CN115058647A - 一种碳钢及其制备方法、汽车板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碳钢及其制备方法、汽车板，属于冶金技术领域，所述碳钢的化学成分包括：C、Mn、Nb、Ti、B、P、Fe及来自制备所述碳钢的杂质；其中，以质量分数计，所述Nb为0.002‑0.006％；所述Ti为0.02‑0.06％；所述B为0.0002‑0.009％。本申请提供的碳钢通过对传统碳钢合金成分的调整，其中主要调整了Nb，Ti和B的含量，从而有效解决了现有碳钢存在晶粒粗大的问题，可满足现有汽车板的使用要求，具有广泛的实际应用价值。

Description

一种碳钢及其制备方法、汽车板
技术领域
本申请涉及冶金技术领域，尤其涉及一种碳钢及其制备方法、汽车板。
背景技术
高等级冷轧碳钢薄板广泛用于制作汽车外板，随着科技的进步和人们对生活需求的提高，现代家电制造业、建筑用材等行业对冷轧薄板表面结构的要求也越来越高。对于高成形要求的汽车板，由于冲压过程变形量大，因此对钢厂冷轧原料的表面的结构也提出很高要求，尤其是晶粒尺寸的控制直接影响成型后表面质量。
但现有碳钢存在晶粒粗大的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种碳钢及其制备方法、汽车板，以解决现有碳钢存在晶粒粗大的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种碳钢，所述碳钢的化学成分包括：
C、Mn、Nb、Ti、B、P、Fe及来自制备所述碳钢的杂质；
其中，以质量分数计，
所述Nb为0.002-0.006％；
所述Ti为0.02-0.06％；
所述B为0.0002-0.009％。
进一步地，以质量分数计，所述碳钢的化学成分为：
C：0.0012-0.002％，Mn：0.12-0.17％，Nb：0.003-0.005％，Ti：0.03-0.05％，B：0.0003-0.008％，P:0-0.015％，Si≤0.03％，其余为Fe及来自制备所述碳钢的杂质。
进一步地，以质量分数计，所述碳钢的化学成分包括：
C：0.0012％，Mn：0.14％，Si：0.01％，Nb：0.0034％，Ti：0.036％，B：0.0006％，P:0.014％，其余为Fe及来自制备所述碳钢的杂质。
进一步地，以质量分数计，所述碳钢的化学成分包括：
C：0.002％，Mn：0.16％，Si：0.01％，Nb：0.005％，Ti：0.031％，B：0.0003-0.008％，P:0-0.015％，其余为Fe及来自制备所述碳钢的杂质。
进一步地，以质量分数计，所述碳钢的化学成分包括：
C：0.0016％，Mn：0.16％，Si：0.02％，Nb：0.0041％，Ti：0.032％，B：0.0007％，P:0.005％，其余为Fe及来自制备所述碳钢的杂质。
第二方面，基于相同的技术构思，本申请实施例提供了一种第一方面所述的碳钢的制备方法，所述制备方法采用热轧工艺，包括：
将钢坯入炉后按照预设加热方式进行钢坯加热，得到热钢坯；其中，所述预设加热方式包括预加热段、第一加热段、第二加热段和均热段；
将所述热钢坯进行热轧、冷却、卷取和冷轧退火，得到碳钢。
进一步地，所述预加热段的时间为35～50min，温度为800～850℃；所述第一加热段的时间为35～45min，温度为1000～1050℃；所述第二加热段的时间为35～40min，温度为1150～1200℃；所述均热段的时间为25-30min，温度为1150～1200℃。
进一步地，所述热轧的工艺参数包括：精轧出口温度为890～930℃。
进一步地，所述卷取的工艺参数包括：卷取温度为700-730℃。
第三方面，基于相同的技术构思，本申请实施例提供了一种汽车板，所述汽车板由第一方面所述的碳钢制得。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该碳钢，通过对传统碳钢合金成分的调整，其中主要调整了Nb，Ti和B的含量，从而有效解决了现有碳钢存在晶粒粗大的问题。具体为：Nb控制在0.002-0.006％，过高会造成热轧轧制里的增加，影响轧制稳定性，过低起不到抑制再结晶作用，最终的晶粒无法细化；Ti含量0.02-0.06％，过低无法有效去除钢中的游离碳，过高会造成炼钢夹杂物的生成，产品表面质量难以保证，钢中还添加了一定量的B元素0.0002-0.009％，可以和Nb共同作用起到细化晶粒作用。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种碳钢的制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例1提供的碳钢的晶粒形貌图；
图3为本申请实施例2提供的碳钢的晶粒形貌图；
图4为本申请实施例3提供的碳钢的晶粒形貌图；
图5为本申请对比例1提供的碳钢的晶粒形貌图；
图6为本申请对比例2提供的碳钢的晶粒形貌图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
高等级冷轧碳钢薄板广泛用于制作汽车外板，随着科技的进步和人们对生活需求的提高，现代家电制造业、建筑用材等行业对冷轧薄板表面结构的要求也越来越高。对于高成形要求的汽车板，由于冲压过程变形量大，因此对钢厂冷轧原料的表面的结构也提出很高要求，尤其是晶粒尺寸的控制直接影响成型后表面质量。
现有技术一(中国专利CN200710012550.5)中写到超低碳钢通过罩式退火过程中采用阶段保温方式，细化晶粒，γ-织构增强、第二相粒子细小弥散来获得高表面的细晶结构，但是会显著增加成本。
现有技术二(中国专利CN202010373951.9)介绍炼钢工序对超低碳钢表面质量的影响，但并未涉及到微观晶粒尺寸维度的控制。
因此，现有碳钢存在晶粒粗大的问题。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种碳钢，所述碳钢的化学成分包括：
C、Mn、Nb、Ti、B、P、Fe及来自制备所述碳钢的杂质；
其中，以质量分数计，
所述Nb为0.002-0.006％；
所述Ti为0.02-0.06％；
所述B为0.0002-0.009％。
本申请实施例提供的碳钢，具体为一种细晶超低碳钢。通过对传统碳钢合金成分的调整，其中主要调整了Nb，Ti和B的含量，从而有效解决了现有碳钢存在晶粒粗大的问题。具体为：Nb控制在0.002-0.006％，过高会造成热轧轧制里的增加，影响轧制稳定性，过低起不到抑制再结晶作用，最终的晶粒无法细化；Ti含量0.02-0.06％，过低无法有效去除钢中的游离碳，过高会造成炼钢夹杂物的生成，产品表面质量难以保证，钢中还添加了一定量的B元素0.0002-0.009％，可以和Nb共同作用起到细化晶粒作用。在一些具体实施例中，以质量分数计，C、Si和Mn含量可和普通的IF钢的含量相当，Nb可为0.002％，0.003％，0.004％，0.005％，0.006％；较佳地，Nb为0.003-0.005％；Ti可为0.02％，0.03％，0.04％，0.05％，0.06％；较佳地，Ti为0.03-0.05％；B可为0.0002％，0.0003％，0.0004％，0.0005％，0.0006％，0.007％，0.008％，0.009％；较佳地，B为0.0003-0.008％。
作为本发明实施例的一种实施方式，以质量分数计，所述碳钢的化学成分为：
C：0.0012-0.002％，Mn：0.12-0.17％，Nb：0.003-0.005％，Ti：0.03-0.05％，B：0.0003-0.008％，P:0-0.015％，Si≤0.03％，其余为Fe及来自制备所述碳钢的杂质。
通过进一步限定碳钢各化学成分的用量，进一步提高碳钢的晶粒度，得到一种细晶超低碳钢。
作为本发明实施例的一种实施方式，以质量分数计，所述碳钢的化学成分包括：
C：0.0012％，Mn：0.14％，Si：0.01％，Nb：0.0034％，Ti：0.036％，B：0.0006％，P:0.014％，其余为Fe及来自制备所述碳钢的杂质。
通过进一步限定碳钢各化学成分的用量，进一步提高碳钢的晶粒度，得到晶粒度可达8级的超低碳钢。
作为本发明实施例的一种实施方式，以质量分数计，所述碳钢的化学成分包括：
C：0.002％，Mn：0.16％，Si：0.01％，Nb：0.005％，Ti：0.031％，B：0.0003-0.008％，P:0-0.015％，其余为Fe及来自制备所述碳钢的杂质。
通过进一步限定碳钢各化学成分的用量，进一步提高碳钢的晶粒度，得到晶粒度可达8.5级的超低碳钢。
作为本发明实施例的一种实施方式，以质量分数计，所述碳钢的化学成分包括：
C：0.0016％，Mn：0.16％，Si：0.02％，Nb：0.0041％，Ti：0.032％，B：0.0007％，P:0.005％，其余为Fe及来自制备所述碳钢的杂质。
通过进一步限定碳钢各化学成分的用量，进一步提高碳钢的晶粒度，得到晶粒度可达9.5级的超低碳钢。
第二方面，基于相同的技术构思，本申请实施例提供了一种第一方面所述的碳钢的制备方法，所述制备方法采用热轧工艺，包括：
将钢坯入炉后按照预设加热方式进行钢坯加热，得到热钢坯；其中，所述预设加热方式包括预加热段、第一加热段、第二加热段和均热段；
将所述热钢坯进行热轧、冷却、卷取和冷轧退火，得到碳钢。
本申请实施例提供的碳钢的制备方法，仅通过热轧工艺控制碳钢的晶粒度，得到晶粒度佳的碳钢，有效解决了控制碳钢晶粒度成本高的问题。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述热轧的工艺参数包括：精轧出口温度为890～930℃。
碳钢晶粒尺寸较大，冲压时塑性应变比会越好，因此精轧出口温度不能低于890℃，但是另外一方面，过高的精轧入口温度超过930℃，奥氏体尺寸越不均匀，晶粒尺寸不均对冲压不利，因此控制在890～930℃。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述卷取的工艺参数包括：卷取温度为700-730℃。
卷取温度低于700℃，获得的铁素体组织多边形化不完整，对冲压不利；高于730℃多边形化完整，甚至出现了晶粒之间的互相吞噬，形成混晶，也对冲压不利。因此控制卷取温度为700-730℃。
需要说明的是，本申请实施例提供的碳钢的制备方法采用的热轧工艺，热轧工艺中若无具体限定或说明的工艺步骤及参数，可按照现有技术公开内容进行，如参照现有技术二(中国专利CN202010373951.9)介绍炼钢工序。
第三方面，基于相同的技术构思，本申请实施例提供了一种汽车板，所述汽车板由第一方面所述的碳钢制得。
采用第一方面所述的碳钢制得的汽车板，尤其是汽车外板，其表面质量佳，有效避免了汽车外板常见的晶粒粗大等问题。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。若没有通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件，参照现有技术(中国专利CN202010373951.9)进行。
实施例1
本例提供一种碳钢的制备方法，其工艺流程如图1所示，包括：
获得钢坯，钢坯成分以质量百分比计，C：0.0012％，Mn：0.14％，Si：0.01％，Nb：0.0034％，Ti：0.036％，B：0.0006％，P:0.014％，余量为Fe和不可避免的杂质；
将钢坯入炉后按照预设加热方式进行钢坯加热，得到热钢坯；其中，所述预设加热方式包括预加热段、第一加热段、第二加热段和均热段；预加热段的时间为40min，温度为800～850℃；所述第一加热段的时间为38min，温度为1000～1050℃；所述第二加热段的时间为38min，温度为1150～1200℃；所述均热段的时间为28min，温度为1150～1200℃；
将所述热钢坯进行热轧、冷却、卷取和冷轧退火，得到碳钢；其中，精轧出口温度控制在917℃，卷取温度控制在720℃。
本例所得的碳钢晶粒尺寸为8级，其晶粒形貌图如图2所示。
实施例2
本例提供一种碳钢的制备方法，与实施例1的区别在于：
钢坯成分以质量百分比计：C：0.002％，Mn：0.16％，Si：0.01％，Nb：0.005％，Ti：0.031％，B：0.0003-0.008％，P:0-0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质；均热时间27min，精轧出口温度控制在912℃，卷取温度控制在680℃；其余步骤及参数均相同。
本例所得的碳钢晶粒尺寸为8.5级，其晶粒形貌图如图3所示。
实施例3
本例提供一种碳钢的制备方法，与实施例1的区别在于：
钢坯成分以质量百分比计：C：0.0016％，Mn：0.16％，Si：0.02％，Nb：0.0041％，Ti：0.032％，B：0.0007％，P:0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；精轧出口温度控制在921℃，卷取温度控制在710℃；其余步骤及参数均相同。
本例所得的碳钢晶粒尺寸为9.5级，其晶粒形貌图如图4所示。
对比例1
本例提供一种碳钢的制备方法，与实施例1的区别在于：
钢坯成分中不含Nb元素，以质量百分比计：C：0.0012％，Mn：0.14％，Si：0.01％，Ti：0.036％，B：0.0006％，P:0.014％，余量为Fe和不可避免的杂质；其余步骤及参数均相同。
本例所得的碳钢晶粒尺寸为7.5级，其晶粒形貌图如图5所示。
对比例2
本例提供一种碳钢的制备方法，与实施例2的区别在于：精轧出口温度控制在830℃，卷取温度控制在675℃；其余步骤及参数均相同。
本例所得的碳钢晶粒尺寸为7级，其晶粒形貌图如图6所示。
综上所述，本申请实施例提供了一种碳钢及其制备方法，该碳钢具体为一种细晶超低碳钢，通过对传统碳钢合金成分的调整，其中主要调整了Nb，Ti和B的含量，从而有效解决了现有碳钢存在晶粒粗大的问题，可满足现有汽车板的使用要求，具有广泛的实际应用价值。该制备方法仅通过热轧工艺控制碳钢的晶粒度，得到晶粒度佳的碳钢，有效解决了控制碳钢晶粒度成本高的问题。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种碳钢，其特征在于，所述碳钢的化学成分包括：
C、Mn、Nb、Ti、B、P、Fe及来自制备所述碳钢的杂质；
其中，以质量分数计，
所述Nb为0.002-0.006％；
所述Ti为0.02-0.06％；
所述B为0.0002-0.009％。
2.根据权利要求1所述的碳钢，其特征在于，以质量分数计，所述碳钢的化学成分为：
C：0.0012-0.002％，Mn：0.12-0.17％，Nb：0.003-0.005％，Ti：0.03-0.05％，B：0.0003-0.008％，P:0-0.015％，Si≤0.03％，其余为Fe及来自制备所述碳钢的杂质。
3.根据权利要求2所述的碳钢，其特征在于，以质量分数计，所述碳钢的化学成分包括：
C：0.0012％，Mn：0.14％，Si：0.01％，Nb：0.0034％，Ti：0.036％，B：0.0006％，P:0.014％，其余为Fe及来自制备所述碳钢的杂质。
4.根据权利要求2所述的碳钢，其特征在于，以质量分数计，所述碳钢的化学成分包括：
C：0.002％，Mn：0.16％，Si：0.01％，Nb：0.005％，Ti：0.031％，B：0.0003-0.008％，P:0-0.015％，其余为Fe及来自制备所述碳钢的杂质。
5.根据权利要求2所述的碳钢，其特征在于，以质量分数计，所述碳钢的化学成分包括：
C：0.0016％，Mn：0.16％，Si：0.02％，Nb：0.0041％，Ti：0.032％，B：0.0007％，P:0.005％，其余为Fe及来自制备所述碳钢的杂质。
6.一种权利要求1～5任一项所述的碳钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用热轧工艺，包括：
将钢坯入炉后按照预设加热方式进行钢坯加热，得到热钢坯；其中，所述预设加热方式包括预加热段、第一加热段、第二加热段和均热段；
将所述热钢坯进行热轧、冷却、卷取和冷轧退火，得到碳钢。
7.如权利要求6所述的碳钢的制备方法，其特征在于，所述预加热段的时间为35～50min，温度为800～850℃；所述第一加热段的时间为35～45min，温度为1000～1050℃；所述第二加热段的时间为35～40min，温度为1150～1200℃；所述均热段的时间为25-30min，温度为1150～1200℃。
8.如权利要求6所述的碳钢的制备方法，其特征在于，所述热轧的工艺参数包括：精轧出口温度为890～930℃。
9.如权利要求6所述的碳钢的制备方法，其特征在于，所述卷取的工艺参数包括：卷取温度为700-730℃。
10.一种汽车板，其特征在于，所述汽车板由权利要求1～5任一项所述的碳钢制得。
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