CN112501513A - 一种成形性能和表面质量优良的低碳酸洗钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成形性能和表面质量优良的低碳酸洗钢，涉及钢铁生产领域，化学成分以重量百分比计C:0.03‑0.05％，Si：0.035‑0.08％，Mn:0.1‑0.3％，P≤0.015％，S≤0.008％，N≤0.005％，Alt:0.020‑0.045％，B：0.001‑0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。与现有技术相比较，本发明解决低碳酸洗钢时效重、厚度精度差、表面粗糙导致冲压开裂、制耳的成形问题。

Description

一种成形性能和表面质量优良的低碳酸洗钢及生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁生产领域，特别是一种成形性能和表面质量优良的低碳酸洗钢及生产方法。

背景技术

酸洗钢是以热轧卷为原料经过酸洗得到的介于冷轧和热轧的中间产品。因此，酸洗钢的性能、板形和表面质量优于热轧板，但比冷轧板稍差；但成本方面由于省去了冷轧和退火，成本比冷轧板低。低碳酸洗钢以其较高的冲压性能和表面质量在汽车、家电、机械、五金等行业得到广泛应用，并且在替代冷轧产品实现降低成本以及替代热轧产品实现品质升级等方面可以发挥重要作用，具有巨大的应用潜力。但酸洗钢对比冷轧产品，在加工性能、表面质量和厚度精度等方面具有一定的差距，使用过程中尤其是复杂加工过程容易出现开裂、制耳等成形问题，且大部分的酸洗钢只进行酸洗及一定延伸率的拉矫，导致板形较差不能消除热轧原料存在的横折纹、粗糙大、表面色差、凹坑和麻点等表面质量问题。

为提升低碳酸洗钢的质量，拓展行业用途和范围，钢铁材料科技工作者进行了大量的科研生产和实践并取得了一定进展。

专利公开号为CN107779743 A的发明公开了具有良好深冲性能的微碳热轧酸洗钢板及其制造方法，其成分：C:0.006-0.020％，Si≤0.035％，Mn:0.10-0.20％，P≤0.018％，S≤0.010％，Ti:0.01-0.02％，B:0.0005-0.002％，N≤0.0050％，Al:0.020-0.055％。经过热轧和延伸率为0.6-1.2％的酸洗拉矫得到屈服强度Rp0.2为165-225MPa，抗拉强度Rm为280-340MPa，断后伸长率A50为47-58％，屈强比为0.58-0.69的2.5-7.0mm厚的热轧酸洗板。此专利采用了微碳成分同时加入一定量的Ti和B微合金化设计，需要经过RH真空处理，增加了生产成本。

专利公开号为CN104946969A的发明公开了一种空调压缩机壳体用热轧酸洗钢板及其制造方法，其成分：C:0.015-0.040％，Si：0.005-0.035％，Mn:0.15-0.35％，P≤0.018％，S≤0.015％，N≤0.0050％，Al:0.020-0.055％；经过热轧和延伸率为0.6-1.2％的酸洗拉矫得到显微组织为铁素体+少量的珠光体，晶粒度为8.0-9.5级，热轧酸洗钢板的屈服强度为220-270MPa，抗拉强度为320-370MPa，断后伸长率为45-55％，塑性应变比加权平均值塑性应变比

各向异性度△r值的绝对值|△r|≤0.15，屈服点延伸率Ae＝0的2-5mm厚热轧酸洗钢板。此专利对碳要求严格，需要进行真空处理；同时卷取温度较低，经过试验时效严重即放置一段时间后强度升高、延伸率变差。

专利公开号为CN102787270A的发明公开了一种具有良好成形性的薄规格热轧酸洗钢及其生产方法，其成分C:0.04-0.07％、Si:0.1-0.3％、Mn:0.41-0.60％。专利中Mn含量较高，成本增加，同时导致强度较高，成形性差；添加较高的Si含量，生成难易酸洗的氧化铁皮，导致表面质量差，因此，不适合制作深冲要求高的零部件产品。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种成形性能和表面质量优良的低碳酸洗钢及生产方法。用以解决低碳酸洗钢时效重、厚度精度差、表面粗糙导致冲压开裂、制耳的成形问题，以及影响零件质量的横折纹、凹坑和麻点等表明缺陷。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种成形性能和表面质量优良的低碳酸洗钢，其特征在于：化学成分以重量百分比计C:0.03-0.05％，Si：0.035-0.08％，Mn:0.1-0.3％，P≤0.015％，S≤0.008％，N≤0.005％，Alt:0.020-0.045％，B：0.001-0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。

上述B/N比值在0.7-1.4之间。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

1、本发明对冶炼的成分进行控制，采用低碳和B微合金化成分体系，热轧采用奥氏体轧制高温终轧和卷取，改善产品的组织、第二相粒子析出物，得到强度低、延伸率高、塑性应变比高、时效轻的低碳酸洗钢；

2、本发明通过对成分的调整及平整工序投用反弯辊等技术改善产品的表面状态，提高表面质量和尺寸精度；

3、本发明低碳酸洗钢性能相和表面质量与冷轧产品相当，成形性良好，实现“以热代冷”，且合金添加量少，应用上热轧酸洗板代替冷轧产品，扩大产品应用范围，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明低碳酸洗钢实施例1的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明低碳酸洗钢的成分设计质量百分比为：C:0.03-0.05％，Si：0.035-0.08％，Mn:0.1-0.3％，P≤0.015％，S≤0.008％，N≤0.005％，Alt:0.020-0.045％，B：0.001-0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。其中B/N：0.7-1.4。

成分设计详细说明如下：

C，是低碳酸洗钢的主要控制元素之一，对低碳钢的组织和性能有重要的影响。如果C含量太高，酸洗钢板的强度增加，延伸率下降，恶化其成形性和焊接性性能；但碳含量小于0.030％，需要增加真空处理工序，进行脱碳，增加成本。因此，本发明中要求C含量0.03-0.05％。

Si，通常认为在低碳酸洗钢Si是有害的元素。Si一方面因为固溶增加热轧酸洗薄板的强度，恶化材料的冲压成形；另一面Si在加热及热轧过程对表面质量有重要的影响，一定量的Si可以抑制氧化铁皮产生减少高温烧损，但如果Si含量超过0.08％，则生成低熔点的Fe₂SiO₄橄榄石，氧化铁皮的附着力增强，难以去除导致麻点产生。因此，本发明要求钢Si：0.035-0.08％。

Mn，在低碳酸洗钢中是需要添加的元素。一定量的Mn可以和S形成MnS减少S的有害作用，防止连铸或热轧过程边裂；但过高的Mn含量会显著降低钢的塑性，不利于热轧酸洗薄板的加工成形。因此，需控制Mn的含量范围为0.1-0.3％。

P，是有害的偏析元素。含量过高不仅会增加热轧酸洗薄板的强度，降低成形性，其冷脆性降低钢的焊接性。因此，本发明要求P≤0.015％。

Alt，是脱氧元素。低碳酸洗钢中含有一定的铝，对于降低时效有利；但氧化铝夹杂的塑性差，恶化钢的成形性，同时氧化铝影响连铸工序可浇性。为保证可浇性和成形性能Alt≤0.045％；但Alt≤0.020％低碳酸洗钢时效指数增加，成形性降低。因此，需控制Alt含量在0.02-0.045％之间。

S和N，低碳酸洗钢中N是有害元素，需尽量去除。如果S的含量过高，低碳酸洗钢脆性和强度增加，在生产过程中易发生边裂；如果N含量过高，形成细小的第二相粒子，组织晶粒长大，增加强度，降低r和n值，同时AI增加，成形性变差。因此，本发明中要求S及N的含量分别低于0.007％和0.0050％。

B是在本发明中需添加的元素。加入微量的B进行B微合金化，B与N优先在连铸过程析出，形成较为粗大的BN第二相析出物，减少细小AlN的析出，从而有利于形成粗大均匀的等轴铁素体组织，提高成形性。同时B与N的结合，降低了晶体中固溶的N原子含量，降低时效。但当B含量过高时，容易产生铸坯裂纹，不利于稳定控制；同时B含量增加，在冷却过程淬透性提高会使得强度增加，不利于成形性能。因此，B的含量0.001～0.003％。

为充分发挥B的作用，需控制B与N的比例，要求B/N在0.7-1.4。如果B/N＜0.7，不能充分固氮，导致酸洗钢时效强；但如果B/N＞1.4，需加入大量的B易产生铸坯裂纹，生产难度加大。

本发明采用连铸-热轧和平整产线，生产所述的低碳酸洗钢，工艺包括如下步骤：转炉→钢包炉→连铸→热轧→酸洗平整工序。

(1)转炉炼钢

按所述成分配比，进行转炉冶炼。

(2)钢包炉精炼

钢包炉进行脱硫和加入硼铁进行合金化。

(3)连铸

将钢包炉得到合格的钢水进行连铸，获得220～240mm的铸坯。本实施例为230mm。

(4)热轧

热轧加热温度1200-1250℃，加热时间120-150min。热轧加热温度和加热时间的设定意义在于：加热温度过高，时间太长铸坯生成的氧化铁皮太厚，烧损严重，难易去除，易造成氧化铁皮压入影响表面质量；但加热温度太低，时间太短，铸坯烧不透轧制困难，同时不利于MnS和BN的长大，最终产品组织细小，强度高。因此，控制加热温度1200-1250℃，加热时间120-150min。

在出炉后、粗轧中、精轧前和精轧过程中分别进行高压除鳞，除鳞压力≥20MPa，有利于去除加热过程生成的一次氧化铁皮和粗轧后精轧前在辊道生成的二次氧化铁皮。如果除鳞道次少、压力小，除鳞不充分则出现氧化铁皮压入、麻点和山水纹等表面问题。

粗轧后投用热卷箱，均匀中间坯头尾的温度，减轻过程氧化，从而提高组织均匀性和改善表面质量。

精轧开轧温度1030-1070℃。精轧开轧温度低于1030℃时，增加轧机负荷，过程温度及终轧温度低；开轧温度＞1070℃精轧过程生成的氧化铁皮较厚，表面质量变差同时轧辊易老化。因此，确定精轧开轧温度在1030-1070℃，保证本发明的精轧过程在奥氏体单相区轧制。

终轧温度880-930℃。终轧温度是控制热轧酸洗薄板组织和第二相粒子析出的最主要参数之一。如果终轧温度过低，在两相区轧制，会出现混晶，形成不利于冲压变形的热轧织构，而且各向异性大，不利于成形；如终轧温度太高，造成晶粒组织粗大，延伸率和r值下降，成形性变差，同时轧制过程钢板氧化严重，表面质量差。因此，确定终轧温度范围为880～930℃。

层冷采用后段冷却模式，采用后段冷却有利于组织均匀，提高延伸率；在铁素体区保持较高的过程温度可以促进C/N化物的析出降低产品时效。

卷取温度680-720℃，卷取温度过高，在精轧结束至卷取这段时间内钢板表面第三类氧化铁皮厚度增加明显，后续酸洗困难；但如果卷取温度过低，钢板强度增加，伸长率降低，从而影响成形性能。因此，卷取温度需控制在680-720℃。

最后获得1.5-6.0mm的热轧卷原料。

(5)酸洗平整

酸平工序钢卷开卷温度≤50℃，开卷温度高，基体中C/N原子比较活跃，开卷过程中容易产生横折纹。

全程投用反弯辊。通过投用反弯辊，降低开卷过程的应力，有利于抑制横折纹的产生。

采用浅槽紊流酸洗，破鳞延伸率0.4-0.8％，可以有效的破碎产品表面的氧化铁皮，提高酸洗效果；采用浅槽紊流酸洗技术酸洗效率高，产品质量好。

采用毛化辊进行平整，可以均匀酸洗板表面粗糙度，增加储油能力可以减轻成形过程的划伤有利于改善成形效果。平整机延伸率0.5-1.5％，矫直机延伸率0.4-0.8％，可以消除浪形缺陷，改善板形和表面质量，同时消除屈服平台防止生产或加工过程产生褶皱缺陷。如果酸平延伸率过高，酸洗板加工硬化严重，强度增加，延伸率和成形性下降。

最终得到规格为1.5-6.0mm规格的低碳酸洗钢，组织以铁素体为基体+少量弥散分布的渗碳体，晶粒度9-10级，表面粗糙度1.0-1.5μm，屈服强度200-250MPa，抗拉强度310-370MPa，伸长率A50≥45％，平均塑性应变比

硬化指数n≥0.19，时效指数AI≤20。

本发明生产的低碳酸洗钢成形性能和表面质量优良可满足较为复杂成形零部件的生产，应用于汽车、汽车、家电、机械和五金行业，能够替代冷轧产品，降低用户成本。

为了更好地比较本申请配方和现有技术，进行了对比试验。

实施例1-4和对比例1-2的化学成分(按重量百分比计)如下表所示，余量为铁及不可避免杂质。

项目	C	Si	Mn	P	S	Alt	N	B
									实施例1	0.048	0.035	0.10	0.012	0.0043	0.025	0.0018	0.0025
实施例2	0.041	0.045	0.14	0.014	0.0058	0.028	0.0035	0.0030
									实施例3	0.035	0.078	0.25	0.009	0.0070	0.035	0.0021	0.0021
实施例4	0.031	0.065	0.20	0.010	0.0025	0.045	0.0020	0.0014
									对比例1	0.035	0.075	0.20	0.012	0.010	0.035	0.0020	-
对比例2	0.035	0.026	0.20	0.012	0.010	0.035	0.0018	0.0034

按照本发明材料成分设计的要求，采用转炉顶底复合吹炼成分合格的钢水，钢水依次经：LF进行脱S，底吹Ar搅拌时间大于5分钟，加入硼铁进行合金化；钢水经全程吹Ar保护连续浇铸得到230mm厚连铸板坯。铸坯经过加热，出炉除鳞后送至热连轧机进行轧制，粗轧后投用热卷箱。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流采用前段冷却，产出厚度为1.5-6.0mm热轧原卷。

热轧主要工艺控制参数见下表。

热轧钢卷在设有并投用反弯辊的开卷机上重新开卷，经破鳞、浅槽紊流酸洗，平整、拉矫和卷取得到成品低碳酸洗钢。本发明各实施例酸平工序工艺参数见下表。

采用实施例1～4成分体系和工艺技术得到低碳酸洗钢，见图1，组织以铁素体为基体+少量弥散分布的渗碳体，晶粒度9-10级，屈服强度200-250MPa，抗拉强度310-370MPa，伸长率A50≥45％，平均塑性应变比

硬化指数n≥0.19，时效指数AI≤20。

各实施例与对比例力学性能和表面质量情况见下表。

从上表的数据可知，本发明热轧酸洗板具有合适的强度范围，较高的延伸率、塑形应变比、硬化指数和较低的时效指数等良好的成形性能指标以及良好的表面质量，满足了用户对较高冲压成形和表面质量零部件的要求。而对比例1时效较重导致成形性能下降，并且酸洗过程中出现横折缺陷，对比例2则由于B含量较高连铸过程铸坯出现裂纹，并且由于B的淬透性高导致屈服强度增加，冲压性能下降。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种成形性能和表面质量优良的低碳酸洗钢，其特征在于：化学成分以重量百分比计C:0.03-0.05％，Si：0.035-0.08％，Mn:0.1-0.3％，P≤0.015％，S≤0.008％，N≤0.005％，Alt:0.020-0.045％，B：0.001-0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的成形性能和表面质量优良的低碳酸洗钢，其特征在于：所述B/N比值在0.7-1.4之间。

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