CN112430787A

CN112430787A - 一种低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN112430787A
Application number: CN201910789456.3A
Authority: CN
Inventors: 丁志龙; 魏宝民; 闫秉昊
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2039-08-26
Also published as: CN112430787B

Abstract

本发明公开了一种低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板及其制造方法，主要解决现有技术中屈服强度350MPa级冷轧热镀锌钢板的屈强比高、制造成本高的技术问题。本发明提供的一种低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板，其基板的化学成分重量百分比为：C：0.21～0.23％，Si：0～0.03％，Mn：1.15～1.25％，P：0～0.015％，S：0～0.015％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。本发明冷轧热镀锌钢板的屈服强度R_P0.2为345～385MPa，断后伸长率A_50mm为35％～40％，屈强比为0.6～0.7；本发明冷轧热镀锌钢板主要用于建筑钢结构部件。

Description

一种低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧热镀锌钢板，特别涉及一种低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域。

背景技术

冷轧热镀锌钢板，连续退火后直接热镀锌具有连续生产，生产效率高，带钢长度和宽度方向上力学性能均匀，板形好的优点。表面镀锌能够很好保护钢板表面，具有较好的耐腐蚀性能。

近年来全球建筑和集装箱行业需求不断增大，竞争越来越激烈，对高强度热镀锌产品力学性能和成型性能要求显著提高，对高强钢产品生产成本控制要求也不断增加。

对建筑和箱体加工行业来说，随时产品升级提升，要求更多高强钢产品来进行加工，但是随着强度的提升，材料在成型时会出现开裂、断裂现象，通常低屈强比产品有利于产品的成型，因此，低屈强比高强钢产品更受用户欢迎。高强钢产品设计时会添加微量的合金元素来强化基体，这样设计时必然造成产品成本的上升。

申请公布号为CN101166843A的中国专利文件公开了成形性优良的高强度热镀锌钢板及其制造方法，提供具有优良的加工性的高强度热镀锌钢板，其不必控制特别的前组织，可以利用没有用于充分地确保退火后奥氏体回火处理时间的生产线模式的热镀锌制造生产线进行制造。本发明的高强度热镀锌钢板，按质量％计，包含C：0.05-0.3％、Si：1.4％以下(含0％)、Mn：0.08-3％、P：0.003-0.1％、S：0.07％以下、Al：0.1-2.5％、Cr：0.1-0.5％、N：0.007％以下、Si+Al≥0.5％，余量由Fe和不可避免的杂质组成，含有体积比为3％以上的残留奥氏体，并且，残留奥氏体晶粒的平均纵横比为2.5以下。该方法在成分中添加较多合金元素Cr、Al，同时获得3％残留奥氏体组织。

申请公布号为CN1396295A的中国专利文件公开了冲压成形性和应变时效硬化特性出色的高延展性钢板及其制造方法，其方法是钢板含有适当量的C、Si、Mn、P、S、Al、N和0.5％～3.0％的Cu。钢板复合组织作为主相地具有铁素体相或铁素体相和回火马氏体相以及含有体积率不小于1％的残余奥氏体的第二相。总量不超过2.0％的至少Mo、Cr和W之一可代替Cu。此化学成分用于生产冲压成形性出色的且以80MPa或大于80MPa表示的应变时效硬化特性出色的高延展性热轧钢板、高延展性冷轧钢板和高延展性热浸镀锌钢板，其抗拉强度经过冲压成形后的低温热处理而显著提高。该方法在成分中添加较多合金元素Cu，获得回火马氏体相以及含有体积率不小于1％的残余奥氏体的第二相。

申请公布号为CN102199723A的中国专利文件公开了一种高强度冷轧热镀锌析出强化钢及其制造方法，其基板的化学成分为：C：0.09～0.12wt％，Si≤0.05wt％，Mn：0.8～1.8wt％，P≤0.02wt％，S≤0.01wt％，N≤0.008wt％，Al：0.02～0.06wt％，Nb+Ti：0.05～0.08wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。微观组织为铁素体加第二相粒子，第二相中粒子直径约在小于6um，屈服强度在500～600MPa，抗拉强度在570～710MPa，总延伸率大于14％(80标距，横向拉伸)，其在成分中添加较多合金元素Nb+Ti，同时材料屈服强度高，屈强比高。

申请公布号为CN101348880A的中国专利文件公开了一种结构用高强镀锌板的生产方法，其特征是镀锌板的化学成分质量百分比为：C，0.16-0.20％；Mn，0.9-1.1％；Si，≤0.05％；P，≤0.020％；S，≤0.020％；Als，0.02-0.06％，余量为Fe；热轧工艺参数：加热温度，1250±20℃；粗轧出口温度，1070±20℃；终轧温度，850±20℃；卷取温度，560±20℃；冷轧压下率：根据不同规格，控制在60-75％；镀锌退火温度：680-720℃；均热时间：30-45s。其仅满足屈服强度大于350MPa要求，通过实施例提供的抗拉强度参数可以看出，屈强比较高。

现有屈服强度350MPa级冷轧热镀锌钢板的屈强比高，制造成本高，不能满足市场需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板及其制造方法，主要解决现有技术中屈服强度350MPa级冷轧热镀锌钢板的屈强比高、制造成本高的技术问题，满足了建筑和箱体行业对高强度热镀锌钢板复杂成型塑性加工需求。

本发明采取的技术思路通过利用成分中经济的碳、锰元素设计，在不添加贵重合金的条件，充分利用热轧工艺调控组织，通过在卧式连续退火炉短时间退火、快速加热的能力的特点，通过高温快速退火工艺，然后再快速冷却进行等温处理后获得再结晶铁素体、珠光体及细小渗碳体析出物组织，达到的材料高屈服强度和低屈强比的目的。本发明冷轧热镀锌钢板主要用于箱体成型结构件。

本发明采用的技术方案是，一种低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板，其基板的化学成分重量百分比为：C：0.21～0.23％，Si：0～0.03％，Mn：1.15～1.25％，P≤0.015％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。

本发明冷轧热镀锌钢板的金相组织为铁素体+珠光体+细小渗碳体，铁素体晶粒度级别为I8.0～I9.0级，1.00～1.40mm厚冷轧热镀锌钢板的屈服强度R_P0.2为345～385MPa，抗拉强度R_m为500～600MPa，断后伸长率A_50mm为35％～40％，屈强比为0.6～0.7。

本发明所述的低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：碳是较便宜和经济的固溶强化元素，在钢中可形成珠光体强化基体，同时在一定条件下也可以控制其渗碳体的析出，起到强化基体的目的。通常设计中，随着碳含量的增加钢基体强度增加，为了达到材料较高强度，同时又能满足低屈强比的特性要求，本发明考虑到低成本和高强的特性，设定C含量范围设定为0.21％～0.23％。

硅：硅对强度贡献度较大，但对于卧式退火炉加热过程为氧化性气氛，钢板中的硅元素容易被氧化，对镀铝锌镀层结合力不利，根据试验结果，生产制造过程中不添加硅合金，为残余元素，Si含量设计为0～0.03％。

锰：重要固溶强化元素，为了保证钢的综合机械强度，添加适当Mn提高钢板强度，考虑到钢板的力学性能，同时兼顾低成本要求，本发明Mn含量控制范围为Mn：1.15～1.25％。

硫：本发明钢中的S为杂质元素，过低的S含量会增加炼钢脱硫的成本。本发明技术方案设定S含量0～0.015％。

磷：本发明钢中的P为杂质元素，过低的P含量会增加成本。本发明技术方案设定P含量0～0.015％。

一种低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板的制造方法，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：0.21～0.23％，Si：0～0.03％，Mn：1.15～1.25％，P≤0.015％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素；

连铸板坯经加热炉加热至1150～1200℃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，精轧为7道次连轧，精轧结束温度为800℃～829℃；精轧后钢板厚度为3.5～4.0mm，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为490℃～520℃卷取获得热轧钢卷；

热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、卧式连续退火炉退火、热镀锌、平整，卷取得到厚度为1.00～1.40mm成品冷轧热镀锌钢板，所述冷轧压下率为65～71％，经过冷轧后的轧硬状态带钢在卧式连续退火炉退火的加热温度680～700℃，均热段温度为780～810℃，带钢在均热段的退火时间为45～59s，将退火后的带钢冷却至450～470℃，冷却速度为30～35℃/s，带钢等温8～12s后，入锌锅进行热浸镀锌；平整延伸为率0.5～1.0％。

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

在经济型连铸板坯的加热过程要较低的加热温度，为了防止板坯加热后奥氏体晶粒尺寸长大，降低成品钢板屈服强度，因此，加热温度设定在1150～1200℃。

2、精轧结束温度的设定

由于钢中添加碳、锰元素，造成材料相变点A₃下降，经材料试验和计算，其相变点A₃范围为765～778℃，根据试验分析，为了达到奥氏体轧制的目的，同时获得细小热轧基体组织，本发明设定精轧终轧温度为800℃～829℃。

3、层流冷却方式和热轧卷取温度的设定

相变过程进行快速冷却可获得大量碳元素在铁素体基体中的固溶，为后续退火渗碳体析出创造条件，从而获得低屈强比特性，同时卷取温度的下降，可控制铁素体晶粒长大，减少脆性相珠光体的量，有利于获得低屈强比特性，综合考虑，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为490℃～520℃卷取获得热轧钢卷。

4、冷轧压下率的设定

本发明提供了上述低成本低屈强比冷轧高强热镀锌钢板冷轧工艺。将上述成分并经过热轧的高强钢热轧钢卷重新开卷经过酸洗掉表面氧化铁皮后，在冷连轧机上或往复式单机架轧机上经过多次冷轧后，受到轧制能力的限制，冷轧的压下率为为冷轧压下率为65％～71％。

5、退火温度和退火后冷却工艺的设定

通过材料退火工艺研究，该成分和热轧工艺条件下的退火再结晶温度开始温度为640～680℃，材料奥氏体相变温度为750℃,为了得到具有再结晶铁素体组织+细小渗碳体组织钢板，通过再结晶温度区域进行加热退火，然后在均匀区域高温快速加热，让材料部分发生奥氏体相变，最后通过快速冷却，等温让渗碳体充分析出，获得材料所需组织。为了获得再结晶铁素体组织，带钢在卧式连续退火炉的加热温度设定为680～700℃；为了进一步实现部分奥氏体化，均热段温度为780～810℃；根据机组实际能力，带钢在均热段的退火时间设定为45～59s；为了保证碳元素在相变过程中固溶度，退火后以冷却速度为30～35℃/s冷却到450～470℃；通过等温方法让渗碳体尽量析出，设定等温8-12s后入锅热浸镀锌。

6、平整延伸率的设定

高强钢生产过程中容易出现边浪问题，适量的平整有利板形的控制。过低的平整率对板形改善效果有限，过高的平整率又会出现轧制二次板形不良，根据现场实际控制效果，设定平整延伸率为0.5～1.0％。

采用上述方法生产的冷轧热镀锌钢板的金相组织为铁素体+珠光体+细小渗碳体，铁素体晶粒度级别为I8.0～I9.0级，1.00～1.40mm厚冷轧热镀锌钢板的屈服强度R_P0.2为345～385MPa，抗拉强度R_m为500～600MPa，断后伸长率A_50mm为35％～40％，屈强比为0.6～0.7。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法生产的热镀锌钢板，金相组织为再结晶铁素体、珠光体和细小渗碳体，达到的材料低屈强比目的。2、本发明通过经济成分设计，利用卧式炉退火炉短时间退火、快速加热的能力，通过高温快速退火和相变快速冷却方法的工艺技术，其生产效率高，是一种非常节约能源的生产方式。3、本发明方法中的成分设计经济简单，对于炼钢工序来说冶炼技术实现难度小，只需增碳和添加锰合金即可，生产更为简单可靠。4、本发明方法中采用的热轧工艺充分结合材料的特性，充分发挥低成本元素碳的强化作用，热轧轧制工艺实现更可靠。

附图说明

图1为本发明实施例4冷轧热镀锌钢板的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例1—6对本发明作进一步说明，如表1～表4所示。

表1为本发明实施例冷轧热镀锌钢板的基板的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。

表1本发明实施例冷轧热镀锌钢板的基板的化学成分，单位：重量百分比。

元素	C	Si	Mn	P	S
						本发明	0.21～0.23	0～0.03	1.15～1.25	≤0.015	≤0.015
实施例1	0.210	0.007	1.25	0.00	0.008
						实施例2	0.230	0.011	1.15	0.012	0.009
实施例3	0.223	0.005	1.19	0.011	0.008
						实施例4	0.225	0.006	1.23	0.012	0.010
实施例5	0.214	0.004	1.17	0.010	0.014
						实施例6	0.224	0.003	1.19	0.014	0.012

通过转炉熔炼，得到符合要求化学成分的连铸坯，厚度为210～240mm，宽度为800～1300mm，长度为5000～10000mm。

连铸板坯经加热炉加热至1150～1200℃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，精轧为7道次连轧，精轧结束温度为800～829℃；层流冷却采用前段冷却，卷取温度为490～520℃卷取获得热轧钢卷；热轧工艺控制见表2。

表2本发明实施例热轧工艺控制参数

热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、卧式连续退火炉退火、热镀锌、平整，卷取得到厚度为1.00～1.40mm成品热镀锌钢板，所述冷轧压下率为65～71％，经过冷轧后的轧硬状态带钢在卧式连续退火炉退火的加热温度680～700℃，均热段温度为780～810℃，带钢在均热段的退火时间为45～59s，退火后以冷却速度为30～35℃/s冷却到450～470℃，等温8-12s后入锅热浸镀锌；平整延伸为率0.5～1.0％。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、平整工艺控制控制参数

采用上述方法生产的冷轧热镀锌钢板，参见图1，冷轧热镀锌钢板的金相组织为铁素体+珠光体+细小渗碳体，铁素体晶粒度级别为I8.0～I9.0级，冷轧热镀锌钢板的屈服强度R_P0.2为345～385MPa，抗拉强度R_m为500～600MPa，断后伸长率A_50mm为35～40％，屈强比为0.6～0.7。

将本发明得到的冷轧热镀锌钢板按照《GB/T228.1～2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，钢板的力学性能见表4。

表4本发明实施例热镀锌钢板的力学性能与晶粒度

本发明实施例1～6表明，冷轧热镀锌钢板中碳含量控制在0.21～0.23％，锰含量控制在1.15～1.25％，硅含量控制0～0.03％，硫含量控制范围为0～0.015％，磷含量控制范围为0～0.015％，屈服强度R_P0.2为345～385MPa，抗拉强度R_m为500～600MPa，断后伸长率A_50mm为35％～40％，屈强比0.6～0.7。

实施例4为屈服强度为346MPa、抗拉强度524MPa，伸长率36.4％，屈强比0.66，通过低成本的成分设计，利用热轧控制低温轧制和低温卷取工艺，结合卧式连续退火炉快速加热退火工艺技术、退火后快速冷却和等温工艺的实现了低成本低屈强比冷轧热镀锌钢板制造。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。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

1.一种低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板，其基板的化学成分重量百分比为：C：0.21～0.23％，Si：0～0.03％，Mn：1.15～1.25％，P≤0.015％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素；所述冷轧热镀锌钢板的金相组织为铁素体+珠光体+细小渗碳体，铁素体晶粒度级别为I8.0～I9.0级，1.00～1.40mm厚冷轧热镀锌钢板的屈服强度R_P0.2为345～385MPa，抗拉强度R_m为500～600MPa，断后伸长率A_50mm为35％～40％，屈强比为0.6～0.7。

2.如权利要求1所述的一种低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板，其特征是，其基板的化学成分重量百分比为：C：0.21～0.23％，Si：0～0.015％，Mn：1.15～1.20％，P≤0.015％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。

3.如权利要求1所述的一种低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板，其特征是，其基板的化学成分重量百分比为：C：0.21～0.23％，Si：0～0.015％，Mn：1.20～1.25％，P≤0.015％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。

4.一种低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板的制造方法，其特征是，所述的方法包括：

连铸板坯经加热炉加热至1150～1200℃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，精轧为7道次连轧，精轧结束温度为800℃～829℃；层流冷却采用前段冷却，卷取温度为490℃～520℃卷取获得热轧钢卷；

5.如权利要求4所述的低屈强比高强度冷轧热镀锌钢板的制造方法，其特征是，精轧后，控制热轧钢板厚度为3.5～4.0mm。