CN113755757B - 一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板及其生产方法 - Google Patents

一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板及其生产方法，其化学成分及其质量百分比为C：0.12％～0.15％、Si：0.90％～1.30％、Mn：2.40％～3.00％、P≤0.080％、S≤0.010％、N：0.15％～0.20％，余量为铁和不可避免的杂质。生产方法，包括：冶炼；连铸，将钢水连铸为铸坯；加热，将铸坯加热至1230～1250℃；粗轧和精轧，粗轧的总压下量为65％，精轧的总压下量为35％，终轧温度为830～860℃，得到钢板；空冷，钢板降温至730～760℃；层流冷却，钢板降温至350℃，降温速率为25℃/s；卷取，且钢板在低氧环境中冷却至室温；开卷，酸洗，烘干，切边，涂油，卷取待用。本发明具有更高的加工硬化指数，且易于酸洗。

Description

一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及热轧钢板技术领域，具体而言是一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板及其生产方法。
背景技术
随着国内汽车行业的日益成熟，汽车产量越来越高，汽车主机厂和配套零件厂家之间的竞争也变得越来越激烈。在这种市场大背景下，各大汽车制造企业纷纷投入大量人力物力，进行降成本研究。
目前，汽车制造厂首先从钢铁厂采购冷轧钢板，然后在室温下将其冲压成所需的零件形状，再安装到车身上。
这种采用冷轧板作为原料，进行冲压生产的缺点有三：
(1)与热轧钢板相比，冷轧工序不仅对工人的操作技能要求高，安全隐患多，而且冷轧板的价格较高，提高了汽车制造厂的采购成本；
(2)冷轧工艺比较复杂，生产周期长，能耗高；
(3)冷轧工序需要大量的轧制油或者乳化液作为润滑介质，轧制油或者乳化液使用后的处理难度大，污染环境的风险较高。
在冲压变形过程中，钢板会发生拉长变形，拉长到一定程度后，钢板就会发生颈缩，此时的钢板就不能再满足使用要求，必须做报废处理。钢板有一项力学性能指标：加工硬化指数，通常也称为n值。
如果钢板的加工硬化指数较大，加工硬化在颈缩初发部位引发的强度增量就越大，使得颈缩部位的强度高于其他位置，从而起到阻止颈缩继续发生的作用。因此，钢板的加工硬化指数越大，钢板在冲压工序，发生均匀变形，抵御颈缩断裂的能力就越强。目前，大部分普通冷轧板的加工硬化指数，分布在0.15～0.19之间。
酸洗工艺是一种钢板表面处理工艺。钢板从装满酸液的酸洗槽中通过，利用化学反应，去除钢板表面的氧化铁皮。尽管经过多年使用，酸洗后仍然存在氧化铁皮残留的现象，仍然时有发生。
发明内容
根据上述技术问题，而提供一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板及其生产方法。
本发明采用的技术手段如下：
一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板，其化学成分及其质量百分比为C：0.12％～0.15％、Si：0.90％～1.30％、Mn：2.40％～3.00％、P≤0.080％、S≤0.010％、N：0.15％～0.20％，余量为铁和不可避免的杂质。
一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板的加工硬化指数为0.17～0.20。
本发明还提供了一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板的生产方法，包括：
冶炼；连铸，将钢水连铸为铸坯；所述铸坯的化学成分及其质量百分比为上述的钢板的化学成分及其质量比；加热，将铸坯加热至1230～1250℃；粗轧和精轧，粗轧总压下量为65％，精轧总压下量为35％，终轧温度为830～860℃，得到钢板；空冷，钢板降温至730～760℃；层流冷却，钢板降温至350℃，降温速率为25℃/s；卷取，且钢板在低氧环境中冷却至室温；开卷，酸洗，烘干，切边，涂油，卷取待用。
传统加热工艺为三段式加热，需要将铸坯加热至1250～1280℃保温40～80min，以实现完全奥氏体化，本申请公开的酸洗热轧钢板完全奥氏体化温度略低，只需加热至1230～1250℃，即可实现完全奥氏体化。加热温度比传统工艺降低了约30℃，因此能够节约大量的能源。
传统工艺中，粗轧和精轧的道次一致，且粗轧总压下量略小于和精轧总压下量，本申请的生产方法中增加了粗轧各个道次的压下量，使粗轧机满负荷运转，同时降低精轧的各道次变形量。这种工艺不仅能够满足成品厚度的要求，而且有利于得到形状一致，畸变小，内部位错少的铁素体晶粒，实现低屈强比的目的。
传统工艺在精轧后直接进入层流冷却段进行降温，而本生产方法却是在精轧和层流冷却之间增加了空冷待温工序，在该工序中，钢板从终轧温度830～860℃，空冷降温约100℃，降至730～760℃，然后再进入层流冷却进行快速水冷。加入空冷待温工艺的目的有二：第一，在此温度区间内待温，有利于铁素体晶粒内部位错的运动，能够有效降低晶粒内部的位错密度；第二，在该温度段停留时间加长，有利于钢中碳氮化物的大量弥散析出。这样，在后续的冲压变形过程中，铁素体晶粒内部位错产生后，会与析出物发生交互作用，引发Orowan位错增殖机制，增加钢板中的位错密度，大幅增加钢板的变形抗力。
加快层流冷却的降温速率，大幅降低了第一次卷曲温度，并新增低氧保存工序，冷却至室温。传统工艺的层流冷却降温速率为15～20℃/s，降温至620～670℃之间，进行卷取，最后在空气中冷却至室温。本发明的生产方法中将层流冷却的降温速率加快至25℃/s，降温至350℃，再进行卷取，最后还需将其在高氮低氧的环境中，直至冷却至室温。
采用这种冷却工艺的原因如下：
酸洗热轧钢板表面的氧化铁皮，由外到内，分为三层：Fe2O3、Fe3O4和FeO，其中FeO质地疏松，直接附着在钢板基体上，当酸液沿着氧化铁皮的缝隙流入，接触到钢板基体时，会发生化学反应，生成氢气，氢气作用在疏松的FeO上，就会形成机械剥离作用，氧化铁皮中FeO所占的比重越大，剥离效果就越明显，氧化铁皮清除得就越彻底。因此，为了使钢板表面的氧化铁皮更容易酸洗清理，就必须增大钢板表面的FeO层的比例。
本生产方法从两方面入手，提高FeO层的比例。
一方面，抑制FeO的共析反应。FeO会在约450℃时，会发生共析反应4FeO＝Fe3O4+Fe
反应生成物Fe3O4容易附着在钢板基体上，难以酸洗清除干净。因此，本生产方法借助层流冷却工艺，将钢板快速冷却至350℃，有效避免共析反应，这样既可以增加钢板表面FeO层的比例，也可以减少难酸洗的Fe3O4。
另一方面，钢板在通过层流冷却段之后，在低氧气环境进行空冷，能够有效防止钢卷头尾和边部，因为这些位置的FeO被氧化成Fe2O3或Fe3O4，提高酸洗难度。
卷取结束后取样，使用扫描电镜测量FeO层厚度。测量结果表明：本实施例的FeO层厚度约4-7μm，相比传统工艺，约增加了7～9％。
酸洗后在钢板中心和边缘多处取样，采用化学法测量钢板酸洗前后的质量损失，结果表面，本实施例的钢板的质量损失约为5.8mg/cm2，相比传统工艺约减少了2～5％。
使用Zwick Z600型力学拉伸实验机，对多个钢卷的检验结果表明，本实施例的产品的加工硬化指数集中在0.17～0.20之间，超过了传统工艺的0.15～0.19。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、相比传统的冷轧板，热轧酸洗板的加工和服役性能豪不逊色，而且作为冲压原料使用时，具有以下三个优势：
(1)铸坯经热轧和酸洗后即可作为冷轧原料使用，与传统的冷轧板相比，省去了整个冷轧工序，所以不仅降低了钢铁厂的生产难度，而且能够大幅降低汽车制造厂家的原料采购成本；
(2)钢板经热轧酸洗后，即可交付汽车厂，进行冲压变形，减掉了整个冷轧工序，因此能够缩短汽车的研发和生产周期，提高车企的市场竞争力；
(3)热轧酸洗板不使用轧制油或乳化液，酸洗工序使用后的废酸液，不仅处理工艺成熟，而且处理成本很低，所以有利于实现绿色环保生产。
2、与传统的热轧酸洗板相比，本申请具有更高的加工硬化指数，能够有效抵御冲压变形造成的局部厚度减薄，进而提高冲压工艺的成功率。加工硬化指数比传统冷轧板大约高0.08～0.13，十分有利于均匀变形，防止冲压局部开裂，提高产品研发和生产周期。
3、本申请通过改变不同温度段的冷却速率和冷却环境，抑制氧化铁皮中Fe3O4的形成，并增大FeO含量，促进氧化铁皮的在酸洗槽中的机械剥离，大幅降低了酸洗难度，提高了成品钢板的表面质量。大幅降低了钢板表面氧化铁皮的酸洗难度，有利于提高酸洗板的表面质量，提高钢厂质量稳定性。
基于上述理由本发明可在热轧酸洗板等领域广泛推广。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
本发明提供了一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板，其化学成分及其质量百分比为C：0.12％～0.15％、Si：0.90％～1.30％、Mn：2.40％～3.00％、P≤0.080％、S≤0.010％、N：0.15％～0.20％，余量为铁和不可避免的杂质。
一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板的加工硬化指数为0.17～0.20。
本发明还提供了一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板的生产方法，包括：
冶炼；连铸，将钢水连铸为铸坯；所述铸坯的化学成分及其质量百分比为上述的钢板的化学成分及其质量比；加热，将铸坯加热至1230～1250℃；粗轧和精轧，粗轧总压下量为65％，精轧总压下量为35％，终轧温度为830～860℃，得到钢板；空冷，钢板降温至730～760℃；层流冷却，钢板降温至350℃，降温速率为25℃/s；卷取，且钢板在低氧环境中冷却至室温；开卷，酸洗，烘干，切边，涂油，卷取待用。
实施例1
本实施例中，化学成分以重量百分比计，厚度为2.0mm的800MPa级一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板成分为：C：0.12％、Si：0.9％、Mn：2.4％、P：0.08％、S：0.01％、N：0.15％，余量为铁和不可避免的杂质，生产方法如下：
冶炼；连铸，将钢水连铸为铸坯；所述铸坯的化学成分及其质量百分比为上述的钢板的化学成分及其质量比；加热，将铸坯加热至1230℃；粗轧和精轧，粗轧总压下量为65％，精轧总压下量为35％，终轧温度为830℃，得到钢板；空冷，钢板降温至730℃；层流冷却，钢板降温至350℃，降温速率为25℃/s；卷取，且钢板在低氧环境中冷却至室温；开卷，酸洗，烘干，切边，涂油，卷取待用。
卷取结束后取样，使用扫描电镜测量FeO层厚度。测量结果表明：本实施例的FeO层厚度约4-7μm，相比传统工艺，约增加了7～9％。
酸洗后在钢板中心和边缘多处取样，采用化学法测量钢板酸洗前后的质量损失，结果表面，本实施例的钢板的质量损失约为5.8mg/cm2，相比传统工艺约减少了2～5％。
使用Zwick Z600型力学拉伸实验机，对多个钢卷的检验结果表明，本实施例的产品的加工硬化指数集中在0.17～0.20之间，超过了传统工艺的0.15～0.19。
实施例2
本实施例中，化学成分以重量百分比计，厚度为2.0mm的800MPa级一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板成分为：C：0.15％、Si：1.3％、Mn：3.0％、P：0.08％、S：0.01％、N：0.2％，余量为铁和不可避免的杂质，生产方法如下：
冶炼；连铸，将钢水连铸为铸坯；所述铸坯的化学成分及其质量百分比为上述的钢板的化学成分及其质量比；加热，将铸坯加热至1250℃；粗轧和精轧，粗轧总压下量为65％，精轧总压下量为35％，终轧温度为860℃，得到钢板；空冷，钢板降温至760℃；层流冷却，钢板降温至350℃，降温速率为25℃/s；卷取，且钢板在低氧环境中冷却至室温；开卷，酸洗，烘干，切边，涂油，卷取待用。
在卷取结束后取样，使用扫描电镜测量FeO层厚度。测量结果表明：新工艺的FeO层厚度约4-6μm，相比传统工艺，约增加了7～9％。
在钢板中心和边缘多处取样，采用化学法测量钢板酸洗前后的质量损失，结果表面，新工艺的质量损失约为5.4mg/cm2，相比传统工艺约减少了3～6％。
使用Zwick Z600型力学拉伸实验机，对多个钢卷的检验结果表明，新产品的加工硬化指数集中在0.17～0.20之间，超过了传统工艺的0.15～0.19。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板，其特征在于，其化学成分及其质量百分比为C：0.12%~0.15%、Si：0.90%~1.30%、Mn：2.40%~3.00%、P≤0.080%、S≤0.010%、N：0.15%~0.20%，余量为铁和不可避免的杂质；
其生产方法，包括：
冶炼；
连铸，将钢水连铸为铸坯；所述铸坯的化学成分及其质量百分比为上述钢板的化学成分及其质量比；
加热，将铸坯加热至1230~1250℃；
粗轧和精轧，粗轧的总压下量为65%，精轧的总压下量为35%，终轧温度为830~860℃，得到钢板；
空冷，钢板降温至730～760℃；
层流冷却，钢板降温至350℃，降温速率为25℃/s；
卷取，且钢板在低氧环境中冷却至室温；
开卷，酸洗，烘干，切边，涂油，卷取待用。
2.根据权利要求1所述的一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板，其特征在于，一种易酸洗的高加工硬化指数热轧钢板的加工硬化指数为0.17～0.20。
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