CN111763875A - 一种瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板及其生产方法，主要解决现有高硬度冷轧电镀锡基板的力学性能差、延伸率低、制造成本高、不能满足瓶盖制备需求的技术问题。本发明提供的一种瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板，其化学成分重量百分比为：C：0.060～0.075％，Si≤0.02％，Mn：0.20～0.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02～0.05％，N：0.012‑0.017％，Nb：0.001‑0.004％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。厚度为0.17～0.45mm的冷轧电镀锡基板的断后伸长率A50mm为8～15％。本发明冷轧电镀锡基板适宜制作皇冠盖。

Description

一种瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种冷轧连续退火钢板，特别涉及一种瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板及其生产方法，属于铁基合金技术领域。
背景技术
随着人们对环保意识的不断加强，以及冷轧电镀锡钢板的用户降低生产成本的意愿，冷轧电镀锡钢板的高强、减薄是整个行业发展的趋势。为了获得高强度的材料，一般采用轧硬卷退火后进行二次轧制获得，即DR材。
专利公布号为CN108396243A的中国专利申请公开了一种瓶盖用硬质镀锡基板及其生产方法，其生产工艺为：基板的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.06～0.10％，Mn：0.30～0.60％，Al：0.02～0.08％，Si≤0.03％，N≤0.005％，S≤0.02％，P≤0.02％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。所述生产方法包括冶炼和精炼、连铸、热轧、酸洗、一次冷轧、退火、二次冷轧、精整工序。不足之处有：(1)采用罩退生产，生产周期长，表面质量差。(2)采用二次轧制，需要配备二次轧机，生产成本高。
专利公布号为CN107419172 A的中国专利申请公开了一种低成本冷轧硬质镀锡钢板及其生产方法，其化学成分重量百分比：C：0.05％～0.07％，Si≤0.034％，Mn：0.20％～0.40％，P：0.055％～0.080％，S≤0.0164％，Alt：0.012％～0.047％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。不足之处有：P含量0.055％～0.080％，美国标准ASTM A623中P含量上限D钢为0.02％，L钢为0.015％，MR钢为0.02％，不满足其标准要求。
专利公布号为CN108300948A的中国专利申请公开了一种MR T-5 CA钢种镀锡基板及其制造方法，镀锡基板的硬度HR30Tm为60-70，波动范围65±5。不足之处有：硬度波动范围大，难以满足高速制盖对材料硬度稳定性的要求，且硬度偏低。
发明内容
本发明的目的是提供一种瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板及其生产方法，主要解决现有高硬度冷轧电镀锡基板的力学性能差、延伸率低、制造成本高、不能满足瓶盖制备需求的技术问题；本发明冷轧电镀锡基板，具有优良的力学性能和成形性能；用其生产的电镀锡钢板，适宜制作皇冠盖。
本发明采用的技术方案是：一种瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板，其化学成分重量百分比为：C：0.060～0.075％，Si≤0.02％，Mn：0.20～0.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02～0.05％，N：0.012-0.017％，Nb：0.001-0.004％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。
本发明冷轧电镀锡基板的金相组织为细晶铁素体+游离渗碳体，所述金相组织中铁素体的晶粒度级别为Ⅰ9.0～10.0级，厚度为0.17～0.45mm的冷轧电镀锡基板的屈服强度Rp0.2为490～550MPa，抗拉强度Rm为540～600MPa，硬度为67-73HR30Tm，断后伸长率A50mm为8～15％。
本发明冷轧电镀锡基板适宜制作皇冠盖。
本发明所述的瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
碳：提高碳含量，对提高强度有利，但是过高的碳含量会在钢中形成较多粗大脆性的碳化物颗粒，对塑性和韧性不利，碳含量过高还会在钢板中心偏析带，对弯曲性能成型性不利。因此，本发明限定C含量为0.060％～0.075％；
硅：较低的硅含量，有利于提高材料表面质量，产品采用Al脱氧，不含Si。本发明限定Si≤0.02％；
锰：Mn在钢中作用为固溶强化、提高强度，作为冲压用材料，如果Mn含量过高，则成形性能下降，且成本增加、经济性下降。本发明限定Mn含量为0.20％～0.30％；
磷：P一般都固溶在铁素体中，有很强的固溶强化作用，磷还有严重的偏析倾向，且在珠光体和铁素体中扩散很慢，不容易均匀化而产生高磷带和低磷带，随着钢中磷含量增加，磷对钢的固溶强化作用增强，带状组织加重，钢板的强度和硬度升高，而塑性和韧性急剧下降，成形性能变坏。本发明技术方案设定P≤0.015％；
硫：在冲压变形过程中，硫化物夹杂作为应力集中源首先出现开裂，或使夹杂与金属基体分离产生细微孔洞，这些孔洞随变形过程不断长大，进一步扩展导致钢板开裂。为保证一定的成形性能，要求降低钢中的硫含量。本发明技术方案设定S≤0.010％；
铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al2O3在炼钢时去除。铝过高会形成过多的Al2O3夹杂，并且连铸浇注是容易堵塞浇注水口。本发明限定Al含量为0.02％～0.05％。
氮：在钢中氮既可以形成氮化物又可以溶解残留在凝固后的间隙中。对钢的性能影响显著，使强度、硬度提高，塑性下降。对于瓶盖用钢，氮含量需要控制在适当范围内，既保证硬度，又不使性能恶化。本发明限定N含量为0.012-0.017％。
铌：铌在本发明中的作用是提高奥氏体的再结晶温度，在精轧过程得到变形奥氏体，为后续的铁素体相变提供更多的形核核心，最终得到细化的铁素体晶粒，确保在高强度基础上保持较高的塑性和韧性。本发明限定Nb含量为0.001-0.004％。
一种瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板的生产方法，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：0.060～0.075％，Si≤0.02％，Mn：0.20～0.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02～0.05％，N：0.012-0.017％，Nb：0.001-0.004％，余量为Fe和其它不可避免的杂质；
连铸板坯经加热炉加热至1170～1210℃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，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1010～1050℃；粗轧后，控制中间坯厚度为35～40mm；精轧为7道次连轧，精轧在奥氏体未再结晶区轧制，精轧结束温度为840～870℃，精轧压下率为92～95％，精轧后，控制钢板厚度为2.0～2.6mm，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为520～560℃时卷取得到热轧钢卷；
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、立式连续退火炉退火、平整，卷取得到厚度为0.17～0.45mm成品电镀锡基板，所述冷轧压下率为82～92％，经过冷轧后的轧硬状态钢带在立式连续退火炉均热段的退火温度为610～630℃，钢带在均热段的退火时间为90～120s；平整延伸为率1.0-1.8％。
热轧工艺是实现本发明的技术关键，通过计算，本发明成分体系A3为837℃，A1为748℃；本发明所采取的热轧工艺均是基于本发明成分体系和计算的相变点，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
计算可知，板坯加热温度首先必须保证Nb、Al等合金元素充分固溶，但是如果加热温度过高则会使原始奥氏体晶粒粗大，使钢的组织粗大，不利于成型性能，并且要消耗过多的能源。本发明设定的连铸板坯加热温度为1170℃～1210℃。
2、粗轧结束温度和中间坯厚度的设定
粗轧过程中，为使晶粒进行回复和再结晶，粗轧结束温度应高于该钢的奥氏体再结晶温度，该钢的奥氏体再结晶温度为960℃，但粗轧结束温度不能太高，否则必须提高连铸板坯的加热温度，增加能耗。粗轧结束温度设定为1010～1050℃。
中间坯厚度是保证精轧有足够的压下率，但是过大的中间坯厚度会增加精轧设备的负荷，并且影响轧制速度，降低生产效率本发明设定中间坯厚度为35～40mm。
3、精轧结束温度的设定
本发明精轧结束温度设定的目的是通过在奥氏体临界温度附近结束轧制变形热轧钢板中获得超细晶粒组织，必须要保证在较低温度实施大变形量。通过奥氏体未再结晶区较低的温度范围内进行轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，增加晶界面积，增加相变形核核心，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，发挥细晶强化的作用。因此精轧结束温度过高，则无法发挥细晶强化作用，精轧结束温度过低，一方面增加轧机负荷，另一方面则会进入两相区轧制导致混晶的发生。因此本发明设定精轧结束温度为840～870℃。
4、层流冷却方式和热轧卷取温度的设定
热轧卷取温度是影响机械性能的关键因素之一，变形后快的冷却速度可以抑制铁素体晶粒长大，同时低的卷取温度还能够消除元素偏析形成的带状组织，但是卷取温度过低，容易形成魏氏组织反而会降低材料的塑性和韧性。综合考虑，层流冷却采取前段冷却的方式，本发明设定卷取温度为520～560℃。
5、冷轧压下率的设定
本发明采用一次冷轧生产，与二次冷轧相比具有生产组织方便、成本低、产量高、钢板表面缺陷发生率小等优点。冷轧工序压下率越高，晶粒的纤维化程度越高，亚晶界、位错等缺陷数量越多。因此，在连续退火的过程中，再结晶行核数量越多，再结晶之后的晶粒越细小均匀。综合考虑，本发明设定冷轧压下率为82～92％。
6、退火温度和退火时间的设定
金属在冷轧过程中，晶粒被拉长，晶粒取向改变，形成一定类型的织构，晶体内的缺陷也会增加，反映到机械性能上的改变，如：出现加工硬化、力学和物理性能的各向异性现象等。这些缺陷和变化都需要通过轧后的再结晶退火过程予以消除。因此，再结晶退火是冷轧后控制和改变金属材料组织、织构和性能的必要手段。冷轧后的轧硬钢在退火过程中经历的回复、再结晶和晶粒长大三个过程都影响到成品的性能。为了使退火后的钢卷具有合适的屈服强度，本发明通过多次试验，获得了合理的退火温度，本发明设定钢带在立式连续退火炉均热段的退火温度为610～630℃，在均热段的时间设定为90～120s。
7、平整延伸率的设定
平整主要是使带钢获得良好的板形和消除屈服平台，满足后续高速加工对板形的要求，同时避免出现滑移线。本发明设定平整延伸率为1.0-1.8％。
本发明方法生产冷轧电镀锡基板的金相组织为细晶铁素体+游离渗碳体，所述金相组织中铁素体的晶粒度级别为Ⅰ9.0～10.0级，冷轧电镀锡基板的屈服强度Rp0.2为490～550MPa，抗拉强度Rm为540～600MPa，硬度为67-73HR30Tm，断后伸长率A50mm为8～15％。用本发明冷轧电镀锡基板生产的电镀锡钢板，适宜制作皇冠盖。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明不采用高含量的P强化，满足美国标准ASTMA623中P含量上限D钢为0.02％、L钢为0.015％、MR钢为0.02％的要求，而是通过合理的合金成分配比(C、Mn、Al、Nb、N)，能够获得优良的力学性能，屈服强度Rp0.2为490-550MPa，抗拉强度Rm为540-600MPa，断后伸长率A50mm为8-15％，硬度为67-73HR30Tm。2、充分发挥N的强化效果，以减少合金元素的使用量，降低产品的合金成本；与此同时，通过控制添加微量的Nb，通过铌碳、铌氮化物细化晶粒。其轧制工艺的优点在于，通过在奥氏体未再结晶区的轧制变形与850℃附近的低温终轧使奥氏体晶粒扁平化，增加晶界面积，增加相变形核核心；另一方面通过540℃附近的低温卷取抑制铁素体晶粒长大，充分细化微观组织，为后续冷轧带钢提供细晶组织保证。3、本发明不需要采用二次轧制，就可以满足皇冠盖等制盖要求，不需要二次轧机装备，减少投资，缩短交货周期和生产成本。
附图说明
图1为本发明冷轧电镀锡基板实施例1的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例1～4，对本发明做进一步说明，如表1～表4所示。表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。
Figure BDA0002014771560000051
通过转炉熔炼和LF炉精炼得到符合要求化学成分钢水，钢水经全程吹Ar保护连续浇铸得到连铸板坯，厚度为210～230mm，宽度为800～1100mm，长度为7000～9500mm。
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，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采取前段冷却，产出热轧钢卷，热轧钢板的厚度为2.0～2.6mm。热轧工艺控制参数见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
Figure BDA0002014771560000052
将上述热轧钢卷重新开卷经过酸洗后，5机架冷连轧机进行一次冷轧，冷轧的压下率为82～92％，经过冷轧后轧硬状态的钢带经过立式连续退火炉退火、平整，卷取得到厚度0.17～0.45mm的成品电镀锡基板。退火工艺为：钢带在立式连续退火炉的均热段的退火温度为610℃～630℃，在均热段的退火时间为90s～120s；平整延伸率为1.0％～1.8％。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
参数 冷轧压下率/％ 退火温度/℃ 退火时间/s 平整延伸率/％ 冷轧钢板厚度/mm
本发明 82-92 610-630 90-120 1.0-1.8 0.17-0.45
实施例1 92 625 95 1.1 0.17
实施例2 90 619 103 1.4 0.22
实施例3 88 613 110 1.5 0.30
实施例4 86 610 116 1.7 0.36
利用上述方法生产的瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板，参见图1，冷轧电镀锡基板的金相组织为细晶铁素体+游离渗碳体，所述金相组织中铁素体的晶粒度级别为Ⅰ9.0～10.0级，冷轧电镀锡基板的屈服强度Rp0.2为490～550MPa，抗拉强度Rm为540～600MPa，硬度为67-73HR30Tm，断后伸长率A50mm为8～15％。
将本发明得到的瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板按照金属材料拉伸试验方法(GB/T228.1)、钢的显微组织评定方法(GB/T13299)、金属材料洛氏硬度试验方法(GB/T230.1)进行拉伸、显微组织、硬度检测，冷轧电镀锡基板的力学性能指标见表4。
表4本发明实施例冷轧电镀锡基板的力学性能指标
Figure BDA0002014771560000061
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。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 (4)

1.一种瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板，其化学成分重量百分比为：C：0.060～0.075％，Si≤0.02％，Mn：0.20～0.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02～0.05％，N：0.012-0.017％，Nb：0.001-0.004％，余量为Fe和其它不可避免的杂质；厚度为0.17～0.45mm的冷轧电镀锡基板的屈服强度Rp0.2为490～550MPa，抗拉强度Rm为540～600MPa，硬度为67-73HR30Tm，断后伸长率A50mm为8～15％。
2.如权利要求1所述的瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板，其特征是，所述金相组织中铁素体的晶粒度级别为Ⅰ9.0～10.0级。
3.一种瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板的生产方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：
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：0.060～0.075％，Si≤0.02％，Mn：0.20～0.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02～0.05％，N：0.012-0.017％，Nb：0.001-0.004％，余量为Fe和其它不可避免的杂质；
连铸板坯经加热炉加热至1170～1210℃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，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1010～1050℃；粗轧后，控制中间坯厚度为35～40mm；精轧为7道次连轧，精轧在奥氏体未再结晶区轧制，精轧结束温度为840～870℃，精轧压下率为92～95％，精轧后，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为520～560℃时卷取得到热轧钢卷；
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、立式连续退火炉退火、平整，卷取得到厚度为0.17～0.45mm成品电镀锡基板，所述冷轧压下率为82～92％，经过冷轧后的轧硬状态钢带在立式连续退火炉均热段的退火温度为610～630℃，钢带在均热段的退火时间为90～120s；平整延伸为率1.0-1.8％。
4.如权利要求3所述的瓶盖用高硬度冷轧电镀锡基板的生产方法，其特征是，热轧精轧后，控制热轧钢板厚度为2.0～2.6mm。
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