CN111961789B - 一种薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板及其制造方法 - Google Patents

一种薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板及其制造方法，成分为：C 0.16～0.20％、Si≤0.050％、Mn 1.10～1.30％、P≤0.020％、S≤0.012％、Als 0.020～0.045％、Ti 0.015～0.035％、N≤0.0080％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明通过设计钢的成分、精确控制热轧工序凸度及楔形，按照炼钢连铸、热轧及平整、五机架全六辊冷连轧及连续热镀锌工序流程生产高强结构镀锌钢板力学性能的屈服强度≥320MPa，抗拉强度≥390MPa、延伸率≥19％，性能稳定，板型良好，急峻度≤0.2％，波间距≥500mm，波高≤1mm。

Description

一种薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及金属板(带)的炼钢、热轧、酸洗冷连扎、连续热浸镀锌工艺，具体地说是一种薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板及其制造方法。
背景技术
结构级彩涂产品由于其有承载能力大、抗震性能好、抗负风压能力强等优点，被广泛用于机场、交通枢纽等超高层房屋或大跨度的重点建筑物工程。随着科学技术、社会经济迅猛发展，用户对优质建筑材料的要求日益提高，在高端建筑工程中，普通的结构钢已无法满足用户的加工、使用要求，客户开始采用板形急峻度低，波高低的钢品用结构级彩涂板来替代普通结构级彩涂产品。而针对钢品用结构级彩涂板在镀锌基板板形等方面也提出了较苛刻的要求。
以下对国内现有已公开的300-400Mpa级别高板型要求镀锌钢板的技术现状作简要分析：
2018年3月30日公开的低合金高强钢和镀锌带钢的生产控制方法，申请号：201711112746.1，公开了：低合金高强钢包含的各化学成分以及各化学成分的质量百分数为：碳：0.05～0.07％，硅：0.03～0.06％，锰：0.3～0.5％，磷：0.02～0.03％，硫：0～0.01％，全铝：0.025～0.045％，铌：0.02～0.03％，其余为铁和杂质。本申请通过调整低合金高强钢所包含的化学成分以及各化学成分的含量，使得该低合金高强钢加工得到的带钢屈服强度级别可以达到300MPa以上，同时还提高了带钢的强度和成形性，利于再加工。
2014年12月10日公开的抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强钢及其生产方法，申请号：201410486275.0，公开了一种抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强度钢。其化学成分按重量百分比计为：C：0.0027～0.0035％，Si：0.071～0.095％，Mn：0.78～0.95％，P：0.060～0.075％，S≤0.003％，Als：0.015～0.030％，Nb：0.040～0.045％，Ti：0.039～0.045％，B：0.0008～0.0014，N≤0.003％，O≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。其生产方法，依次包括以下步骤：铁水脱硫，转炉冶炼，炉外精炼，连铸，精整，板坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，酸洗，冷连轧，连续退火+热镀锌，光整，精整。该钢具有高强度的力学性能和良好的成形性、高的有利织构含量、良好的耐蚀性及较好的表面质量要求。
上述专利采用镀锌机组生产屈服强度300MPa-400Mpa高强钢，但化学成分采用添加添加Ti、Nb等合金元素来达到预期强度，生产成本较高。
2018年11月30日公开的申请号为201810795677.7的专利公开了一种含磷高强钢及其制备方法，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.002％～0.008％、Si：0.06％～0.1％、Mn：0.9％～1.3％、P：0.06％～0.10％、S：≤0.005％、Alt：0.025～0.035％，其余为铁和不可避免的杂质元素。本发明未采用添加合金元素，通过优化成分设计，并控制合理的热轧工艺、冷轧压下率、热镀锌退火工艺、光整延伸率等工艺参数，使得带钢成品具有较高的强度、良好的成形性，强度级别可以达到380MPa以上，同时具有良好表面质量，可用于汽车用钢；在提高汽车安全性能的同时，为汽车企业带来可观的经济效益。
上述专利主要阐述了通过镀锌工艺路线生产300-400Mpa级别高强钢板的成分及工艺控制，但对镀锌板的板型控制未做要求，不能满足现在市场的需求。
发明内容
本发明提供了一种薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板及其制造方法，通过合理的化学成分和工艺设计，配合热轧平整、酸洗、五机架全六辊冷连轧机冷轧及连续热镀锌工艺，设计出低成本工艺路线下性能稳定，板型良好，急峻度≤0.2％，波间距≥500mm，波高≤1mm，屈服强度≥320MPa级别的热镀锌高强钢板。
本发明具体技术方案如下：
一种薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板的制造方法，包括以下步骤：
1)铁水预处理；
2)转炉冶炼；
3)合金微调站；
4)LF炉精炼；
5)连铸；
6)轧制；
7)终轧温度控制在860℃～900℃；
8)后段层流冷却，卷取温度控制在560℃～600℃；
9)热轧卷凸度控制范围15-45μm；热轧楔形控制范围-20到20μm；热轧平整延伸率按1.0％-2.0％；
10)酸洗；
11)冷轧；
12)镀锌。
步骤1)中所述铁水预处理具体为：控制脱硫后的铁水[S]≤0.0015％，后扒渣亮面≥80％。
步骤2)中转炉冶炼，强化转炉脱磷；终点控制[C]≤0.08％、[P]≤0.017％，[S]≤0.025％；出钢脱氧合金化，合金辅料加入顺序为：预脱氧碳粉→高碳锰铁→增碳剂→渣料→铝铁；加强挡渣操作，防止下渣回磷。
步骤3)中合金微调站：加入铝粒，开底吹强搅，初步还原顶渣。
步骤4)中所述LF炉精炼：造白渣，保证钢包顶渣充分还原；控制终点[S]≤0.012％，调成分至目标值；钙处理对夹杂物进行变性，同时保证弱搅时间，使夹杂物充分上浮。
步骤5)中所述连铸：钢水镇静时间不小于20min，塞棒吹氩流量控制在4～6NL/min；中包目标温度控制在液相线温度以上15～30℃；投用动态轻压下，保持恒拉速浇铸，液面波动范围控制在±3mm；铸坯表面进行检查，必要时要清理。出炉温度过低，不能保证终轧温度，出炉温度过高，轧制时氧化铁皮压入严重，在炉时间过短，晶粒不均匀，在炉时间过长，表面氧化铁皮多。
步骤6)轧制，具体为：热轧粗轧出入口高压除鳞，热轧精轧入口投入边部加热器，精轧出入口高压除鳞水全开；作用为：减少热轧钢板表面氧化铁皮压入，提高表面质量。
步骤7)终轧温度控制在860℃～900℃。为避免两相区轧制，终轧温度不能过低。
步骤8)中后段层流冷却，卷取温度控制在560℃～600℃，卷取温度过高或过低，会导致成品的力学性能或表面质量难以保证。
步骤9)中凸度最优选的控制在30μm；热轧楔形最优选的为0μm，；热轧平整延伸率最优选的按照1.5％控制。
步骤10)所述酸洗过程中酸液温度控制在80～90℃，1#酸槽游离酸浓度控制在30～60g/L，2#酸槽游离酸浓度控制在80～120g/L，3#酸槽游离酸浓度控制在120～180g/L，酸洗速度80～160mpm，抑制剂质量添加比例在0.8‰-1.2‰。游离酸浓度和酸洗速度的控制以及抑制剂的添加可以防止钢板表面过酸洗或欠酸洗。
步骤11)中冷轧总压下率控制在70-85％，压下率过低会导致成品冲压性能不良。
步骤12)镀锌：RTF段退火温度控制在710℃-730℃，光整延伸率根据厚度进行控制，拉矫延伸率按0.1％-0.5％控制。光整工作辊粗糙度要求控制范围在2.5～3.5，钢带表面粗糙度Ra值控制在0.7～1.1μm，最优选的控制为0.9μm，Rpc值控制在80～120，最优选的控制为100。
进一步的，光整延伸率控制为：
厚度t＜0.6mm的，延伸率范围0.5～0.9％，最优选的0.6％；
厚度0.6≤t＜1.0mm的，延伸率范围0.6～1.1％，最优选的0.8％；
厚度1.0≤t＜1.5mm的，延伸率范围0.7～1.5％，最优选的1.0％；
厚度1.5≤t＜2.0mm的，延伸率范围1.0～1.6％，最优选的1.2％；
厚度t≥2.0mm的，延伸率范围1.1～1.6％，最优选的1.3％。
上述薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板，包括以下质量百分比成分：
C 0.16～0.20％、Si≤0.050％、Mn 1.10～1.30％、P≤0.020％、S≤0.012％、Als0.020～0.045％、Ti 0.015～0.035％、N≤0.0080％，余量为Fe及不可避免的杂质。
为保证本发明的电镀锌用热轧酸洗钢板的表面质量和力学性能主要基于以下原理：
碳(C)：C是提高强度最经济且最有效的固溶强化元素，C含量增加，强度增加，但钢的塑性和成形性降低。因此从经济性和综合性能考虑，本发明中C百分含量控制在0.16～0.20％。
硅(Si)：Si含量过高，钢板表面氧化铁皮不易去除，表面容易形成由于氧化物压入而产生的微裂纹，同时硅的氧化物阻碍电镀锌反应的发生，影响电镀锌钢板表面质量，因此本发明中Si百分含量控制范围为≤0.050％。
锰(Mn)：Mn能降低奥氏体转变成铁素体的相变温度，有利于细化铁素体晶粒；但Mn含量过高，铸坯在连铸过程中Mn偏析程度增大，钢板厚度中心部位易形成珠光体或贝氏体带状组织，对于高强度钢这种带状组织易导致分层缺陷；同时也是疲劳破坏的裂纹起源点，对塑性、焊接性能、疲劳性能和电镀锌表面质量都不利，综合考虑，本发明中Mn百分含量控制范围为1.10～1.30％。
磷(P)：P在γ-Fe和α-Fe中的扩散速度小，易形成偏析，对钢板成形性能、低温冲击韧性、焊接性能不利，因此尽量将钢中P百分含量控制在≤0.020％。
硫(S)：S在通常情况下也是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，影响电镀锌钢板表面质量，要求S含量尽可能低，因此本发明尽量将钢种的S百分含量控制在≤0.012％。
铝(Al)：Al作为主要脱氧剂，同时铝对细化晶粒也有一定作用。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。本发明控制Al百分含量控制范围为0.020～0.045％。
钛(Ti)：Ti是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力，提高钢的强度，改善焊接性能。本发明控制Ti百分含量控制范围为0.015～0.035％。
氮(N)：N能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。本发明将钢种的N百分含量控制在≤0.0080％。
本发明通过合理设计钢的成分、按照高C、高Mn的设计思路，镀锌工艺走低温退火路线，从而达到显著提升钢板强度的效果，保证力学性能达到屈服强度≥320MPa，抗拉强度≥390MPa、延伸率≥19％。在轧制过程精确控制热轧工序的凸度及楔形范围，并要求经过热轧平整，保证板型良好，从而达到急峻度≤0.2％，波间距≥500mm，波高≤1mm的板形要求。
附图说明
图1为实施例1拉伸曲线；
图2为实施例1产品100倍下金相组织照片；
图3为实施例1产品1500倍下金相组织照片。
具体实施方式
根据发明中热镀锌钢板的化学成分、热轧、酸洗冷轧及连续退火、热浸镀锌、光整工艺要求，通过实施例具体说明本专利。
实施例1
一种薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板的制造方法，包括以下步骤：
钢水连铸后，经过热轧、热轧平整、酸洗冷轧及连续退火、热浸镀锌、光整工序生产热镀锌用钢板，具体工艺流程如下：
1)铁水预处理：控制脱硫后的铁水[S]≤0.0015％，后扒渣亮面≥80％。
2)转炉冶炼：强化转炉脱磷；终点控制[C]≤0.08％、[P]≤0.017％，[S]≤0.025％；出钢脱氧合金化(合金辅料加入顺序为：预脱氧碳粉→高碳锰铁→增碳剂→渣料→铝铁)；加强挡渣操作，防止下渣回磷。
3)合金微调站：加入铝粒，开底吹强搅，初步还原顶渣。
4)LF炉精炼：造白渣，保证钢包顶渣充分还原；控制终点[S]≤0.012％，调成分至目标值；钙处理对夹杂物进行变性，同时保证弱搅时间，使夹杂物充分上浮。
5)连铸：钢水镇静时间不小于20min，塞棒吹氩流量控制在4～6NL/min；中包目标温度控制在液相线温度以上15～30℃；投用动态轻压下，保持恒拉速浇铸，液面波动范围控制在±3mm；铸坯表面进行检查，必要时要清理。出炉温度过低，不能保证终轧温度，出炉温度过高，轧制时氧化铁皮压入严重，在炉时间过短，晶粒不均匀，在炉时间过长，表面氧化铁皮多。
6)热轧粗轧出入口高压除鳞，热轧精轧入口投入边部加热器，精轧出入口高压除鳞水全开。减少热轧钢板表面氧化铁皮压入，提高表面质量。
7)终轧温度控制在860℃～900℃。为避免两相区轧制，终轧温度不能过低。
8)后段层流冷却，卷取温度控制在560℃～600℃，卷取温度过高或过低，会导致成品的力学性能或表面质量难以保证。
9)热轧卷凸度控制要求目标值设定为30μm，波动范围±15μm(即热轧卷凸度控制在15-45μm)；热轧楔形控制要求目标值设定为0μm，波动范围±20μm(即热轧楔形控制在-20到20μm)，以减少成品的同板差。热轧平整延伸率按1.0％-2.0％，目标值按照1.5％控制。
10)酸洗过程中酸液温度控制在80～90℃，1#酸槽游离酸浓度控制在30～60g/L，2#酸槽游离酸浓度控制在80～120g/L，3#酸槽游离酸浓度控制在120～180g/L，酸洗速度80～160mpm，抑制剂添加比例在0.8‰-1.2‰。游离酸浓度和酸洗速度的控制以及抑制剂的添加可以防止钢板表面过酸洗或欠酸洗。
11)冷轧总压下率控制在80％～95％，压下率过低会导致成品冲压性能不良。
12)镀锌：RTF段退火温度控制在710℃-730℃，光整延伸率根据厚度进行控制，详见下表1，拉矫延伸率按0.1％-0.5％控制。光整工作辊粗糙度要求控制范围在2.5～3.5，钢带表面粗糙度Ra值控制在0.7～1.1μm，目标值为0.9μm，Rpc值控制在80～120，目标值为100。
表1光整延伸率控制
Figure BDA0002638828280000081
Figure BDA0002638828280000091
实施例1生产过程中具体成分见表2，生产过程中具体工艺参数见表3。
实施例2
一种薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板的制造方法，同实施例1，区别在于具体成分见表2，生产过程中具体工艺参数见表3。
对比例1-对比例4
一种薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板的制造方法同实施例1，区别在于其成分控制和工艺参数控制与对比例1不同，对比例1-对比例4具体成分见表2，生产过程中具体工艺参数见表3。
表2实施例和各对比例化学成分，wt％
C Si Mn P S Als N Ti
实施例1 0.1754 0.019 1.1831 0.0159 0.0039 0.0382 0.0020 0.0226
实施例2 0.1689 0.023 1.1806 0.0145 0.0051 0.0355 0.0031 0.0331
对比例1 0.1719 0.042 1.1553 0.0126 0.0065 0.0346 0.0028 0.0207
对比例2 0.1803 0.035 1.1241 0.020 0.0032 0.0413 0.0031 0.0348
对比例3 0.0802 0.009 0.3987 0.0084 0.0081 0.0442 0.0023 0.0012
对比例4 0.0924 0.0136 0.4500 0.0096 0.0043 0.0364 0.0028 0.0031
工艺参数的实施例与对比例如下表3：
表3实施例和对比例生产工艺
Figure BDA0002638828280000092
Figure BDA0002638828280000101
实施例1和对比例1-对比例4生产的热镀锌钢板力学性能如表4所示。
表4实施例和对比例产品力学性能
Figure BDA0002638828280000102
由以上力学性能可以看出，实施例1与对比例1和对比例2，成分控制较为接近，力学性能均可以达到屈服强度≥320MPa，抗拉强度≥390MPa、延伸率≥19％。而对比例3和对比例4成分控制有一定差异，其成品性能屈服和抗拉强度均有较为明显的下降，满足不了上述性能要求。
实施例与对比例3对比例4生产工艺基本相同，成品卷经测量，急峻度实际值在0.10％左右，波间距实际范围值为700～800mm，波高实际范围值为0.6mm～0.8mm，满足用户使用需求。而对比例1和对比例2对比成品卷(热轧未经专门参数控制，并且未经过热轧光整工序)经测量，波间距实际范围值为400～500mm，波高实际范围值为1.0mm～1.3mm，不能满足用户使用需求。
从上述实例可以看出，本发明所生产的钢带，厚度规格为≤0.6mm，力学性能的屈服强度高于320MPa，抗拉强度高于390MPa、延伸率大于17％，组织为100％铁素体，具有良好的组织和性能，并且成品板型满足急峻度≤0.2％，波间距≥500mm，波高≤1mm的要求。
上述说明仅对本发明进行了具体的示例性描述，需要说明的是本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的技术构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的技术构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
1)铁水预处理；
2)转炉冶炼；
3)合金微调站；
4)LF炉精炼；
5)连铸；
6)轧制；
7)终轧温度控制在860℃～900℃；
8)后段层流冷却，卷取温度控制在560℃～600℃；
9)热轧卷凸度控制范围15-45μm；热轧楔形控制范围-20到20μm；热轧平整延伸率按1.0％-2.0％；
10)酸洗；
11)冷轧；
12)镀锌；
步骤5)中所述连铸：钢水镇静时间不小于20min，塞棒吹氩流量控制在4～6NL/min；中包目标温度控制在液相线温度以上15～30℃；投用动态轻压下，保持恒拉速浇铸，液面波动范围控制在±3mm；
步骤12)中，光整延伸率根据厚度进行控制，拉矫延伸率按0.1％-0.5％控制；
光整延伸率控制为：
厚度t＜0.6mm的，延伸率范围0.5～0.9％；
厚度0.6≤t＜1.0mm的，延伸率范围0.6～1.1％；
厚度1.0≤t＜1.5mm的，延伸率范围0.7～1.5％；
厚度1.5≤t＜2.0mm的，延伸率范围1.0～1.6％；
厚度t≥2.0mm的，延伸率范围1.1～1.6％；
所述薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板包括以下质量百分比成分：
C 0.16～0.20％、Si≤0.050％、Mn 1.1806～1.30％、P≤0.020％、S≤0.012％、Als0.020～0.045％、Ti 0.015～0.035％、N≤0.0080％，余量为Fe及不可避免的杂质；
所述薄规格钢品用结构级彩涂基料热镀锌钢板，组织为100％铁素体；屈服强度≥320MPa，抗拉强度≥390MPa、延伸率≥19％；急峻度≤0.2％，波间距≥500mm，波高≤1mm。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤1)中所述铁水预处理具体为：控制脱硫后的铁水[S]≤0.0015％，后扒渣亮面≥80％。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤2)中转炉冶炼，强化转炉脱磷；终点控制[C]≤0.08％、[P]≤0.017％，[S]≤0.025％。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤3)中合金微调站：加入铝粒，开底吹强搅，初步还原顶渣。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤4)中所述LF炉精炼：控制终点[S]≤0.012％。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤12)镀锌：RTF段退火温度控制在710℃-730℃。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤12)中，光整工作辊粗糙度要求控制范围在2.5～3.5，钢带表面粗糙度Ra值控制在0.7～1.1μm，Rpc值控制在80～120。
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