CN114250410A - 一种高硬度冷轧电镀锡基板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高硬度冷轧电镀锡基板及其生产方法，主要解决现有高硬度冷轧电镀锡基板的硬度波动大、延伸率低、制造成本高的技术问题。技术方案为，一种高硬度冷轧电镀锡基板，其化学成分重量百分比为：C：0.055～0.075％，Si≤0.02％，Mn：0.20～0.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02～0.06％，N≤0.0040％，Cr：0.05～0.08％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。厚度为0.17～0.45mm的冷轧电镀锡基板的硬度为61～65HR30Tm，沿冷轧钢板轧制方向1m内的浪高≤1.5mm。本发明冷轧电镀锡基板适宜制作食品罐和饮料罐罐身。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷轧连续退火钢板，特别涉及一种高硬度冷轧电镀锡基板及其生产方法，具体而言，涉及硬度为61-65HR30Tm的冷轧电镀锡基板及其生产方法，属于铁基合金技术领域。
背景技术
镀锡板用户为满足下游不同用户的制罐要求，通常既要采购MR T-4CA(硬度HR30Tm为61±4)又要采购MR T-5CA(硬度HR30Tm为65±4)材料，造成库存增加，同时占用大量资金，迫切需要一种调质度介于MR T-4CA和MR T-5CA之间的材料，可以兼具两种调质度材料的硬度要求，用户只需采购一种调质度的材料即可，从而可以减少库存，降低资金成本。用户为降低生产成本，要求产品性能具有高稳定性(硬度波动在±2之间)和高板形，沿冷轧钢板轧制方向1m内的浪高≤1.5mm，以满足高速制罐的要求(≥700罐/分钟)，而当前市场上的产品硬度一般波动在±3之间，浪形保证能力沿冷轧钢板轧制方向1m内的浪高≤2.5mm，难以满足用户高速制罐的要求。
专利公布号为CN107419172 A的中国专利申请公开了一种低成本冷轧硬质镀锡钢板及其生产方法，其化学成分重量百分比：C：0.05-0.07％，Si≤0.034％，Mn：0.20-0.40％，P：0.055-0.080％，S≤0.0164％，Alt：0.012-0.047％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。不足之处有：P含量0.055-0.080％，美国标准ASTM A623中P含量上限D钢为0.02％，L钢为0.015％，MR钢为0.02％，不满足其标准要求，限制了其使用范围。
专利公布号为CN108300948A的中国专利申请公开了一种MR T-5CA钢种镀锡基板及其制造方法，化学成分质量百分比包括：C：0.05-0.074％，Si≤0.02％，Mn：0.35-0.50％，P≤0.015％，S≤0.010％，Als：0.025-0.065％，N：0.0040-0.0080％，O≤0.0030％，其余为Fe和杂质，基板的硬度HR30Tm为60-70。不足之处有：(1)N含量0.0040-0.0080％，常温下N在钢板中扩散速度是C的100倍，材料容易时效，对后续加工不利；(2)硬度波动范围大，难以满足高速制罐线对材料硬度稳定性的要求。
专利公布号为CN102766800 A的中国专利申请公开了一种硬质镀锡基板瓶盖用钢及其生产方法，化学成分质量百分比包括：C：0.045-0.088％，Si≤0.1％，Mn：0.30-0.50％，P≤0.020％，S≤0.020％，Alt：0.010-0.060％，N≤0.0060％，其余为Fe和杂质。不足之处有：(1)锰含量较高，生产成本高；(2)C含量进入包晶区(碳含量0.08-0.17％)，属于裂纹敏感性钢种，板坯表面质量差，板坯需要下线清理，无法热装热送，导致能耗高。
专利公布号为CN106319329 A的中国专利申请公开了一种冷轧硬质镀锡钢板的生产方法，平整延伸率为4-7％。不足之处有：(1)平整延伸率高，对平整机装备要求高，投资大；(2)较大的平整延伸率使得材料加工硬化，不利于材料进一步加工变形。
发明内容
本发明的目的是提供一种高硬度冷轧电镀锡基板及其生产方法，主要解决现有高硬度冷轧电镀锡基板的硬度波动大、延伸率低、制造成本高的技术问题。
本发明冷轧电镀锡基板，具有优良的力学性能和成形性能；用其生产的电镀锡钢板，适宜制作饮料罐、食品罐罐身，冷轧电镀锡基板的硬度能同时满足牌号为MR T-4CA和MRT-5CA马口铁电镀锡钢板的硬度要求。
本发明采用的技术方案是，一种高硬度冷轧电镀锡基板，其化学成分重量百分比为：C：0.055～0.075％，Si≤0.02％，Mn：0.20～0.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02～0.06％，N≤0.0040％，Cr：0.05～0.08％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。
本发明冷轧电镀锡基板的金相组织为细晶铁素体+游离渗碳体，所述金相组织中铁素体的晶粒度级别为Ⅰ10-11级，厚度为0.17～0.45mm的冷轧电镀锡基板的屈服强度Rp0.2为370～430MPa，抗拉强度Rm为460～520MPa，硬度为61-65HR30Tm，断后伸长率A50mm为20～30％，沿冷轧钢板轧制方向1m内的浪高≤1.5mm。
用本发明冷轧电镀锡基板生产的电镀锡钢板，适宜制作饮料罐、食品罐罐身。
本发明所述的高硬度冷轧电镀锡基板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
碳：提高碳含量，对提高强度有利，但是过高的碳含量会在钢中形成较多粗大脆性的碳化物颗粒，对塑性和韧性不利，碳含量过高还会在钢板中心偏析带，对弯曲性能成型性不利。因此，本发明限定C含量为0.055-0.075％。
硅：较低的硅含量，有利于提高材料表面质量，产品采用Al脱氧，不添加Si。本发明限定Si≤0.02％。
锰：Mn在钢中作用为固溶强化、提高强度，作为冲压用材料，如果Mn含量过高，则成形性能下降，且成本增加、经济性下降。本发明限定Mn含量为0.20-0.30％。
磷：P一般都固溶在铁素体中，有很强的固溶强化作用，磷还有严重的偏析倾向，且在珠光体和铁素体中扩散很慢，不容易均匀化而产生高磷带和低磷带，随着钢中磷含量增加，磷对钢的固溶强化作用增强，带状组织加重，钢板的强度和硬度升高，而塑性和韧性急剧下降，成形性能变坏。本发明技术方案设定P≤0.015％。
硫：在冲压变形过程中，硫化物夹杂作为应力集中源首先出现开裂，或使夹杂与金属基体分离产生细微孔洞，这些孔洞随变形过程不断长大，进一步扩展导致钢板开裂。为保证一定的成形性能，要求降低钢中的硫含量。本发明技术方案设定S≤0.010％。
铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al2O3在炼钢时去除。铝过高会形成过多的Al2O3夹杂，并且连铸浇注容易堵塞浇注水口。本发明限定Al含量为0.02-0.06％。
氮：在钢中氮既可以形成氮化物又可以溶解残留在凝固后的间隙中。对钢的性能影响显著，使强度、硬度提高，塑性下降。本发明设定N≤0.004％。
铬：在材料中，铬与碳形成碳化物Cr3C，这种碳化物能阻碍奥氏体晶粒的长大，从而获得细小的奥氏体晶粒，从而获得细小的冷轧组织，起到细晶强化作用。本发明限定Cr含量为0.05-0.08％。
上述高硬度冷轧电镀锡基板的生产方法，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：0.055～0.075％，Si≤0.02％，Mn：0.20～0.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02～0.06％，N≤0.0040％，Cr：0.05～0.08％，余量为Fe和其它不可避免的杂质；
连铸板坯经加热炉加热至1211～1225℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1051～1080℃；粗轧后，控制中间坯厚度为41～42mm；精轧为7道次连轧，精轧在奥氏体未再结晶区轧制，精轧结束温度为871～890℃；精轧后，控制钢板厚度为2.0～2.6mm，层流冷却采用后段冷却，卷取温度为561～580℃时卷取得到热轧钢卷；
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、立式连续退火炉退火、平整，卷取得到厚度为0.17～0.45mm成品电镀锡基板，所述冷轧压下率为82～92％，经过冷轧后的轧硬状态钢带在立式连续退火炉均热段的退火温度为585～595℃，钢带在均热段的退火时间为90～120s；平整延伸为率0.9～1.5％。
通过计算，本发明成分体系A3为846℃，A1为757℃，本发明所采取的热轧工艺均是基于本发明成分体系和计算的相变点。本发明采取的主要生产工艺的理由如下：
1、连铸板坯加热温度的设定
连铸板坯加热温度的设定在于保证连铸坯中C、Cr、Mn、Al等合金元素充分扩散、固溶，粗大的碳化物颗粒溶解，在钢中均匀分布。温度过低不能达到上述目的，同时温度过低无法保证精轧结束温度。若温度过高，板坯表面氧化严重，不利于钢板最终产品性能和表面质量，同时也消耗能源，增加制造成本。本发明设定的连铸板坯加热温度为1211-1225℃。
2、粗轧结束温度和中间坯厚度的设定
粗轧过程中，为使晶粒进行回复和再结晶，粗轧结束温度应高于该钢的奥氏体再结晶温度，该钢的奥氏体再结晶温度为960℃，但粗轧结束温度不能太高，否则必须提高连铸板坯的加热温度，增加能耗。粗轧结束温度设定为1051-1080℃。
中间坯厚度是保证精轧有足够的压下率，但是过大的中间坯厚度会增加精轧设备的负荷，并且影响轧制速度，降低生产效率本发明设定中间坯厚度为41-42mm。
3、精轧结束温度的设定
本发明精轧结束温度设定的目的是通过在奥氏体临界温度附近结束轧制变形热轧钢板中获得超细晶粒组织，必须要保证在较低温度实施大变形量。通过奥氏体未再结晶区较低的温度范围内进行轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，增加晶界面积，增加相变形核核心，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，发挥细晶强化的作用。因此精轧结束温度过高，则无法发挥细晶强化作用，精轧结束温度过低，一方面增加轧机负荷，另一方面则会进入两相区轧制导致混晶的发生，由于组织的不均匀在随后的酸轧生产会产生边浪缺陷，影响材料板形，所以终轧温度工艺窗口设定是保障材料板形的重要手段。因此本发明设定精轧结束温度为871-890℃。
4、层流冷却方式和热轧卷取温度的设定
热轧卷取温度是影响机械性能的关键因素之一，变形后快的冷却速度可以抑制铁素体晶粒长大，同时低的卷取温度还能够消除元素偏析形成的带状组织，但是卷取温度过低，容易形成魏氏组织反而会降低材料的塑性和韧性。综合考虑，层流冷却采取后段冷却的方式，本发明设定卷取温度为561-580℃。
5、冷轧压下率的设定
本发明采用一次冷轧生产，与二次冷轧相比具有生产组织方便、成本低、产量高、钢板表面缺陷发生率小等优点。冷轧工序压下率越高，晶粒的纤维化程度越高，亚晶界、位错等缺陷数量越多。因此，在连续退火的过程中，再结晶行核数量越多，再结晶之后的晶粒越细小均匀。综合考虑，本发明设定冷轧压下率为82-92％。
6、退火温度和退火时间的设定
金属在冷轧过程中，晶粒被拉长，晶粒取向改变，形成一定类型的织构，晶体内的缺陷也会增加，反映到机械性能上的改变，如：出现加工硬化、力学和物理性能的各向异性现象等。这些缺陷和变化都需要通过轧后的再结晶退火过程予以消除。因此，再结晶退火是冷轧后控制和改变金属材料组织、织构和性能的必要手段。冷轧后的轧硬钢在退火过程中经历的回复、再结晶和晶粒长大三个过程都影响到成品的性能。为了使退火后的钢卷具有合适的屈服强度，本发明通过多次试验，获得了合理的退火温度，本发明设定钢带在立式连续退火炉均热段的退火温度为585-595℃，在均热段的时间设定为90-120s。
7、平整延伸率的设定
平整主要是使带钢获得良好的板形和消除屈服平台，满足后续高速加工对材料板形的要求，本平整工艺设定可有效改善带钢板形，同时避免出现滑移线。本发明设定平整延伸率为0.9-1.5％。
按本发明方法生产的冷轧电镀锡基板的金相组织为细晶铁素体+游离渗碳体，所述金相组织中铁素体的晶粒度级别为Ⅰ10-11级，冷轧电镀锡基板的屈服强度Rp0.2为370～430MPa，抗拉强度Rm为460～520MPa，硬度为61-65HR30Tm，断后伸长率A50mm为20～30％，沿冷轧钢板轧制方向1m内的浪高≤1.5mm。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明冷轧电镀锡基板通过添加少量Cr元素(0.05-0.08％)，充分发挥Cr细化晶粒实现晶界强化作用，以减少合金元素(Mn)的使用量，降低产品的合金成本。2、本发明方法不采用较高含量的C、P、N、Mn强化元素，而是通过合理的合金成分配比(C、Mn、Cr)，结合热轧、冷轧、退火、平整工艺管控，避开了包晶区冶炼，能够获得良好的表面质量、板形(沿冷轧钢板轧制方向1m内的浪高≤1.5mm)和稳定的力学性能，材料屈服强度Rp0.2为370-430MPa，抗拉强度Rm为460-520MPa，断后伸长率A50mm为20-30％，HR30Tm硬度为63±2，任意1m长度上浪高≤1.5mm，满足用户高速制罐的要求(≥700罐/分钟)。3、本发明冷轧电镀锡基板调质度介于MR T-4CA和MR T-5CA之间，兼具两者的性能，因此镀锡板用户只需采购一种材料即可，从而可以减少库存，降低资金成本。
附图说明
图1为本发明冷轧电镀锡基板实施例1的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例1-4，对本发明做进一步说明，如表1-表4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本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。
通过转炉熔炼和RH炉精炼得到符合要求化学成分钢水，钢水经全程吹Ar保护连续浇铸得到连铸板坯，厚度为210-230mm，宽度为800-1100mm，长度为7000-9500mm。
炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除磷后送至连续热连轧轧机上轧制；通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采取后段冷却，产出合格热轧钢卷；热轧钢板的厚度为2.0-2.6mm，热轧工艺控制见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
将上述热轧钢卷重新开卷经过酸洗后，5机架冷连轧机进行一次冷轧，冷轧的压下率为82-92％，经过冷轧后轧硬状态的钢带经过立式连续退火炉退火、平整，卷取得到厚度0.17-0.45mm的成品电镀锡基板。退火工艺为：钢带在立式连续退火炉的均热段的退火温度为585-595℃，在均热段的退火时间为90-120s；平整延伸率为0.9-1.5％。冷轧、退火、平整工艺控制参数见表3。
表3本发明实施例冷轧、退火、平整工艺控制参数
| 参数 | 冷轧压下率/％ | 退火温度/℃ | 退火时间/s | 平整延伸率/％ | 冷轧钢板厚度/mm |
| 本发明 | 82-92 | 585-595 | 90-120 | 0.9-1.5 | 0.17-0.45 |
| 实施例1 | 92 | 592 | 95 | 1.11 | 0.17 |
| 实施例2 | 90 | 588 | 103 | 1.45 | 0.22 |
| 实施例3 | 88 | 586 | 110 | 1.35 | 0.30 |
| 实施例4 | 86 | 594 | 116 | 0.98 | 0.36 |
| 实施例5 | 83 | 585 | 100 | 1.20 | 0.45 |
利用上述方法生产的高硬度冷轧电镀锡基板，参见图1，冷轧电镀锡基板的金相组织为细晶铁素体+游离渗碳体，所述金相组织中铁素体的晶粒度级别为Ⅰ10-11级，冷轧电镀锡基板的屈服强度Rp0.2为370～430MPa，抗拉强度Rm为460～520MPa，硬度为61-65HR30Tm，断后伸长率A50mm为20～30％，沿冷轧钢板轧制方向1m内的浪高≤1.5mm。
将本发明得到的高硬度冷轧电镀锡基板按照金属材料拉伸试验方法(GB/T228.1)、钢的显微组织评定方法(GB/T 13299)、金属材料洛氏硬度试验方法(GB/T 230.1)进行拉伸、显微组织、硬度检测，冷轧电镀锡基板的性能指标见表4。
表4本发明实施例冷轧电镀锡基板的性能指标
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。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 (5)
1.一种高硬度冷轧电镀锡基板，其化学成分重量百分比为：C：0.055～0.075％，Si≤0.02％，Mn：0.20～0.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02～0.06％，N≤0.0040％，Cr：0.05～0.08％，余量为Fe和其它不可避免的杂质；冷轧电镀锡基板的金相组织为细晶铁素体+游离渗碳体，所述金相组织中铁素体的晶粒度级别为Ⅰ10-11级。
2.如权利要求1所述的高硬度冷轧电镀锡基板，其特征是，厚度为0.17～0.45mm的冷轧电镀锡基板的屈服强度Rp0.2为370～430MPa，抗拉强度Rm为460～520MPa，硬度为61～65HR30Tm，断后伸长率A50mm为20～30％，沿冷轧钢板轧制方向1m内的浪高≤1.5mm。
3.一种高硬度冷轧电镀锡基板的生产方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：
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：0.055～0.075％，Si≤0.02％，Mn：0.20～0.30％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.02～0.06％，N≤0.0040％，Cr：0.05～0.08％，余量为Fe和其它不可避免的杂质；
连铸板坯经加热炉加热至1211～1225℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1051～1080℃；粗轧后，控制中间坯厚度为41～42mm；精轧为7道次连轧，精轧在奥氏体未再结晶区轧制，精轧结束温度为871～890℃；精轧后，层流冷却采用后段冷却，卷取温度为561～580℃时卷取得到热轧钢卷；
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、立式连续退火炉退火、平整，卷取得到厚度为0.17～0.45mm成品电镀锡基板，所述冷轧压下率为82～92％，经过冷轧后的轧硬状态钢带在立式连续退火炉均热段的退火温度为585～595℃，钢带在均热段的退火时间为90～120s；平整延伸为率0.9～1.5％。
4.如权利要求3所述的高硬度冷轧电镀锡基板的生产方法，其特征是，热轧精轧后，控制热轧钢板厚度为2.0～2.6mm。
5.如权利要求3所述的高硬度冷轧电镀锡基板的生产方法，其特征是，冷轧电镀锡基板的金相组织为细晶铁素体+游离渗碳体，所述金相组织中铁素体的晶粒度级别为Ⅰ10-11级，冷轧电镀锡基板的屈服强度Rp0.2为370～430MPa，抗拉强度Rm为460～520MPa，硬度为61～65HR30Tm，断后伸长率A50mm为20～30％，沿冷轧钢板轧制方向1m内的浪高≤1.5mm。
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| DE3817242A1 (de) * | 1988-05-20 | 1989-11-30 | Hoesch Stahl Ag | Verfahren zur herstellung von feinst- oder weissblech mit einer haerte von mindestens 57 hr30t |
| CN105525214A (zh) * | 2014-09-30 | 2016-04-27 | 上海梅山钢铁股份有限公司 | 一种冷轧硬质镀锡钢板及其生产方法 |
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