CN108531819A - 具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板，其化学成分wt％为：C 0.0015％～0.0040％、0＜Si≤0.02％、Mn 0.15％～0.25％、P 0.005％～0.015％、0＜S≤0.01％、Al 0.03％～0.06％、0＜Cr≤0.03％、Nb 0.002％～0.008％、Ti 0.002％～0.008％、0＜N≤0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板及其制造方法，能在连续热镀锌生产线上生产变形后表面纹理满足免中涂汽车外板喷漆要求的屈服强度为180MPa热镀锌烘烤硬化钢板。

Description

具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及汽车外板在涂漆技术领域的应用，尤其涉及一种具有满足免中涂汽车外板表面波纹度要求的屈服强度为180MPa热镀锌烘烤硬化钢板及制造方法。
背景技术
免中涂工艺是目前开发的最新涂装技术，相对于传统的三涂两烘(3C2B)工艺，其在涂膜质量满足各项性能指标的基础上取消了中涂和中涂后烘干，将中涂层的功能特性集成到涂料体系的其他组分中，减少了涂料耗量，降低了运行能耗和VOC的排放量。免中涂工艺优化和简化了涂装，能达到节能减排和降低运行成本的目的。但是去掉中涂工艺，对基材镀锌钢板的遮盖能力减弱，钢板表面的纹理在冲压变形和面漆后会暴漏出来，这意味着对整个行业用作外板尤其是门板、发罩和行李箱等敏感部件的镀锌钢板表面质量方面提出了更高的要求，在冲压变形之后不能有影响喷漆外观效果的表面纹理。由于烘烤硬化钢板的原理是在冲压成形时固溶碳原子产生大量可移动位错，随后经过高温烘烤时效处理，固溶碳原子热激活能增加并扩散至位错处强烈钉扎位错形成柯氏气团，使得钢板的屈服强度得到较大幅度的提高。但是，由于固溶碳的钉扎作用在冲压过程中会产生不均匀变形，钢板在喷漆之后有严重的表面纹理，从而影响长短波数据和外观目视效果。因此，如何设计合理的钢种成分，制定有效镀锌工艺制度，控制表面纹理的产生，开发高等级汽车外板来适用于免中涂工艺，对于国内外热镀锌汽车板行业发展具有重要意义。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板及其制造方法，能在连续热镀锌生产线上生产变形后表面纹理满足免中涂汽车外板喷漆要求的屈服强度为180MPa热镀锌烘烤硬化钢板。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板，其化学成分wt％为：C 0.0015％～0.0040％、0＜Si≤0.02％、Mn 0.15％～0.25％、P 0.005％～0.015％、0＜S≤0.01％、Al0.03％～0.06％、0＜Cr≤0.03％、Nb 0.002％～0.008％、Ti 0.002％～0.008％、0＜N≤0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明钢种成分控制原理如下：
C：C对于低碳钢板来说是一个最重要的组分，为了提高钢板的延伸率和r值(塑性应变比)，在一定范围内C含量越少越好，但过低的C含量会影响烘烤硬化钢的时效性能。而C含量增加，残留的固溶C含量也增加，由于位错钉扎引起的变形不均匀导致涂漆外观目视效果变差，也易引起室温应变时效性恶化，所以C含量应保持在一个合适的范围内。本发明中C含量控制在0.0015％～0.0040％。
Si：添加Si对提高烘烤硬化钢的强度及烘烤硬化(BH)值是有利的，应根据所需要的强度来添加。但是Si含量超过1.0％会使钢板的焊接性变差且深冲性降低，还会影响镀锌表面质量，本发明Si含量控制在0.02％以下。
Mn：Mn的添加和Si有类似的影响，可以起到提高钢强度的作用。但是添加量过多时，深冲性降低，为了确保更高的深冲性，Mn含量不宜过多。本发明Mn含量控制在0.15％～0.25％。
N：N在热轧前就被Ti固定，N单独存在也无害，但是，添加量太多而形成的大量Ti N会使钢板的延伸率和r值下降，本发明N含量控制在0.003％以下。
Al：Al主要是为了脱氧作用而添加的，同时Al的添加也会导致其与N元素发生反应沉淀，对于固溶N元素的含量形成一定影响，其含量低于0.010％，则产生气泡，会造成缺陷，反之超过0.10％时，过多的氧化铝夹杂增多，使钢的延展性变差，又会影响炼钢和连铸生产。本发明Al含量控制在0.03％～0.06％。
Ti：Ti是作为固定N和S原子的合金元素而加入的，在高温热轧时形成N、S的钛化物，而它们比较稳定，在后续的高温退火时不会溶解或者只是部分溶解，这就避免了N原子的室温时效现象。Ti含量也不易过高，过多的Ti原子可能会与C原子结合导致游离的C原子含量降低，从而影响BH值的获得。并且过多的Ti含量会使再结晶温度上升，也会引起加工性能的恶化。本发明Ti含量控制在0.002～0.008％。
Nb：Nb在烘烤硬化钢中与C、N结合。由于Al和N结合的能力比Nb强，主要用Nb来稳定C生成NbC沉淀，因此固溶碳含量可通过加Nb控制，Nb过高会影响BH值的获得。本发明中Nb含量控制在0.002～0.008％。
P：P是提高强度的有效元素，同时P的添加对于r值的影响较小，但是由于P原子容易沿晶界偏聚，其含量较高会导致二次冷加工脆性，使耐冲击性变差，并对焊接不利。本发明P含量控制在0.005～0.015％。
S：S是对烘烤硬化钢板深冲性产生不利影响的元素，应尽量降低其含量，通常可以允许0.05％以下。为了确保更高的深冲性，本发明中S含量控制在0.01％以下。
具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板的制造方法，具体包括：
1)热连轧时，将板坯加热到1200～1300℃，保温120～180min，精轧开轧温度为1000～1150℃，终轧温度为900～960℃，卷取温度700～760℃；
2)热轧卷板经酸洗后冷轧成冷轧薄板，冷轧压下率为60～80％，冷轧卷板厚度为0.8～2.5mm；
3)在连续热镀锌线退火时，加热段钢带的温度为780℃～840℃，保温段温度为780～840℃，保温时间为30～90s；退火后采用炉内冷却，将钢板从加热温度冷却到460-520℃，冷却速率为16～60℃/s；
4)热浸镀时，锌液温度为450～470℃，镀锌时间为2～5s；镀锌结束后，对热镀锌产品，经过镀后冷却到260～300℃，冷却速率为9～25℃/s，然后水冷至40℃以下。
在上述步骤3)中，热镀锌退火炉加热段控制炉内露点，控制露点的方法是向退火炉内加水，使退火炉内露点达到-10～-20℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)通过限制C含量在0.0015％～0.0040％之间，增加固溶碳原子含量，冲压成形时产生大量可移动位错后，固溶碳原子在经过高温烘烤时效处理后能更多地扩散至位错处强烈钉扎形成柯氏气团，保证较好的烘烤硬化值；
2)通过限制0＜Si≤0.02％、Mn 0.15％～0.25％、P 0.005％～0.015％的含量，解决由于C含量偏高导致的性能偏高问题，保证烘烤硬化钢H180BD的机械性能满足客户要求；
3)通过在热镀锌退火炉加热段控制炉内露点，抑制烘烤硬化钢自由碳原子，减少柯氏气团位错钉扎引起变形不均匀而导致的表面纹理不能满足Wsa≤0.35μm的要求；
4)最终得到性能和表面纹理都满足免中涂汽车外板要求的屈服强度为180MPa的热镀锌烘烤硬化钢板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
为了解决现有技术中烘烤硬化钢H180BD冲压变形后表面纹理不符合要求，涂漆后影响外观效果的问题，本发明提供了一种具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板，其化学成分wt％为：C 0.0015％～0.0040％、0＜Si≤0.02％、Mn 0.15％～0.25％、P 0.005％～0.015％、0＜S≤0.01％、Al 0.03％～0.06％、0＜Cr≤0.03％、Nb 0.002％～0.008％、Ti0.002％～0.008％、0＜N≤0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。
具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板的制造方法，具体包括：
本发明提供一种具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板制作工艺过程为：炉冶炼－炉外精炼－连铸－热连轧－冷酸连轧－退火－热浸镀；将各组分混合，按超低碳钢方法冶炼，浇注成铸坯。
1)热连轧时，将铸坯置于步进式加热炉中加热，将板坯加热到1200～1300℃，保温120～180min，铸坯出炉进行高压水除鳞、粗轧机轧制后、进入精轧机组轧制，精轧开轧温度为1000～1150℃，终轧温度为900～960℃，层流冷却后卷取，卷取温度700～760℃。
2)热轧卷板经酸洗后冷轧成冷轧薄板，冷轧压下率为60～80％，冷轧卷板厚度为0.8～2.5mm；
3)在连续热镀锌线退火时，加热段钢带的温度为780℃～840℃，保温段温度为780～840℃，保温时间为30～90s；退火后采用炉内冷却，将钢板从加热温度冷却到460-520℃，冷却速率为16～60℃/s；
4)热浸镀时，锌液温度为450～470℃，镀锌时间为2～5s，冷却速率为16～60℃/s；镀锌结束后，对热镀锌产品，经过镀后冷却到260～300℃，冷却速率为9～25℃/s，然后水冷至40℃以下。
在上述步骤3)中，热镀锌退火炉加热段控制炉内露点，控制露点的方法是向退火炉内加水，使退火炉内露点达到-10～-20℃。抑制烘烤硬化钢自由碳原子，减少柯氏气团位错钉扎引起的变形不均匀而导致的表面纹理不能满足Wsa≤0.35μm的要求。但是如果加水过多，更多的固溶碳被消耗掉，会影响钢板的烘烤硬化值，所以本发明炉内露点控制在-10～-20℃。
本发明选择上述各特征工艺参数的原因如下：
将厚度为170～230mm的板坯放置加热炉内加热，加热炉要保证板坯的温度均匀性，加热温度控制在1200～1300℃之间，温度过高会导致板坯的过烧和过热；加热时间为120-180min，在炉时间是板坯加热带要求的出炉温度和要求的温度均匀性所用的时间，保证使板坯的组织和成分均匀化；
精轧开轧温度控制在1000～1150℃之间，是为了精轧的前几个机架实现再结晶区轧制，降低前几个机架大压下量下的轧制负荷；
热轧终轧温度控制在900～960℃之间，略高于Ar3(在冷却过程中奥氏体开始转变为铁素体的温度)，以防止终轧期间奥氏体向铁素体的转变，导致组织及晶粒大小不均匀，出现混晶而影响材料性能；
卷取温度控制在700～760℃之间，固溶C含量受到热轧板中第二相的析出尺寸、分布范围、析出类型的影响。细小弥散分布的第二相粒子会阻碍再结晶，因此要控制卷曲温度不能过低，以避免阻碍再结晶晶粒长大，影响性能；
热轧卷板后酸洗后冷轧压下率控制在60～80％之间，冷轧是在再结晶温度以下轧制，冷轧压下率低于60％，可能导致r值较小；冷轧压下率越高，形变储能越大，再结晶驱动力越大，有利于再结晶晶粒形核，增加形核率，压下率高于80％，可能会增加C原子晶界偏聚量，对烘烤硬化性能产生不利影响。本发明冷轧压下率控制在60～80％；
连续热镀锌退火线加热段带钢温度为780℃～840℃，如果温度设置过低，固溶碳原子在经过高温烘烤时效处理后扩散至位错处的钉扎较少，无法保证较好的烘烤硬化值；如果温度设置过高，NbC在高温过程中发生回溶，碳过多的扩散至位错处强烈钉扎形成柯氏气团而导致材料在冲压过程中变形不均匀引起表面纹理，影响涂漆后的外观目视效果；
在热镀锌退火炉加热段控制炉内露点，控制露点的方法是向退火炉内加水，使退火炉内露点达到-10～-20℃，抑制烘烤硬化钢自由碳原子，减少柯氏气团位错钉扎引起的变形不均匀而导致的喷漆效果，但是如果加水过多，更多的固溶碳被消耗掉，会影响钢板的烘烤硬化值，所以本发明炉内露点控制在-10～-20℃；
退火后采用炉内冷却，将钢板从均热温度冷却到460-520℃，冷却速率为16～60℃/s，为获得良好的镀锌层做准备；
镀锌时锌池温度为450～470℃，镀锌时间为2～5s，镀锌温度过高会使铁元素扩散到锌层中，不利于锌层控制；镀锌结束后，对于热镀锌产品，进行炉外冷却，冷却到260～300℃，冷却速率为9～25℃/s，然后水冷至40℃以下，主要是保证带钢在随后的光整工艺表面质量。
实施例钢板的成分见表1，热轧工艺参数见表2，退火镀锌工艺参数和镀锌后钢板的力学性能见表3。
表1实施例钢的化学成分(wt)％
实施例 C Si Mn P S Al Cr Nb Ti N
1 0.0020 0.0050 0.2100 0.0050 0.0080 0.0410 0.0100 0.0030 0.0030 0.0021
2 0.0019 0.0070 0.1900 0.0120 0.0070 0.0440 0.0200 0.0060 0.0050 0.0020
3 0.0028 0.0060 0.1500 0.0110 0.0060 0.0400 0.0150 0.0070 0.0040 0.0019
4 0.0022 0.0100 0.2000 0.0100 0.0060 0.0300 0.0120 0.0040 0.0060 0.0018
表2实施例钢的热轧工艺参数
表3实施例退火镀锌工艺参数和镀锌后钢板的力学性能和表面波纹度
Rp0.2：屈服强度，MPa；
Rm：抗拉强度，MPa；
A80：延伸率，％；
n_value：加工硬化指数；
BH：烘烤硬化值，MPa；
Wsa：表面波纹度，μm。
按本发明设计的化学成分，经冶炼连铸，依照设定的热轧工艺和冷轧工艺，然后在连续退火镀锌线上进行退火镀锌，控制炉内露点，抑制烘烤硬化钢自由碳原子，减少柯氏气团位错钉扎引起的变形不均匀而导致的喷漆效果，最终得到变形5％后表面波纹度Wsa≤0.35μm，符合客户对镀锌钢板表面要求同时力学性能也满足客户要求的屈服强度为180MPa热镀锌烘烤硬化钢板。

Claims (3)

1.具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板，其特征在于，其化学成分wt％为：C0.0015％～0.0040％、0＜Si≤0.02％、Mn 0.15％～0.25％、P 0.005％～0.015％、0＜S≤0.01％、Al 0.03％～0.06％、0＜Cr≤0.03％、Nb 0.002％～0.008％、Ti 0.002％～0.008％、0＜N≤0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板制造方法，其特征在于，具体包括：
1)热连轧时，将板坯加热到1200～1300℃，保温120～180min，精轧开轧温度为1000～1150℃，终轧温度为900～960℃，卷取温度700～760℃；
2)热轧卷板经酸洗后冷轧成冷轧薄板，冷轧压下率为60～80％，冷轧卷板厚度为0.8～2.5mm；
3)在连续热镀锌线退火时，加热段钢带的温度为780℃～840℃，保温段温度为780～840℃，保温时间为30～90s；退火后采用炉内冷却，将钢板从加热温度冷却到460～520℃，冷却速率为16～60℃/s；
4)热浸镀时，锌液温度为450～470℃，镀锌时间为2～5s；镀锌结束后，对热镀锌产品，经过镀后冷却到260～300℃，冷却速率为9～25℃/s，然后水冷至40℃以下。
3.根据权利要求2所述的具有满足免中涂汽车外板要求的热镀锌钢板的制造方法，其特征在于，在上述步骤3)中，热镀锌退火炉加热段控制炉内露点，控制露点的方法是向退火炉内加水，使退火炉内露点达到-10～-20℃。
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