CN110499479A - 一种电镀性能优异的高强栓紧带用钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电镀性能优异的高强栓紧带用钢及其制造方法，C：0.45％～0.55％，Si：≤0.40％，Mn：0.6％～1.2％，Cr：0.1％～0.60％，Al：0.015％‑0.06％，V：0.02％～0.1％，Nb：0.01％～0.1％；Cu≤0.4％，Sb：≤0.2％，杂质元素P≤0.030％，S≤0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
Description
技术领域
本发明涉及一种栓紧带卡扣用钢，特别是涉及一种适合电镀的栓紧带卡扣用热轧带钢及其制造方法。
背景技术
栓紧带用钢一般加工工序是：热轧板原料-冲压成型-热处理—抛砂-滚光-电镀-组装。随着铁路和公路运输量的增加，热处理后硬度37-41HRC、拉伸强度5000KgN的普通栓紧带卡扣已不能满足高速重载动输条件的要求，急需开发重载用高强栓紧带卡扣，拉伸强度62KN以上，以确保运输安全。另一方面，为保证电镀后表面无缺陷，一般采用冷轧板作栓紧带卡扣加工原料。近几年，为节省成本，很多厂家采用热轧钢板直接加工栓紧带卡扣，但电镀后表面霉斑点状腐蚀缺陷严重，即影响外观美感，又降低使用寿命。而且，随着环保要求不断提升及生产成本问题，下游用户电镀工艺也在不断改变，例如，有些用户取消了电镀前的抛砂工艺，导致用热轧板作原料生产的栓紧带卡扣卡口电镀后点状霉斑腐蚀缺陷更加严重，电镀合格率仅达30％。
CN201380019097.4，“电镀用钢板和电镀钢板及它们的制造方法”中C：0.0005％-0.005％，同时加Cr、Si、Mn等少量合金，属超低碳钢，强度级别低，不满足栓紧带卡扣用钢拉伸及硬度需求；CN200920274053.7，“捆绑拉紧带”是一种拉紧带装置上述发明提及的钢种及生产方法均存在一定缺陷，不适于栓紧带卡扣使用需求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种栓紧带卡扣用钢，该栓紧带卡扣用钢热处理后硬度37-41HRC，电镀性能良好，表面无霉斑等腐蚀缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种电镀性能优异的高强栓紧带用钢，其特征在于化学成分按重量百分比计为：C：0.45％～0.55％，Si：≤0.40％，Mn：0.6％～1.2％，Cr：0.1％～0.60％，Al：0.015％-0.06％，V：0.02％～0.1％，Nb：0.01％～0.1％；Cu≤0.4％，Sb：≤0.2％，杂质元素P≤0.030％，S≤0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
以下详细阐述本发明钢各合金成分作用机理：
C是钢中主要的固溶强化元素。C含量若低于0.45％，则很难保证热处理后硬度和强度，另一方面C含量若高于0.55％，钢的韧塑性恶化，易脆断。因此，C含量要控制在0.45％～0.55％。
Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，是保证钢的强度和韧性的必要元素。锰和铁形成固溶体，能提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度。Mn与S结合形成MnS，避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹影响锯片用钢的热成形性。同时Mn也是良好的脱氧剂并增加淬透性。Mn含量过低，不能满足热处理后高强硬性的要求，Mn含量过高易形成偏析带影响焊接性能，且增加生产成本，因此，综合考虑成本及性能要求等因素，Mn含量应该控制在0.6％～1.20％。
Si是钢中常见元素之一，在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂，固溶形态的Si能提高屈服强度和韧脆转变温度，但若超过含量上限将降低韧性和焊接性能。另一方面，Si是铁素体形成元素，会促进钢表面脱碳，因此，Si含量不易过高，Si≤0.40％。
Cr是显著提高钢的淬透性元素，钢中加入适量的Cr可使C曲线右移，相同冷速下获得的珠光体片间距更加细化，提升强硬性。对于高碳钢，Cr可以提高碳扩散的激活能，减轻钢的脱碳倾向。另一方面，Cr还可提高铁素体电极电位，促使钢的表面形成致密的氧化膜，提高其耐蚀性。Cr含量过高，增加合金成本，且钢板板形差，难以校平，因此，本发明控制Cr含量0.1％～0.60％。
Nb、V是细晶强化和沉淀强化微合金元素，在钢中添加微量的Nb、V，在热加工和热处理过程中可以析出微细的碳氮化物二相粒子，抑制奥氏体的形变再结晶，阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒，提高强硬性。另一方面，此钢种碳含量高，表面脱碳氧化更难控制，Nb、V可以抑制钢表面氧化脱碳，V也可提高淬透性和热稳定性。因此，钢中加入适量的Nb、V可提高热轧钢板的韧塑性及钢热处理后的强度和韧性。当然，含量过高，增加成本，因此，控制V：0.02％～0.1％，Nb：0.01％～0.1％。
Al：0.015％-0.06％，冶炼时一般用Al作脱氧剂，也可以细化晶粒，提高强度，但同时也易形成含Al的氧化物夹杂，影响钢的冲压成型性能。因此，Al含量控制在0.015％-0.06％。
Cu：Cu≤0.5％，Cu在钢中的突出作用是改善钢的抗大气腐蚀性能，同时，加入铜还能提高钢的强度和屈服比，冲压时不变形。耐蚀钢中Cu常与P配合使用，Cu和P均能浓缩在锈层中，使其致密稳定，并能抑制铁锈的扩展。当[Cu]较低(约0.01％)时，加入0.06～0.10％P后，钢的耐蚀性提高2倍多。当[Cu]较高时(0.4％左右)，加入0.10％P，耐蚀性只提高20-40％，说明P与Cu存在极其复杂的关系。为保证冲压性能，本发明中的P含量不易过高，因此，加入少量Cu。
Sb：≤0.2％，钢中加入锑，一般会使钢的强度降低，脆性增加，但加入一定量的锑后，会提高钢的抗腐蚀能力及耐磨性，因此本发明钢中加入≤0.2％的锑，以提高耐腐蚀能力及耐磨性。
P和S都是钢中不可避免的有害杂质，它们的存在会严重恶化钢的韧性。因此要采取措施使钢中的P和S含量尽可能降低。根据本发明，最高P含量限制在0.030％，最高S含量限制在0.030％。
上述成分设计采用较高碳含量，添加Mn、Cr、Si、Cu等合金元素，提高钢板淬透性、淬硬性和耐热性，保证钢板热处理后强硬性。同时加入微量Nb、V、Al，细化晶粒，提高热处理后韧塑性，保证热稳定性和低温韧性。
一种电镀性能优异的高强栓紧带用钢制造方法，其特征在于：包括冶炼、连铸、热轧和缓冷；连铸板坯厚不小于170mm，板坯上下表面在线或下线喷涂涂料，喷涂后入加热炉加热，板坯入炉温度500℃以下；板坯在线喷涂时，涂层厚0.2-0.4mm；板坯下线喷涂时，涂层厚0.4-0.6mm；加热炉采用弱氧化性气氛，空气过剩系数为1.1-1.8，铸坯加热温度1100～1180℃，保温3-5h；精粗轧均采用高压水除鳞，强度大于15MPa；粗轧首道次压下率大于30％，开轧温度1050℃～1150℃，精轧总压下率80％以上，精轧终轧温度800℃～950℃；带钢出精轧机后，以10℃/S～60℃/S冷速冷却到580℃～720℃卷取。
采用转炉冶炼，LF或RH炉外精炼处理，Al作脱氧剂，保证钢水纯净度。
为了均匀组织，控制组织偏析，粗轧和精轧均要求有足够的压下率，板坯最小厚度不得小于170mm。板坯上下表面在线或下线喷涂涂料，涂层材料在铸坯表面形成保护层，有效抑制表面晶界微裂纹的产生。板坯热送热装喷涂时，涂层厚0.4-0.6mm；板坯下线放冷喷涂时，涂层厚0.2-0.4mm。涂层过薄，不能完全覆盖板坯表面，效果不佳，涂层过厚，加热过程中板坯表面涂料易形成片状脱落，不起作用。
经过精炼、连铸、利用热连轧机组进行轧制。为节约能源，连铸坯可以采用热送热装工艺，但要求铸坯入炉温度小于500℃，避免铸坯表面氧化脱碳严重，产生表面晶界氧化裂纹，影响电镀性能。铸坯加热温度较低，1100～1180℃，且采用15MPa以上高压水除鳞，去除表面氧化铁皮，从而降低成品钢板的表面脱碳氧化，保证单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5％，无表面晶界氧化，热轧板表面粗造度1.1um以下。
采用首道次大于30％的大压下率，终轧温度800℃～950℃，奥氏体区轧制，破碎铸坯组织偏析，减轻成品带状，提高成品组织均匀性。10℃/S～60℃/S快速冷却到580℃～720℃卷取，抑制表面氧化脱碳，控制热轧板表面粗造度1.1um以下，进而控制电镀性能。冷速低于10℃/S，卷取温度高于720℃，钢板表面易氧化脱碳，表面晶界氧化严重，易形成表面微裂纹，电镀后易出点状腐蚀缺陷，严重影响电镀性能。本发明碳含量高，冷速高于60℃/S，卷取温度低于580℃，冷速过快，易生成魏氏组织，韧塑性差。
本发明的有益效果在于：应用本发明公开的技术方案生产的钢板，组织为均匀细小铁素体和珠光体，热处理后硬度42～48HRC以上，单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5％倍，钢板表面无晶界氧化微裂纹，热轧板表面粗造度1.1um以下，耐电镀腐蚀性能优异，电镀腐蚀合格率100％。
附图说明
图1为实用例2表面脱碳形貌；
图2对比例表面脱碳形貌；
图3实施例2电镀表面形貌；
图4对比例电镀表面形貌(点状霉斑)。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行说明：
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。表1为本发明实施例钢的化学成分，表2为本发明实施例钢的生产工艺，表3为实施例钢板的性能。
表1本发明实施例钢的化学成分(余量为铁)wt％
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Nb | V | Cu | Sb | Al |
| 实施例1 | 0.55 | 0.40 | 0.60 | 0.015 | 0.005 | 0.20 | 0.01 | 0.02 | 0 | 0 | 0.033 |
| 实施例2 | 0.52 | 0.15 | 0.72 | 0.004 | 0.009 | 0.15 | 0.032 | 0.032 | 0.22 | 0.032 | 0.055 |
| 实施例3 | 0.45 | 0.16 | 0.61 | 0.008 | 0.02 | 0.12 | 0.025 | 0.045 | 0.15 | 0.055 | 0.038 |
| 实施例4 | 0.50 | 0.27 | 0.78 | 0.010 | 0.018 | 0.10 | 0.019 | 0.049 | 0.02 | 0.009 | 0.018 |
| 实施例5 | 0.53 | 0.25 | 0.82 | 0.012 | 0.004 | 0.45 | 0.021 | 0.030 | 0.28 | 0 | 0.040 |
| 实施例6 | 0.47 | 0.27 | 0.79 | 0.014 | 0.003 | 0.39 | 0.018 | 0.028 | 0.32 | 0 | 0.058 |
| 实施例7 | 0.50 | 0.08 | 0.98 | 0.013 | 0.008 | 0.25 | 0.075 | 0.033 | 0.27 | 0.075 | 0.055 |
| 实施例8 | 0.46 | 0.16 | 0.70 | 0.014 | 0.004 | 0.48 | 0.010 | 0.012 | 0.01 | 0.020 | 0.027 |
| 实施例9 | 0.49 | 0.10 | 0.69 | 0.012 | 0.007 | 0.15 | 0.050 | 0.045 | 0.35 | 0.010 | 0.038 |
| 实施例10 | 0.47 | 0.18 | 0.68 | 0.010 | 0.01 | 0.14 | 0.086 | 0.056 | 0.13 | 0.006 | 0.045 |
| 实施例11 | 0.54 | 0.15 | 1.12 | 0.008 | 0.007 | 0.28 | 0.062 | 0.016 | 0.45 | 0.013 | 0.058 |
| 实施例12 | 0.48 | 0.27 | 0.95 | 0.013 | 0.006 | 0.15 | 0.010 | 0.047 | 0.06 | 0.20 | 0.015 |
| 实施例13 | 0.51 | 0.30 | 0.60 | 0.013 | 0.008 | 0.25 | 0.095 | 0.095 | 0.27 | 0.035 | 0.058 |
| 实施例14 | 0.49 | 0.08 | 1.05 | 0.014 | 0.004 | 0.18 | 0.025 | 0.080 | 0 | 0.17 | 0.029 |
| 实施例15 | 0.53 | 0.09 | 0.88 | 0.012 | 0.007 | 0.15 | 0.10 | 0.10 | 0.15 | 0.038 | 0.025 |
| 实施例16 | 0.49 | 0.07 | 1.20 | 0.030 | 0.01 | 0.16 | 0.046 | 0.056 | 0.03 | 0.11 | 0.035 |
| 实施例17 | 0.52 | 0.16 | 0.80 | 0.025 | 0.025 | 0.32 | 0.047 | 0.041 | 0.25 | 0.021 | 0.029 |
| 实施例18 | 0.53 | 0.06 | 0.92 | 0.004 | 0.009 | 0.45 | 0.092 | 0.35 | 0.02 | 0.002 | 0.048 |
表2生产工艺及力学性能
表3钢板性能
Claims (2)
1.一种电镀性能优异的高强栓紧带用钢，其特征在于化学成分按重量百分比计为：C：0.45％～0.55％，Si：≤0.40％，Mn：0.6％～1.2％，Cr：0.1％～0.60％，Al：0.015％-0.06％，V：0.02％～0.1％，Nb：0.01％～0.1％；Cu≤0.4％，Sb：≤0.2％，杂质元素P≤0.030％，S≤0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种根据权利要求1所述电镀性能优异的高强栓紧带用钢的制造方法，其特征在于：包括冶炼、连铸、热轧和缓冷；连铸板坯厚不小于170mm，板坯上下表面在线或下线喷涂涂料，喷涂后入加热炉加热，板坯入炉温度500℃以下；板坯在线喷涂时，涂层厚0.2-0.4mm；板坯下线喷涂时，涂层厚0.4-0.6mm；加热炉采用弱氧化性气氛，空气过剩系数为1.1-1.8，铸坯加热温度1100～1180℃，保温3-5h；精粗轧均采用高压水除鳞，强度大于15MPa；粗轧首道次压下率大于30％，开轧温度1050℃～1150℃，精轧总压下率80％以上，精轧终轧温度800℃～950℃；带钢出精轧机后，以10℃/S～60℃/S冷速冷却到580℃～720℃卷取。
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