CN110714170A - 一种高氮冷轧钢及其制备方法、应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高氮冷轧钢及其制备方法、应用，所述冷轧钢的化学成分质量百分数分别为：C：0.03～0.07％，Si≤0.02％，Mn：0.15～0.50％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.03～0.07％，N：0.0150～0.0200％，其余为Fe和杂质。将上述低碳、低锰、高氮的成分设计配合高温连续退火、快速冷却工艺的一次冷轧生产工艺制备的冷轧钢具有高抗拉强度，高延伸率，其综合力学性能良好。

Description

一种高氮冷轧钢及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种高氮冷轧钢及其制备方法、应用。
背景技术
冷轧钢是使用量很大的一类金属材料，经过进一步加工处理后，可制作容器、箱体、炉体、管道等，应用于汽车、家电、农用机具等领域。冷轧钢的一种常见加工处理方法是在上下两面通过电镀作业镀覆耐腐蚀镀层，比如镀锡、镀铬，应用于饮料罐、食品罐、气雾罐、化工罐和电子元件等领域。为了迎合消费者对食品饮料包装日益严格的要求，以及迫于自身降低成本的压力，空罐生产企业对冷轧钢原材料的强度和塑性提出了更高的要求。
目前，高强电镀板用冷轧钢的生产工艺主要是采用退火与二次冷轧相配合的工艺进行处理，CN201210219534.4公开了一种二次冷轧荫罩带钢及其制造方法，其成分为C≤0.001％，Si≤0.025％，Mn：0.10～0.40％，P≤0.015％，S≤0.01％，Al：0.02～0.06％，O≤0.004％，其余为Fe和杂质。其采用超低碳成分，通过低温连续退火与二次冷轧工艺，所得的成品屈服强度440～470MPa，抗拉强度低于550MPa，延伸率低于3％。
综合以上可知，现有的退火与二次冷轧相配合的生产工艺所制备的冷轧钢，其存在综合力学性能差的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种高氮冷轧钢及其制备方法，其所制备的冷轧钢抗拉强度高，延伸率高，综合力学性能良好，以解决现有技术中力学性能差的问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一方面，本发明提供了一种高氮冷轧钢，所述冷轧钢的化学成分质量百分数分别为：C：0.03～0.07％，Si≤0.02％，Mn：0.15～0.50％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.03～0.07％，N：0.0150～0.0200％，其余为Fe和杂质。
进一步地，所述冷轧钢的金相组织，按照体积百分比计，包括90～99％的铁素体、1～10％的珠光体和马氏体。
进一步地，所述冷轧钢的厚度控制为0.15～0.30mm。
另一方面，本发明提供了一种高氮冷轧钢的制备方法，所述方法包括，
S1，将铁水依次进行铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸获得板坯；所述板坯的化学成分质量百分数分别为：C：0.03～0.07％，Si≤0.02％，Mn：0.15～0.50％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.03～0.07％，N：0.0150～0.0200％，其余为Fe和杂质；
S2，将所述板坯依次进行加热、热轧、卷取，获得热轧卷；
S3，将热轧卷依次进行酸洗、冷轧获得冷轧卷；
S4，将获得的冷轧卷进行连续退火、平整，获得冷轧钢；所述连续退火温度控制为740～760℃，所述连续退火的冷却速率控制为60～100℃/S，所述连续退火的冷却温度控制为150～250℃。
进一步地，所述板坯在加热工序的加热温度控制为1180～1240℃，加热时间控制为150～240min。
进一步地，所述热轧工序的粗轧采用1+5或3+3道次轧制，所述粗轧终止温度控制为1000～1080℃。
进一步地，所述热轧工序的精轧终止温度控制为850～900℃。
进一步地，所述卷取工序的卷取温度控制为550～620℃。
进一步地，所述连续退火工序的，所述冷却温度控制为150～250℃。
更进一步地，所述平整工序的延伸率控制为0.8～1.5％。
再一方面，本发明提供了一种高氮冷轧钢作为镀锡或镀铬的应用。
本发明的有益效果至少包括：
本发明公开了一种高氮冷轧钢及其制备方法、应用，所述冷轧钢的化学成分质量百分数分别为：C：0.03～0.07％，Si≤0.02％，Mn：0.15～0.50％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.03～0.07％，N：0.0150～0.0200％，其余为Fe和杂质。通过高氮的成分设计，氮可以扩大奥氏体范围，在高温连续退火时形成一定量的奥氏体，快速冷却过程中形成一定量的珠光体和马氏体组织，硬相的珠光体和马氏体可以提高冷轧钢的强度，软相的铁素体使冷轧钢具有良好的塑性，延伸率高，综合力学性能良好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种高氮冷轧钢的制备方法工艺步骤图；
图2为本发明实施例的一种高氮冷轧钢的金相组织图。
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。
一方面，本发明实施例提供了一种高氮冷轧钢，所述冷轧钢的化学成分质量百分数分别为：C：0.03～0.07％，Si≤0.02％，Mn：0.15～0.50％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.03～0.07％，N：0.0150～0.0200％，其余为Fe和杂质。
以下是本发明所涉及的主要组分的作用及其限定说明：
碳：碳是奥氏体元素，碳含量的高低很大程度地决定了钢板的抗拉强度级别，在本发明中C也起到控制相变的作用，其可以扩大奥氏体区的作用，在高温连续退火时形成一定量的奥氏体，快速冷却过程中形成一定量的珠光体和马氏体组织，以提高冷轧钢的强度。
硅：国标、欧标等权威标准中均对硅元素的质量百分比限定为低硅。
锰：除了脱氧剂和脱硫剂，在本发明中，锰元素同时是作为相变元素而添加，充分发挥其扩大奥氏体区的作用，在高温连续退火时在钢内形成一定量的奥氏体，在随后的快速冷却过程中形成一定量的珠光体和马氏体组织，以提高冷轧钢的强度。
磷和硫：磷和硫都是钢中的有害元素：磷严重损害钢板的塑性和韧性；硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此硫的含量应尽可能的低。钢中的其他组分不能抑制和减少磷和硫对钢材的不利影响。因而，本发明中磷的含量不超过0.015％，硫的含量不超过0.012％。
铝：铝在液态钢中主要起脱氧作用，为此，铝的含量不低于0.03％时，但其加入过量会影响其热加工性能、焊接性能，并增加成本，因此上限控制为0.07％。
氮：在本发明中氮元素可以扩大奥氏体区，在高温连续退火时形成一定量的奥氏体，快速冷却过程中形成一定量的珠光体和马氏体组织，以提高冷轧钢的强度。
进一步地，所述冷轧钢的金相组织以体积百分比计包括90～99％的铁素体、1～10％的珠光体和马氏体。
所述冷轧钢的金相组织，按体积百分比，铁素体占比为90～99％，珠光体和马氏体总占比为1～10％。图2为本发明实施例的一种高氮冷轧钢的金相组织图，结合图2，可以看出冷轧钢的金相组织主要是铁素体，还有少量的珠光体和马氏体。其中，铁素体为软相，可以极大的提高钢的塑性，珠光体和马氏体为硬相，可以提高钢的强度。因此，本发明实施例所获得的冷轧钢在具有高的抗拉强度的同时，还具有良好的塑性。传统二次冷轧工艺所制备的冷轧钢，其金相组织为变形的铁素体组织，因此其强度较低，延伸率较小。
进一步地，所述冷轧钢的厚度控制为0.15～0.30mm。
另一方面，本发明提供了一种高氮冷轧钢的制备方法，图1是本发明实施例的一种高氮冷轧钢的制备方法的工艺步骤图，结合图1，所述方法包括，
S1，将铁水依次进行铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸获得板坯。所述板坯的化学成分质量百分数分别为：C：0.03～0.07％，Si≤0.02％，Mn：0.15～0.50％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.03～0.07％，N：0.0150～0.0200％，其余为Fe和杂质。
S2，将所述板坯依次进行加热、热轧、卷取，获得热轧卷。
其中，所述连铸板坯在加热工序的加热温度控制为1180～1240℃，加热时间控制为150～240min；所述热轧工序的粗轧采用1+5或3+3道次轧制，所述粗轧终止温度控制为1000～1080℃；所述热轧工序的精轧终止温度控制为850～900℃；所述卷取工序的卷取温度控制为550～620℃。
加热温度控制为1180～1240℃，加热时间控制为150～240min，可以将炼钢工序形成的粗大氮化物充分回溶，以发挥氮元素控制相变的作用，也就是扩大奥氏体区，在高温连续退火工序形成一定量的奥氏体，快速冷却过程中形成一定量的珠光体和马氏体组织，以提高冷轧钢的强度。精轧终止温度控制为850～900℃，可以使精轧时处于奥氏体区，避免出现混晶组织，混晶组织对钢材的力学性能、工艺性能，特别是低温冲击韧性的危害最大。卷取温度控制为550～620℃，这种低温卷取，能够使N元素充分固溶，抑制氮化物的析出；如果使用高温卷取，会有大量的氮化物从固溶体中析出，这会阻碍退火工序冷轧卷的回复和再结晶，同时降低临界退火形成的奥氏体的稳定，从而影响带钢的强度和塑性。
S3，将热轧卷依次进行酸洗、冷轧获得冷轧卷；
本步骤是为了将较厚的热轧卷经过酸洗、冷轧获得符合客户厚度要求的冷轧卷。
S4，将获得的冷轧卷进行连续退火、平整，获得冷轧钢；其中，所述连续退火温度控制为740～760℃；所述连续退火工序的冷却速率控制为，所述冷却温度控制为150～250℃，所述平整工序的延伸率控制为0.8～1.5％。
将连续退火温度控制为740～760℃，可以保证钢内形成一定量的奥氏体，去除冷轧应力，并形成超过90％的铁素体组织，晶粒均匀，铁素体属于软相，有利于提高冷轧钢的塑性，提高冷轧钢的延伸率；同时在该退火温度范围内，间隙原子C、N出现扩散并在钢内形成固溶体，以提高奥氏体的稳定性，同时通过60～100℃/S的冷却速度快速冷却到150～250℃，使其进入马氏体和珠光体的形成条件，以在钢中形成不超过10％的马氏体和珠光体，马氏体和珠光体属于硬相，有利于提高冷轧钢的强度。所述平整工序的延伸率控制为0.8～1.5％，通过控制延伸率来控制冷轧钢的屈服强度。
再一方面，本发明实施例提供了上述的一种高氮冷轧钢作为镀锡或镀铬的应用。所述镀锡层或镀铬层的厚度小于1微米，冷轧钢的厚度控制为0.15～0.30mm。
本发明实施例公开了一种高氮冷轧钢及其制备方法、应用，通过化学成分设计，在考虑成本的基础上添加贵重的Mn元素和大量廉价的N元素，充分发挥了N元素扩大奥氏体区，提高奥氏体稳定性的作用，以使冷轧钢中存在一定量的珠光体和马氏体来提高强度；同时，配合高温连续退火、快速冷却的一次冷轧工艺，来发挥N元素控制相变的作用。本发明实施例的冷轧钢具有强度高、塑性好、强塑积高的优良力学性能，克服了传统二次冷轧工艺下制备的冷轧钢延伸率低的缺点，同时还兼具成本低的优势。
下面将结合具体的实施例对本发明公开的技术方案做进一步的说明。
实施例1
在实施例1中的一种高氮冷轧钢的制备方法包括：
S1，将铁水依次进行铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸获得板坯；
S2，将所述板坯依次进行加热、热轧、卷取，获得热轧卷；
S3，将热轧卷依次进行酸洗、冷轧获得冷轧卷；
S4，将获得的冷轧卷进行连续退火、平整，获得冷轧钢；所述连续退火温度控制为752℃，所述连续退火的冷却速率控制为93℃/S，所述连续退火的冷却温度控制为180℃，所述平整工序的延伸率控制为1.4％。
所述板坯在加热工序的加热温度控制为1190℃，加热时间控制为180min。
所述热轧工序的粗轧采用1+5道次轧制，所述粗轧终止温度控制为1030℃。
所述热轧工序的精轧终止温度控制为878℃。
所述卷取工序的卷取温度控制为577℃。
所述冷轧钢的化学成分为C：0.06％、Si：0.01％、Mn：0.41％、P：0.011％、S：0.008％、Als：0.066％，N：0.0172％，其余为Fe和杂质。
所述冷轧钢的金相组织包括90～93％的铁素体、7～10％的珠光体和马氏体。
所述冷轧钢的厚度控制为0.2mm。
将上述制备的冷轧钢作为镀锡应用。
实施例2
在实施例2中的一种高氮冷轧钢的制备方法包括：
S1，将铁水依次进行铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸获得板坯；
S2，将所述板坯依次进行加热、热轧、卷取，获得热轧卷；
S3，将热轧卷依次进行酸洗、冷轧获得冷轧卷；
S4，将获得的冷轧卷进行连续退火、平整，获得冷轧钢；所述连续退火温度控制为743℃，所述连续退火的冷却速率控制为88℃/S，所述连续退火的冷却温度控制为180℃，所述平整工序的延伸率控制为0.9％。
所述连铸板坯在加热工序的加热温度控制为1235℃，加热时间控制为230min。
所述热轧工序的粗轧采用3+3道次轧制，所述粗轧终止温度控制为1050℃。
所述热轧工序的精轧终止温度控制为867℃。
所述卷取工序的卷取温度控制为605℃。
所述冷轧钢的化学成分为C：0.04％、Si：0.015％、Mn：0.25％、P：0.012％、S：0.005％、Als：0.045％，N：0.0195％，其余为Fe和杂质。
所述冷轧钢的金相组织包括92～95％的铁素体、5～8％的珠光体和马氏体。
所述冷轧钢的厚度控制为0.19mm。
将上述制备的冷轧钢作为镀铬的应用。
实施例3
在实施例3中的一种高氮冷轧钢的制备方法包括：
S1，将铁水依次进行铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸获得板坯；
S2，将所述板坯依次进行加热、热轧、卷取，获得热轧卷；
S3，将热轧卷依次进行酸洗、冷轧获得冷轧卷；
S4，将获得的冷轧卷进行连续退火、平整，获得冷轧钢；所述连续退火温度控制为746℃，所述连续退火的冷却速率控制为85℃/S，所述连续退火的冷却温度控制为200℃。所述平整工序的延伸率控制为0.8％。
所述连铸板坯在加热工序的加热温度控制为1227℃，加热时间控制为203min。
所述热轧工序的粗轧采用3+3道次轧制，所述粗轧终止温度控制为1060℃。
所述热轧工序的精轧终止温度控制为887℃。
所述卷取工序的卷取温度控制为591℃。
所述冷轧钢的化学成分为C：0.07％、Si：0.008％、Mn：0.48％、P：0.015％、S：0.009％、Als：0.033％，N：0.0163％，其余为Fe和杂质。
所述冷轧钢的金相组织包括91～95％的铁素体、5～9％的珠光体和马氏体。
所述冷轧钢的厚度控制为0.20mm。
将上述冷轧钢作为镀锡的应用。
以现有的二次冷轧工艺制备的钢板为对比例1，对比例1中的钢板其成分为C≤0.001％，Si≤0.025％，Mn：0.10～0.40％，P≤0.015％，S≤0.01％，Al：0.02～0.06％，O≤0.004％，通过低温连续退火的二次冷轧工艺制备所得。将实施例和对比例1所制备的钢板进行力学性能测试，测试结果如表1所示。
表1
抗拉强度/MPa 延伸率/％ 强塑积/MPa·％
实施例1 669 13 8697
实施例2 688 11.5 7912
实施例3 653 10.5 6856.5
对比例1 510～541 2.2～2.6 1122～1406.6
根据表1中的数据可以看出，本发明的实施例抗拉强度为653～669MPa，延伸率为10.5～13MPa，强塑积为6856.5～8697MPa·％；对比例的抗拉强度为510～541MPa，延伸率为2.2～2.6％，强塑积为1122～1406.6MPa·％。本发明所制备的冷轧钢的抗拉强度、延伸率、强塑积均优于对比例，本发明制备的冷轧钢同时具备高抗拉强度、高延伸率等优良力学性能，克服了传统二次冷轧工艺下制备的钢板延伸率低，综合力学性能差的缺点。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式下的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (10)

1.一种高氮冷轧钢，其特征在于，所述冷轧钢的化学成分质量百分数分别为：C：0.03～0.07％，Si≤0.02％，Mn：0.15～0.50％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.03～0.07％，N：0.0150～0.0200％，其余为Fe和杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高氮冷轧钢，其特征在于，所述冷轧钢的金相组织，按照体积百分比计，包括90～99％的铁素体、1～10％的珠光体和马氏体。
3.根据权利要求1所述的一种高氮冷轧钢，其特征在于，所述冷轧钢的厚度控制为0.15～0.30mm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种高氮冷轧钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括，
S1，将铁水依次进行铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸获得板坯；所述板坯的化学成分质量百分数分别为：C：0.03～0.07％，Si≤0.02％，Mn：0.15～0.50％，P≤0.015％，S≤0.012％，Als：0.03～0.07％，N：0.0150～0.0200％，其余为Fe和杂质；
S2，将所述板坯依次进行加热、热轧、卷取，获得热轧卷；
S3，将所述热轧卷依次进行酸洗、冷轧获得冷轧卷；
S4，将所述冷轧卷进行连续退火、平整，获得冷轧钢；所述连续退火温度控制为740～760℃，所述连续退火的冷却速率控制为60～100℃/S，所述连续退火的冷却温度控制为150～250℃。
5.根据权利要求4所述的一种高氮冷轧钢的制备方法，其特征在于，所述板坯在加热工序的加热温度控制为1180～1240℃，加热时间控制为150～240min。
6.根据权利要求4所述的一种高氮冷轧钢的制备方法，其特征在于，所述热轧工序的粗轧采用1+5或3+3道次轧制，所述粗轧终止温度控制为1000～1080℃。
7.根据权利要求4所述的一种高氮冷轧钢的制备方法，其特征在于，所述热轧工序的精轧终止温度控制为850～900℃。
8.根据权利要求4所述的一种高氮冷轧钢的制备方法，其特征在于，所述卷取工序的卷取温度控制为550～620℃。
9.根据权利要求4所述的一种高氮冷轧钢的制备方法，其特征在于，所述平整工序的延伸率控制为0.8～1.5％。
10.根据权利要求1～3任一项所述的一种高氮冷轧钢作为镀锡或镀铬的应用。
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