CN112538593A - 一种控制表面波纹度的热镀锌if钢板生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制表面波纹度的热镀锌IF钢板生产方法，所述热镀锌IF钢板的化学成分按重量百分比为：0＜C≤0.0030％、0＜Si≤0.020％、Mn 0.04％～0.15％、0＜P≤0.010％、0＜S≤0.012％、Al 0.02％～0.045％、0＜Cr≤0.06％、0＜Nb≤0.005％、Ti 0.05％～0.09％、0＜N≤0.004％、0＜Ni≤0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述热镀锌IF钢板的生产过程包括冶炼、炉外精炼、连铸、热连轧、冷酸连轧、退火、热浸镀；本发明通过合理设计钢板化学成分、调整热连轧及退火工艺过程参数，以及控制光整辊的表面粗糙度等综合措施，最终实现热镀锌IF钢板冲压后表面纹理的改善，满足2C1B涂漆工艺的要求。

Description

一种控制表面波纹度的热镀锌IF钢板生产方法
技术领域
本发明涉及汽车用IF钢生产技术领域，尤其涉及一种能够控制表面波纹度Wsa≤0.35μm的热镀锌IF钢板生产方法。
背景技术
在汽车涂漆工艺中，传统的三涂两烘(3C2B)生产线长、设备投资大，能耗和VOC排放高，不符合国家对环保的要求。近年来，以高质量、低成本、高效率及环境友好为目标的两涂一烘(2C1B)新工艺越来越受到汽车涂装行业的认可和采用。
2C1B涂漆工艺取消了中涂和中涂后烘干的步骤，但是中涂在整个涂层过程中起到很重要的作用，对镀锌钢板及电泳涂层具有填充作用，对长短波及外观目视有非常明显的效果，同时对短波值的提升也有一定的好处。去掉中涂层后，对基材(热镀锌钢板)的遮盖能力就会减弱，镀锌钢板的表面纹理就会暴露出来。以往控制汽车钢板的表面纹理都是从改善镀层粗糙度着手，未考虑镀锌钢板本身因变形不均匀导致的表面纹理问题。但在目前，镀锌过程的表面质量控制比较精确，因锌层影响表面纹理的情况已经得到很大改善。但在冲压变形量较大的情况下，镀锌钢板仍然会出现表面纹理问题。
IF钢板是当今世界上最先进的汽车用钢板之一,它具有非常优秀的成形性能和永不时效性。当IF钢这种具有较好深冲性能的板材用于制作汽车发罩外板、行李箱外板等冲压件时，IF钢板表面的纹理在冲压变形和喷涂面漆后就会暴露出来。因此，对用于2C1B涂漆工艺的镀锌IF钢板提出了需要满足冲压变形之后表面波纹度Wsa≤0.35μm的要求。
发明内容
本发明提供了一种控制表面波纹度的热镀锌IF钢板生产方法，通过合理设计钢板化学成分、调整热连轧及退火工艺过程参数，以及控制光整辊的表面粗糙度等综合措施，最终实现热镀锌IF钢板冲压后表面纹理的改善，满足2C1B涂漆工艺的要求。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种控制表面波纹度的热镀锌IF钢板生产方法，所述热镀锌IF钢板的化学成分按重量百分比为：0＜C≤0.0030％、0＜Si≤0.020％、Mn 0.04％～0.15％、0＜P≤0.010％、0＜S≤0.012％、Al 0.02％～0.045％、0＜Cr≤0.06％、0＜Nb≤0.005％、Ti 0.05％～0.09％、0＜N≤0.004％、0＜Ni≤0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述热镀锌IF钢板的生产过程包括冶炼、炉外精炼、连铸、热连轧、冷酸连轧、退火、热浸镀，其中：
1)热连轧时，将板坯加热到1200～1300℃，保温120～180min，精轧开轧温度为1000～1150℃，终轧温度为900～960℃，卷取温度580～640℃；
2)退火时，加热段温度为790～840℃；保温段温度为790～840℃，保温时间为30～90s；退火后采用炉内冷却，将钢板缓冷至680～740℃，然后快冷至480～540℃；然后进行镀锌；
所述热镀锌IF钢板在5％变形后，表面波纹度Wsa≤0.35μm。
所述一种控制表面波纹度的热镀锌IF钢板生产方法，采用连续热镀锌生产线进行生产；控制光整辊的表面粗糙度为1.6～2.4μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)IF钢中的C、N等间隙原子在加工变形时，容易聚集到位错中，使Fe原子的移动受阻而难以变形，导致变形不均匀，从而影响变形后的表面纹理；因此，要保证IF钢变形的均匀性，必须除去C、N等间隙原子，使C、N原子完全被固定而无间隙原子存在；本发明对关键合金元素进行精确设计和合理匹配，通过Ti实现对C、N的固定，提高冲压过程中局部区域变形的均匀性，改善Wsa值和涂漆后外观视觉效果。
2)IF钢中的Ti元素与间隙原子C、N形成细小弥散的TiC/TiN析出时，会对晶粒产生钉扎作用，形成柯氏气团，产生微观范围内的变形不均匀，影响表面纹理。在镀锌工艺中的退火过程中，将钢板从加热温度缓冷至680～740℃，再快冷至480～540℃，然后进行镀锌。与常规技术相比，本发明提高了缓冷段的温度，这是为了保证退火过程中回溶的Ti(C，N)在冷却时中不会形成细小弥散的析出物，从而保证变形的均匀性，改善钢板表面纹理。
3)IF钢用于汽车外板时，冲压变形量较大，如果内部组织不均匀，在后续进行冲压过程中，这些区域抵抗变形的能力不同，会导致不同区域变形程度不均匀，在冲压后的表面形成微观的凸凹不平，导致涂漆后目视效果变差，体现为表面波纹度Wsa值增加。因此，本发明同时从控制组织内部均匀性出发，改善冲压变形及喷漆后的表面纹理。本发明中，采取“将板坯加热到1200～1300℃，保温120～180min，精轧开轧温度为1000～1150℃，终轧温度为900～960℃，卷取温度580～640℃”的工艺过程，可以实现细晶和组织成份均匀化，最终得到晶粒细小、晶粒尺寸均匀的组织，进一步提高冲压变形过程中均匀变形能力，改善表面波纹度Wsa值，提高冲压后涂漆效果。
4)控制光整辊表面粗糙度1.6～2.4μm，使得热镀锌IF钢表面粗糙度满足涂漆表面要求。因为粗糙度的滤波范围与表面波纹度的滤波范围有重叠部分，导致粗糙度的高低对表面波纹度有直接影响，粗糙度越低，表面波纹度也越低。但是考虑冲压过程中对表面粗糙度有要求，产品的表面粗糙度是由热镀锌过程中光整辊的表面粗糙度控制的，因此，本发明控制光整棍的表面粗糙度为1.6～2.4μm。
具体实施方式
本发明是一种控制表面波纹度的热镀锌IF钢板生产方法，所述热镀锌IF钢板的化学成分按重量百分比为：0＜C≤0.0030％、0＜Si≤0.020％、Mn 0.04％～0.15％、0＜P≤0.010％、0＜S≤0.012％、Al 0.02％～0.045％、0＜Cr≤0.06％、0＜Nb≤0.005％、Ti0.05％～0.09％、0＜N≤0.004％、0＜Ni≤0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述热镀锌IF钢板的生产过程包括冶炼、炉外精炼、连铸、热连轧、冷酸连轧、退火、热浸镀，其中：
1)热连轧时，将板坯加热到1200～1300℃，保温120～180min，精轧开轧温度为1000～1150℃，终轧温度为900～960℃，卷取温度580～640℃；
2)退火时，加热段温度为790～840℃；保温段温度为790～840℃，保温时间为30～90s；退火后采用炉内冷却，将钢板缓冷至680～740℃，然后快冷至480～540℃；然后进行镀锌；
所述热镀锌IF钢板在5％变形后，表面波纹度Wsa≤0.35μm。
所述一种控制表面波纹度的热镀锌IF钢板生产方法，采用连续热镀锌生产线进行生产；控制光整辊的表面粗糙度为1.6～2.4μm。
本发明所述热镀锌IF钢板的化学成分控制原理如下：
C：C是钢中最普通的强化元素，会使钢的强度和硬度提高，塑性降低。对于超深冲用钢，需要的是低的屈服强度和高的延伸率。并且随着钢中固溶碳含量的增加，有利于变形的{111}织构密度下降，产品时效问题明显。因此，对于本发明将C含量控制在0.003％以下。
N：N在钢中一般使强度增加，硬度值上升，r值(应变强化指数)下降并引起时效。但用在Ti微合金化的钢中，N可视为一种有价值的合金元素。因为稳定的细小弥散的TiN质点能防止通过反复再结晶而细化的奥氏体聚合。IF钢中Ti/N小，高温下TiN颗粒数目少，阻碍奥氏体晶粒长大的作用有效；而Ti/N值过大，Ti大量融入基体，一方面强化基体降低了韧性，另一方面，钢中析出的TiN颗粒粗化，不能有效地阻碍奥氏体晶粒长大。因此，本发明N含量控制在0.004％以下。
Ti/Nb：在钢中加入少量的易形成C、N化合物的元素Ti、Nb，才能使C、N原子完全被固定而无间隙原子存在。在IF钢中，也可通过加Nb来固定C和N。Nb的作用与Ti相似，但是Nb(C，N)比Ti(C，N)的析出温度低一些。另外，Nb的相对原子质量比Ti相对原子质量大，故同样C、N含量的钢，达到非时效性所需的Nb量比Ti量多些。Ti和Nb的添加量也不易过多，过多的Ti和Nb不仅增大成本，而且使钢的再结晶温度提高。添加Nb的IF钢的再结晶温度比Ti-IF钢要高，原因是含Nb-IF钢的沉淀物比含Ti-IF钢的沉淀物细小。本发明通过加Ti来实现上述设计，Ti含量控制在0.05％～0.09％，Nb含量控制在0.005％以下。
Mn：Mn是强化元素，能够提高钢的强度，但是IF钢要保证良好的深冲性能，因此，Mn含量的添加不宜过多。本发明中Mn含量控制在0.04％～0.15％。
Al：Al主要是为了脱氧而添加的，Al的添加会导致其与N元素发生反应沉淀，对于固溶N元素的含量形成一定影响，过多的Al会使氧化铝夹杂增多，使钢的延展性变差。因此，本发明中Al含量控制在0.02％～0.045％。
P：P是提高强度的有效元素，同时P的添加对于r值的影响较小，但是由于P原子容易沿晶界偏聚，其含量较高会导致二次冷加工脆性，使耐冲击性变差，并对焊接不利。本发明中P含量控制在0.01％。
S：S是绝大多数钢中的杂质元素，在钢中容易偏析。S与钢中的Mn生成MnS，这种长条状夹杂会影响钢的冲击性能，因此要求其元素含量越低越好。由于Ti与S的亲和力要强于Mn与S的亲和力，因此通过Ti的加入来控制硫化物夹杂的形态。随着钢中Ti含量的增加，Ti-C-S化合物逐渐增多并取代MnS夹杂。总之，对IF钢深冲性产生不利影响的元素应尽量降低其含量，从而确保更高的深冲性，因此，本发明中S含量控制在0.012％以下。
本发明从钢种本身变形不均匀引起橘皮类缺陷出发，考虑钢种本身对表面波纹度的影响，采用了特殊的热连轧、冷却、镀锌、镀后冷却工艺，同时控制光整辊表面粗糙度，上述技术措施的目的都是为了实现热镀锌IF钢板冲压后表面纹理的改善。其工艺过程及原理具体如下：
热镀锌IF钢板的生产工艺过程为：冶炼－炉外精炼－连铸－热连轧－冷酸连轧－退火－热浸镀；钢水按超低碳钢方法冶炼，通过连铸浇注成铸坯。
1)热连轧时，将铸坯置于步进式加热炉中加热，将板坯加热到1200～1300℃，保温120～180min，铸坯出炉经高压水除鳞、粗轧机轧制后进入精轧机组轧制，精轧开轧温度为1000～1150℃，终轧温度为900～960℃，层流冷却后卷取，卷取温度580～640℃。
2)热轧卷板经酸洗后冷轧成冷轧薄板，冷轧压下率为70％～85％，冷轧卷板厚度为0.8～2.5mm。
3)在连续热镀锌线退火时，加热段钢带的温度为790℃～840℃，保温段温度为790～840℃，保温时间为30～90s；退火后采用炉内冷却，将钢板从加热温度缓冷至680～740℃，快冷至480～540℃。
4)热浸镀时，锌液温度为450～470℃，镀锌时间为2～5s，冷却速率为16～60℃/s；镀锌结束后，将热镀锌IF钢板经过镀后冷却到260～300℃，冷却速率为9～25℃/s，然后水冷至40℃以下。
5)在热镀锌过程中，热镀锌IF钢板的表面粗糙度需要通过光整辊来控制。本发明控制光整棍表面粗糙度1.6～2.4μm，使得热镀锌IF钢表面粗糙度满足新涂漆表面要求。
本发明选择上述工艺参数的原因如下：
将厚度为170～230mm的板坯放置加热炉内加热，加热炉要保证板坯的温度均匀性，加热温度控制在1200～1300℃之间，温度过高会导致板坯的过烧和过热；加热时间为120～180min，在炉时间是板坯加热带要求的出炉温度和要求的温度均匀性所用的时间，保证使板坯的组织和成分均匀化。
精轧开轧温度控制在1000～1150℃之间，是为了精轧的前几个机架实现再结晶区轧制，降低前几个机架大压下量下的轧制负荷。
热轧终轧温度控制在900～960℃，略高于Ar3，以防止终轧期间奥氏体向铁素体的转变，导致组织及晶粒大小不均匀，出现混晶导致变形不均匀。
卷取温度控制在580～640℃，控制卷曲温度主要是为了得到细小弥散的第二相粒子，细小弥散的二相粒子会阻止晶粒长大，使组织细小均匀化，防止晶粒过大引起的局部变形不均匀，影响变形之后的表面纹理。
热轧卷板酸洗后冷轧，压下率控制在70％～85％之间，冷轧是在再结晶温度以下轧制，冷轧压下率低于70％，可能导致r值较小；冷轧压下率越高，形变储能越大，再结晶驱动力越大，有利于再结晶晶粒形核，增加形核率；压下率高于85％，可能会增加C原子晶界偏聚量，对性能产生不利影响。因此本发明冷轧压下率控制在70％～85％。
连续热镀锌退火线加热段带钢温度为790～840℃，如果温度设置过低，IF钢冷轧后的纤维组织无法实现完全回复再结晶，影响其后续的冲压性能；如果温度设置过高，晶粒异常长大。即：温度过低或者过高，都会导致晶粒的不均匀，而导致材料在冲压过程中变形不均匀引起表面纹理，影响涂漆后的外观目视效果。
在热镀锌退火炉冷却段控制缓冷温度680～740℃，快冷温度480～540℃，在退火过程中解回溶的Ti(C、N)发生分解后，防止在冷却过程中形成细小弥散的析出物，影响变形均匀性，导致表面纹理变差。所以本发明炉内缓冷温度680～740℃，快冷温度480～540℃。
退火后采用炉内冷却，将钢板从均热温度冷却到480～540℃，冷却速率为16～60℃/s，为获得良好的镀锌层做准备。
镀锌时锌池温度为450～470℃，镀锌时间为2～5s，镀锌温度过高会使铁元素扩散到锌层中，不利于锌层控制；镀锌结束后，对于热镀锌产品，进行炉外冷却，冷却到260～300℃，冷却速率为9～25℃/s，然后水冷至40℃以下，主要是保证带钢在随后的光整工艺表面质量。
在热镀锌光整过程中，光整辊的表面粗糙度通过轧制复印到钢板表面上。因此，要通过控制光整辊的表面粗糙度来实现热镀锌IF钢板的表面粗糙度控制。因为粗糙度的滤波范围与表面波纹度的滤波范围有重叠部分，导致粗糙度的高低对表面波纹度有直接影响。粗糙度越低，表面波纹度也越低。但是考虑冲压过程中对表面粗糙度有要求，产品的表面粗糙度是由热镀锌过程中光整棍的表面粗糙度控制的，因此，本发明控制光整辊的表面粗糙度为1.6～2.4μm。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
本实施例包括5个具体实施例；实施例1～5中钢板的化学成分见表1，热连轧工艺参数见表2，退火及镀锌工艺参数、镀锌后钢板的力学性能和表面波纹度见表3。
表1钢板的化学成分(wt)％
实施例 C Si Mn P S Al Cr Nb Ti N
1 0.0019 0.0040 0.07 0.010 0.003 0.041 0.013 0.001 0.072 0.0016
2 0.0012 0.0032 0.06 0.010 0.006 0.033 0.016 0.004 0.070 0.0019
3 0.0010 0.010 0.08 0.008 0.007 0.026 0.011 0.003 0.075 0.0024
4 0.0011 0.006 0.09 0.010 0.005 0.028 0.010 0.001 0.074 0.0014
5 0.0014 0.0046 0.13 0.008 0.009 0.026 0.018 0.003 0.065 0.0019
表2钢板的热轧工艺参数
Figure BDA0002767418410000071
表3退火镀锌工艺参数和镀锌后钢板的力学性能及表面波纹度
Figure BDA0002767418410000072
表3中，Rp0.2：屈服强度，MPa；Rm：抗拉强度，MPa；A80：延伸率，％；r_value：塑性应变比；n_value：加工硬化指数；Wsa：表面波纹度，μm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种控制表面波纹度的热镀锌IF钢板生产方法，其特征在于，所述热镀锌IF钢板的化学成分按重量百分比为：0＜C≤0.0030％、0＜Si≤0.020％、Mn 0.04％～0.15％、0＜P≤0.010％、0＜S≤0.012％、Al 0.02％～0.045％、0＜Cr≤0.06％、0＜Nb≤0.005％、Ti0.05％～0.09％、0＜N≤0.004％、0＜Ni≤0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述热镀锌IF钢板的生产过程包括冶炼、炉外精炼、连铸、热连轧、冷酸连轧、退火、热浸镀，其中：
1)热连轧时，将板坯加热到1200～1300℃，保温120～180min，精轧开轧温度为1000～1150℃，终轧温度为900～960℃，卷取温度580～640℃；
2)退火时，加热段温度为790～840℃；保温段温度为790～840℃，保温时间为30～90s；退火后采用炉内冷却，将钢板缓冷至680～740℃，然后快冷至480～540℃；然后进行镀锌；
所述热镀锌IF钢板在5％变形后，表面波纹度Wsa≤0.35μm。
2.根据权利要求1所述的一种控制表面波纹度的热镀锌IF钢板生产方法，其特征在于，采用连续热镀锌生产线进行生产；控制光整辊的表面粗糙度为1.6～2.4μm。
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