CN113832388A - 屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板及其制造方法，主要解决现有用于制管的屈服强度220MPa热轧钢板表面氧化铁皮附着力低、表面氧化铁皮不致密、钢板表面不能直接涂装的技术问题。技术方案为，屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.030～0.065％，Si≤0.050％，Mn：0.15～0.25％，P≤0.020％，S≤0.018％，Al：0.015～0.050％，N≤0.005％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素；热轧钢板凸度≤25μm，热轧钢板表面氧化铁皮厚度为5.0～9.0μm。本发明热轧钢板主要用于免酸洗直接涂装的制管行业。

Description

屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种热轧钢板，特别涉及一种屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板及其制造方法，具体而言，涉及的热轧钢板表面氧化铁皮致密、氧化铁皮具有高附着力，热轧钢板主要用于制管，属于铁基合金技术领域。
背景技术
随着当前社会和经济的快速发展，对热轧钢板的需求越来越广泛，对其质量要求也越来越高；并且随着国家对生态环保要求的严格管控，减少钢铁产品在后续加工过程中造成的环境污染，从而受到钢铁生产企业和产品用户的加倍重视；比如在制管产品的加工过程中，为了提升材料的抗腐蚀能力和美观程度，传统方法为涂漆前需要将钢板表面采用酸洗或抛丸的方法把氧化铁皮清除，但是所产生的废酸和粉尘严重污染了环境，为此需要开发一种表面氧化铁皮致密、不易脱落的高表面热轧板带产品经过加工成型，直接涂装就可以满足最终制管产品要求。
申请公布号为CN110284067A的中国专利申请公开了一种免酸洗深冲热轧钢板的制备方法，其成分在碳、锰含量分别为：C：0.05～0.09％，Mn：0.30～0.50％，并且还添加了合金Ti元素：0.010～0.020％，并采用铁素体方式轧制，热轧卷取温度按照低温卷取温度设计，并采取带有氢气保护气氛的罩式退火炉，以还原钢板表面的氧化铁皮，在平整过程中还原的氧化铁皮以块状形式从钢板表面剥落，从而达到去除氧化层的目的，从而使钢板表面达到酸洗板的表面质量，实现免酸洗。
申请公布号为CN102086495A的中国专利申请公开了具有高附着力氧化膜热轧带钢的生产方法，其成分在锰、铌含量分别为：Mn：1.2～1.6％、Nb：0.015～0.065％有明显区别，同时由于添加Nb含量，在加热温度控制为了合金元素充分溶解，需要高加热温度设计，并且含较高的Si含量，氧化铁皮实际控制难度较大。
申请公布号为CN102676938A的中国专利申请公开了表面铁皮均匀的免酸洗钢卷及其制造方法，其成分体系含有一定的Si含量和合金Nb、Ti含量；精轧终轧温度控制在850～870℃，卷取温度控制在550～580℃，为了提高钢卷两端和头尾的氧化铁皮的均匀性，主要通过钢卷的两端表面上涂覆有防氧化玻璃粉进行控制，工序较复杂。
申请公布号为CN101856669A的中国专利申请公开了热轧带钢表面氧化铁皮柔性化控制方法，其成分体系含有1.2～1.6％的Mn含量，同时含有一定的Si含量和合金Nb、Ti含量；该专利虽对热轧各阶段的温度如加热温度、精轧入口温度、终轧温度控制、卷取温度等进行了设计要求，但在其他涉及产品表面氧化铁皮性能均匀性的热轧工艺方面未进行考虑。
发明内容
本发明的目的是提供一种屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板及其制造方法，主要解决现有用于制管的屈服强度220MPa热轧钢板表面氧化铁皮附着力低、表面氧化铁皮不致密、钢板表面不能直接涂装的技术问题，本发明热轧钢板制管时，钢板免酸洗，钢板表面直接涂装，钢板表面氧化铁皮无脱落。
本发明采取的技术思路是，在不添加贵重合金的条件下，通过合理利用成分中经济的碳、锰等成分设计，同时充分利用热轧温度、速度制度、小凸度控制、卷取张力以及平整等工艺进行精准调控，不仅保证了产品所要求的较窄的屈服性能范围，而且满足表面直接涂装的制管产品要求。
本发明采用的技术方案是，一种屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.030～0.065％，Si≤0.050％，Mn：0.15～0.25％，P≤0.020％，S≤0.018％，Al：0.015～0.050％，N≤0.005％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。
本发明热轧钢板的金相组织为铁素体+珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度级别为I7.5～8.5级，2.5～4.5mm厚热轧钢板的屈服强度RP0.2为220～270MPa，抗拉强度Rm为320～360Mpa，断后伸长率A50mm为42～55％；热轧钢板凸度≤25μm，热轧钢板表面氧化铁皮厚度为5.0～9.0μm，氧化铁皮中Fe304的体积百分比为30～70％。
本发明所述的屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
碳：碳为固溶强化元素可增加钢的强度。钢中碳含量如较高时，不仅造成强度升高，会在钢中形成较多粗大脆性的碳化物颗粒，对弯管成形不利；如碳含量过低，钢板强度也必然降低；因为碳含量对钢板强度比较敏感，如果碳含量范围较宽会造成钢板强度波动大，对自动化弯管成形时焊接不利；综合考虑本发明的碳含量范围设定为0.030～0.065％；
硅：硅作为固溶强化元素，固溶在钢板基体中有较好的强化效果；但是本发明必须控制硅含量，当硅含量较高时，会在热轧板表面形成较重的Fe2O3，对表面质量不利，因此本发明控制Si≤0.050％。
锰：锰作为固溶强化的主要元素，在钢中添加适当的锰有利于强度的提高，同时有利于脱硫，可避免钢的热脆性；但Mn含量高，不仅强度偏高，而且会相应增加钢的成本；同时为了减少强度的波动，需要对锰含量范围进行限制。因此本发明限定Mn含量为0.15～0.25％。
磷：磷是一种价格低廉且固溶强化能力强的元素，磷易在晶界偏析，降低晶界结合力，恶化钢的冷加工性，因此应尽量降低它们在钢中的含量；因此，本发明限定P≤0.020％。
硫：硫是钢中的有害元素；硫在钢中会形成硫化物夹杂，使其延展性和韧性降低；因此尽可能控制在较低水平，本发明限定S≤0.018％。
铝：铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al2O3在炼钢时去除；并且同N的结合力很强，形成化合态的AlN，从而改变钢的应变时效性，对消除连续屈服现象有利。但是铝过高会形成过多的Al2O3夹杂，并且连铸浇注是容易堵塞浇注水口。本发明限定Al含量为0.015～0.050％。
氮：氮在本发明的钢中属于有害元素，氮会严重降低材料的塑性和韧性，并对时效很敏感，不利钢板后续加工成型性，因此需要限制氮含量；本发明限定N≤0.005％。
上述屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板的制造方法，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：0.030～0.065％，Si≤0.050％，Mn：0.15～0.25％，P≤0.020％，S≤0.018％，Al：0.015～0.050％，N≤0.005％，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1200～1230℃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，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1030～1080℃，粗轧除鳞水压力为18～20MPa；粗轧后，控制中间坯厚度为42～45mm；精轧为7道次连轧，在奥氏体单相区轧制，精轧开始温度设定为990～1040℃，精轧结束温度为890～920℃；精轧机入口除鳞水压力为18～20MPa，精轧机架间除鳞水压力为10～12MPa；精轧后，控制钢板厚度为2.5～4.5mm，钢板凸度≤25μm；层流冷却采用前段冷却，卷取温度为610～650℃时卷取得到热轧钢卷；
热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经平整，卷取得到成品钢板卷，平整力为1000～1300KN。
进一步，所述精轧出口钢板速度为10～16m/s，效果佳。
进一步，所述精轧通过润滑轧机的轧辊进行轧制，即精轧采用润滑轧制，效果佳。
进一步，所述热轧卷取张力为40～55KN，效果佳。
本发明的技术关键主要通过成分设计和热轧、平整工艺的合理调控以及其中热轧表面氧化铁皮控制技术得以实现。通过模拟计算和试验验证，本发明钢成分体系Ar3点相变温度为835℃，Ar1点相变温度为698℃，氧化铁皮的韧脆转变温度为830℃。本发明所采取的热轧工艺均是基于本发明钢的成分体系和模拟试验计算的相变点。
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
为了保证精轧终轧温度，使热轧轧制过程在奥氏体区间进行，连铸板坯出加热炉的温度不能太低，否则终轧温度特别是边部温度不能保证，并且对生产顺利运行不利；如果板坯加热温度过高，板坯表面会生成较厚的氧化铁皮，在随后的热轧粗轧、精轧过程中容易压入带钢表面，影响成品表面质量。本发明板坯加热温度设定为1200℃～1230℃。
2、粗轧结束温度和粗轧除鳞水压力的设定
粗轧轧制过程需控制在奥氏体再结晶温度以上轧制。粗轧结束温度过高，容易形成过多的二次氧化铁皮，精轧过程不易去除，影响钢板表面和用户的使用；如果粗轧结束温度过低，则无法保证精轧结束温度，即在奥氏体再结晶温度以上轧制，本发明粗轧结束温度设定为1030～1080℃。
粗轧除鳞目的主要是去除在加热过程中板坯表面产生的氧化铁皮，如果不及时有效去除，较轻的会使表面变得粗糙，严重时会使带钢表面产生氧化铁皮压入，影响表面质量；为了满足高表面产品质量要求，其除鳞压力设定为18～20MPA。
3、中间坯厚度的设定
中间坯厚度影响钢板精轧结束温度，如果中间坯厚度过低，带坯温降过大，特别是钢板边部温降会更大，导致终轧温度低于目标值，钢板不仅会处于奥氏体+铁素体两相区轧制，恶化带钢的组织性能，而且容易引起在精轧阶段因边部温度低，导致原始的氧化铁皮脱落，影响表面氧化铁皮的致密性；如果中间坯过厚，会增加精轧负荷和轧制稳定性；本发明设定中间坯厚度42～45mm。
4、精轧开始温度和精轧机除鳞水压力的设定
精轧入口温度会影响钢板终轧温度和表面质量。精轧入口温度过高，容易形成二次氧化铁皮压入，精轧过程不易去除，影响钢板表面和用户的使用；如果精轧入口温度过低，不仅无法保证精轧终轧温度，而且精轧段原始氧化铁皮会产生脱落，影响表面氧化铁皮的致密性。本发明精轧开始温度设定为990～1040℃。
精轧除鳞同样是去除在轧制过程中产生的表面氧化铁皮，为了获得高表面质量要求，其精轧机入口除鳞水压力为18～20MPA；精轧机架间除鳞水压力为10～12MPA。
5、精轧结束温度的设定
本发明的精轧过程需在奥氏体单相区轧制，如果精轧温度过低，不仅容易在铁素体+奥氏体两相区轧制，会恶化产品的组织性能，而且会增加精轧高温原始氧化铁皮脱落的风险；如果精轧结束温度设定过高，不仅产线难以达到，而且钢板表面氧化铁皮较厚，影响表面质量；本发明精轧结束温度设定为880～920℃。
6、钢板凸度的设定
为了有效提高钢板板宽方向氧化铁皮结构和厚度的均匀性，本发明采用小凸度控制；本发明设定钢板凸度≤25μm；
7、精轧轧制方式的设定
为了有效降低带钢表面氧化铁皮所受的应力，增加铁皮与基体的结合力，减少氧化铁皮破碎；为此设定精轧通过润滑轧机的轧辊进行轧制，即采用润滑轧制。
8、精轧出口钢板速度的设定
精轧轧制速度的快慢，直接影响着终轧温度的高低。为了保证终轧温度，特别是边部温度达到要求以及减少在高温段的氧化时间，设定精轧出口钢板速度为10～16m/s。
9、精轧后层流冷却方式的设定
当精轧结束后，如钢板使用后段冷却，则带钢暴露在空气中与氧气接触时间较长会产生的较厚的氧化铁皮，易使氧化铁皮脱落；为此本发明采用前段冷却，主要是减少高温停留时间，尽可能降低氧化铁皮厚度。因此本发明设定层流冷却方式采取前段冷却。
10、热轧卷取温度的设定
本发明生产的带钢，如果热轧卷取温度过高，不仅会造成氧化铁皮增厚，表面氧化铁皮容易脱落；如果热轧卷取温度过低，不仅使性能升高，并且影响钢卷整卷性能的稳定性；为了使热轧带钢氧化铁皮致密，必须获得合适的氧化铁皮中Fe304体积百分比和较薄的氧化铁皮厚度以及较窄的性能范围，本发明控制氧化铁皮中Fe304体积百分比为30～70％，本发明设定的卷取温度范围为610℃～650℃。
11、热轧卷取张力的设定
为了更好地不让空气中的氧气进入热卷中进行氧化，需要使用较大的卷取张力；如果使用过大的卷取张力，会对生产稳定运行不利，并且会产生拉窄；但过小的卷取张力，卷板表面特别是边部会产生氧化铁皮增厚，容易脱落；本发明设定的热轧卷取张力为40～55KN。
12、平整力的设定
由于该钢种为低碳钢，在开卷时容易产生腰折，影响表面质量，需要上平整通过大压辊和平整改善腰折，但过大的平整力会对表面氧化铁皮不利，为此需要在保证板形、不出现腰折的情况下，尽可能降低平整力，本发明设定的平整力为1000～1300KN。
本发明生产的热轧钢板的金相组织为铁素体+珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度级别为I7.5～8.5级，热轧钢板的屈服强度RP0.2为220～270MPa，抗拉强度Rm为320～360Mpa，断后伸长率A50mm为42～55％；钢板凸度≤25μm，热轧钢板表面氧化铁皮厚度为5.0～9.0μm，氧化铁皮中Fe304的体积百分比为30～70％。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过采用低碳钢较窄成分范围的成分设计，通过热轧和平整工艺相匹配设计，从而获得高表面免酸洗钢制管产品，其表面质量和较窄的屈服强度性能满足自动化制管用户的加工要求。2、本发明通过采用较合理温度制度、速度制度、小凸度和合适的卷取张力以及平整工艺等设计，可以使产品表面特别是边部的氧化铁皮致密性得到保证，从而满足表面直接涂装的制管方向产品要求。3、本发明的热轧钢板不仅表面质量及性能满足直接涂装的制管方向的产品要求，而且减少了用户酸洗或抛丸加工工序，不仅降低了生产工序成本，生产方法环保。
附图说明
图1为本发明实施例2热轧钢板的金相组织照片。
图2为本发明实施例2热轧钢板表面氧化铁皮横截面的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例1～5对本发明作进一步说明，如表1～3所示。
表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例免酸洗热轧钢板的基板的化学成分，单位：重量百分比。
Figure BDA0002552843310000061
通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水，钢水经RH炉真空脱碳、脱气处理，钢水经全程吹Ar保护连续浇铸得到连铸板坯，连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为900～1400mm，长度为8500～11000mm。
炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组除鳞以及控制轧制，经层流冷却后通过进行卷取，层流采用前段冷却并进行平整，产出合格热轧钢卷，热轧钢板的厚度为2.5～4.5mm。热轧工艺控制参数见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
Figure BDA0002552843310000062
Figure BDA0002552843310000071
利用上述方法得到的热轧钢板，参见图1，热轧钢板的金相组织为铁素体+珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度级别为I7.5～8.5级，2.5～4.5mm厚热轧钢板的屈服强度RP0.2为220～270MPa，抗拉强度Rm为320～360Mpa，断后伸长率A50mm为42～55％；钢板凸度≤25μm，热轧钢板表面氧化铁皮厚度为5.0～9.0μm，氧化铁皮中Fe304的体积百分比为30～70％。
将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1～2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行力学性能试验，并对表面氧化铁皮进行厚度和相结构进行检测，指标见表3。
表3本发明实施例热轧钢板的力学性能及氧化铁皮指标
Figure BDA0002552843310000072
从表4的性能可知，本发明免酸洗钢热轧板带具有合适的强度范围，满足用户加工要求，并且表面氧化铁皮致密，表面质量优，完全满足了直接涂装方向用户制作制管用钢的加工要求。
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 (7)

1.一种屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.030～0.065％，Si≤0.050％，Mn：0.15～0.25％，P≤0.020％，S≤0.018％，Al：0.015～0.050％，N≤0.005％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素；热轧钢板凸度≤25μm，热轧钢板表面氧化铁皮厚度为5.0～9.0μm，氧化铁皮中Fe304的体积百分比为30～70％。
2.如权利要求1所述的屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板，其特征是，热轧钢板的金相组织为铁素体+珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度级别为I7.5～8.5级，2.5～4.5mm厚热轧钢板的屈服强度RP0.2为220～270MPa，抗拉强度Rm为320～360Mpa，断后伸长率A50mm为42～55％。
3.一种屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板的制造方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
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：0.030～0.065％，Si≤0.050％，Mn：0.15～0.25％，P≤0.020％，S≤0.018％，Al：0.015～0.050％，N≤0.005％，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1200～1230℃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，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1030～1080℃，粗轧除鳞水压力为18～20MPa；粗轧后，控制中间坯厚度为42～45mm；精轧为7道次连轧，在奥氏体单相区轧制，精轧开始温度设定为990～1040℃，精轧结束温度为890～920℃；精轧机入口除鳞水压力为18～20MPa，精轧机架间除鳞水压力为10～12MPa；精轧后，控制钢板厚度为2.5～4.5mm，钢板凸度≤25μm；层流冷却采用前段冷却，卷取温度为610～650℃时卷取得到热轧钢卷；
热轧钢卷在开卷机上重新开卷，经平整，卷取得到成品钢板卷，平整力为1000～1300KN。
4.如权利要求3所述的屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板的制造方法，其特征是，所述精轧出口钢板速度为10～16m/s。
5.如权利要求3所述的屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板的制造方法，其特征是，所述精轧通过润滑轧机的轧辊进行轧制，即精轧采用润滑轧制。
6.如权利要求3所述的屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板的制造方法，其特征是，所述热轧卷取张力为40～55KN。
7.如权利要求3所述的屈服强度220MPa级免酸洗热轧钢板的制造方法，其特征是，所述热轧钢板的金相组织为铁素体+珠光体，金相组织中铁素体的晶粒度级别为I7.5～8.5级，热轧钢板的屈服强度RP0.2为220～270MPa，抗拉强度Rm为320～360Mpa，断后伸长率A50mm为42～55％；热轧钢板凸度≤25μm，热轧钢板表面氧化铁皮厚度为5.0～9.0μm，氧化铁皮中Fe304的体积百分比为30～70％。
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