CN111299326B - 一种耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法及其产品 - Google Patents

一种耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法及其产品 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法，所述制备方法包括：冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行粗轧、精轧和冷轧，得到钢板；将所述钢板依次进行清洗处理、退火处理和平整处理，得到带钢；将所述带钢依次进行涂油处理、热处理、冲压成型处理，得到成型带钢；将所述成型带钢进行淬火处理，得到所述耐铁皮脱落的无镀层热成型钢。本发明所述耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法简单易行、经济效率高；所述制备方法可以在现有设备及钢种成分条件下有效地消除热成形钢在冲压成型时的表面铁皮脱落问题，能够有效减少冲压模具的清理周期，极大提高了热成形钢的生产效率。

Description

一种耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法及其产品
技术领域
本发明属于冶金和轧钢领域，具体涉及一种耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法及其产品。
背景技术
热成形钢通过成分设计并添加硼、铬等微合金可以提高钢材的淬透性，然后经过热冲压成型过程，可将钢材的交货状态强度提高至强度1500MPa以上。这种热成形钢的交货状态的金相组织通常为铁素体和珠光体组织，含有少量碳化物颗粒，还可能出现一些贝氏体组织。热成形钢经过热冲压成型后，其金相组织主要为马氏体组织。热成形钢主要应用于车身结构件特别是防止侵入的安全结构件上，有效地提高了结构件的抗碰撞性能，实现了车身轻量化。
进一步而言，无镀层的热成形钢的冲压工作环境相对较差，表面不可避免会产生氧化铁皮，在模具里进行快速冲压时，存在氧化铁皮片状或者粉状脱落问题，而这些铁皮粉末易掉落在模具中，难以清理从而损伤模具，见附图1。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法及其产品，很好地解决了无镀层热成形钢表面产生氧化铁皮脱落的问题。本发明所述耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法简单易行、经济效率高；该制备方法可以在现有设备及钢种成分条件下有效地消除热成形钢在冲压成型时出现的表面铁皮脱落问题，能够有效减少冲压模具的清理周期，极大地提高了热成形钢的生产效率。
用于实现上述目的的技术方案如下：
本发明提供一种耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法，所述制备方法包括：冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行粗轧、精轧和冷轧，得到钢板；将所述钢板依次进行清洗处理、退火处理和平整处理，得到带钢；将所述带钢依次进行涂油处理、热处理、冲压成型处理，得到成型带钢；将所述成型带钢进行淬火处理，得到所述耐铁皮脱落的无镀层热成型钢；
其中：
所述平整处理的过程中：平整延伸率为1.5～2％，优选1.8％；
所述平整处理后得到的所述带钢的表面粗糙度Ra为1.0-1.5μm，优选1.2μm。
在一个实施方案中，本发明所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法中，所述粗轧的温度为1100～1300℃，优选1220℃；
优选地，所述精轧的温度为850～1100℃，优选980℃。
在一个实施方案中，本发明所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法中，所述冷轧的总压下率为45～65％；
优选地，所述冷轧采用五机架轧制，其中：第一机架轧制压下率为30％；第二机架轧制压下率为28％；第三机架轧制压下率为21.3％；第四机架轧制压下率为20.6％；末机架轧制压下率为1.6～2.3％，优选2％。
在一个实施方案中，本发明所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法中，所述钢板进行所述清洗处理后的残油量为40～50mg/m2；优选地，所述钢板进行所述清洗处理后的残铁量为90～100mg/m2。
在一个实施方案中，本发明所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法中，所述退火处理的步骤包括：将所述钢板加热至400-650℃，后以升温速率为25～35℃/h升温至650～720℃，保持8～10h；再以降温速率为30～60℃/h降温至500～550℃。
在一个实施方案中，本发明所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法中，所述涂油处理的过程中，所述带钢的涂油量为300～1000mg/m3。。发明人发现，如果所述带钢的涂油量过低则无法满足运输和存储的需要，容易生锈；如果所述带钢的涂油量过高则容易形成铁皮。
在一个实施方案中，本发明所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法中，所述热处理的步骤包括：在氮气保护下，将所述带钢加热至900～940℃，保温200～240秒；
优选地，所述氮气的流量为200～300m3/h。
在一个实施方案中，本发明所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法中，所述热处理的步骤包括：在氮气保护下，将所述带钢加热至900～910℃，保温200～220秒；
优选地，所述冲压成型处理的步骤包括：将所述带钢在冲压成型模具中冷却8～12秒，得到所述成型带钢。
在一个实施方案中，本发明所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法中，所述淬火处理的步骤包括：将所述成型带钢以冷却速率为50～100℃/秒冷却至100～250℃。
本发明还提供根据本发明所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法制备得到的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢。
从上述实施方案可知，本发明所述制备方法不增加成本，也不增加额外工序，仅调整具体工艺步骤即可实现，方法简单、适用性强、效果显著。
本发明通过对冲压成型后的铁皮进行微观分析发现，所述热成型钢在冲压成型后发生铁皮脱落的原因为铁皮和钢板基体的结合力差。观察该铁皮脱落的状态，哪些结合力差的铁皮出现了界面分离和分层结构，如附图2所示。在高倍电镜下观察到在脱落附近表层发现Si、Mn氧化质点，而易脱落的铁皮存在油脂等杂质颗粒，从而影响铁皮的结合力，如附图3所示。除了钢板基体有杂质外，钢板基体表面的粗糙度较小也是引起铁皮结合力差的原因。此外，冲压成型的模具间隙的摩擦过大也将引起冲压过程的铁皮脱落。
本发明通过研究现有的冷轧压下率参数，通过大量的筛选试验，发现如果所述钢板的末机架轧制压下率为2～3％时，便可以得到较大的表面粗糙度，再配合后续本发明所述的平整处理过程中的平整延伸率，即可以将所述带钢的表面粗糙度控制在合理范围，而不会随着平整处理过程中辊的磨损而造成所述带钢的粗糙度衰减。
本发明通过大量的筛选试验，发现在所述钢板的冷轧过程中，一些铁粉和油脂会残留在钢板坯上，从而造成表面清洁度差，而表面清洁度不良则会加剧钢板的氧化行为。如果不对钢板进行清洗，则残留油脂中的碳氢会和钢板基体形成电势差，形成原电池，造成腐蚀点。因此，所述钢板需要清洗以清除油脂。
本发明通过大量的筛选试验，发现所述带钢的热处理温度越高，表层脱碳越严重。这说明碳的氧化速度高于氧，而碳以气体形式积累到一定压力时会扩散至铁皮，从而加剧铁皮的裂缝，使碳气体沿铁皮缝隙逸出。因此，热成型钢的脱碳倾向一定程度上会影响铁皮脱落。本发明将热处理温度限定为900～940℃，优选900～910℃，此外在淬火处理过程中限定冷却速率(50～100℃/秒)以减少钢板的停留时间，最终获得良好的冲压铁皮形貌，使铁的结合力提升，铁皮脱落问题明显减轻，如附图5所示。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1示出了现有技术中无镀层热成形钢所产生的氧化铁皮脱落形貌；
图2示出了现有技术中无镀层热成形钢的铁皮和钢板基体之间的界面分离、分层结构形貌；
图3示出了现有技术中无镀层热成形钢的铁皮界面表层脱碳形貌；
图4示出了现有技术中通过不同的粗轧、精轧和冷轧步骤得到的无镀层热成形钢表面形貌；
图5示出了本发明实施例1至3中所制备得到的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的结合良好的铁皮形貌。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。
实施例1：制备本发明所述耐铁皮脱落的无镀层热成型钢
(1)将铁水或废钢经过冶炼并连铸后，得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行粗轧，粗轧的温度为1100℃；
(2)将步骤(1)得到的钢板进行精轧，精轧的温度为850℃；将精轧后得到的钢板进行卷取，卷取的温度为580℃，得到钢卷；然后对所述钢卷进行开卷处理；
(3)将步骤(2)得到的钢板进行冷轧，在冷轧过程中，总压下率为45％；其中冷轧采用五机架轧制，第一机架轧制压下率为30％；第二机架轧制压下率为28％；第三机架轧制压下率为21.3％；第四机架轧制压下率为20.6％；末机架轧制压下率为1.6％；
(4)将步骤(3)得到的钢板进行清洗，钢板进行清洗处理后的残油量为40mg/m2，残铁量为90mg/m2；
(5)将步骤(4)得到的钢板进行退火处理，具体步骤为：将钢板加热至400℃，后以升温速率为25℃/h升温至650℃，保持8h；后以降温速率为30℃/h降温至500℃；
(6)将步骤(5)得到的钢板进行平整处理，其中平整处理过程中的平整延伸率为1.5％，所得到的带钢的表面粗糙度Ra为1.0μm；
(7)将步骤(6)得到的带钢进行涂油处理，带钢的涂油量为300mg/m3。如果所述带钢的涂油量过低则无法满足运输和存储的需要，容易生锈，如果所述带钢的涂油量过高则容易形成铁皮；
(8)将步骤(7)得到的带钢进行热处理，在氮气流量为200m3/h的保护下，将带钢加热至900℃，保温200秒，后在冲压成型模具中冷却8秒，进行冲压成型处理，得到所述成型带钢；
(9)将步骤(8)得到的成型带钢进行淬火处理，将所述成型带钢以冷却速率为50℃/秒冷却至100℃；即得到本发明所述耐铁皮脱落的无镀层热成型钢。
实施例2：制备本发明所述耐铁皮脱落的无镀层热成型钢
(1)将铁水或废钢经过冶炼并连铸后，得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行粗轧，粗轧的温度为1300℃；
(2)将步骤(1)得到的钢板进行精轧，精轧的温度为1100℃；将精轧后得到的钢板进行卷取，卷取的温度为700℃，得到钢卷；然后对所述钢卷进行开卷处理；
(3)将步骤(2)得到的钢板进行冷轧，在冷轧过程中，总压下率为45％；其中冷轧采用五机架轧制，第一机架轧制压下率为30％；第二机架轧制压下率为28％；第三机架轧制压下率为21.3％；第四机架轧制压下率为20.6％；末机架轧制压下率为2.3％；
(4)将步骤(3)得到的钢板进行清洗，钢板进行清洗处理后的残油量为50mg/m2，残铁量为100mg/m2；
(5)将步骤(4)得到的钢板进行退火处理，具体步骤为：将钢板加热至650℃，后以升温速率为35℃/h升温至720℃，保持10h；后以降温速率为60℃/h降温至550℃；
(6)将步骤(5)得到的钢板进行平整处理，其中平整处理过程中的平整延伸率为2％，所得到的带钢的表面粗糙度Ra为1.5μm；
(7)将步骤(6)得到的带钢进行涂油处理，带钢的涂油量为1000mg/m3。如果所述带钢的涂油量过低则无法满足运输和存储的需要，容易生锈，如果所述带钢的涂油量过高则容易形成铁皮；
(8)将步骤(7)得到的带钢进行热处理，在氮气流量为300m3/h的保护下，将带钢加热至940℃，保温240秒，后在冲压成型模具中冷却12秒，进行冲压成型处理，得到成型带钢；
(9)将步骤(8)得到的成型带钢进行淬火处理，将所述成型带钢以冷却速率为100℃/秒冷却至250℃；即得到本发明所述耐铁皮脱落的无镀层热成型钢。
实施例3：制备本发明所述耐铁皮脱落的无镀层热成型钢
(1)将铁水或废钢经过冶炼并连铸后，得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行粗轧，粗轧的温度为1220℃；
(2)将步骤(1)得到的钢板进行精轧，精轧的温度为980℃；将精轧后得到的钢板进行卷取，卷取的温度为650℃，得到钢卷；然后对所述钢卷进行开卷处理；
(3)将步骤(2)得到的钢板进行冷轧，在冷轧过程中，总压下率为45％；其中冷轧采用五机架轧制，第一机架轧制压下率为30％；第二机架轧制压下率为28％；第三机架轧制压下率为21.3％；第四机架轧制压下率为20.6％；末机架轧制压下率为2％；
(4)将步骤(3)得到的钢板进行清洗，钢板进行清洗处理后的残油量为45mg/m2，残铁量为95mg/m2；
(5)将步骤(4)得到的钢板进行退火处理，具体步骤为：将钢板加热至500℃，后以升温速率为35℃/h升温至700℃，保持9h；后以降温速率为50℃/h降温至550℃；
(6)将步骤(5)得到的钢板进行平整处理，其中平整处理过程中的平整延伸率为1.8％，所得到的带钢的表面粗糙度Ra为1.2μm；
(7)将步骤(6)得到的带钢进行涂油处理，带钢的涂油量为600mg/m3。如果所述带钢的涂油量过低则无法满足运输和存储的需要，容易生锈，如果所述带钢的涂油量过高则容易形成铁皮；
(8)将步骤(7)得到的带钢进行热处理，在氮气流量为250m3/h的保护下，将带钢加热至910℃，保温220秒，后在冲压成型模具中冷却55秒，进行冲压成型处理，得到成型带钢；
(9)将步骤(8)得到的成型带钢进行淬火处理，将所述成型带钢以冷却速率为100℃/秒冷却至250℃；即得到本发明所述耐铁皮脱落的无镀层热成型钢。
实施例4：
本发明将无镀层热成型钢的耐铁皮脱落效果按照严重程度划分为5个等级，1代表铁皮脱落最轻微，效果最好；5代表铁皮脱落最严重，效果最差。其中，在本发明所述模具和表面清洁度的参数保持不变的情况下，对本发明中所述冷轧、平整处理的参数进行了优化；本发明所述冷轧和平整处理步骤主要是为了改善所述带钢的表面粗糙度，从而获得微观表面较为粗糙的形貌，请参加附图4(a)、4(b)。
表1：不同的冷轧、平整处理的参数条件对本发明所述产品的耐铁皮脱落效果的影响
冷轧末机架压下率/％ 平整延伸率/％ 粗糙度Ra/μm 耐铁皮脱落效果
0.7 1.2 0.63 5
1.5 1.3 0.82 4
3 2 1.5 3.5
1.6 1.5 1.0 3.5
2 1.8 1.2 3
从表1可知，在本发明所限定的冷轧、平整处理的参数条件下，即所述冷轧末机架压下率为1.6～2.3％(优选2％)、所述平整处理过程中的平整延伸率为1.5～2％(优选1.8％)以及所述带钢的表面粗糙度Ra为1.0-1.5μm(优选1.2μm)，本发明所述得到的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的耐铁皮脱落效果较好。
实施例5：
本发明将耐铁皮脱落效果按照严重程度划分为5个等级，1代表铁皮脱落最轻微，其效果最好；5代表铁皮脱落最严重，其效果最差。其中，在本发明所述模具和表面清洁度的参数保持不变的情况下，针对本发明所述控制残油量和残铁量进行参数条件的筛选。
表2：不同的残油量和残铁量对本发明所述产品的耐铁皮脱落效果的影响
残油mg/m<sup>2</sup> 残铁mg/m<sup>2</sup> 耐铁皮脱落效果
130 220 5
100 180 4
40 90 2
50 100 3
45 95 2
从表2可知，在本发明所限定的残油量和残铁量条件下，即所述残油量为40～50mg/m2，所述残铁量为90～100mg/m2，本发明所述得到的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的耐铁皮脱落效果较好。
实施例6：
本发明将耐铁皮脱落效果按照严重程度划分为5个等级，1代表铁皮脱落最轻微，其效果最好；5代表铁皮脱落最严重，其效果最差。其中，在本发明所述模具和表面清洁度的参数保持不变的情况下，针对本发明所述热处理的过程中所述热处理温度和冷却时间进行参数条件的筛选。
表3：不同的热处理温度和冷却时间对本发明所述产品的耐铁皮脱落效果的影响
热处理温度/℃ 冷却时间/s 耐铁皮脱落效果
970 80 4
850 30 5
940 60 1.5
900 40 1
910 55 1
920 50 2
从表3可知，在本发明所限定的热处理温度和冷却时间条件下，即所述热处理温度为900～940℃(优选900～910℃)和冷却时间40～60秒(优选50～55秒)，本发明所述得到的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的耐铁皮脱落效果较好。
总之，以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法，所述制备方法包括：冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行粗轧、精轧和冷轧，得到钢板；将所述钢板依次进行清洗处理、退火处理和平整处理，得到带钢；将所述带钢依次进行涂油处理、热处理、冲压成型处理，得到成型带钢；将所述成型带钢进行淬火处理，得到所述耐铁皮脱落的无镀层热成型钢；
其中：
所述平整处理的过程中：平整延伸率为1.5～2％；
所述平整处理后得到的所述带钢的表面粗糙度Ra为1.0-1.5μm；
所述冷轧的总压下率为45～65％；所述冷轧采用五机架轧制，其中：第一机架轧制压下率为30％；第二机架轧制压下率为28％；第三机架轧制压下率为21.3％；第四机架轧制压下率为20.6％；末机架轧制压下率为1.6～2.3％；所述钢板进行所述清洗处理后的残油量为40～50mg/m2；所述钢板进行所述清洗处理后的残铁量为90～100mg/m2；
所述热处理的步骤包括：在氮气保护下，将所述带钢加热至900～940℃，保温200～240秒。
2.根据权利要求1所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法，其特征在于，所述粗轧的温度为1100～1300℃，
所述精轧的温度为850～1100℃。
3.根据权利要求1或2所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法，其特征在于，所述末机架轧制压下率为2％。
4.根据权利要求2所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法，其特征在于，所述粗轧的温度为1220℃；所述精轧的温度为980℃。
5.根据权利要求1或2所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法，其特征在于，所述退火处理的步骤包括：将所述钢板加热至400-650℃，后以升温速率为25～35℃/h升温至650～720℃，保持8～10h；再以降温速率为30～60℃/h降温至500～550℃。
6.根据权利要求1或2所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法，其特征在于，所述涂油处理的过程中，所述带钢的涂油量为300～1000mg/m2。
7.根据权利要求1或2所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法，其特征在于，所述热处理的步骤包括：在氮气保护下，将所述带钢加热至900～910℃，保温200～220秒；
所述冲压成型处理的步骤包括：将所述带钢在冲压成型模具中冷却8～12秒，得到所述成型带钢。
8.根据权利要求7所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法，其特征在于，所述氮气的流量为200～300m3/h。
9.根据权利要求1或2所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法，其特征在于，所述淬火处理的步骤包括：将所述成型带钢以冷却速率为50～100℃/秒冷却至100～250℃。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢的制备方法制备得到的耐铁皮脱落的无镀层热成型钢。
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