CN108754312B - 一种高表面质量铝镀层钢板及生产方法 - Google Patents

一种高表面质量铝镀层钢板及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高表面质量铝镀层钢板及生产方法，包括基板和镀层，基板含0.0010％≤C≤0.25％；0.010％≤Si≤0.60％；0.06％≤Mn≤2.0％；P：≤0.015％；S：≤0.025％；Als：0.030％～0.055％；N：≤0.0050％；Ti：≤0.10％；Nb：≤0.10％；Cr≤0.15％；B≤0.0035％,余量为Fe和不可避免的杂质。镀层含Si 7％～11％、Fe 1.0％～3.0％、La 0.05％～0.20％、Ti 0.05％～0.2％，余量为Al和少量不可避免的杂质。与现有技术相比，本发明生产出镀铝硅钢板表面质量高，未看到明显的铝花，表面质量达到FC级以上。

Description

一种高表面质量铝镀层钢板及生产方法
技术领域
本发明属于热浸镀钢板加工技术领域，涉及一种高表面质量铝镀层钢板及生产方法。
背景技术
热浸镀铝硅是继热浸镀锌之后发展起来的一种高效的表面防护技术。是一种集钢铁表面强化、表面防护和表面美化综合作用的防护手段。铝硅镀层钢板不仅具有铝的银白色外观和耐侯性，而且还具有优良的耐H2S等强腐蚀剂的腐蚀性能和良好的耐高温氧化、耐磨及对光和热优异的反射性能等。
由于热浸镀铝硅钢板优异的性能，现已获得广泛的用途，其优异的性能并被美、日、英等许多工业发达国家的应用实践所证实。主要应用对耐蚀性及耐高温氧化要求较高的领域，如汽车消声器、烤箱、烧烤炉、慢炖锅、油炸锅、烤面包机、电饭煲、食品加工机械、炊具、燃烧器排气机、涂装设备、隔热部件等。
中国专利号为201110179923.4的《一种热压成型用镀铝硅钢板及其制造方法》，阐述了通过热成型钢板先采用NOF炉进行预氧化处理，随后在还原炉内通过高氢气气氛(H2:20％～50％，余量为N 2)及低露点(炉内露点控制在-20℃～-60℃)进行还原，生产出热压成型用镀铝硅钢板。其化学成分要求是(按质量数)：C:0.08％～0.3％，Si:0.10％～1.5％，Mn:0.2％～3.0％，P:≤0.010％，S:≤0.004％，Al:0.016％～0.040％，Cr:0.1％～0.9％，Ti:0.01％～0.2％，B:0.0001％～0.005％,N:≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。该专利基板针对为热成型用钢，其退火炉还原段氢气含量较高，在工业生产中存在较大的安全隐患。并且其专利中钢板从铝锅引出后到铝硅合金凝固点之间以≥120℃/s进行快速冷以控制合金层的生长，冷却速率较快，在实际生产中没有可行性。
中国专利号为201110399806.9的《一种连续热浸镀铝硅钛硼合金钢板的生产方法》和中国专利号为200910231746.2的《一种连续热浸镀铝硅铜镁合金钢板的生产方法》，通过在铝硅镀液中添加微量的Ti、B及Cu、Mg，与添加稀土相比成本增加，并且Cu含量的添加会造成耐蚀性的降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高表面质量铝镀层钢板及生产方法，通过合理的化学成分设计，配合热轧冷轧，连续热镀铝硅钢板的镀层成分设计，退火工艺及浸镀工艺等，生产出一种高表面质量的热浸镀铝硅钢板。
本发明具体技术方案如下：
一种高表面质量铝镀层钢板，包括基板和镀层，所述基板含有以下质量百分含量的化学成分：0.0010％≤C≤0.25％；0.010％≤Si≤0.60％；0.06％≤Mn≤2.0％；P：≤0.015％；S：≤0.025％；Als：0.030％～0.055％；N：≤0.0050％；Ti：≤0.10％；Nb：≤0.10％；Cr≤0.15％；B≤0.0035％,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述镀层含有以下质量百分含量的化学成分：Si 7％～11％、Fe 1.0％～3.0％、La 0.05％～0.20％、Ti 0.05％～0.2％，余量为Al和少量不可避免的杂质。
进一步的，镀层的厚度在25-35μm，合金层厚度在3-5μm。
本发明提供的一种高表面质量铝镀层钢板的生产方法，包括以下步骤：
1)铁水预处理；
2)转炉冶炼；
3)合金微调站；
4)RH炉精炼；
5)连铸；
6)铸坯出炉；
7)热轧；
8)终轧；
9)卷取；
10)冷轧；
11)清洗；
12)连续退火；
13)热浸镀，冷却；
14)光整及拉矫。
进一步的，步骤1)铁水预处理具体为：要求前扒渣和后扒渣。
步骤2)转炉冶炼具体为：不加生铁、渣钢；采用自循环废钢出钢，强化转炉脱磷，加强挡渣操作；出钢过程加石灰，不进行脱氧。
步骤3)合金微调站具体为：：进行钢包顶渣改质。
步骤4)RH炉精炼具体为：RH采用轻处理工艺，如需吹氧，则根据温度和氧位在前中期吹入氧气；破空前保证净循环时间不小于6min。
步骤5)连铸具体为：中包目标温度控制在液相线温度以上20～40℃。
步骤6)铸坯出炉温度控制在1160℃～1260℃。
步骤7)热轧具体为：六机架连轧，一次、二次出入口高压除鳞。
步骤8)终轧温度控制在850℃～950℃。
步骤9)卷取温度控制在680℃～760℃。
步骤10)冷轧总压下率控制在50％～80％，轧硬卷表面粗糙度Ra值控制在2.0～3.5μm。
高粗糙度可以获得小锌花，保证良好的表面质量。
步骤11)清洗是为有效除去冷轧钢板带钢表面轧制油和铁粉等杂质，以使带钢以清洁的表面进入立式退火炉。步骤11)所述清洗具体为：带钢清洗段碱洗槽内脱脂液浓度为：1～2％，温度为70～90℃；电解清洗槽内脱脂液浓度为：3～8％，温度为70～90℃。清洗后带钢表面残油量≤100mg/m2，表面残铁量≤10mg/m2，以保证钢板表面与镀液良好的浸润性，不产生漏镀缺陷。
步骤12)连续退火具体为：还原炉内气氛按体积百分含量为：H2：5％～10％，余量为N 2；炉内露点控制在-30～-50℃，均热温度控制在720℃～850℃。
生产高强钢时，Mn、Si等元素的氧化物易在钢板表面产生富集，造成钢板浸润性下降，最终产生镀层不良及漏镀缺陷，采用预氧化还原技术，在加热段通入水蒸气，控制露点在5℃左右，后续在均热段控制露点在-40℃左右，生产的高强钢表面质量较好。
步骤13)热浸镀所用镀液含有以下质量百分含量的化学成分：Si 7％～11％、Fe1.0％～3.0％、稀土镧(La)0.05％～0.2％、Ti 0.05％～0.2％，余量为Al和少量不可避免的杂质；进一步的，镀液温度为640～720℃，钢板入锅温度为640～720℃，浸镀时间为2～5s。通过气刀、浸镀工艺及冷却工艺控制镀层的厚度在25-35μm，合金层厚度在3-5μm。
所述冷却工艺具体为：热浸镀后的带钢从铝锅引出后以80℃/s的冷却速度快速冷却至≤550℃，然后再以60℃/s的速度冷却至塔顶辊，温度≤300℃；水淬段进口温度≤150℃，水淬后带钢温度≤40℃。
步骤14)所述光整及拉矫：光整延伸率控制在0.5％～2.0％，拉矫延伸率控制在0.2％～1.0％。
热浸镀铝硅钢板的冷轧基板主要基于以下原理：
碳(C)：C是提高强度最经济且最有效的固溶强化元素，C含量增加，强度增加，但钢的塑性和成形性降低。碳钢中C含量的增加能够阻止合金层的生长降低合金层的厚度。本发明中C百分含量控制范围为0.0010％≤C≤0.25％。
锰(Mn)：锰属于能扩大γ相区范围的合金元素。固态下Fe-Mn系不形成连续固溶体。锰在α铁和γ铁中的扩散远比碳的扩散难于进行。随着钢基体中锰含量的增大，其在镀铝后合金层的厚度和硬度均减小。此外，高含量的Mn容易在钢板表面发生选择性氧化行为，其形成的氧化物将影响浸润性，容易形成微小漏镀点，影响高强钢板的表面质量。本发明中Mn百分含量控制范围为0.06％≤Mn≤2.0％。
硅(Si)：钢中的硅能阻挡合金层的生长，可大幅度降低合金层的厚度，提高钢中的硅含量可降低合金层的硬度。但Si含量过高，钢板表面易生成氧化物，硅的氧化物会影响钢板的涂镀性能，造成镀层不良缺陷。本发明中Si百分含量控制范围为0.010％≤Si≤0.60％。
磷(P)：磷是对钢的强化有效的元素，但添加量超过0.050％时，由于热轧生成的表面氧化层(氧化皮)的剥离变得过多，镀覆后的表面性状变差。本发明中P百分含量控制范围为≤0.020％。
硫(S)：S在通常情况下是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，影响冷轧板表面磷化膜质量，要求S含量尽可能低，因此本发明尽量将钢种的S百分含量控制在0.015％以下。
铝(Al)：Al作为主要脱氧剂，同时铝对细化晶粒也有一定作用。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。本发明控制Als百分含量控制在0.030％～0.055％。
氮(N)：N能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。本发明将钢种的N百分含量控制在0.0040％以下。
钛(Ti)和铌(Nb)：钛、铌是强C、N化物形成元素，钢中加入钛和铌的目的是固定钢中的间隙原子C和N，净化铁素体基体，从而使本发明钢种具有良好的深冲性能。同时，铌、钛的加入可起到析出析出强化和细化晶粒的作用，并且铌、钛的复合添加利于钢板表面的热镀锌。所以将其含量限定在Ti≤0.10％，Nb≤0.10％。
本发明热浸镀的镀液及冷却工艺控制原理：
当浸镀液为纯铝时镀层的合金层很厚呈舌状镶嵌在铁基体上，镀层硬且脆几乎不能进行二次加工。通过在镀液中添加硅元素，可以抑制舌状组织的形成，减少合金层厚度。本专利中镀液成分Si含量选择为7％～11％。
通常铝中铁含量的存在对铝硅镀层外观有不利影响，当铁含量大于5％时将形成无光泽且厚度和疏松性都不均匀的镀层。本专利镀液成分中Fe含量选择为1.0％～3.0％。
稀土为表面活性物质，能降低铝液表面张力提高铝液的流动性，从而改善铝液对钢基体的湿润性，从而获得表面质量良好的镀层。稀土镧(La)含量0.05％～0.2％；铝液中添加微量的钛，可使降低合金层厚度，并且可以细化晶粒，提高镀铝硅钢板的耐蚀性等性能，Ti含量0.05％～0.2％，余量为Al和少量不可避免的杂质。
钢带从炉鼻处出来后进入铝锅，镀液温度越高原子扩散能力越强，原子扩散厚度增大；浸镀时间越长原子扩散数目越多，扩散距离越远，镀层厚度亦增大。如果铝液的温度较高，铝会加速与基体的铁反应，形成较厚的合金层，对镀层的结合力造成不利影响。铝液的温度过低，则其流动性差，铝层厚度控制困难且较为粗糙。
锌花形核后长大需要一定温度及时间，温度较低时，锌花生长较慢，镀层表面形成的锌晶粒来不及生长成锌花，因而晶粒较小且表面平滑；本发明中镀液温度为640～720℃，钢板入锅温度为640～720℃，浸镀时间为2～5s。通过气刀、浸镀工艺及冷却工艺等控制镀层的厚度在25-35μm，合金层厚度在3-5μm。
为控制锌花的大小，提高表面质量，热浸镀后的带钢从铝锅引出后以80℃/s的冷却速度快速冷却至≤550℃，然后再以60℃/s的速度冷却至塔顶辊，温度≤300℃；水淬段进口温度≤150℃，水淬后带钢温度≤40℃。
与现有技术技术相比，本发明主要是通过合理的成分设计、配合合理的热轧冷轧工艺、清洗段参数、退火工艺、镀液成分及浸镀工艺等，生产出镀铝硅钢板表面质量高，未看到明显的铝花，未出现划伤、铝渣边厚等缺陷，表面质量达到FC级别以上。
附图说明
图1为本发明带钢从硅铝锅出锅冷却示意图；
图2为本发明水淬段示意图；
图3为普通铝硅镀层表面形貌；
图4为普通铝硅镀层表面形貌；
图5本发明实施例1制备的镀铝硅钢板表面宏观形貌；
图6为本发明实施例1制备的镀铝硅钢板截面微观形貌。
具体实施方式
实施例1
一种高表面质量铝镀层钢板，包括基板和镀层，实施例1以普通低碳钢为例，所述基板含有以下质量百分含量的化学成分：C：0.090％、Si：0.020％、Mn：0.30％、P：0.013％、S：0.008％、Als：0.048％、N：0.0034％、Nb：0.008％、Ti：0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
所述镀层含有以下质量百分含量的化学成分：Si 7.4％、Fe 1.1％、La 0.05％、Ti0.15％，余量为Al和少量不可避免的杂质。
上述高表面质量铝镀层钢板的生产方法，包括以下步骤：
1)铁水预处理：要求前扒渣和后扒渣。
2)转炉冶炼：不加生铁、渣钢；采用自循环废钢出钢，强化转炉脱磷，加强挡渣操作；出钢过程加石灰，不进行脱氧。
3)合金微调站：进行钢包顶渣改质。
4)RH炉精炼：RH采用轻处理工艺，如需吹氧，则根据温度和氧位在前中期吹入氧气；破空前保证净循环时间不小于6min。
5)连铸：中包目标温度控制在液相线温度以上30℃。
6)铸坯出炉温度控制在1190℃。
7)热轧：六机架连轧，一次、二次出入口高压除鳞。
8)终轧温度控制在880℃。
9)卷取温度控制在700℃。
10)冷轧总压下率控制在70％，轧硬卷表面粗糙度Ra值控制在3.0μm。高粗糙度可以获得小铝花，保证良好的表面质量。
11)清洗制度：为有效除去冷轧钢板带钢表面轧制油和铁粉等杂质，以使带钢以清洁的表面进入立式退火炉，带钢清洗段碱洗槽内脱脂液浓度为：1.4％，温度为80℃；电解清洗槽内脱脂液浓度为：5％，温度为80℃。清洗后带钢表面残油量为70mg/m2,表面残铁量为10mg/m2,以保证钢板表面与镀液良好的浸润性，不产生漏镀缺陷。
12)连续退火：还原炉内气氛按体积百分含量为：H2：5％，余量为N2；炉内露点控制在-40℃，均热温度控制在740℃。
13)热浸镀铝硅浸镀及冷却工艺：
铝硅镀液化学成分(按质量百分比)Si含量7.4％，Fe含量1.1％，稀土镧(La)含量0.15％，Ti含量0.15％，余量为Al和其它不可避免的杂质，镀液温度为680℃，钢板入锅温度为680℃，浸镀时间为3s，低的浸镀温度及短的浸镀时间，钢板表面锌花未有时间长大，表面质量较好。
通过气刀、浸镀工艺及冷却工艺等控制镀层的厚度在25-35μm，合金层厚度在3-5μm。
为控制锌花的大小，提高表面质量，带钢从铝锅引出后以80℃/s的冷却速度快速冷却550℃(凝固点)。然后再以60℃/s的速度冷却至塔顶辊(温度300℃)，水淬段进口温度120℃，水淬后带钢温度35℃。
14)光整及拉矫：将上述经冷却处理的镀铝硅钢板进行光整拉矫，光整延伸率0.8％，拉矫延伸率0.4％。
实施例2
一种高表面质量铝镀层钢板，包括基板和镀层，实施例1以普通低碳钢为例，所述基板含有以下质量百分含量的化学成分：C：0.21％、Si：0.26％、Mn：1.24％、P：0.013％、S：0.002％、Als：0.035％、Cr：0.10％、Nb：0.001％、N:0.0010％、Ti：0.01％、B：0.002％其余为Fe和不可避免的杂质元素。
所述镀层含有以下质量百分含量的化学成分：Si 7.4％、Fe 1.1％、La 0.05％、Ti0.15％，余量为Al和少量不可避免的杂质。
上述高表面质量铝镀层钢板的生产方法，包括以下步骤：
1)铁水预处理：要求前扒渣和后扒渣。
2)转炉冶炼：不加生铁、渣钢；采用自循环废钢出钢，强化转炉脱磷，加强挡渣操作；出钢过程加石灰，不进行脱氧。
3)合金微调站：进行钢包顶渣改质。
4)RH炉精炼：RH采用轻处理工艺，如需吹氧，则根据温度和氧位在前中期吹入氧气；破空前保证净循环时间不小于6min。
5)连铸：中包目标温度控制在液相线温度以上30℃。
6)铸坯出炉温度控制在1200℃。
7)热轧：六机架连轧，一次、二次出入口高压除鳞。
8)终轧温度控制在880℃。
9)卷取温度控制在700℃。
10)冷轧总压下率控制在70％，轧硬卷表面粗糙度Ra值控制在3.0μm。高粗糙度可以获得小铝花，保证良好的表面质量。
11)清洗制度：为有效除去冷轧钢板带钢表面轧制油和铁粉等杂质，以使带钢以清洁的表面进入立式退火炉，带钢清洗段碱洗槽内脱脂液浓度为：1.4％，温度为80℃；电解清洗槽内脱脂液浓度为：5％，温度为80℃。清洗后带钢表面残油量为70mg/m2，表面残铁量为10mg/m2，以保证钢板表面与镀液良好的浸润性，不产生漏镀缺陷。
12)连续退火：还原炉内气氛按体积百分含量为：H2：5％，余量为N2；生产高强钢时，Mn、Si等元素的氧化物易在钢板表面产生富集，造成钢板浸润性下降，最终产生镀层不良及漏镀缺陷，采用预氧化还原技术，在加热段通入水蒸气，控制露点在5℃左右，后续在均热段控制露点在-40℃左右，生产的高强钢表面质量较好；高的退火温度及长的退火时间，易造成Mn/Si等元素的外氧化现象，影响浸润性，控制均热温度控制在740℃，时间30s。
13)热浸镀铝硅浸镀及冷却工艺：
铝硅镀液化学成分(按质量百分比)Si含量7.4％，Fe含量1.1％，稀土镧(La)含量0.15％，Ti含量0.15％，余量为Al和其它不可避免的杂质，镀液温度为680℃，钢板入锅温度为680℃，浸镀时间为3s，低的浸镀温度及短的浸镀时间，钢板表面锌花未有时间长大，表面质量较好。
通过气刀、浸镀工艺及冷却工艺等控制镀层的厚度在25-35μm，合金层厚度在3-5μm。
为控制锌花的大小，提高表面质量，带钢从铝锅引出后以80℃/s的冷却速度快速冷却550℃(凝固点)。然后再以60℃/s的速度冷却至塔顶辊(温度300℃)，水淬段进口温度120℃，水淬后带钢温度35℃。
15)光整及拉矫：将上述经冷却处理的镀铝硅钢板进行光整拉矫，光整延伸率1.2％，拉矫延伸率0.2％。
采用该生产工艺生产的实施例1和实施例2镀铝硅钢板表面质量较好，未看到明显的铝花，未出现划伤、铝渣边厚等缺陷，表面质量达到FC级别以上。
上述说明仅对本发明进行了具体的示例性描述，需要说明的是本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的技术构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的技术构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高表面质量铝镀层钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：
1)铁水预处理；
2)转炉冶炼；
3)合金微调站；
4)RH炉精炼；
5)连铸；
6)铸坯出炉；
7)热轧；
8)终轧；
9)卷取；
10)冷轧；
11)清洗；
12)连续退火；
13)热浸镀，冷却；
14)光整及拉矫；
所述热浸镀具体为：镀液温度为640～720℃，钢板入锅温度为640～720℃，浸镀时间为2～5s；
所述冷却工艺具体为：热浸镀后的带钢从铝锅引出后以80℃/s的冷却速度快速冷却至≤550℃，然后再以60℃/s的速度冷却至塔顶辊，温度≤300℃；水淬段进口温度≤150℃，水淬后带钢温度≤40℃；
所述高表面质量铝镀层钢板，包括基板和镀层，所述基板含有以下质量百分含量的化学成分：0.0010％≤C≤0.25％；0.010％≤Si≤0.60％；0.06％≤Mn≤2.0％；P：≤0.015％；S：≤0.025％；Als：0.030％～0.055％；N：≤0.0050％；Ti：≤0.10％；Nb：≤0.10％；Cr≤0.15％；B≤0.0035％,余量为Fe和不可避免的杂质；所述镀层含有以下质量百分含量的化学成分：Si 7％～11％、Fe 1.0％～3.0％、La 0.05％～0.20％、Ti 0.05％～0.2％，余量为Al和少量不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤5)连铸具体为：中包目标温度控制在液相线温度以上20～40℃；步骤6)铸坯出炉温度控制在1160℃～1260℃。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤8)终轧温度控制在850℃～950℃。
4.根据权利要求1或3所述的生产方法，其特征在于，步骤9)卷取温度控制在680℃～760℃。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤10)冷轧总压下率控制在50％～80％，轧硬卷表面粗糙度Ra值控制在2.0～3.5μm。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤11)所述清洗具体为：带钢清洗段碱洗槽内脱脂液浓度为：1～2％，温度为70～90℃；电解清洗槽内脱脂液浓度为：3～8％，温度为70～90℃；清洗后带钢表面残油量≤100mg/m2，表面残铁量≤10mg/m2。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤14)所述光整及拉矫：光整延伸率控制在0.5％～2.0％，拉矫延伸率控制在0.2％～1.0％。
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