CN109397798A - 一种高强度轻质型特种钢板 - Google Patents

一种高强度轻质型特种钢板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度轻质型特种钢板，包括特种钢板，所述特种钢板的化学成分质量百分比为：C：0.20‑0.25％，Si：0.10‑0.40％，Mn：1.00‑1.50％，Cr：0.10‑0.40％，Ti：0.01‑0.04％，Al：0.01‑0.06％，V：0.01‑0.10％，B：0.0015‑0.0035％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质；特种钢板包括第一钢板层和第二钢板层，第一钢板层和第二钢板层贴合的一面分别设置有错位卡接的凸出，第一钢板层的下表面从上至下依次为第一镀锌层和背漆层，第二钢板层的上表面从下至上依次设有第二镀锌层、化学转化膜、有机硅膜和树脂涂层。本发明增加了钢板强度，同时具有轻质、高强、高韧性、良好的力学性能和优良的耐久性能等优点。

Description

一种高强度轻质型特种钢板
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体为一种高强度轻质型特种钢板。
背景技术
钢板是现代化机械行业、钢结构行业或者其它行业中应用原材料最广的一种板材。普通钢板在使用过程中，由于其钢板强度一般，不适合特殊场所的需要，大大限制了钢板的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度轻质型特种钢板，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高强度轻质型特种钢板，包括特种钢板，所述特种钢板的化学成分质量百分比为：C：0.20-0.25％，Si：0.10-0.40％，Mn：1.00-1.50％，Cr：0.10-0.40％，Ti：0.01-0.04％，Al：0.01-0.06％，V：0.01-0.10％，B：0.0015-0.0035％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质；
所述特种钢板包括第一钢板层和第二钢板层，所述第一钢板层和第二钢板层贴合的一面分别设置有错位卡接的凸出，所述第一钢板层的下表面从上至下依次为第一镀锌层和背漆层，所述第二钢板层的上表面从下至上依次设有第二镀锌层、化学转化膜、有机硅膜和树脂涂层。
进一步的，所述特种钢板的化学成分质量百分比为：C：0.21-0.23％，Si：0.15-0.35％，Mn：1.10-1.30％，Cr：0.15-0.35％，Ti：0.02-0.04％，Al：0.02-0.04％，V：0.05-0.08％，B：0.0020-0.0030％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免杂质。
进一步的，所述第一钢板层上的凸出与第一钢板层为一体成型，第二钢板层上的凸出与第二钢板层一体成型，且所述凸出分别为锥形结构。
进一步的，所述背漆层为氟碳防腐涂料，且所述背漆层的厚度为10-15μm。
进一步的，所述化学转化膜为络酸盐膜。
进一步的，所述有机硅膜为环氧改性聚硅氧烷，且所述有机硅膜的厚度为5-12μm。
进一步的，所述树脂涂层的厚度为20-30μm，所述树脂涂层包括按照重量份计的如下组份：
环氧树脂50-60份、丙烯酸树脂20-30份、纤维素10-15份、玻璃微珠5-10份、颜料10-15份、溶剂15-20份、增韧剂2-7份。
进一步的，所述纤维素为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素中的一种。
进一步的，所述玻璃微珠为空心结构，粒径15-100μm。
进一步的，所述颜料为防锈颜料，所述防锈颜料为丹红、氧化亚铅、钡酸锌、偏硼酸钡中的一种。
本发明合金成份设计原理如下：
碳：C作为热成形钢最重要的组分之一，决定了钢板的强度、塑性和成形性能。C是钢铁材料中固溶强化效果最明显的元素，钢中固溶C含量增加0.1％，其强度可提高约450MPa。C含量过低时，奥氏体的稳定性和马氏体淬硬性下降，导致强度偏低；C含量过高时，双相钢的塑性和焊接性能下降。因此，本发明C含量为0.20～0.25％，优选为0.21～0.23％。
硅：Si能固溶于铁素体和奥氏体中提高钢的强度，其作用仅次于C、P，较Mn、Cr、Ti和Ni等元素强；Si还可以抑制铁素体中碳化物的析出，使固溶C原子充分向奥氏体中富集，从而提高其稳定性。然而，Si含量过高时，Si在加热炉中形成的表面氧化铁皮很难去除，增加了除磷难度。因此，本发明Si含量为0.10～0.40％，优选为0.20～0.35％。
锰：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，也是钢中常用的固溶强化元素，热成形钢中一般不低于1.00％。Mn既可与C结合形成多种碳化物起到沉淀强化的作用，也可溶于基体中增强固溶强化效果。Mn易与S结合形成高熔点化合物MnS，从而消除或削弱由于FeS引起的热脆现象，改善钢的热加工性能。Mn可以提高奥氏体稳定性，使C曲线右移，从而显著降低马氏体的临界冷却速率。因此，在本发明中Mn含量为1.00～1.50％，优选为1.10～1.30％。
铬：Cr可以显著延迟珠光体和贝氏体转变，从而使奥氏体充分转变为马氏体组织。由于Cr较Mo具有明显的成本优势，所以大量添加于热成形钢中。因此，在本发明中，Cr含量为0.10～0.40％，优选为0.15～0.35％。
钒：V在双相钢中主要以VC形式存在，具有显著晶粒细化和弥散沉淀强化的作用。在热冲压加热过程中，未溶解VC颗粒可以钉扎铁素体晶界，从而起到细化晶粒的作用；退火温度增加至两相区时，VC溶解温度较低，故充分溶解于基体中，同时固溶C原子向奥氏体中富集以提高其稳定性。因此，在本发明中，V含量为0.01～0.10％，优选为0.05～0.08％。
铝：Al是钢中常见的脱氧剂，同时可以形成AlN钉扎晶界，从而起到细化晶粒的作用；另外，Al与Si作用相似，可以抑制碳化物析出，从而使奥氏体充分富碳。因此，本发明中Al含量为0.01～0.06％，优选为0.02～0.04％。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1、本发明在传统热成形钢的基础上，通过铝硅镀层提高抗高温氧化性能，改善了表面质量，较少生产工序和成本，微观组织由铁素体和珠光体组成组成，热成形零部件微观组织由单一马氏体组成。因此，本发明具有低生产成本、优良综合力学性能和表面质量，其中屈服强度为950－1250MPa，抗拉强度为1300－1600MPa，伸长率为6.0－9.0％。
2、本发明通过第一钢板层和第二钢板层的结合面采用凸出咬合结合，即减轻了独立钢板的重量，又增加了复合钢板的强度，具有轻质、高强、高韧性的优点。
3、本发明在第一钢板层的表面涂覆了有机硅膜和树脂涂层，有机硅层具有良好的隔绝效果，起到拒水、耐温的效果，可以阻挡外界不良因素对钢板的侵蚀、损伤；树脂涂层中以环氧树脂和热固性丙烯酸树脂为主要的成膜物质，纤维素在树脂中起到良好的分散性能，此外还添加了玻璃微珠，玻璃微球能提高涂层的韧性，使钢板具有良好的力学性能；玻璃微球的空心结构可以减轻涂层的重量，降低产品成本，具有优良的耐久性和力学性能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、第一钢板层，2、第二钢板层，3、第一镀锌层，4、背漆层，5、第二镀锌层，6、化学转化膜，7、有机硅膜，8、树脂涂层，9、凸出。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度轻质型特种钢板，包括特种钢板，所述特种钢板的化学成分质量百分比为：C：0.20％，Si：0.40％，Mn：1.50％，Cr：0.10％，Ti：0.03％，Al：0.020％，V：0.01％，B：0.0035％，P：0.018％，S：0.006％，N：0.005％，余量为Fe及不可避免杂质；本发明的高强度轻质型特种钢板微观组织由铁素体和珠光体组成，热成形零部件微观组织由单一马氏体组成，其抗拉强度达到1400MPa以上，热成形钢生产成本较低，同时具有超高强度、优良塑性和表面质量，可广泛应用于汽车结构件和加强件，具有显著的经济效益和社会效益。
特种钢板包括第一钢板层1和第二钢板层2，所述第一钢板层1和第二钢板层2贴合的一面分别设置有错位卡接的凸出9，所述第一钢板层1的下表面从上至下依次为第一镀锌层3和背漆层4，所述第二钢板层2的上表面从下至上依次设有第二镀锌层5、化学转化膜6、有机硅膜7和树脂涂层8，在第一钢板层1的表面涂覆了有机硅膜7和树脂涂层8，有机硅层7具有良好的隔绝效果，起到拒水、耐温的效果，可以阻挡外界不良因素对钢板的侵蚀、损伤；树脂涂层8中以环氧树脂和热固性丙烯酸树脂为主要的成膜物质，纤维素在树脂中起到良好的分散性能，此外还添加了玻璃微珠，玻璃微球能提高涂层的韧性，使钢板具有良好的力学性能；玻璃微球的空心结构可以减轻涂层的重量，降低产品成本，具有优良的耐久性和力学性能。
第一钢板层1上的凸出9与第一钢板层1为一体成型，第二钢板层2上的凸出9与第二钢板2层一体成型，且所述凸出9分别为锥形结构；第一钢板层1和第二钢板层2的结合面采用凸出9咬合结合，即减轻了独立钢板的重量，又增加了复合钢板的强度，具有轻质、高强、高韧性的优点。
背漆层4为氟碳防腐涂料，背漆层4的厚度为10μm；化学转化膜6为络酸盐膜；有机硅膜7为环氧改性聚硅氧烷，有机硅膜的厚度为5μm。
树脂涂层8的厚度为20μm，树脂涂层8包括按照重量份计的如下组份环氧树脂50份、丙烯酸树脂20份、纤维素10份、玻璃微珠5份、颜料10份、溶剂15份、增韧剂2份。
丙烯酸树脂选用热固性丙烯酸树脂；纤维素为甲基纤维素；玻璃微珠为空心结构，粒径15μm；颜料为丹红；溶剂为丁基乙二醇；增韧剂为邻苯二甲酸二乙酯。
实施例2：
一种高强度轻质型特种钢板，包括特种钢板，所述特种钢板的化学成分质量百分比为：C：0.25％，Si：0.10％，Mn：1.00％，Cr：0.40％，Ti：0.01％，Al：0.060％，V：0.10％，B：0.0015％，P：0.015％，S：0.005％，N：0.005％，余量为Fe及不可避免杂质。
结构同实施例1。
背漆层4为氟碳防腐涂料，背漆层4的厚度为15μm；化学转化膜6为络酸盐膜；有机硅膜为环氧改性聚硅氧烷，有机硅膜的厚度为12μm。
树脂涂层8的厚度为30μm，树脂涂层8包括按照重量份计的如下组份环氧树脂60份、丙烯酸树脂30份、纤维素15份、玻璃微珠10份、颜料15份、溶剂20份、增韧剂7份。
丙烯酸树脂选用热固性丙烯酸树脂；纤维素为羟丙基甲基纤维素；玻璃微珠为空心结构，粒径100μm；颜料为氧化亚铅；溶剂为异丙醇；增韧剂为磷酸三苯酯。
实施例3：
一种高强度轻质型特种钢板，包括特种钢板，所述特种钢板的化学成分质量百分比为：C：0.21％，Si：0.30％，Mn：1.40％，Cr：0.30％，Ti：0.02％，Al：0.020％，V：0.01％，B：0.0033％，P：0.015％，S：0.003％，N：0.002％，余量为Fe及不可避免杂质。
结构同实施例1。
背漆层4为氟碳防腐涂料，背漆层4的厚度为13μm；化学转化膜6为络酸盐膜；有机硅膜7为环氧改性聚硅氧烷，有机硅膜的厚度为8μm。
树脂涂层8的厚度为25μm，树脂涂层8包括按照重量份计的如下组份环氧树脂55份、丙烯酸树脂25份、纤维素13份、玻璃微珠7份、颜料12份、溶剂18份、增韧剂5份。
丙烯酸树脂选用热固性丙烯酸树脂；纤维素为羟乙基甲基纤维素；玻璃微珠为空心结构，粒径20μm；颜料为钡酸锌；溶剂为异丙醇；增韧剂为磷酸三苯酯。
实施例4：
一种高强度轻质型特种钢板，包括特种钢板，所述特种钢板的化学成分质量百分比为：C：0.24％，Si：0.20％，Mn：1.10％，Cr：0.20％，Ti：0.03％，Al：0.050％，V：0.08％，B：0.0020％，P：0.016％，S：0.010％，N：0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。
结构同实施例1。
背漆层4为氟碳防腐涂料，背漆层4的厚度为12μm；化学转化膜6为络酸盐膜；有机硅膜7为环氧改性聚硅氧烷，有机硅膜的厚度为9μm。
树脂涂层8的厚度为23μm，树脂涂层8包括按照重量份计的如下组份环氧树脂59份、丙烯酸树脂27份、纤维素11份、玻璃微珠8份、颜料13份、溶剂16份、增韧剂4份。
丙烯酸树脂选用热固性丙烯酸树脂；纤维素为甲基纤维素；玻璃微珠为空心结构，粒径50μm；颜料为偏硼酸钡；溶剂为丁基乙二醇；增韧剂为邻苯二甲酸二乙酯。
实施例5：
一种高强度轻质型特种钢板，包括特种钢板，所述特种钢板的化学成分质量百分比为：C：0.22％，Si：0.15％，Mn：1.30％，Cr：0.15％，Ti：0.01％，Al：0.040％，V：0.05％，B：0.0025％，P：0.014％，S：0.008％，N：0.002％，余量为Fe及不可避免杂质。
结构同实施例1。
背漆层4为氟碳防腐涂料，背漆层4的厚度为11μm；化学转化膜6为络酸盐膜；有机硅膜7为环氧改性聚硅氧烷，有机硅膜的厚度为7μm。
树脂涂层8的厚度为28μm，树脂涂层8包括按照重量份计的如下组份环氧树脂51份、丙烯酸树脂22份、纤维素14份、玻璃微珠9份、颜料11份、溶剂17份、增韧剂6份。
丙烯酸树脂选用热固性丙烯酸树脂；纤维素为甲基纤维素；玻璃微珠为空心结构，粒径70μm；颜料为丹红；溶剂为丁基乙二醇；增韧剂为邻苯二甲酸二乙酯。
表1板坯化学成分(wt.％)
将实施例1-5中制得得到的高强度轻质型特种钢板基板进行力学性能测试，测试结果如表2所示。
表2高强度轻质型特种钢板基板力学性能
将实施例1-5中制备得到的高强度轻质型特种钢板进行力学性能测试，测试结果如表3所示。
表3高强度轻质型特种钢板力学性能
从表3可以看出，本发明的一些实施例制备得到的高强度轻质型特种钢板具有1080MPa以上的的屈服强度，同时其抗拉强度1400MPa以上，伸长率为6.5％。
表4高强度轻质型特种钢板耐久性能
从表4可以看出，本发明实施例1-5制备得到的高强度轻质型特种钢板具备优良的耐久性。
终上所述，本发明在传统热成形钢的基础上，通过铝硅镀层提高抗高温氧化性能，改善了表面质量，较少生产工序和成本，微观组织由铁素体和珠光体组成组成，热成形零部件微观组织由单一马氏体组成。因此，本发明具有低生产成本、优良综合力学性能和表面质量，其中屈服强度为950－1250MPa，抗拉强度为1300－1600MPa，伸长率为6.0－9.0％；同时，通过第一钢板层和第二钢板层的结合面采用凸出咬合结合，即减轻了独立钢板的重量，又增加了复合钢板的强度，具有轻质、高强、高韧性的优点；另外，在第一钢板层的表面涂覆了有机硅膜和树脂涂层，有机硅层具有良好的隔绝效果，起到拒水、耐温的效果，可以阻挡外界不良因素对钢板的侵蚀、损伤；树脂涂层中以环氧树脂和热固性丙烯酸树脂为主要的成膜物质，纤维素在树脂中起到良好的分散性能，此外还添加了玻璃微珠，玻璃微球能提高涂层的韧性，使钢板具有良好的力学性能；玻璃微球的空心结构可以减轻涂层的重量，降低产品成本，具有优良的耐久性和力学性能。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强度轻质型特种钢板，包括特种钢板，其特征在于：所述特种钢板的化学成分质量百分比为：C：0.20-0.25％，Si：0.10-0.40％，Mn：1.00-1.50％，Cr：0.10-0.40％，Ti：0.01-0.04％，Al：0.01-0.06％，V：0.01-0.10％，B：0.0015-0.0035％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质；
所述特种钢板包括第一钢板层和第二钢板层，所述第一钢板层和第二钢板层贴合的一面分别设置有错位卡接的凸出，所述第一钢板层的下表面从上至下依次为第一镀锌层和背漆层，所述第二钢板层的上表面从下至上依次设有第二镀锌层、化学转化膜、有机硅膜和树脂涂层。
2.根据权利要求1所述的一种高强度轻质型特种钢板，其特征在于：所述特种钢板的化学成分质量百分比为：C：0.21-0.23％，Si：0.15-0.35％，Mn：1.10-1.30％，Cr：0.15-0.35％，Ti：0.02-0.04％，Al：0.02-0.04％，V：0.05-0.08％，B：0.0020-0.0030％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免杂质。
3.根据权利要求1所述的一种高强度轻质型特种钢板，其特征在于：所述第一钢板层上的凸出与第一钢板层为一体成型，第二钢板层上的凸出与第二钢板层一体成型，且所述凸出分别为锥形结构。
4.根据权利要求1所述的一种高强度轻质型特种钢板，其特征在于：所述背漆层为氟碳防腐涂料，且所述背漆层的厚度为10-15μm。
5.根据权利要求1所述的一种高强度轻质型特种钢板，其特征在于：所述化学转化膜为络酸盐膜。
6.根据权利要求1所述的一种高强度轻质型特种钢板，其特征在于：所述有机硅膜为环氧改性聚硅氧烷，且所述有机硅膜的厚度为5-12μm。
7.根据权利要求1所述的一种高强度轻质型特种钢板，其特征在于：所述树脂涂层的厚度为20-30μm，所述树脂涂层包括按照重量份计的如下组份：
环氧树脂50-60份、丙烯酸树脂20-30份、纤维素10-15份、玻璃微珠5-10份、颜料10-15份、溶剂15-20份、增韧剂2-7份。
8.根据权利要求7所述的一种高强度轻质型特种钢板，其特征在于：所述纤维素为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素中的一种。
9.根据权利要求7所述的一种高强度轻质型特种钢板，其特征在于：所述玻璃微珠为空心结构，粒径15-100μm。
10.根据权利要求7所述的一种高强度轻质型特种钢板，其特征在于：所述颜料为防锈颜料，所述防锈颜料为丹红、氧化亚铅、钡酸锌、偏硼酸钡中的一种。
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