CN110541107B - 一种抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板及其制造方法 - Google Patents

一种抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板及其制造方法，主要解决现有技术中抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板的制造成本高、生产效率低的技术问题。本发明提供的一种抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板，其基板的化学成分重量百分比为：C：0.12％～0.15％，Si：0.1～0.2％，Mn：1.0％～1.2％，Ti：0.025～0.035％，P:0～0.015％，S:0～0.015％，B：0.0020～0.0040％，其余为Fe和不可避免夹杂。本发明热镀铝锌钢板的金相组织为铁素体、体积百分含量为3～5％马氏体、渗碳体及细小的碳氮化钛的析出物，本发明热镀锌钢板主要用于建筑钢结构部件。

Description

一种抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板及其制造方法
技术领域
本发明一种冷轧热镀铝锌钢板，特别涉及一种抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域。
背景技术
热镀铝锌钢板自1964年开发研制以来，由于具有较好优良特点因而具有广泛的工业应用性，由于镀层中铝的保护功能，热镀铝锌钢板具有较好的耐腐蚀性，因此在建筑、汽车和家电等领域广泛应用。
近年来随着国内建筑用钢市场需求增大，对高强度热镀铝锌产品力学性能要求显著提高，以通过高强达到材料减薄要求，同时具有较好塑性和低成本要求，满足产品使用的成形性能要求，镀铝锌钢板由于其自身较高的热浸镀温度，不利于低成本成分设计，因此，开发一种适合镀铝锌生产工艺的一种经济型钢种可满足行业发展的要求。
申请公布号CN105039848A的中国专利文件公开了一种500－600MPa级冷轧退火低合金高强钢的生产方法，采用成分：C 0.06％～0.10％，Mn 1.3％～1.5％，S≤0.010％，P≤0.012％，Si 0.3％～0.5％，Nb 0.025％～0.040％，Ti 0.015％～0.025％，Als 0.030％～0.060％，N≤30ppm，其余为Fe和不可避免的杂质；所述退火工序：先以3.7～6.4℃/min的速度预热至200～250℃；再以1.7～2.4℃/min的速度加热至均热温度780～830℃，均热89～134s；然后以8～15℃/s的速率冷却至650～720℃；再以30～66℃/s的速率冷却至时效温度200～400℃，时效时间为370～555s；最后气冷至低于80℃后入水冷却至室温。本方法产品抗拉强度在500～600MPa之间，屈强比在0.55～0.85范围内变化，成分设计中添加贵重金属Nb和较高的锰含量，采用长时间高温退火方法，所获得的性能达不到本发明抗拉强度600～700MPa的目的。
申请公布号CN103305762A的中国专利文件公布了一种抗拉强度400MPa级汽车用冷轧高强度双相钢板及其制备方法。该双相钢板主要组织为铁素体-马氏体双相组织，马氏体含量在4～9％之间，其化学成分质量百分数为：C：0.01～0.05％、Si：0.1～0.4％、Mn：1.2～1.6％、Cr：0.1～0.4％、Als：0.02～0.05％、N≤0.005％、P≤0.02％、S≤0.01％，其余为Fe和不可避免的残存杂质元素。发明所获得冷轧双相钢板，屈服强度为200～250MPa，抗拉强度为400～450MPa，同时加入了铬元素，达不到本发明要求的材料经济性要求。
申请公布号CN102839329A的中国专利文件公布了一种抗拉强度450MPa级汽车用冷轧双相钢钢板及其制备方法，所述的双相钢的化学成分质量百分数为：C：0.03-0.06％、Si：0.2-0.3％、Mn：1.4-1.6％、Cr：0.1～0.3％、Ti：0.003～0.020％，Als：0.020-0.060％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。屈服强度为200MPa～250MPa，抗拉强度为440MPa～500MPa，延伸率为26％～32％。同样达不到本发明要求的材料经济性和性能要求。
申请公布号CN102703815A的中国专利文件公布一种600MPa级热轧双相钢及其制备方法。本发明600MPa级热轧双相钢，钢板化学成分按质量百分数为C：0.05～0.07％，Si：0.1～0.4％，Mn：1.10～1.50％，Cr：0.5～0.7％，余量为Fe；组织为软相铁素体和硬相马氏体，铁素体体积份数为70～90％，马氏体为10～30％，其屈服强度Rp0.2为355～375MPa，抗拉强度Rm为590～650MPa，屈强比为0.56～0.60，断后总伸长率为24～30％。强度级别与本发明专利接近，但其为热轧钢板，采用的工艺方法是在薄板坯连铸连轧生产线上，与本发明不可比。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板及其制造方法，主要解决现有技术中抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板的制造成本高、生产效率低的技术问题，满足了建筑结构件对高强度热镀铝锌钢板成型加工需求。
本发明采取的技术思路通过低成本的碳元素，配入经济锰含量，加入微量的钛和硼元素，利用卧式连续退火炉短时间退火、快速加热的能力的特点，通过高温快速退火工艺，获得铁素体、3～5％马氏体、渗碳体、及细小的渗碳体及碳氮化钛的析出物，达到的材料高屈服强度、高抗拉强度、伸长率和低屈强比的目的。
本发明采用的技术方案是：一种抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板，其基板的化学成分重量百分比为：C：0.12～0.15％，Si：0.1～0.2％，Mn：1.0～1.2％，Ti：0.025～0.035％，P:0～0.015％，S:0～0.015％，B：0.0020～0.0040％，其余为Fe和不可避免夹杂。
本发明热镀铝锌钢板的金相组织为铁素体、体积百分含量为3～5％马氏体、渗碳体及细小的碳氮化钛的析出物，0.50～0.80mm厚热镀锌钢板的屈服强度RP0.2为350～450MPa，抗拉强度Rm为600～700MPa，断后伸长率A80mm为20～25％，屈强比0.55～0.6，180°弯曲试验，d＝0a合格。
本发明所述的抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板的基板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
碳：碳是较便宜和经济的固溶强化元素。通常设计中，随着碳含量的增加钢基体强度增加，由于碳含量增加，材料塑性也会快速下降，同时含量在0.07～0.11％范围内，处于包晶钢范围内，连铸生产难度加大，本发明考虑到低成本的特性，设定C含量范围设定为0.12％～0.15％。
硅：硅对强度贡献度较大，同时有利于碳在奥氏体中富集，促进马氏体相的稳定形成；但对于卧式退火炉加热过程为氧化性气氛，钢板中的硅元素容易被氧化，对镀铝锌镀层结合力不利，综合利和弊，Si含量设计为0.1～0.2％。
锰：重要固溶强化和稳定奥氏体元素，提高钢板的淬透性能，为了保证钢的综合机械强度，同时兼顾低成本要求，本发明Mn含量控制范围为Mn：1.0～1.2％。
钛：钛是析出强化元素，属于经济性强化元素。钢中加入Ti元素主要作用是在热轧轧制时提高再结晶温度，起到晶粒细化的作用，同时添加钛元素后，冷轧后的钢板再结晶退火温度提高，并且获得大量细小的碳化钛析出物弥散于基体，强化基体，本发明综合退火炉加热能力和性能成本要求，加入含量为Ti：0.025～0.035％。
硫：本发明中的S为杂质元素，根据实际炼钢生产能力，本发明要求S控制范围为S≤0.015％。
磷：本发明中的P为杂质元素，根据实际炼钢生产能力，本发明要求P含量控制为P≤0.015％
硼：硼在晶界的析出，可以起到稳定奥氏体相的目的，是获得马氏体组织最经济的元素之一，综合考虑现场实施的可制造性，设计B：0.0020～0.0040％。
一种抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板的制造方法，该方法包括：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.12～0.15％，Si：0.1～0.2％，Mn：1.0～1.2％，Ti：0.025～0.035％，P:0～0.015％，S:0～0.015％，B：0.0020～0.0040％，其余为Fe和不可避免夹杂；
连铸板坯经加热炉加热至1180～1250℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，精轧为7道次连轧，精轧结束温度为800℃～830℃；精轧后钢板厚度为2.3～2.5mm，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为500℃～550℃卷取获得热轧钢卷；
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、卧式连续退火炉退火、热镀铝锌、平整，卷取得到厚度为0.50mm～0.80mm成品热镀铝锌钢板，所述冷轧压下率为68％～78％，经过冷轧后的轧硬状态带钢在卧式连续退火炉退火的加热温度650～680℃，均热段温度为810～830℃，带钢在均热段的退火时间为20～30s，带钢入铝锌锅的温度为550～570℃，平整延伸率为0.5～0.6％。
本发明采取的生产工艺的理由如下：
1、连铸板坯加热温度的设定
在加入合金元素的连铸板坯的加热过程中通常要较高的加热温度，为了使TiC、TiCN等第二相粒子的充分溶解，发挥Ti元素的晶粒细化的作用，考虑到经济性要求，因此，本发明设定连铸板坯加热温度为1180～1250℃。
2、精轧结束温度的设定
由于钢中添加碳、硅、锰、钛、硼微合金元素，造成材料固态相变点A3下降，经过材料计算验证，其相变温度为780～790℃，根据试验分析，为了达到奥氏体轧制的目的，因此，本发明设定精轧结束温度为800℃～830℃。
3、层流冷却方式和热轧卷取温度的设定
为了获得较高的屈服强度，相变过程进行快速冷却获得细小的铁素体晶粒，同时卷取温度的下降，减少脆性相珠光体的量，有利于提高材料伸长率，综合考虑，层流冷却采用前段冷却，热轧卷取温度为500℃～550℃卷取获得热轧钢卷。
4、冷轧压下率的设定
热轧钢卷重新开卷经过酸洗掉表面氧化铁皮后，在冷连轧机上或往复式单机架轧机上经过多次冷轧后，受到轧制能力的限制，冷轧的压下率为为冷轧压下率为68％～78％。经过冷轧后的轧硬状态带钢在卧式连续退火炉退火的加热温度为650～680℃，均热段温度为810～830℃，带钢在均热段的退火时间为20～30s。
5、退火温度和退火时间的设定
通过材料退火工艺研究，该成分和热轧工艺条件下的退火再结晶温度开始温度为750～780℃，为了得到钢板的金相组织为铁素体、体积百分含量为3～5％马氏体、渗碳体及细小的碳氮化钛的析出物，带钢在卧式连续退火炉的需要完成铁素体再结晶过程，同时需要快速加热奥氏体化，加热温度为650～680℃，均热段温度为810～830℃，带钢在均热段的退火时间为20～30s。
6、带钢入铝锌锅温度和平整延伸率的设定
通过对钢板不同的入锅温度的研究，入锅温度越高，获得的马氏体量越少，但入锅温度越低，锌锅加热功率能力不够，同时存在可镀性问题，因此，结合实际试验情况，设定钢带入铝锌锅温度为550～570℃；采用平整有利于消除钢板的屈服平台，根据实际控制能力，设定平整延伸率为0.5～0.6％。
本发明方法生产的热镀铝锌钢板的金相组织为铁素体、体积百分含量为3～5％马氏体、渗碳体及细小的碳氮化钛的析出物，0.50～0.80mm厚热镀锌钢板的屈服强度RP0.2为350～450MPa，抗拉强度Rm为600～700MPa，断后伸长率A80mm为20～25％，屈强比0.55～0.65，满足了建筑结构件对高强度热镀铝锌钢板成型加工需求。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法是一种经济型双相镀铝锌钢板的研制，在不添加昂贵的钼、铬、铌元素条件下，研究一种屈服强度350～450MPa，抗拉强度600～700MPa的双相镀铝锌钢板，金相组织为铁素体、体积百分含量为3～5％马氏体、渗碳体及细小的碳氮化钛的析出物，达到的材料高强度、高伸长率和低屈强比的目的。2、本发明通过低成本成分设计，利用卧式炉退火炉短时间退火、快速加热、快速冷却的能力，生产效率高，是一种非常节约能源的生产方式。3、本发明采用的成分设计，避开连铸0.08-0.12％包晶钢碳含量区间，避免包晶钢带来的板坯裂纹问题，生产制造性可靠性提高。4、本发明方法中采用的热轧工艺充分结合材料的特性，充分发挥添加碳、钛、硼元素的强化作用，热轧轧制工艺实现可靠。5、本发明利用较低的入锅温度，获得的一定马氏体量强化，既保证了发挥材料的强化作用，有保证了镀铝锌可镀性，是一种经济性工艺强化方式。
附图说明
图1为本发明实施例4热镀铝锌钢板的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例1—6对本发明作进一步说明，如表1-4所示：
表1为本发明实施例热镀铝锌钢板的基板的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例热镀铝锌钢板的基板的化学成分，单位：重量百分比
Figure GDA0002875032070000051
通过转炉熔炼得到符合要求化学成分的钢水，通过RH炉真空脱碳、添加合金元素铌得到符合要求化学成分的钢水，将钢水进行连铸得到连铸板坯，连铸板坯的厚度为210～230mm，宽度为800～1300mm，长度为5000～10000mm。
炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除磷后送至连续热连轧轧机上轧制。通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制后，层流冷却采用前段冷却，然后进行卷取，产出热轧钢卷。热轧工艺控制见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
Figure GDA0002875032070000052
Figure GDA0002875032070000061
将上述热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、卧式连续退火炉退火、热镀锌、平整，卷取得到厚度为0.50mm～0.80mm成品热镀铝锌钢板。退火工艺为：带钢在卧式连续退火炉退火的加热温度650～680℃，均热段温度为810～830℃；带钢在均热段的退火时间为20～30s，带钢入铝锌锅的温度为550～570℃，平整延伸为率0.5～0.6％；冷轧、退火、平整工艺控制参数见表3。
表3本发明实施例冷轧、退火、平整工艺控制参数
Figure GDA0002875032070000062
利用上述方法得到的热镀铝锌钢板，参见图1，热镀铝锌钢板的金相组织为铁素体、体积百分含量为4％马氏体、渗碳体及细小的碳氮化钛的析出物，0.50～0.80mm厚热镀锌钢板的屈服强度RP0.2为350～450MPa，抗拉强度Rm为600～700MPa，断后伸长率A80mm为20～25％，屈强比0.55～0.65，180°弯曲试验，d＝0a合格。
将本发明得到的热镀铝锌钢板按照《GB/T228.1～2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，钢板的力学性能见表4。
表4本发明实施例热镀锌钢板的力学性能
Figure GDA0002875032070000063
Figure GDA0002875032070000071
本发明实施例1～6表明，热镀铝锌钢板中碳含量控制在0.12％～0.15％，硅含量控制0.3～0.5％，锰含量控制在1.0％～1.2％，钛含量控制在0.025～0.035％，硼含量控制在0.0020～0.0040％，硫含量控制范围为0～0.015％，磷含量控制范围为0～0.015，热镀锌钢板的屈服强度RP0.2为350～450MPa，抗拉强度Rm为600～700MPa，断后伸长率A80mm为20～25％，屈强比0.55～0.6，180°弯曲试验，d＝0a合格。
实施例4热镀铝锌钢板的屈服强度为389MPa、抗拉强度622MPa，断后伸长率A80mm为22.2％，表明通过低成本的成分设计，结合快速加热退火和冷却工艺技术的实现了经济型双相高强度、高伸长率和低屈强比镀铝锌板制造。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板，其基板的化学成分重量百分比为：C：0.12～0.15％，Si：0.1～0.2％，Mn：1.0～1.2％，Ti：0.025～0.035％，P:0～0.015％，S:0～0.015％，B：0.0020～0.0040％，其余为Fe和不可避免夹杂；所述热镀铝锌钢板的金相组织为铁素体、体积百分含量为3～5％马氏体、渗碳体及细小的碳氮化钛的析出物，0.50～0.80mm厚热镀锌钢板的屈服强度RP0.2为350～450MPa，抗拉强度Rm为600～700MPa，断后伸长率A80mm为20～25％，屈强比0.55～0.6，180°弯曲试验，d＝0a合格。
2.一种抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板的制造方法，其特征是，所述的方法包括：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水化学成分的重量百分比为：C：0.12～0.15％，Si：0.1～0.2％，Mn：1.0～1.2％，Ti：0.025～0.035％，P:0～0.015％，S:0～0.015％，B：0.0020～0.0040％，其余为Fe和不可避免夹杂；
连铸板坯经加热炉加热至1180～1250℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，精轧为7道次连轧，精轧结束温度为800℃～830℃；层流冷却采用前段冷却，卷取温度为500℃～550℃卷取获得热轧钢卷；
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、卧式连续退火炉退火、热镀铝锌、平整，卷取得到厚度为0.50mm～0.80mm成品热镀铝锌钢板，所述冷轧压下率为68％～78％，经过冷轧后的轧硬状态带钢在卧式连续退火炉退火的加热温度650～680℃，均热段温度为810～830℃，带钢在均热段的退火时间为20～30s，带钢入铝锌锅的温度为550～570℃，平整延伸率为0.5～0.6％。
3.如权利要求2所述的抗拉强度600MPa级热镀铝锌钢板的制造方法，其特征是，精轧后，控制热轧钢板厚度为2.3～2.5mm。
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