CN107881427A - 一种塑性优良的低屈服强度覆铝基板 - Google Patents

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Abstract

一种低屈服强度覆铝用基板，其化学成分重量百分比为：C＜0.01％，Si≤0.005％，Mn：0.05‑0.10％，P≤0.01％，S≤0.006％，Al≤0.005％，N：0.0055‑0.020％，Ti：0.01‑0.10％，O：0.008‑0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中0.5≤Ti/(3.42N+4C)≤2.0。本发明覆铝用基板屈服强度100‑180MPa，其成分为近似纯铁的低C‑Si‑Mn设计并添加适量的Ti，可采用高温热轧的方式生产，生产工艺简单，成本较低。该覆铝用基板除了屈服强度低外，还具有优良的塑性及钢铝覆合性能，满足单道次大变形要求，主要用于覆铝板带的生产。

Description

一种塑性优良的低屈服强度覆铝基板
技术领域
本发明涉及一种塑性优良的低屈服强度覆铝基板，属超低碳钢制造领域。
背景技术
随着技术和经济的发展，对金属材料的性能要求越来越高，单一组成的金属材料常常难以同时满足实际使用过程中多方面性能的要求。选取两种或两种以上的金属材料采用各种不同工艺制成复合板材能够满足特殊的综合性能要求。覆铝钢是在室温条件下通过轧制将铝膜覆在带钢表面形成表面为铝、芯层为钢的复合板带，其既有钢的强度，同时具有铝的散热性好、耐蚀、轻便及美观特性，特别是大幅度降低了成本，在家电面板、散热部件、装饰等领域获得广泛应用。在本发明之前已经有多个关于复合板带材及其基板用钢的专利。
如中国专利公开号CN102019727公开了“冷却器用覆铝钢带及其制备方法和其所用的钢带及铝合金带”，虽然提及了所用的基板，但其主要用于生产较厚的覆铝带钢，塑性变形能力不充分，难以满足大变形要求。与本发明涉及的钢种要求屈服强度100-180MPa，同时延伸率在40％以上，且能够满足单道次变形比90％。
覆铝带钢生产所用的基板在复合带材生产过程中与表面的铝膜一起变形，所以要求具有与铝相当的强度及塑性，所以一般强度低、塑性优良。但覆铝基板同时还要求具有良好的钢铝覆合性能，所以通常的低强度钢难以用于覆铝钢生产。
日本发明JP2005281806公开的“具有优良韧性的低屈服点钢及其生产方法”，属于屈服强度较低，延伸率较高的低合金结构钢，屈服强度一般在200MPa左右。这些专利一般为厚板产品，在成分设计上以较低的碳(C)-硅(Si)-锰(Mn)为基础添加了铬(Cr)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、硼(B)等合金中的一种或多种成分，主要用于抗震阻尼器的生产。
还有中国专利公开号CN101775535A公开的“160MPa级抗震用低屈服点钢、钢板及其制造方法”。该专利涉及钢种的在力学性能上与本发明较为接近，但其它性能及用途不同。该专利涉及钢种为厚板产品，主要用于抗震阻尼器制作，不具有良好的钢铝覆合性能。
另外中国专利公开号CN1015257202009公开的“一种新型的用于制备覆铝钢带的专用基体钢带”，从力学性能、用途看与本发明极为相近，但对比其成分看，该专利所涉及钢种为高合金成分，其中Mn含量在15-30％，同时也未详细介绍所涉及钢种的力学性能。从轧制变形看，所述基体钢带变形量约为50％，难以达到变形90％要求。
发明内容
本发明的目的在于设计一种塑性优良的低屈服强度覆铝基板，该覆铝基板屈服强度100-180MPa；其成分为近似纯铁的低C-Si-Mn设计并添加适量的Ti，可采用高温热轧的方式生产，生产工艺简单，成本较低。该钢除了屈服强度低外，还具有优良的塑性及钢铝覆合性能，满足单道次大变形要求，主要用于覆铝板带的生产。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种塑性优良的低屈服强度覆铝用基板，其化学成分重量百分比为：C＜0.01％，Si≤0.005％，Mn：0.05-0.10％，P≤0.01％，S≤0.006％，Al≤0.005％，N：0.0055-0.020％，Ti：0.01-0.10％，O：0.008-0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中0.5≤Ti/(3.42N+4C)≤2.0。
所述覆铝用基板的微观组织为等轴状铁素体。
钢板一般通过固溶强化，析出强化、位错强化和晶界强化等手段提高强度。本发明所述的覆铝基板屈服强度100-180MPa，，延伸率超过40％。为了有效降低屈服强度、提高延伸率，必须尽量降低合金元素的添加量、减少强化因素。
具体本发明覆铝用基板的化学成分设计中：
C通过固溶强化会使屈服强度升高，延伸率降低。根据实际的炼钢工艺，应尽可能降低其含量，0.01％为上限。
Si为脱氧元素，也是固溶强化元素，使屈服强度升高、延伸率降低，且Si恶化钢铝界面复合性能，所以要尽量降低Si的添加量，以0.005％为上限。
Mn也是钢中常见的强化元素，通过固溶强化提高屈服强度，使延伸率降低，所以其含量控制在0.05-0.10％。
P也能提高强度，并使得钢板变脆、影响韧性，且对钢铝界面结合不利，所以应尽量降低钢中P的含量，本发明中要求其含量控制在0.01％以下。
S能够提高钢的屈服强度，但使得钢板变脆，降低钢的低温韧性，同时恶化钢铝界面结合性能，要求控制其含量在0.006以下。
Al是脱氧必需的元素，但也会提高钢的强度，较高的Al易扩散到钢铝结合界面，恶化界面结合强度。所以必须控制其含量在一定范围内，本发明中要求其含量以0.005％为上限。
N能够与钢中的Al形成AlN颗粒，从而抑制Al向界面的扩散，但较高的固溶含量能够显著提高钢的强度，所以控制其含量在0.0055-0.02％。
Ti用来固定C、N原子以降低其对位错运动的阻碍作用，同时具有脱氧作用。Ti在钢中可依次形成TiN→Ti4C2S2→TiS和TiC，消除钢中自由的C、N原子，从而降低屈服强度。同时TiC、TiN等颗粒的粗化使其失去了晶界钉扎效应，增大了晶粒尺寸，降低了晶界强化效果。但较多的Ti会降低钢板的延伸率，所以其含量限定在0.03-0.10％。同时限定C、N、Ti含量满足关系式0.5≤Ti/(3.42N+4C)≤2.0。
氧(O)元素能够抑制钢中Al元素对钢铝界面结合的不利作用，所以要求适当添加一定含量的O元素。另外，由于本发明中限制Si、Al的含量在极低的范围内，所以钢中的氧含量不可避免的偏高。但过高的氧易于形成非金属夹杂，对疲劳性能、韧性等不利，所以限制其含量0.008-0.030％。
本发明具有如下优点：
1.本发明钢具有优良的综合力学性能，屈服强度在100-180MPa，延伸率超过40％，同时钢种具有优良的钢铝界面结合性能，适用于覆铝带钢的生产。
2.本发明钢可采用高温热轧的方式生产，生产工艺简单，成本较低。
3.本发明钢具有优良的塑性变形能力，满足单道次变形90％要求，中间无需退火，减少了生产工序，提高生产效率。
具体实施方式
下面结合实施例对办法做进一步说明。
实施例1
按照本发明钢化学成分要求，在500kg真空感应炉中炼钢，获得化学成分见表1，浇铸成100kg钢锭，钢坯加热温度为1180℃以上，终轧温度880～950℃，卷取温度650～750℃。
与相近钢种进行了成分、生产工艺和性能的对比。其中对比例1为中国专利公开号CN101514426A“屈服强度100MPa计建筑抗震用低屈服点钢及其生产方法”，对比例2为中国专利公开号CN101775535A“160MPa级抗震用低屈服点钢、钢板及其制造方法”，对比例3为中国专利公开号CN101525720“一种新型的用于制备覆铝钢带的专用基板”，对比例4为日本发明JP09067652A“抗震设备用钢板及其生产方法”。
本发明钢种与四种对比例钢在成分上有明显差异。上述四种对比例钢具有要求有较高的Si、Al含量，而本发明钢种明确要求Si、Al含量在0.005％以下；本发明钢种的O含量要求与对比例钢也存在明显不同，对比钢对O含量均为有控制要求，而本发明钢种明确要求控制O含量在0.008-0.03％之间，N含量也与上述对比例存在明显差异。
此外，对比例3要求很高的Mn含量，其它合金成分的控制上限也极高，同时对比例2还要求含有一定的Nb、V。所以对比钢种在成分上与本发明钢种差异明显。
从性能看，对比例1、2、4仅要求具有较低的屈服强度和较高的延伸率，而本发明钢种除了上述要求外，还明确要求钢种具有良好的钢铝界面结合性能，适用于覆铝带钢的生产；并同时要求所述钢种具有大的冷轧变形能力，满足单道次变形90％，中间无需退火，这是也是对比例3所不具备的。所以，在性能上本发明钢种与对比例钢也存在显著不同。
从与现有专利的对比可发现，本发明设计的钢种采用简单经济的成分设计及高温热轧后卷取或空冷到室温的生产工艺，钢板具有极低的屈服强度和良好的塑性以及钢铝覆合性能，并满足单道次大变形(90％)要求，这是目前其他已知专利所不具备的。
综上所述，本发明钢采用极低的C-Si-Mn设计，辅以少量的Ti、N和O，设计出一种具有极低屈服强度的覆铝基板，满足延伸率高、钢铝覆合性能好且变形能力强的覆铝基板要求，并且生产周期短，工艺简单，在性能上也达到或超过了对比钢种的要求。
实施例2
按照本发明成分要求，在试验室500kg真空感应炉上冶炼本发明钢。化学成分见表1。钢坯加热温度为1200℃，终轧温度880℃-940℃，轧后空冷到650℃－750℃卷取或空冷至室温。轧制厚度2-8mm。力学性能见表2。
表1单位：重量百分比
表2
从表2可见，本发明钢具有稳定的屈服强度，在不同的轧制工艺下，各种规格钢板的屈服强度均均在100-180MPa之间，并具有很高的延伸率。在成分设计、生产工艺和性能上优于对比钢种。从而使得本发明钢可以广泛用于大变形覆铝带钢的生产。

Claims (3)

1.一种塑性优良的低屈服强度覆铝用基板，其化学成分重量百分比为：C＜0.01％，Si≤0.005％，Mn：0.05-0.10％，P≤0.01％，S≤0.006％，Al≤0.005％，N：0.0055-0.020％，Ti：0.01-0.10％，O：0.008-0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中0.5≤Ti/(3.42N+4C)≤2.0。
2.如权利要求1所述的塑性优良的低屈服强度覆铝用基板，其特征在于，所述覆铝用基板的微观组织为等轴状铁素体。
3.如权利要求1或2所述的塑性优良的低屈服强度覆铝用基板，其特征在于，所述覆铝用基板的屈服强度100-180MPa，延伸率超过40％。
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