％、Mn：1.000～1.250％、P≤0.020％、S≤0.008、Nb：0.015～0.025％、Als：0.015～0.040％、Cu≤0.300％、Ni≤0.300％、Cr≤0.300％；其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述热轧酸洗钢的化学成分的重量百分数为：C：0.060～0.075％、Si：0.100～0.150％、Mn：1.000～1.150％、P≤0.015％、S≤0.006、Nb：0.015～0.022％、Als：0.015～0.035％、Cu≤0.200％、Ni≤0.200％、Cr≤0.200％；其余为Fe和不可避免的杂质。
再进一步地，所述热轧酸洗钢的化学成分的重量百分数为：C：0.062、Si：0.12、Mn：1.080、P：0.010、S：0.004、Nb：0.018、Als：0.022、Cu：0.008、Ni：0.006、Cr：0.018；其余为Fe和不可避免的杂质。
再进一步地，所述热轧酸洗钢的下屈服强度ReL：325～405MPa；抗拉强度Rm：490～600MPa；伸长率A：22～32％；宽冷弯(b＝35mm)性能良好(d＝1.5a)。
上述元素的作用和优点进行说明：
(1)化学成分
碳元素是低碳钢中最经济的强化元素，但含量过高降低了钢的塑性和冲击韧性，恶化冷成型性和焊接性能。碳当量的增加还使钢板的冷弯性能的合格率降低。因此需要在保证强度的前提下，尽量的降低碳的含量。所以，根据实际需要将其含量限定在0.060～0.080％的范围。
硅是廉价而有效的钢液脱氧元素。但是其含量超过0.300％，则会恶化热轧钢板的表面质量，进而影响酸洗钢的表面质量，对于高表面质量汽车用热轧酸洗钢尤其不利。所以，将其含量限定在0.010～0.020％以下范围。
锰是提高强度和韧性最有效的元素，锰能够扩大奥氏体区，可改善钢的强度-延伸平衡性。但是过高的Mn含量会对钢的延展性和冲击性能产生严重的影响。鉴于此，将其含量限定在1.000～1.250％范围。
磷是可以提高钢的强度的元素，但是降低了钢的塑性，也对焊接性能不利，并增加焊接开裂的敏感性，因此，在汽车用热轧酸洗钢中是一种有害的元素，应尽可能降低磷在钢中的含量。且磷易引起铸坯中心偏析，引起冷弯成形性能、韧性发生恶化，因此，设定其含量上限为0.020％。
硫是非常有害的元素。钢中的硫主要以(Mn、Fe)S夹杂的形式存在于钢中，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性、冷弯性能、塑性等是十分不利的，并造成钢板性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。基于对钢板冷弯成形工艺和制造成本的考虑，拟将钢中硫含量控制在0.008％以下。
铝是为了脱氧而添加的，当Als含量不足0.010％时，不能发挥其效果；另一方面，铝影响钢的焊接性能，添加多量的铝容易形成氧化铝团块。因此，Als含量限定在0.020～0.060％范围。
铌是未再结晶控制轧制中不可缺少的元素，在热机械加工中细化晶粒、降低奥氏体向铁素体的转变温度和析出强化，因此钢中添加微量合金元素铌能够便于控制轧制的进行，并提高钢板的强度和韧性。所以，综合钢板力学性能及成本等方面的考虑，将其含量限定在0.015～0.025％范围。
为了实现上述第二个目的，提供了一种具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢的制造方法，该方法通过铁水脱硫、转炉冶炼、真空处理(或者是吹氩→钢包炉[硅钙处理])、连铸、整形(板坯检查及清理)、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取、精整(平整及检查)、酸洗工艺、平整(利用五机架中的最后一个机架)、卷取、重卷(表面检查)、涂油和包装制造得到热轧酸洗钢，
1)热连轧过程中，加热温度为1260～1300℃，粗轧出口温度为1080～1120℃，终轧温度为840～880℃，卷取温度为600～640℃，
2)层流冷却方式：前段冷却，冷却水温＜35℃，冷却速度20～100℃/s
热连轧卷取后再单机平整下送也是保证高表面质量汽车用热轧酸洗钢的技术关键点。平整工艺一方面是为了调整热轧原材料的组织结构，消除材料的屈服平台，提高材料的力学性能，另一方面是为了提高材料的板形质量，为获得良好的酸洗质量提高先决条件；
3)酸洗工艺为钢在酸轧联机生产的工序，包括开卷、矫直、切头切尾、焊接、拉矫、酸洗(加缓蚀剂)、漂洗(加缓蚀剂)、烘干、剪边，其中：
矫直工序：使钢材的弯曲部位承受相当大的方向弯曲或拉伸，使该部位产生一定弹塑性变形，当外力去除后，钢材经过弹性恢复，然后达到平直，同时由于钢板表面氧化铁皮不同塑性，在矫直的反复矫直变形的过程中脱落，从而达到了除磷的效果。
拉矫工序：一是改善板形，通过使带钢拉伸并且进行弯曲矫直之后，可以部分消除带钢的边浪、中浪等浪形和C形弯曲、L形弯曲，从而改善了带钢的平直度。二是改善加工性能，通过拉伸弯曲作用使带钢在后续的变形时减轻或不再有屈服平台，从而产生均匀变形，提高加工性能。同样，在拉矫的作用下，带钢的表面氧化铁皮进一步疏松或剥落，进一步达到了除磷的效果，为酸洗工艺创造良好的条件。
a.酸洗工序中，热轧钢带经过3个酸洗槽进行酸洗：分别为：
第一酸洗槽中：总的酸浓度为185～215g/L，Fe浓度为115～135g/L，自由酸的浓度为25～45g/L，温度为75～85℃
第二酸洗槽中：总的酸浓度为185～215g/L，Fe浓度为65～85g/L，自由酸的浓度为95～115g/L，温度为75～85℃；
第三酸洗槽中：总的酸浓度为185～215g/L，Fe浓度为30～50g/L，自由酸的浓度为150～170g/L，温度为75～85℃；
在酸洗工序中，总酸洗时间为25～30s，优选为26s。
b.漂洗工序中，钢带进入漂洗槽，漂洗槽为四级梯级式槽体，采用逆流喷洗的方式漂洗，通过进排水量调整漂洗段的pH值5.5～6.5、电导率≤40μs/cm；
c.烘干工序中：风温度控制为120±10℃吹边设备，利用压缩空气将积存在钢带两边的残液向钢带的外侧吹刷，使钢带边部易于干燥；热风干燥设备用来钢带表面附着的水分连续烘干。
缓蚀剂工艺：为了得到高表面质量的汽车用热轧酸洗钢，防止带钢在酸液中停留时间过长而产生过酸洗情况，分别在酸洗槽与漂洗槽中添加缓蚀剂。加入酸洗槽的缓蚀剂用于当带钢停于酸槽时防止过酸洗，加入漂洗槽的缓蚀剂用于当带钢停于漂洗槽时防止产生酸斑。
d.平整工序：汽车用热轧酸洗钢要求带钢表面质量高。并要求有合适的光洁度，平整工艺会改善带钢的表面质量与力学性能，并赋予带钢表面合适的光洁度，从获得符合使用要求的高表面质量汽车用热轧酸洗钢材料。五机架的第五机架的延伸率设置为1.0～1.4％，平整辊Ra＝1.25～1.75μm。第五机架出口的测厚仪必须全程投入使用。
上述制造方法中，合金化顺序：硅钡钙铝铁→硅铁→锰铁→铌铁，使用加铝机加铝线进行终脱氧，在真空处理时或钢包炉硅钙处理时加入锰铁。
熔炼出调整到上述成分范围的钢水，用连铸的方法进行浇铸，其板坯可采用冷送或热送的方式送到热轧厂进行轧制。
本发明的有益效果在于：
(1)在钢种的化学成分设计中，既保证了钢板的强度，又保证了钢板的使用性能，还使冶炼成本低廉；
(2)在冶炼工艺设计上，在保证钢质和纯净度的原则下，降低钢中硫的含量，确定合理的脱氧合金化顺序及炉外精炼工艺；
(3)在热连轧工艺设计上，确定合理的控轧控冷工艺以及热轧平整工艺，确保成品带钢的优良板形和综合机械性能；
(4)在酸洗工艺设计上，制定合理的酸液浓度、温度及酸洗时间，确保带钢的高表面质量。
(5)利用酸轧联机五机架中最后一个机架对带钢进行平整，解决了生产热轧酸洗钢设备的局限性，能够有目的控制带钢的表面粗糙度，改善带钢的塑性，提高带钢的高表面质量。
综上所述，利用本发明方法生产出的抗拉强度为490MPa级高表面质量汽车用热轧酸洗钢，具有良好的延展性能、冷冲压成形性能、焊接性能以及冷弯性能良好。实际应用结果表明，生产出来的490MPa级高表面质量汽车用热轧酸洗钢钢板的化学成分和机械性能稳定，冷冲压成形性能良好，并拥有高表面质量，完全能够满足汽车用热轧酸洗钢的高标准制造要求。对制造成的零部件进行试验，发现零件的涂装性能、尺寸精度、焊接性能等检测结果均符汽车企业的标准要求。本发明方法生产的抗拉强度为490MPa级高表面质量汽车用热轧酸洗钢广泛用于汽车结构件的冲压成形。
附图说明
图1为本发明的金相组织结构(金相组织×500)。
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。
表1生产具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢六种具体实例的化学成分。其的生产方法如下：在炼钢厂90吨和250吨转炉上进行顶底复合吹炼，采用铁水脱硫技术，使铁水中的S≤0.005％；炉后出钢1/3时开始加铁合金，出钢2/3时加入完毕，合金化顺序：硅钡钙铝铁→硅铁→锰铁，使用加铝机加铝线进行终脱氧，在真空处理时或钢包炉硅钙处理时,按照0.5kg～0.7kg每吨为入硅钙线，速度为250m/min～300m/min，使钢中的化学成分满足表1的要求(实际成分见表1)，余量为Fe及不可避免的夹杂；再将表1所示成分的钢水浇注成230～250mm×1050～2150mm断面的板坯。然后将板坯送至热轧厂，在1700mm和2250mm轧机上进行热连轧，先将连铸板坯加热到1260～1300℃进行粗轧，结束温度为1080～1120℃，再进行精轧，终轧温度为840～880℃，轧制过程全道次除磷，除磷水压：30～40MPa，带钢轧后的控制冷却是采用前段层流冷却的方式，冷却水的水温＜35℃，控制冷却速度为≥20℃/s，卷取温度为600～640℃。轧制钢卷后进行平整，平整按照恒轧制力模式控制，轧制力为200～250吨，最终得到1.8～4.0mm的热连轧钢板，再送冷轧厂酸轧联机进行酸洗，酸洗前的拉矫工艺采取延伸率控制模式，延伸率控制为2.0～2.5％。酸洗、漂洗、烘干、平整工艺见表2所示，总酸洗时间约为26秒。之后进行冷轧平整工艺，利用五机架的第五机架的进行平整，延伸率设置为(1.0～1.4)％，平整辊Ra＝2.0μm，最后进行采取静电涂油，涂油量可根据客户要求及实际使用情况进行设定，最终卷取得到高表面质量的汽车用热轧酸洗钢。
如图1所示：钢板的显微组织为铁素体+少量细珠光体，晶粒度为11.5级。6个实施例制备的钢的力学性能试验结果列于表3，从表3反映出的性能来看，厚度为1.8～4.0mm各成分的高表面质量的汽车用热轧酸洗钢都能满足汽车用热轧酸洗钢的高标准要求。
表1实施例中钢的化学成分(wt.％)
成分 C Mn Si P S Nb Cu Ni Cr Als
实施例1 0.062 1.080 0.120 0.010 0.004 0.018 0.008 0.006 0.018 0.022
实施例2 0.065 1.104 0.102 0.013 0.005 0.020 0.010 0.007 0.020 0.031
实施例3 0.063 1.114 0.125 0.008 0.0043 0.020 0.021 0.011 0.018 0.033
实施例4 0.069 1.090 0.115 0.014 0.0045 0.019 0.013 0.013 0.013 0.027
实施例5 0.073 1.109 0.129 0.015 0.0037 0.017 0.016 0.010 0.021 0.024
实施例6 0.075 1.016 0.112 0.012 0.0045 0.016 0.009 0.019 0.016 0.029
表2钢的酸洗、漂洗、烘干、平整工艺
表3实施例制备的钢的力学性能
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢，其特征在于：所述具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢的化学成分的重量百分数为：C：0.060～0.080％、Si：0.100～0.200％、Mn：1.000～1.250％、P≤0.020％、S≤0.008、Nb：0.015～0.025％、Als：0.015～0.040％、Cu≤0.300％、Ni≤0.300％、Cr≤0.300％；其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢，其特征在于：所述热轧酸洗钢的化学成分的重量百分数为：C：0.060～0.075％、Si：0.100～0.150％、Mn：1.000～1.150％、P≤0.015％、S≤0.006、Nb：0.015～0.022％、Als：0.015～0.035％、Cu≤0.200％、Ni≤0.200％、Cr≤0.200％；其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢，其特征在于：所述热轧酸洗钢的化学成分的重量百分数为：C：0.062、Si：0.12、Mn：1.080、P：0.010、S：0.004、Nb：0.018、Als：0.022、Cu：0.008、Ni：0.006、Cr：0.018；其余为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1或2或3所述具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢，其特征在于：所述热轧酸洗钢的下屈服强度ReL：325～405MPa；抗拉强度Rm：490～600MPa；伸长率A：22～32％。
5.一种权利要求1或2或3所述具有高表面质量且抗拉强度490MPa级的热轧酸洗钢的制造方法，该方法通过铁水脱硫、转炉冶炼、真空处理/硅钙处理、连铸、整形、板坯加热、热连轧、层流冷却、卷取、精整、酸洗工艺、平整、卷取、重卷、涂油和包装制造得到热轧酸洗钢，其特征在于：
1)热连轧过程中，加热温度为1260～1300℃，粗轧出口温度为1080～1120℃，终轧温度为840～880℃，卷取温度为600～640℃；
2)层流冷却方式：前段冷却，冷却水温＜35℃，冷却速度20～100℃/s；
3)酸洗工艺为钢在酸轧联机生产的工序，包括开卷、矫直、切头切尾、焊接、拉矫、酸洗、漂洗、烘干和剪边，其中，
a.酸洗工序中，热轧钢带经过3个酸洗槽进行酸洗：分别为：
第一酸洗槽中：总的酸浓度为185～215g/L，Fe浓度为115～135g/L，自由酸的浓度为25～45g/L，温度为75～85℃；
第二酸洗槽中：总的酸浓度为185～215g/L，Fe浓度为65～85g/L，自由酸的浓度为95～115g/L，温度为75～85℃；
第三酸洗槽中：总的酸浓度为185～215g/L，Fe浓度为30～50g/L，自由酸的浓度为150～170g/L，温度为75～85℃；
酸洗工序过程中，总酸洗时间为25～30s；
b.漂洗工序中，钢带进入漂洗槽，漂洗槽为四级梯级式槽体，采用逆流喷洗的方式漂洗，通过进排水量调整漂洗段的pH值5.5～6.5、电导率≤40μs/cm；
c.烘干工序中：风温度控制为120±10℃吹边设备；
d.平整工序：五机架的第五机架的延伸率设置为1.0～1.4％，平整辊Ra：1.25～1.75μm。
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