CN108203789B - 一种耐腐蚀性能优良的高强度if钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀性能优良的高强度IF钢，其化学元素质量百分配比为：0＜C≤0.009％、0＜Si≤0.01％、Mn：0.2％‑0.8％、P：0.02％‑0.08％、Nb：0.005％‑0.025％、Ti：0.005％‑0.025％、B：0.0001％‑0.001％、Al：0.01％‑0.09％、N≤0.005％，S≤0.015％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。相应地，本发明还公开了一种上述高强度IF钢的制造方法，其包括步骤：冶炼和铸造；热轧；退火。本发明所述的高强度IF钢，其抗拉强度≥360MPa，其表征耐蚀性能的表面电位≥‑410mV。

Description

一种耐腐蚀性能优良的高强度IF钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢种及其制造方法，尤其涉及一种高强度IF钢及其制造方法。

背景技术

冷轧板由于涂装性能好、冲压性能优良、价格相对低廉的优点在很多汽车生产厂家得到大量应用，因此，汽车零部件例如汽车外板件以及内板件均使用冷轧板。其中，汽车外板件更是大型钢铁生产厂的高端输出产品，汽车外板件如车顶盖、前后门、翼子板，由于变形复杂、外观要求高的原因，对冲压性能、涂装性能方面的要求要比汽车内板件严苛得多，因此大多采用无间隙原子钢(IF钢)。IF钢是一种超低碳、超深冲的冲压用钢，以其优良的成型性、镀锌工艺性能在国内外的汽车工业等行业得到广泛利用。同时，随着汽车减排与降本需求的增加，高强度冷轧IF钢产品应用到汽车外板件，但目前的现有技术中的问题是，高强度冷轧板的耐蚀性能却往往低于正常冷轧板，这是由高强度冷轧板的化学成分与生产工艺造成的。而钢铁产品的表面锈蚀一直是钢铁生产厂与汽车用户关心的一个重要质量问题，锈蚀一方面会影响钢铁生产厂生产的顺利进行，另一方面也会给用户的使用带来很大的影响，甚至会直接导致用户无法正常使用，从而引发用户抱怨，降低钢铁生产厂冷轧板市场份额。目前采用高强度冷轧IF钢的汽车外板虽然满足了用户对高强度的需求，但是由于易锈蚀，往往需要钢厂与用户投入更多的人力、物力来避免锈蚀大批量的发生，即使这样，也避免不了在高温、高湿的恶劣环境下批量锈蚀的发生，从而引发质量异议，

因此，期望获得一种高强度IF钢，能够在保证高强度冷轧板的力学性能的同时，提高其耐蚀性能。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种耐腐蚀性能优良的高强度IF钢，其在保证高强度力学性能的同时，具有较高的耐腐蚀性。

基于上述发明目的，本发明提供了一种耐腐蚀性能优良的高强度IF钢，其化学元素质量百分比为：

0＜C≤0.009％、0＜Si≤0.01％、Mn：0.2％-0.8％、P：0.02％-0.08％、Nb：0.005％-0.025％、Ti：0.005％-0.025％、B：0.0001％-0.001％、Al：0.01％-0.09％、N≤0.005％，S≤0.015％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

根据研究发现，在钢板退火过程中由于还原性保护气氛中微量氧分压的存在，钢板内的比铁和氧亲和力强的元素例如硅，会向钢板表面迁移，优先与氧反应，在钢板表面铁素体晶界上形成不均匀分布的氧化物颗粒，因而，直接影响了钢产品的耐蚀性能。此外，该氧化物颗粒一方面阻碍了钢板表面氧化膜的均匀性和完整性，另一方面由于该氧化物颗粒的电位相对于铁为正，因此该氧化物颗粒与铁构成腐蚀微电池，提高钢板表面Fe原子的活性以及其催化作用来加速钢板的腐蚀过程，这种加速作用在宏观上就表现为钢板易锈蚀。因此，钢板表面耐蚀性主要取决于钢板表面氧化膜的组成。

鉴于此，本案发明人通过对本案中高强度IF钢的各化学元素设计，从而在保证高强度IF钢的力学性能的同时，提高其耐腐蚀性。本发明所述的高强度IF钢的各化学元素的设计原理为：

C：在本发明所述的技术方案中，C是钢材中除Fe以外最主要的元素，适量的含碳量可提高钢材的强度，但碳的质量百分比高于0.009％时，对IF钢织构会有重要影响，例如：对钢材的塑性、韧性的不利影响，特别是低温冲击韧性下降，严重影响钢材的深冲性能，同时耐腐蚀性、疲劳强度和冷弯性能也显著下降。对于钢中残余的C，采用加Ti、Nb的方式加以固定。因此，在本发明所述的高强度IF钢中对碳的质量百分比控制在0＜C≤0.009％。

Si：在本发明所述的高强度IF钢，适量的Si元素的添加可以增加钢材的强度，当硅的质量百分比高于0.01％时，会降低钢材塑性、冲击韧性，对钢材的深冲性能有害，同时降低钢材的耐蚀性能。因此，在本发明所述的高强度IF钢中对Si的质量百分比控制在0＜Si≤0.01％。

Mn：在本发明所述的技术方案中，添加适量的Mn元素可以通过固溶强化作用提高钢材的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性。当Mn的质量百分比低于0.2％时，强化作用不明显；当Mn的质量百分比高于0.8％时，会影响钢材的深冲性能，同时降低钢材的耐蚀性能。因此，在本发明所述的高强度IF钢中对Mn的质量百分比控制在0.2％-0.8％。

P：在本发明所述的高强度IF钢中，适量的P元素可以通过固溶强化作用提高钢材的强度。当P的质量百分比低于0.02％时，强化作用不明显；当P的质量百分比高于0.08％时，会严重降低钢的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性，严重影响钢材的深冲性能。因此，在本发明所述的高强度IF钢中对P的质量百分比控制在0.02％-0.08％。

Nb：在本发明所述的高强度IF钢中，适量的Nb元素可以与C、N元素形成碳化物、氮化物并在铁素体上析出，将C、N间隙原子从钢的基体中清除出来，获得较纯净的铁素体，有利于织构的发展，提高钢的强度。当Nb的质量百分比低于0.005％时，不能充分发挥固化C、N元素的作用；当Nb的质量百分比高于0.025％时，则钢材的成本会大幅提高。因此，在本发明所述的高强度IF钢中对Nb的质量百分比控制在0.005％-0.025％。

Ti：在本发明所述的技术方案中，适量的Nb元素可以与C、N元素形成碳化物、氮化物并在铁素体上析出，将C、N间隙原子从基体中清除出来，获得较纯净的铁素体，有利于织构的发展，提高钢的强度。当Ti的质量百分比低于0.005％时，不能充分发挥固化C、N元素的作用；当Ti的质量百分比高于0.025％时，则钢材的成本会大幅提高。因此，在本发明所述的高强度IF钢中对Ti的质量百分比控制在0.005％-0.025％。

B：在本发明所述的技术方案中，微量的B元素可以大幅提高钢的淬透性，改善钢的致密性和热轧性能,提高强度，同时降低IF钢的低温脆性。当B的质量百分比低于0.0001％时，不能充分发挥B元素的作用；当B的质量百分比高于0.001％时，会增加生产成本，同时B易形成偏析，降低热塑性。因此，在本发明所述的高强度IF钢中对B的质量百分比控制在0.0001％-0.001％。

Al：在本发明所述的高强度IF钢中，适量的Al元素在钢的冶炼过程中可以起到脱氧、控制冷轧钢板织构的重要作用，能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效，同时脱氧残留的Al能与N生产稳定的AlN，从而将N完全固定。当Al的质量百分比低于0.01％时，起不到充分脱氧的作用；当Al的质量百分比高于0.09％时，会造成生产成本的浪费，同时易形成夹杂物影响钢材性能。因此，在本发明所述的高强度IF钢中对Al的质量百分比控制在0.01％-0.09％。

N：在本发明所述的技术方案中，N是钢中的有害杂质，应严格控制其含量，当N的质量百分比高于0.005％，严重影响IF钢的织构形成，显著降低钢材塑性、韧性、可焊性和冷弯性能，增加时效倾向和冷脆性。因此，在本发明所述的高强度IF钢中对N的质量百分比控制在N≤0.005％。

S：在本发明所述的技术方案中，S是钢中的有害杂质，应严格控制S含量，含硫较高能使钢的可塑性及韧性明显下降，发生脆裂，因此，在本发明所述的高强度IF钢中对S的质量百分比控制在S≤0.015％。

进一步地，在本发明所述的高强度IF钢中，其表面具有氧化膜，氧化膜中仅含有O和Fe元素。由于本发明所述的高强度IF钢中的氧化膜仅含有O和Fe，而现有的高强度冷轧IF钢表面除了含有O和Fe元素外，还含有Si元素等。本发明所述的高强度IF钢由于氧化膜中仅含有O和Fe元素，而使得耐蚀性优于现有的高强度冷轧IF钢。

进一步地，在本发明所述的高强度IF钢，其抗拉强度≥360MPa，其表征耐蚀性能的表面电位≥-410mV。

另外，本发明的另一目的在于提供一种上文所述的高强度IF钢的制造方法，其包括步骤：

冶炼和铸造；热轧；退火；其中所述退火步骤的工艺参数为：将钢板加热到700-900℃保温，然后在10-35s的时间内冷却到600-750℃，控制退火速度为100-350m/s。

由于钢板的表面特征与力学性能不仅与钢材料中的化学成分相关，而且也与其制造方法尤其是高温退火工艺密切相关。因此，本发明所述的技术方案对退火工艺参数作了进一步限定，这是因为钢在轧制后的退火是变形晶粒的再结晶过程，是形成钢材力学性能的关键工艺。

将退火步骤中的加热温度控制在700-900℃，并且在10-35s的时间内冷却到600-750℃是为了使得钢中形成铁素体基体，改善其组织，使钢中的成分均匀化并且同时细化晶粒，最终使得本发明所述的高强度IF钢的力学性能优良。

此外，需要说明的是退火速度为是指钢板板带的行进速度，控制退火速度为100-350m/s是为了控制钢中的元素例如硅向钢板表面扩散以及控制其富集程度。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在所述退火步骤中，控制退火炉内气氛的露点为-30～0℃。为了进一步控制钢中元素向钢板扩散，减少钢中元素的表面扩散动力，避免形成外氧化，达到减少钢板表面元素富集的目的，因此，对退火炉内气氛的露点温度控制在-30～0℃，从而使得本发明所述的技术方案中钢板表面具有的氧化膜仅含有O和Fe元素。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在所述退火步骤中，将钢板加热到700-900℃保温30-120s。

本发明所述的高强度IF钢，其抗拉强度≥360MPa，其表征耐蚀性能的表面电位≥-410mV。

此外，采用本发明所述的高强度IF钢的制造方法所获得的高强度IF钢，力学性能优良，耐蚀性能高，适合应用于汽车行业。

附图说明

图1为对比例1的现有IF冷轧钢表面的SEM形貌观察图。

图2为实施例1的高强度IF钢的SEM形貌观察图。

图3为对比例1的现有IF冷轧钢的AES表面元素分析结果图。

图4为实施例1的高强度IF钢的AES表面元素分析结果图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的耐腐蚀性能优良的高强度IF钢及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-6

本发明的实施例1-6的高强度IF钢采用下述步骤制得：

(1)冶炼和铸造：按照表1所列的各化学元素质量配比进行冶炼铸造获得连铸板坯；

(2)热轧：将步骤(1)所获得的连铸板坯装入加热炉中进行加热，出炉温度为1150-1250℃，然后进行轧制，终轧温度控制为750-960℃，经过冷却钢板到达卷取机时的温度控制为600-740℃；

(3)退火：将钢板加热到700-900℃保温30-120s，然后在10-35s的时间内冷却到600-750℃，控制退火速度为100-350m/s；控制退火炉内气氛的露点为-30～0℃。

表1列出了实施例1-6的高强度IF钢和对比例1的现有IF冷轧钢中各化学元素的质量百分配比。

表1.(wt％，余量为Fe和其他不可避免杂质元素)

表2列出了本案各实施例的退火步骤的具体工艺参数。

表2.

对实施例1-6的高强度IF钢和对比例1的现有IF冷轧钢采用拉伸试验机测量其抗拉强度、屈服强度、断裂延伸率、加工硬化指数(n值)以及塑性应变比(r值)，以评价上述实施例和对比例的钢的力学性能；对实施例1-6的高强度IF钢和对比例1的现有IF冷轧钢采用三电极体系电化学方法测量其表面电位值，以评价钢板表面的耐蚀性能，将上述测试所获得的结果列于表3中。

需要说明的是，三电极体系电化学方法采用待测钢板作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂电极作为对电极。表面电极越正，相对应的耐蚀性能越好。

表3列出了实施例1-6的高强度IF钢和对比例1的现有IF冷轧钢经测试后所测得的数据结果。

表3.

从表3可以看出，本案各实施例的抗拉强度、屈服强度和断裂延伸率均与对比例1相当，说明本案实施例1-6的力学性能与对比例1相同，均在340MPa级别，然而，本案各实施例的表面电位显著高于对比例1，说明本案各实施例的耐蚀性能比对比例1更强。

图1为对比例1的现有IF冷轧钢表面的SEM形貌观察图。图2为实施例1的高强度IF钢的SEM形貌观察图。

对比图1和图2可知，对比例1经过扫描电镜观察(SEM)下，其表面富集、弥散分布着许多小颗粒，而实施例1的表面较少具有如图1中显示的小颗粒。

图3为对比例1的现有IF冷轧钢的AES表面元素分析结果图。图4为实施例1的高强度IF钢的AES表面元素分析结果图。

如图3所示，经俄歇电子能谱分析(AES)表明，对比例1中的表面包括Si、O、Fe元素，其表膜层由Si和Fe的氧化物组成；然而，如图4所示，实施例1的表面仅含有O和Fe元素，因而，实施例1的表面膜层由Fe的氧化物组成，使得本发明所述的高强度IF钢在保证强度的同时，耐蚀性能也得到提高。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种耐腐蚀性能优良的高强度IF钢，其特征在于，其化学元素质量百分配比为：

0＜C≤0.009％、0＜Si≤0.01％、Mn：0.2％-0.8％、P：0.02％-0.08％、Nb：0.005％-0.025％、Ti：0.005％-0.025％、B：0.0001％-0.001％、Al：0.01％-0.09％、N≤0.005％，S≤0.015％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；

其中，所述耐腐蚀性能优良的高强度IF钢的表面具有氧化膜，且氧化膜中仅含有O和Fe元素。

2.如权利要求1所述的高强度IF钢，其特征在于，其抗拉强度≥360MPa，其表征耐蚀性能的表面电位≥-410mV。

3.如权利要求1-2中任意一项所述的高强度IF钢的制造方法，其包括步骤：冶炼和铸造；热轧；退火；其特征在于，其中所述退火步骤的工艺参数为：将钢板加热到700-900℃保温，然后在10-35s的时间内冷却到600-750℃，控制退火速度为100-350m/s；控制退火炉内气氛的露点为-30～0℃。

4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述退火步骤中，将钢板加热到700-900℃保温30-120s。