CN112226589B - 一种具有优良抗粉化性能的合金化if钢板工艺控制模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有优良抗粉化性能的合金化IF钢板工艺控制模型，涉及钢板制造技术领域。该具有优良抗粉化性能的合金化IF钢板工艺控制模型，包括如下步骤：S1、极窄、极薄规格锌铁合金IF钢板最佳合金化工艺确定，其中具体情况如下：在线调试0.5mm*900mm规格锌铁合金IF钢板的最佳合金化工艺，IF钢板可以是规定最小屈服强度＜180MPa的IF钢中的任何一种。该具有优良抗粉化性能的合金化IF钢板工艺控制模型，对一系列参数进行限定，保证了成品质量的统一性，同时采用该模型合金化炉可自动根据带钢宽度、厚度调整合金化工艺，其成品镀层Fe含量可稳定在8％～12wt％范围内，使得产品具有优良的抗粉化性能。

Description

一种具有优良抗粉化性能的合金化IF钢板工艺控制模型

技术领域

本发明涉及钢板制造技术领域，具体为一种具有优良抗粉化性能的合金化IF钢板工艺控制模型。

背景技术

合金化镀层热镀锌钢板与纯锌镀层热镀锌钢板相比具有更好的涂装性能、焊接性能，广泛应用于汽车制造领域。但其劣势也比较突出，因其镀层中含有多种锌铁合金相，在冲压过程中镀层易粉化剥落，镀层的抗粉化性能与镀层的相结构组成有密切关系，不同合金相的构成、比例决定了镀层的抗粉化性能的好坏。国内外已经对合金化镀锌板的相结构及转变规律进行了大量的研究，典型的合金化相组成为铁、锌相界面处的Г相(Fe3Zn10)，镀层中长杆状的ξ相(FeZn13)、颗粒状的δ相(FeZn10)。通过不同的合金化化生产工艺可以得到不同的镀层相结构组成及比例，使得镀层具有不同的抗粉化性能。一般的合金化镀锌板生产工艺是将合金化炉出口温度控制在500～550℃之间。

但仅通过控制合金化炉出口温度在500～550℃之间的条件下在使用时仍会出现严重的脱锌现象。对脱锌样品进行检测分析发现其表面相结构组成为100％颗粒状的δ相，截面锌铁过渡层Г相厚度＞1μm，镀层Fe含量＞13％。无法满足高档汽车生产厂商对合金化镀锌板的使用要求，所以通过研究合金化工艺对锌铁合金钢板抗粉化性能的影响规律，并改善合金化镀锌板产品的抗粉化性能是迫切需要解决的问题。在所有的相结构组成中，表面相组成为5％～30％的ξ相+70％～95％的δ相，锌铁过渡层Г相厚度≤1μm的相组成具有良好的抗粉化性能，其镀层Fe含量约在8％～12％之间。

申请号为CN201580006924的专利文献公开了一种合金化热镀锌钢板及其制造方法。但由于所述的仅在560℃以下的温度下进行合金化处理，并未提及具体合金化工艺细节，对于不同规格的合金化镀锌汽车板的批量稳定生产没有太大指导意义。

申请号为CN201680048746的专利文献公开了一种合金化热浸镀锌钢板及其制造方法。但由于所述的热浸镀锌处理后，加热至470～550℃实施合金化处理，并未提及具体合金化工艺细节。

申请号为CN201780039553的专利文献公开了一种高强度合金化热浸镀锌钢板及其制造方法，其中对于合金化工艺也仅仅列出了热浸镀锌处理后以镀锌层的Fe含量成为7～15质量％的范围在450℃～600℃的温度下进行的合金化处理。

申请号为CN201810882938的专利文献公开了一种合金化热镀锌双相钢及其制备方法，镀锌结束后加热到合金化温度480℃～530℃进行5～30s镀层合金化处理，对于不同规格材料的合金化工艺没有进行细化规定。

申请号为CN201910545602的专利文献公开了一种热镀锌层的合金化工艺及合金炉，其中规定了合金化时先将需要进行合金化的带钢热镀锌之后加热到530℃～550℃，然后进行保温阶段，保温阶段的温度为520℃～550℃，然后将带钢进行迅速冷却，完成对热镀锌层的合金化。但对不同规格材料的工艺没有进行细化说明，工艺不具有适用性。

申请号为CN201910948082的专利文献公开了一种制备高抗粉化热镀锌镀层的合金化处理方法，其中对于SPCC、DP590两种钢种的合金化工艺进行了规定。其中加热速度为30～40℃/s，然后经过一定的保温时间进行保温处理，保温完成后冷却至450～470℃，冷却速度为60～80℃/s，最后制备得到热镀锌镀层合金化板。其中仅对不同镀层厚度镀锌板进行了合金化工艺适应性调整，合金化工艺仍不够细化，需进一步细化不同宽度、厚度镀锌板的合金化工艺。

在现有技术中，并未对一系列生产参数进行细化，从而使得成品质量不统一，同时容易出现镀层脱落的问题，难以很好的根据带钢宽度、厚度调整合金化工艺，成品镀层Fe含量不稳定，同时成品的抗粉化性能难以达标。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有优良抗粉化性能的合金化IF钢板工艺控制模型，解决了在现有技术中，并未对一系列生产参数进行细化，从而使得成品质量不统一，同时容易出现镀层脱落的问题，难以很好的根据带钢宽度、厚度调整合金化工艺，成品镀层Fe含量不稳定，同时成品的抗粉化性能难以达标的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种具有优良抗粉化性能的合金化IF钢板工艺控制模型，包括如下步骤：

S1、极窄、极薄规格锌铁合金IF钢板最佳合金化工艺确定，其中具体情况如下：

在线调试0.5mm*900mm规格锌铁合金IF钢板的最佳合金化工艺，IF钢板可以是规定最小屈服强度＜180MPa的IF钢中的任何一种。最终得出该规格锌铁合金IF钢板的最佳合金化工艺为：主感应加热器功率为700KW，边部感应加热器功率为60KW。该工艺生产的产品组织及Fe含量如图2所示，表示该工艺条件下产品已具备优良的抗粉化性能。中部和边部的表面相组成均为5％～30％的ξ相+70％～95％的δ相，锌铁过渡层Г相厚度＜1μm；

S2、变宽度、厚度主感应加热器功率计算模型，其中具体情况如下：

根据生产线调试结果，宽度每增加100mm，主感应加热器功率增加30KW，厚度每增加0.2mm，主感应加热器功率增加20KW可保证带钢中部仍具有良好的抗粉化性能，镀层Fe含量保持在8％～12wt％。由此得出根据带钢的宽度、厚度变化主感应加热器功率的公式

整理后得到

其中b为带钢宽度(取值范围为900mm≤1900mm)，t为带钢厚度(取值范围0.5mm≤t≤2.5mm)；

S3、变宽度、厚度边部感应加热器功率计算模型，其中具体情况如下：

根据生产线调试结果，宽度每增加500mm，主感应加热器功率增加20KW，厚度每增加0.6mm，主感应加热器功率增加20KW可保证带钢边部仍具有良好的抗粉化性能，镀层Fe含量保持在8％～12wt％。由此得出根据带钢的宽度、厚度变化边部感应加热器功率的公式

整理后得到

其中b为带钢宽度(取值范围为900mm≤1900mm)，t为带钢厚度(取值范围0.5mm≤t≤2.5mm)；

S4、生产线速度控制模型，其中具体情况如下：

合金化生产线速度应根据带钢厚度规格变化进行适应性调整，带钢越厚所需的Fe、Zn反应时间越长，因此生产线速度应越慢，根据生产线调试结果，带钢厚度每增加0.2mm，生产线速度慢5m/min，此时可保证带钢仍具有良好的抗粉化性能，镀层Fe含量保持在8％～12wt％。带钢生产线速度模型控制为

整理后得到Speed(m/min)＝122.5-25×t(t为带钢厚度(取值范围0.5mm≤t≤2.5mm)；

S5、其他合金化生产工艺控制，其中具体情况如下：

锌锅Al含量和均热炉三段的功率分配也是合金化工艺必须要考虑的，生产期间锌锅Al含量保持在0.11％～0.14wt％。均热炉三段功率不宜开过高，这样会导致过合金化，三段加热功率保持在额定功率的30％～35％即可。

(三)有益效果

本发明提供了一种具有优良抗粉化性能的合金化IF钢板工艺控制模型。具备以下有益效果：该具有优良抗粉化性能的合金化IF钢板工艺控制模型，对一系列参数进行限定，保证了成品质量的统一性，同时采用该模型合金化炉可自动根据带钢宽度、厚度调整合金化工艺，其成品镀层Fe含量可稳定在8％～12wt％范围内，使得产品具有优良的抗粉化性能。

附图说明

图1为合金化炉及不同加热效果示意图；

图2为0.5mm*900mm规格锌铁合金IF钢板组织及Fe含量示意图；

图3为IF带钢边部镀层Fe含量波动分布图；

图4为IF带钢中部镀层Fe含量波动分布图。

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。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种具有优良抗粉化性能的合金化IF钢板工艺控制模型，包括如下步骤：

S1、极窄、极薄规格锌铁合金IF钢板最佳合金化工艺确定，其中具体情况如下：

在线调试0.5mm*900mm规格锌铁合金IF钢板的最佳合金化工艺，IF钢板可以是规定最小屈服强度＜180MPa的IF钢中的任何一种。最终得出该规格锌铁合金IF钢板的最佳合金化工艺为：主感应加热器功率为700KW，边部感应加热器功率为60KW。该工艺生产的产品组织及Fe含量如图2所示，表示该工艺条件下产品已具备优良的抗粉化性能。中部和边部的表面相组成均为5％～30％的ξ相+70％～95％的δ相，锌铁过渡层Г相厚度＜1μm；

S2、变宽度、厚度主感应加热器功率计算模型，其中具体情况如下：

根据生产线调试结果，宽度每增加100mm，主感应加热器功率增加30KW，厚度每增加0.2mm，主感应加热器功率增加20KW可保证带钢中部仍具有良好的抗粉化性能，镀层Fe含量保持在8％～12wt％。由此得出根据带钢的宽度、厚度变化主感应加热器功率的公式

整理后得到

其中b为带钢宽度(取值范围为900mm≤1900mm)，t为带钢厚度(取值范围0.5mm≤t≤2.5mm)；

S3、变宽度、厚度边部感应加热器功率计算模型，其中具体情况如下：

根据生产线调试结果，宽度每增加500mm，主感应加热器功率增加20KW，厚度每增加0.6mm，主感应加热器功率增加20KW可保证带钢边部仍具有良好的抗粉化性能，镀层Fe含量保持在8％～12wt％。由此得出根据带钢的宽度、厚度变化边部感应加热器功率的公式

整理后得到

其中b为带钢宽度(取值范围为900mm≤1900mm)，t为带钢厚度(取值范围0.5mm≤t≤2.5mm)；

S4、生产线速度控制模型，其中具体情况如下：

合金化生产线速度应根据带钢厚度规格变化进行适应性调整，带钢越厚所需的Fe、Zn反应时间越长，因此生产线速度应越慢，根据生产线调试结果，带钢厚度每增加0.2mm，生产线速度慢5m/min，此时可保证带钢仍具有良好的抗粉化性能，镀层Fe含量保持在8％～12wt％。带钢生产线速度模型控制为

整理后得到Speed(m/min)＝122.5-25×t(t为带钢厚度(取值范围0.5mm≤t≤2.5mm)；

S5、其他合金化生产工艺控制，其中具体情况如下：

锌锅Al含量和均热炉三段的功率分配也是合金化工艺必须要考虑的，生产期间锌锅Al含量保持在0.11％～0.14wt％。均热炉三段功率不宜开过高，这样会导致过合金化，三段加热功率保持在额定功率的30％～35％即可。

本发明的目的是根据不同宽度、厚度的ZF90规格锌铁合金IF钢板设定不同生产线速度、主感应加热器功率、均热器功率、边部感应加热器功率，实现不同厚度、宽度的锌铁合金IF钢板均具有优良的抗粉化性能。该套合金化工艺可以直接维护进入生产制造二级系统，合金化炉可以根据目标订单厚度、宽度自动进行工艺调整，本发明操作方法简单、效率高，应用前景广泛。

为实现上述目的，本发明通过研究生产线速度、主感应加热器功率、边部感应加热器功率对不同宽度、厚度规格锌铁合金IF钢粉化性能的影响规律，通过大量的实际数据进行回归分析得出ZF90镀层厚度的锌铁合金IF钢合金化工艺数学控制模型，能够保证不同订单厚度、宽度的合金化IF钢板均具有优良的抗粉化性能。为便于统计分析，抗粉化性能的优劣以镀层中的Fe含量为判定标准，镀层Fe含量满足8％～12％质量分数表示镀层具有优良的抗粉化性能。

对于锌铁合金IF钢板采用不同的主感应加热器功率、均热炉功率、边部感应加热器功率控制，合金化炉出口温度虽然相同，但加热效果不同。当主感应加热器、边部感应加热器在带钢进入合金化炉功率就非常大时(图1中曲线1)Fe、Zn反应剧烈发生，镀层很快将过合金化，该过程是不可逆的，此时合金化炉出口温度即使降到很低也无法保证镀层具有优良的抗粉化性能；当带钢厚度、宽度规格变化时，感应加热器参数应做相应调整，否则加热效果也会不同。宽度增加时，主感应加热器需相应增加，否则Fe、Zn反应不足造成欠合金化。厚度增加时，除主感应加热器需增加以外边部感应加热器也需增加，否则也会造成欠合金化。因此，不同宽度、厚度锌铁合金IF钢板获得优良抗粉化性能的关键在于合金化炉的过程工艺控制，而不仅仅在于关注合金化炉出口温度。

根据发明实例，应用本发明所建立的数学模型，对于厚度0.5mm～2.5mm，宽度900mm～1900mm的规定最小屈服强度＜180MPa强度级别锌铁合金IF钢可自动给予合适的主感应加热器功率、边部感应加热器功率、生产线速度。跟踪了80卷，约1600吨上述规格锌铁合金IF钢(ZF90镀层厚度)的生产实绩，采用该模型实行自动根据带钢宽度、厚度合金化工艺调整后其成品镀层Fe含量可稳定在8％～12wt％范围内，产品具有优良的抗粉化性能，可以满足高端汽车板要求的优异的抗粉化性能。此外，数据维护简单，操作具备可行性，效果显著。

因此本发明设计的合金化炉自动调节工艺参数的数学模型对锌铁合金IF钢的镀层Fe含量控制精确，抗粉化性能优异，生产效率高，自动化程度高，适合市场推广，具有良好的应用前景。

本发明的厚度控制模型技术方案实施步骤如下：

(1)销售接单，将成品宽度和厚度数据下到系统；

(2)生产制造系统接收销售信息后将成品厚度和宽度数据导入合金化炉控制模型中，根据数学模型计算出不同厚度、宽度规格的主感应加热器功率、边部感应加热器功率、生产线速度进行控制。

本发明所建立的数学模型，对于锌层重量为45/45(g/m2)，厚度0.5mm～2.5mm，宽度900mm～1900mm的规定最小屈服强度＜180MPa强度级别锌铁合金IF钢可自动给予合适的主感应加热器功率、边部感应加热器功率、生产线速度。在线跟踪了80卷，约1600吨上述规格锌铁合金IF钢(ZF90镀层重量)的生产实绩，采用该模型实行自动根据带钢宽度、厚度合金化工艺调整后其成品镀层Fe含量可稳定在8％～12wt％范围内。产品具有优良的抗粉化性能，可以满足高端汽车板要求的优异的抗粉化性能。此外，数据维护简单，操作具备可行性，效果显著。

综上所述，该具有优良抗粉化性能的合金化IF钢板工艺控制模型，对一系列参数进行限定，保证了成品质量的统一性，同时采用该模型合金化炉可自动根据带钢宽度、厚度调整合金化工艺，其成品镀层Fe含量可稳定在8％～12wt％范围内，使得产品具有优良的抗粉化性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种具有优良抗粉化性能的合金化IF钢板工艺控制模型，其特征在于：包括如下步骤：

S1、极窄、极薄规格锌铁合金IF钢板最佳合金化工艺确定，其中具体情况如下：

在线调试0.5mm*900mm规格锌铁合金IF钢板的最佳合金化工艺，IF钢板是规定最小屈服强度＜180MPa的IF钢中的任何一种，最终得出该规格锌铁合金IF钢板的最佳合金化工艺为：主感应加热器功率为700KW，边部感应加热器功率为60KW，其中：边部表面Fe含量为10.23wt％，中部表面Fe含量为9.85wt％，边部截面Г相厚度＜1μm，中部截面Г相厚度＜1μm，表示该工艺条件下产品已具备优良的抗粉化性能，中部和边部的表面相组成均为5％～30％的ξ相+70％～95％的δ相，锌铁过渡层Г相厚度＜1μm；

S2、变宽度、厚度主感应加热器功率计算模型，其中具体情况如下：

根据生产线调试结果，宽度每增加100mm，主感应加热器功率增加30KW，厚度每增加0.2mm，主感应加热器功率增加20KW可保证带钢中部仍具有良好的抗粉化性能，镀层Fe含量保持在8％～12wt％，由此得出根据带钢的宽度、厚度变化主感应加热器功率的公式

整理后得到

其中b为带钢宽度(取值范围为900mm≤1900mm)，t为带钢厚度(取值范围0.5mm≤t≤2.5mm)；

S3、变宽度、厚度边部感应加热器功率计算模型，其中具体情况如下：

根据生产线调试结果，宽度每增加500mm，边部应加热器功率增加20KW，厚度每增加0.6mm，边部应加热器功率增加20KW可保证带钢边部仍具有良好的抗粉化性能，镀层Fe含量保持在8％～12wt％，由此得出根据带钢的宽度、厚度变化边部感应加热器功率的公式

整理后得到

其中b为带钢宽度(取值范围为900mm≤1900mm)，t为带钢厚度(取值范围0.5mm≤t≤2.5mm)；

S4、生产线速度控制模型，其中具体情况如下：

合金化生产线速度应根据带钢厚度规格变化进行适应性调整，带钢越厚所需的Fe、Zn反应时间越长，因此生产线速度应越慢，根据生产线调试结果，带钢厚度每增加0.2mm，生产线速度慢5m/min，此时可保证带钢仍具有良好的抗粉化性能，镀层Fe含量保持在8％～12wt％，带钢生产线速度模型控制为

整理后得到Speed(m/min)＝122.5-25×t(t为带钢厚度(取值范围0.5mm≤t≤2.5mm))；

S5、其他合金化生产工艺控制，其中具体情况如下：

锌锅Al含量和均热炉三段的功率分配也是合金化工艺必须要考虑的，生产期间锌锅Al含量保持在0.11％～0.14wt％，均热炉三段功率不宜开过高，这样会导致过合金化，三段加热功率保持在额定功率的30％～35％即可。

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