CN113637903A - 一种含稀土的屈服强度为310MPa级冷轧汽车用耐候钢及生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种含稀土的屈服强度为310MPa级冷轧汽车用耐候钢，其化学成分及重量百分含量：C：≤0.09%，Si:0.10～0.40%，Mn：0.15～0.35%，P:0.05～0.11%，S≤0.015%，Als：0.010～0.030%，Cu：0.2～0.35%，RE：0.04～0.09%；生产方法：脱硫；对铸坯加热；高压水冲刷铸坯表面；粗轧；精轧；卷取；经酸洗酸洗后冷轧；连续退火；根据不同冷轧成品厚度进行平整。本发明在保证屈服强度为310～380MPa，抗拉强度为400～480MPa下，能使延伸率A提高至≥38%，且具有良好的耐大气腐蚀耐候性能、元素简单，特别适用于汽车内部无法涂装、冲压变形量较大的结构件。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷轧钢及生产方法，确切地属于一种含稀土的屈服强度为310MPa级冷轧汽车用耐候钢及生产方法，其特别适用于汽车内部无法涂装、冲压变形量较大的结构件。
背景技术
大气腐蚀是材料与其周围大气环境的相互作用，普通钢铁材料在大气中很容易被腐蚀(锈蚀)。据统计,世界每年钢产量中有1/6因腐蚀而损耗,我国每年因钢材腐蚀造成的直接经济损失超过100亿元。
耐候钢即耐大气腐蚀钢,是在钢中加入了少量的合金元素,使钢材在锈层和基体之间形成一层约50-100μm厚的致密且与基体金属粘附性好的非晶态尖晶石型氧化物膜,由于这层致密氧化物膜的存在,阻止了大气中的氧和水向钢铁基体渗入,减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展,从而大大提高了钢铁材料的耐大气腐蚀能力。耐候钢的抗大气腐蚀能力是普通钢的2-8倍,并且使用时间愈长,耐蚀作用愈突出。
随着汽车工业的蓬勃发展，汽车行业对汽车用钢材料耐蚀性的要求越来越高，同时很多汽车零部件因汽车结构等影响无法进行涂装的，这类零部件对材料耐蚀性的要求更高。耐候钢依靠自身产生的密锈层防止基体被外界环境进一步侵蚀，从而达到免涂装的目的。
经检索：
中国专利申请号为201910703774.3的文献，公开了《一种冷轧耐候钢及其制备方法》，其所述冷轧耐候钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.05～0.08％、Si：0.25～0.40％、Mn：0.25～0.40％、P：0.060～0.100％、S：≤0.020％、Als：0.008～0.030％、Ni：0.12～0.20％、Cu：0.25～0.40％、Cr：0.30～0.50％、N：≤0.0080％，其余为Fe和不可避免的杂质，通过合理的化学成分设计，不添加Ti、Nb、B等贵金属合金，通过对热轧、冷轧、连续退火、平整工艺的控制，获得表面质量良好冷轧耐候钢，其屈服强度≥350MPa、抗拉强度≥500MPa、A50延伸率≥30％，具有良好的耐大气腐蚀性能和焊接性能。然而，其由于添加了较多了Cr、Ni等贵重金属，导致合金成本高。
中国专利申请号为202010950167.X的文献，公开了《一种屈服强度310MPa以上冷轧耐候钢的生产方法》，其通过化学成分设计、炼钢冶炼、热轧工艺、酸轧工艺以及连续退火工艺控制，获得厚度为0.5mm～2.5mm的冷轧耐候钢带产品，冷轧耐候钢成品内部组织为铁素体、珠光体和渗碳体；冷轧耐候钢成品力学性能结果为屈服强度≥310MPa，抗拉强度≥450MPa，断后伸长率≥28％，力学性能稳定，钢带产品的成型及耐大气腐蚀性能优良，可应用于空气预热器、板式换热器制造等相关领域。然而，其添加了0.10％-0.25％的Ni元素，0.3％-0.45％的Cr元素，合金成本较高，并未对钢板的耐大气腐蚀性能予以说明。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种在保证屈服强度为310～380MPa，抗拉强度为400～480MPa下，能使延伸率A提高至≥38％，且具有良好的耐大气腐蚀耐候性能、元素简单的含稀土的屈服强度为310MPa级冷轧汽车用耐候钢及生产方法。
实现上述目的的措施：
一种含稀土的屈服强度为310MPa级冷轧汽车用耐候钢，其化学成分及重量百分含量：
C：≤0.09％，Si:0.10～0.40％，Mn：0.15～0.35％，P:0.05～0.11％，S≤0.015％，Als：
0.010～0.030％，Cu：0.2～0.35％，RE：0.04～0.09％，余量为Fe和不可避免的杂质；力学性能：屈服强度为310～380MPa，抗拉强度为400～480MPa，延伸率A≥38％，金相组织为铁素体及少量珠光体，晶粒度达10级以上，耐大气腐蚀性能相对Q235腐蚀率为≤50％。
其在于：RE的重量百分比含量在0.046～0.083％。
一种含稀土的屈服强度为310MPa级冷轧汽车用耐候钢的生产方法，其步骤：
1)进行脱硫铁水，转炉冶炼并浇注成坯；
2)对铸坯加热，控制其加热温度在1230～1270℃，并在此保温下保温130～160min；
3)采用高压水冲刷铸坯表面，控制高压水压力不低于160MPa；
4)进行粗轧，控制粗轧温度在1040～1060℃；
5)进行精轧，控制终轧温度在850～880℃；
6)进行卷取，按照热轧成品厚度设定卷取温度：
当热轧成品厚度＜3mm时，其卷取温度控制在686～694℃；
当热轧成品厚度在大于等于3mm至≤5mm时，则卷取温度控制在666～674℃；
当热轧成品厚度＞5mm时，则卷取温度控制在646～654℃；
7)经酸洗酸洗后进行冷轧制，其控制冷轧压下率在48～70％；采用激光焊机焊接；
8)采用罩式炉在全氢气氛下进行退火处理：
其工艺包括电解脱脂—罩式退火—湿平整—卷取包装；
罩式退火温度中热点温度在670-700℃，冷点温度在620-650℃；
9)根据不同冷轧成品厚度进行平整
平整采用湿平整工艺；
按照冷轧成品厚度设定平整延伸率：
当冷轧成品厚度≤1.2mm时，则平整延伸率控制在1.2～1.6％
当冷轧成品厚度＞1.2mm时，则平整延伸率控制在1.6～2.0％。
其在于：粗轧温度在1040～1056℃。
本发明中各元素及主要工艺的作用及机理
C：碳是钢中的基本元素，也是最经济、有效的强化元素，随着C含量的增加，钢板强度明显的增加，但会降低钢板的塑性和成形性能，恶化焊接性能，同时会影响钢板的耐蚀性。因此，C含量控制在0.09％以下。
Si：硅是固溶强化元素，是一种经济型强化元素，具有很强的固溶强化作用。在冶炼过程中可以作为还原剂和脱氧剂加入钢中，可以提高钢的淬透性和抗回火性，Si元素增加可以降低钢板的整体耐腐蚀速率，其与钢中的Cu、P等元素配合可以改善钢的耐蚀性能，但过高会降低钢的低温韧性和焊接性能，同时Si元素容易在钢板表面形成致密的氧化层Mn2SiO4，严重影响材料的表面质量。因此，Si含量控制在0.10～0.40％。
Mn：锰是比较经济的强化元素，主要起固溶强化和细化晶粒作用。钢中加入适量的Mn,可以提高强度的同时,但是Mn元素过多会使晶粒粗化，产生回火脆性，增大钢的过热敏感性，同时也会恶化钢板的中心偏析。因此，Mn含量控制在0.15～0.35％。
P：磷是固溶强化元素，是比较经济的强化元素，能够大幅的提高钢的强度、硬度，过高的P元素容易产生偏析，从而明显的降低钢的塑性、低温韧性和焊接性能。P元素是提高钢耐候性最有效的合金元素之一,在促使锈层具有非晶态性质方面具备特殊的效应。当P与Cu联合加入钢中时,显示出优异的协同耐候效应，在大气腐蚀条件下,钢中的P是阳极去极化剂,能加速钢的均匀溶解和Fe2+的氧化速率,有助于在钢表面形成均匀的FeO0H锈层和促进生成富含非晶态轻基氧化铁FeOx(OH)3-2X的致密保护膜,从而成为阻止腐蚀介质进入钢基体的保护屏障,使钢内部免遭大气腐蚀。因此，综合考虑P元素对强度的贡献，P含量控制在0.05～0.11％。
S：硫是有害元素。钢中的S元素易与Mn元素形成MnS夹杂，在钢中形成点腐蚀源，恶化钢板的耐候性能，同时降低钢的塑性和韧性。因此，S含量控制在0.015％以下。
Al：在精炼工序中使钢脱氧，去除溶在钢液中的氧，同时Al还会抑制氮在铁素体内的固溶，形成AlN抑制晶粒的粗大化。Al含量过高，会使钢中的夹杂物增多，钢的韧性会降低。因此，Al含量控制在0.01～0.03％。
Cu：铜是提高钢板耐候性能最为突出的元素，可以在基体与锈层之间形成Cu和P为主的阻挡层，其与基体牢固结合而对钢板具有良好的保护，此外Cu还可以抵消钢板中杂质元素S有害作用，对钢板的耐蚀性有着重要作用。但Cu添加过多，会引起“Cu脆”问题。因此，Cu含量控制在0.2～0.35％。
稀土元素(Re):Re元素是极其活泼的元素,是很强的脱氧剂和脱硫剂,主要净化钢的晶界。Re元素可细化晶粒、改变钢中夹杂物的存在形态、减少有害的夹杂数量、降低腐烛原点,从而提高钢的耐大气腐蚀性能。Re元素可以减少P的宏观偏析，使P在钢中的分布更均匀。同时Re元素可以降低碳、氮的活度,增加碳、氮的溶解度,使它们不能脱溶进入内应力区或晶体缺陷中,减小钉扎位错的间隙原子数目,因而提高钢的塑性和韧性，另外Re元素可以影响碳化物的形态、大小、分布、数量和结构,从而提高钢的强度。因此，Re含量控制在0.04～0.09％，优选地Re含量在0.046～0.083％。
稀土元素(RE):RE元素是极其活泼的元素,是很强的脱氧剂和脱硫剂,主要净化钢的晶界。RE元素可细化晶粒、改变钢中夹杂物的存在形态、减少有害的夹杂数量、降低腐烛原点,从而提高钢的耐大气腐蚀性能。RE元素可以减少P的宏观偏析，使P在钢中的分布更均匀。同时RE元素可以降低碳、氮的活度,增加碳、氮的溶解度,使它们不能脱溶进入内应力区或晶体缺陷中,减小钉扎位错的间隙原子数目,因而提高钢的塑性和韧性，另外RE元素可以影响碳化物的形态、大小、分布、数量和结构,从而提高钢的强度。因此，RE含量控制在0.03～0.08％，优选地RE含量在0.036～0.072％。
本发明正是由于添加了微量的稀土元素(RE)，致钢板冲压成型性能更优异，钢板的塑性和韧性更好，延伸率更高，满足了制造冲压变形量较大的汽车内部结构件的要求。这是由于RE元素是极其活泼的元素,是很强的脱氧剂和脱硫剂,可以净化钢的晶界，细化晶粒、改变钢中夹杂物的存在形态、减少有害的夹杂数量；同时RE元素可以降低碳、氮的活度,增加碳、氮的溶解度,使它们不能脱溶进入内应力区或晶体缺陷中,减小钉扎位错的间隙原子数目,因而提高钢的塑性和韧性。另外，RE元素还可以减少P的宏观偏析，使P在钢中的分布更均匀，减少钢板在冲压过程中的开裂。再由于RE元素减少了钢中夹杂物的存在形态及减少有害的夹杂数量，因而能降低腐烛原点,使钢的耐大气腐蚀性能进一步得到提高了。本发明根据试验统计，其钢板耐大气腐蚀性能相对于Q235腐蚀率只有50％及以下，而未添加了稀土元素(RE)的钢板耐大气腐蚀性能相对Q235腐蚀率则为60％及以下。这说明本发明钢可以应用在对耐大气腐蚀要求更高的汽车部件的制造领域。
本发明之所以控制热轧板坯在炉时间保温130～150min、除磷高压水压力为160MPa以上和粗轧温度在1040～1060℃，主要是为了减少“Cu脆”的发生。当板坯加热温度高于Cu元素的熔点(1083℃)，析出的富铜相处于熔融状态，达到一定程度时，在变形过程中表面形成龟裂状裂纹的Cu脆缺陷。因此，首先减少板坯的在炉时间，在炉时间控制在130～150min，减少Cu元素在晶界的扩散。其次，粗轧温度控制在1040～1060℃，避开Cu元素的熔点温度，减少Cu元素的熔解。最后，由于Cu元素在热轧加热过程在铁皮与基体的界面容易富集，同时Si元素容易在表面形成致密的氧化层Mn2SiO4，影响钢板的表面质量，因此通过加强粗轧区除鳞水压力由普通生产是的130MPa提高至不低于160MPa，在于保证除鳞效果，消除氧化铁皮压入。
本发明之所以采用卷取温度是按照热轧成品厚度设定，为了保证不同厚度规格的冷轧钢板力学性能的统一、稳定。控制卷取温度646-694℃，主要为了细化铁素体晶粒，得到符合要求的强度范围，同时为了保证厚规格的力学性能与薄规格的统一，适当的降低卷取温度。
本发明之所以采用罩式退火生产，密封气体用全氢式退火,主要因为在一些对钢板表面质量要求不是特别高的情况，采用全氢式罩式退火，设备投资少，生产能耗低，有利于钢铁行业当前碳排放降低的要求，同时能够制造出310MPa级冷轧耐候钢。
本发明之所以采用湿平整工艺，按照冷轧成品厚度设定平整延伸率，首先采用湿平整比采用干平整工艺，得到的钢板表面质量更好，平整机的轧制力更小，减少了能耗，也更有利于钢板屈服平台的消除。按照冷轧成品厚度设定平整延伸率是为了保证不同厚度规格的冷轧钢板力学性能的统一、稳定，同时赋予钢板良好的表面质量及粗糙度。
本发明与现有技术相比，具有如下特点：
1)成本问题，本发明仅添加了Mn、Si、P、Re等相对廉价的合金元素，未添加Cr、Ni、Ti等贵重金属，大幅降低了制造成本；
2)由于本发明添加了RE,使钢板冲压成型性能更优异，钢板的塑性和韧性更好，延伸率更高，再由于RE元素减少了钢中夹杂物的存在形态及减少有害的夹杂数量，因而能降低腐烛原点,使钢的耐大气腐蚀性能进一步得到提高了；以Q235的腐蚀率为基准，本发明仅是其的之多为50％，比未添加RE的钢的腐蚀率降低了10％。
3)Cu脆问题，重点采用了控制热轧在炉时间、除磷高压水压力、粗轧温度等措施，降低了Cu脆和氧化铁皮的发生几率与程度，提高了钢板表面质量；
4)性能均匀性问题，重点采用了根据成品厚度设计热轧卷取温度和冷轧平整延伸率工艺，保证不同成品厚度的钢板力学性能的统一、稳定。
5)本发明不仅合金元素简单，且加工成型性好及精度高，耐大气腐蚀性能优良，其特别适用于汽车内部无法涂装、冲压变形量较大的结构件，也可用于家电等对耐蚀性有要求的行业。
附图说明
图1为本发明金相组织图。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例与对比例的组分取值列表；
表2为本发明各实施例与对比例工艺参数取值；
表3为本发明各实施例与对比例实验结果列表。
本发明各实施例均按以下步骤生产：
1)进行脱硫铁水，转炉冶炼并浇注成坯；
2)对铸坯加热，控制其加热温度在1230～1270℃，并在此保温下保温130～160min；
3)采用高压水冲刷铸坯表面，控制高压水压力不低于160MPa；
4)进行粗轧，控制粗轧温度在1040～1060℃；
5)进行精轧，控制终轧温度在850～880℃；
6)进行卷取，按照热轧成品厚度设定卷取温度：
当热轧成品厚度＜3mm时，其卷取温度控制在686～694℃；
当热轧成品厚度在大于等于3mm至≤5mm时，则卷取温度控制在666～674℃；
当热轧成品厚度＞5mm时，则卷取温度控制在646～654℃；
7)经酸洗酸洗后进行冷轧制，其控制冷轧压下率在48～70％；采用激光焊机焊接；
8)采用罩式炉在全氢气氛下进行退火处理：
其工艺包括电解脱脂—罩式退火—湿平整—卷取包装；
罩式退火温度中热点温度在670-700℃，冷点温度在620-650℃；
9)根据不同冷轧成品厚度进行平整
平整采用湿平整工艺；
按照冷轧成品厚度设定平整延伸率：
当冷轧成品厚度≤1.2mm时，则平整延伸率控制在1.2～1.6％
当冷轧成品厚度＞1.2mm时，则平整延伸率控制在1.6～2.0％。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt％)
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
续表2
表3本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表
将上述的各实施例和对比例进行耐腐蚀性能试验，并以Q235作为对比样，其化学成分见表4，耐腐蚀性能试验按TB/T2375进行，实验时间72h，耐腐蚀性能的测试结果见表5。
表4 Q235化学成分
表5耐腐蚀性能测试结果
力学性能的拉伸试验试样均采用GB-T 228.1的P4试样。从表3可以看出，本发明所生产的经济耐候钢板屈服强度为310～380MPa，抗拉强度为400～480MPa，延伸率A大于38％，金相组织为铁素体及少量珠光体，晶粒度达10级以上，耐大气腐蚀性能相对Q235腐蚀率为≤50％，具有良好的耐大气腐蚀性能。同时不同成品厚度的钢板，性能保持稳定。从对比例可以看出，对比例1因粗轧温度偏高，导致钢板边部Cu脆严重，影响表面质量；对比例2，由于未添加了一定量的RE元素，其相对腐蚀速率为57％，较实施例高。
以上实施例仅为最佳例举，并非为本发明技术方案的全部。
Claims (4)
1.一种含稀土的屈服强度为310MPa级冷轧汽车用耐候钢，其化学成分及重量百分含量：C：≤0.09%，Si: 0.10～0.40%，Mn：0.15～0.35%，P: 0.05～0.11%，S≤0.015%，Als：0.010～0.030%，Cu：0.2～0.35%，RE：0.04～0.09%，余量为Fe和不可避免的杂质；力学性能：屈服强度为310～380MPa，抗拉强度为400～480MPa，延伸率A≥38%，金相组织为铁素体及少量珠光体，晶粒度达10级以上，耐大气腐蚀性能相对Q235腐蚀率为≤50%。
2.如权利要求1所述的一种含稀土的屈服强度为310MPa级冷轧汽车用耐候钢，其特征在于：RE的重量百分比含量在0.046～0.083%。
3.如权利要求1所述的一种含稀土的屈服强度为310MPa级冷轧汽车用耐候钢的生产方法，其步骤：
1）进行脱硫铁水，转炉冶炼并浇注成坯；
2）对铸坯加热，控制其加热温度在1230～1270℃，并在此保温下保温130～160min；
3）采用高压水冲刷铸坯表面，控制高压水压力不低于160MPa；
4）进行粗轧，控制粗轧温度在1040～1060℃；
5）进行精轧，控制终轧温度在850～880℃；
6）进行卷取，按照热轧成品厚度设定卷取温度：
当热轧成品厚度＜3mm时，其卷取温度控制在686～694℃；
当热轧成品厚度在大于等于3mm至≤5mm时，则卷取温度控制在666～674℃；
当热轧成品厚度＞5mm时，则卷取温度控制在646～654℃；
7）经酸洗酸洗后进行冷轧制，其控制冷轧压下率在48～70%；采用激光焊机焊接；
8）采用罩式炉在全氢气氛下进行退火处理：
其工艺包括电解脱脂—罩式退火—湿平整—卷取包装；
罩式退火温度中热点温度在670-700℃，冷点温度在620-650℃；
9）根据不同冷轧成品厚度进行平整
平整采用湿平整工艺；
按照冷轧成品厚度设定平整延伸率：
当冷轧成品厚度≤1.2mm时，则平整延伸率控制在1.2～1.6%
当冷轧成品厚度＞1.2mm时，则平整延伸率控制在1.6～2.0%。
4.如权利要求3所述的一种含稀土的屈服强度为310MPa级冷轧汽车用耐候钢的生产方法，其特征在于：粗轧温度在1040～1056℃。
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