CN115261738B - 一种镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板及其生产方法 - Google Patents

一种镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板及其生产方法，属于热镀锌汽车用钢制造技术领域。本发明的钢板其化学成分质量百分数为：C：0.09～0.11％；Si≤0.005％；1.1％≤Mn≤1.7％；P≤0.020％；S≤0.020％；0.025％≤Al≤0.045％；0.050％≤Nb≤0.060％；0.025％≤Ti≤0.030％；余量的Fe和不可避免的杂质，生产工艺包括：冶炼工艺；铸坯或铸锭的热连轧、卷取；酸洗冷轧；连续退火热镀锌。本发明通过采用C、Mn成分体系的基础上，添加合理配比的微合金元素Nb、Ti，利用各组分之间的协同配合，配合合适的炼钢、热轧、酸轧和连续退火热浸镀锌工艺，从而获得屈服强度560MPa级汽车用热浸镀锌低合金高强钢，其表面镀层质量优良，力学性能稳定。

Description

一种镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于热镀锌汽车用钢制造技术领域，更具体地说，涉及一种镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板及其生产方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，节能降耗、增加安全可靠性能、提高车身轻量化已成为用户的普遍追求，为了实现汽车车身轻量化，改善燃料消耗率，车身制造中越来越多地采用低合金高强钢，尤其是在一些安全件和结构件生产中。同时，镀锌钢板具备良好的防腐蚀性能，在汽车上的使用比例逐年提升，目前市场上常见的为屈服强度210～550MPa级别的低合金高强钢，屈服强度550MPa以上级别高强度镀锌低合金高强钢表面镀层质量及力学性能控制难度大，一定程度上限制了其进一步的推广应用。
经检索，授权公告号CN111647821B，授权公告日2021年10月29日，发明创造名称：一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板及其生产方法。该发明专利中的热镀锌钢板化学成分重量百分比为：C：006％～0.010％、Si≤0.01％、Mn：0.10～0.30、P≤0.015％、S≤0.040％、Als:0.005％～0.070％、Ti:0.001％～0.080％、Nb:0.001％～0.060％、N≤0.0030％、O≤0.0020％、Cu:0.030％～0.060％、Cr:0.010％～0.040％，其余为铁和其他杂质。该发明专利中Nb、Ti范围较为宽泛，且无特定要求，不利于充分发挥微合金元素的强化作用，同时在Ti含量较高时，容易产生较大尺寸Ti析出物，导致钢板力学性能均匀性相对较差。
又如，授权公告号CN112458382B，授权公告日2021年09月14日，发明创造名称：一种550MPa级汽车结构用钢及生产方法。该发明专利中的钢板，其化学成分按质量百分比计：C：0.075％～0.10％、Si：0.02％～0.10％、Mn：1.50％～1.80％、Al：0.020％～0.040％、Nb：0.045％～0.055％、V：0.010％～0.030％、Cr：0.25％～0.35％、Cu：0.30％～0.90％、Sb：0.064％～0.20％、Ni：0.012％～0.025％、Bi：0.010％～0.045％、P≤0.015％、S≤0.006％，余量为Fe和不可避免杂质。该发明为热轧产品，其采用Si+高Mn复合添加的方式，此成分易产生Si、Mn元素在钢卷表面的富集，恶化表面镀层质量。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有镀锌低合金钢板不能同时满足高强度及优异镀层粘附性的需求；同时，现有的镀锌钢板内外圈还存在力学性能差异，从而造成整个钢卷力学性能波动较大，难以满足客户使用需求的不足，本发明提供了一种镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板及其生产方法以解决上述不足。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
其一，本发明中提供了一种镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板，其化学成分质量百分数为：C：0.09～0.11％；Si≤0.005％；1.1％≤Mn≤1.7％；P≤0.020％；S≤0.020％；0.025％≤Al≤0.045％；0.050％≤Nb≤0.060％；0.025％≤Ti≤0.030％；余量的Fe和不可避免的杂质。本发明通过采用C、Mn成分体系的基础上，添加合理配比的微合金元素Nb、Ti，利用各组分之间的协同配合，配合合适的炼钢、热轧、酸轧和连续退火热浸镀锌工艺，从而获得屈服强度560MPa级汽车用热浸镀锌低合金高强钢，其表面镀层质量优良，力学性能稳定。
需要说明的是，本发明的产品化学成分中采用无Si设计，对于镀锌高强钢来说，合金元素的选择性氧化会影响基体表面质量，严重恶化钢板的可镀性，通过微合金元素Nb、Ti的添加，替代Si的强化作用，在钢板再结晶退火过程中不易发生合金元素的富集，从而获得优良的镀层粘附性，便于后续镀锌，不易发生镀层不良现象。
作为本发明的进一步改进，本发明中通过对Nb、Ti元素的含量及两种元素的配比进行优化设计，尤其是Nb重量百分比含量控制在0.050～0.060％，Ti重量百分比含量控制在0.025～0.030％，Nb/Ti比例满足(1.7～2.4)：1(优选Nb/Ti比例为2:1)，在此微合金添加含量下，能够充分发挥Ti元素在炼钢过程中的脱氧作用，细化晶粒，降低时效敏感性及冷脆性；同时还能够减小Nb、Ti微合金元素间的交互干扰，抑制TiN对Nb元素的诱导析出，显著减少大颗粒析出物的生成量，最大程度地利用了微合金元素的析出强化作用，进一步提高了产品强度，且成本较为经济。
其二，本发明还提供了上述镀锌高强钢板的生产方法，包括如下步骤：
S1、冶炼工艺；
S2、铸坯或铸锭的热连轧、卷取；
S3、酸洗冷轧；
S4、连续退火热镀锌：包括预热-退火-两段式冷却-热镀锌-镀后冷却-平整。
作为本发明的进一步优选，步骤S1中，冶炼工序经铁水预处理-转炉冶炼-合金微调站-RH炉精炼-连铸，其中控制钢中Nb/Ti比例满足(1.7～2.4)：1，Si含量控制在0.005％以下，更好地保证微合金元素Nb、Ti发生协同作用，有利于同时保证产品的强度和表面镀层质量。
作为本发明的进一步优选，步骤S2中，铸坯经1200～1250℃加热，由粗轧机进行5～7道次轧制，轧制到30～60mm厚度规格；由热连轧机组进行7道次轧制到2.0～4.5mm厚度规格，开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为860～920℃。
卷取温度控制为490～560℃，在热轧过程中采用U形卷取模式控制，具体的，通过控制带钢头尾卷取温度与中部温差Δt为80～100℃，温度变化速度v为2～3℃/s。通过上述控制，可以使得热卷的内外圈卷取温度高于中部温度，以此可以有效弥补因热卷内外圈冷却速率不一致而产生的组织及析出差异，减小内外圈性能差异，提升了通卷钢板的力学性能稳定性。
作为本发明的进一步优选，步骤S3中，将带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，酸轧压下率45～70％，轧至目标厚度为0.6～2.5mm。
作为本发明的进一步优选，步骤S4中，冷轧带钢首先以3～6℃/s的升温速率加热到180℃预热，经过预热的带钢进一步以2～4℃/s的升温速率加热到740～820℃，加热后的带钢在735～815℃保温50～130s进行退火。值得说明的是，本发明中连续退火阶段RTF段与SF段，控制水蒸气流量在1～2m3，炉内露点温度控制在-30～-10℃，有效将合金元素的外氧化转化为内氧化，从而有利于提升带钢表面可镀性。
然后将退火保温后的带钢进行两段式冷却，第一段冷却时，以2～6℃/s的冷却速率慢冷至610～690℃；第二段冷却时，以12～28℃/s的冷却速率快冷至450～470℃。
最后在450～470℃温度下进行热镀锌，出锌锅后再以5℃/s以上的冷却速率冷却至200℃以下。本发明中为进一步保证镀层的粘附性，通过在连续退火镀锌工序对不同厚度的产品采用不同的入锌锅温度，严格控制带钢在锌锅内锌铁合金反应速率及反应时间，保证不同厚度产品镀层粘附质量。具体的，当0.6mm≤带钢厚度＜1.2mm时，带钢入锌锅温度控制在465±5℃；当1.2≤带钢厚度＜1.8mm时，入锌锅温度控制在460±5℃；当1.8≤带钢厚度≤2.5mm时，带钢入锌锅温度控制在455±5℃，通过根据不同带钢厚度采用不同的工艺参数，能够有效减小因带钢厚度效应导致的镀层质量波动。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明中所得的产品，其金相组织由软性相组织铁素体及硬性相组织珠光体及微合金析出物组成，在获得足够强度的同时还能够有效保证良好的表面锌层质量，锌层粘附均匀。具体的，本发明产品的屈服强度Rp0.2≥560MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，延伸率A80≥14％，力学性能稳定，尤其是钢卷内外圈的屈服强度波动在20MPa以内，同时锌层粘附性能良好，每100m长度的标准尺寸钢板(钢卷宽度在1000～1500mm左右)，锌层不良缺陷数量≤2个，每个缺陷面积小于1.5cm2。本发明产品的生产方法，通过对各工艺步骤及其工艺参数进行优化，从而能够进一步保证得到同时具备上述性能的产品，以满足客户的多种使用需求。
附图说明
图1为本发明中实施例1的横向金相组织照片；
图2为本发明中实施例1的纵向金相组织照片；
图3为本发明中实施例及对比例中的热浸镀锌低合金高强钢的化学成分及重量百分比；
图4为本发明中各实施例及对比例中热浸镀锌低合金高强钢的性能测试结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施的热浸镀锌低合金高强钢板的化学成分如图3所示，采用本发明的生产工艺，具体的生产工艺如下：
S1、冶炼工序经铁水预处理-转炉冶炼-合金微调站-RH炉精炼-连铸，其中控制钢中Nb/Ti比例满足2：1，Si含量控制在0.005％以下。
S2、铸坯经1230℃加热，由粗轧机进行5～7道次轧制，轧制到40mm厚度规格；由热连轧机组进行7道次轧制到3.0mm厚度规格，开轧温度为1100℃，终轧温度为880℃；卷取温度控制为520℃，采用U形卷取模式，控制带钢头尾卷取温度与中部温差Δt＝90℃，温度变化速度v＝2.5℃/s。
S3、将带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，酸轧压下率55％，轧至目标厚度为1.35mm。
S4、冷轧带钢首先以4℃/s的升温速率加热到180℃预热，经过预热的带钢进一步以3℃/s的升温速率加热到780℃，加热后的带钢在775℃保温80s进行退火，在连续退火阶段RTF段与SF段，控制水蒸气流量在1.5m3，炉内露点温度控制在-20℃；采用两段式冷却，第一段冷却时，以4℃/s的冷却速率慢冷至650℃；第二段冷却时，以20℃/s的冷却速率快冷至460℃；在455℃温度下进行热镀锌，出锌锅后再以5℃/s以上的冷却速率冷却至200℃以下。
本实施例中所得产品的金相显微组织照片如图1和图2所示，组织类型为铁素体+珠光体，由于C含量的添加，晶粒边界及铁素体内部产生碳化物，同时在本发明Nb-Ti微合金元素析出强化效果下，晶粒尺寸细小均匀，有效提升了产品强度。
对本实施例中所得产品的性能进行测试，测试结果如图4所示。
实施例2
本实施的热浸镀锌低合金高强钢板的化学成分如图3所示，采用本发明的生产工艺，具体的生产工艺如下：
S1、冶炼工序经铁水预处理-转炉冶炼-合金微调站-RH炉精炼-连铸，其中控制钢中Nb/Ti比例满足2：1，Si含量控制在0.005％以下。
S2、铸坯经1200℃加热，由粗轧机进行5～7道次轧制，轧制到30mm厚度规格；由热连轧机组进行7道次轧制到2.0mm厚度规格，开轧温度为1050℃，终轧温度为890℃；卷取温度控制为530℃，采用U形卷取模式，控制带钢头尾卷取温度与中部温差Δt＝80℃，温度变化速度v＝2℃/s。
S3、将带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，酸轧压下率70％，轧至目标厚度为0.6mm。
S4、冷轧带钢首先以3℃/s的升温速率加热到180℃预热，经过预热的带钢进一步以2℃/s的升温速率加热到750℃，加热后的带钢在745℃保温130s进行退火，在连续退火阶段RTF段与SF段，控制水蒸气流量在1.5m3，炉内露点温度控制在-25℃；采用两段式冷却，第一段冷却时，以3℃/s的冷却速率慢冷至610℃；第二段冷却时，以12℃/s的冷却速率快冷至460℃；在470℃温度下进行热镀锌，出锌锅后再以5℃/s以上的冷却速率冷却至200℃以下。
本实施例中所得产品的金相显微组织基本同实施例1，并对所得产品的性能进行测试，测试结果如图4所示。
实施例3
本实施的热浸镀锌低合金高强钢板的化学成分如图3所示，采用本发明的生产工艺，具体的生产工艺如下：
S1、冶炼工序经铁水预处理-转炉冶炼-合金微调站-RH炉精炼-连铸，其中控制钢中Nb/Ti比例满足1.7：1，Si含量控制在0.005％以下。
S2、铸坯经1230℃加热，由粗轧机进行5～7道次轧制，轧制到55mm厚度规格；由热连轧机组进行7道次轧制到4.5mm厚度规格，开轧温度为1090℃，终轧温度为920℃；卷取温度控制为560℃，采用U形卷取模式，控制带钢头尾卷取温度与中部温差Δt＝100℃，温度变化速度v＝3℃/s。
S3、将带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，酸轧压下率60％，轧至目标厚度为1.8mm。
S4、冷轧带钢首先以4℃/s的升温速率加热到180℃预热，经过预热的带钢进一步以3℃/s的升温速率加热到740℃，加热后的带钢在735℃保温120s进行退火，在连续退火阶段RTF段与SF段，控制水蒸气流量在2m3，炉内露点温度控制在-30℃；采用两段式冷却，第一段冷却时，以2℃/s的冷却速率慢冷至630℃；第二段冷却时，以28℃/s的冷却速率快冷至450℃；在450℃温度下进行热镀锌，出锌锅后再以5℃/s以上的冷却速率冷却至200℃以下。
本实施例中所得产品的金相显微组织基本同实施例1，并对所得产品的性能进行测试，测试结果如图4所示。
实施例4
本实施的热浸镀锌低合金高强钢板的化学成分如图3所示，采用本发明的生产工艺，具体的生产工艺如下：
S1、冶炼工序经铁水预处理-转炉冶炼-合金微调站-RH炉精炼-连铸，其中控制钢中Nb/Ti比例满足2.0：1，Si含量控制在0.005％以下。
S2、铸坯经1250℃加热，由粗轧机进行5～7道次轧制，轧制到60mm厚度规格；由热连轧机组进行7道次轧制到4.0mm厚度规格，开轧温度为1100℃，终轧温度为900℃；卷取温度控制为490℃，采用U形卷取模式，控制带钢头尾卷取温度与中部温差Δt＝90℃，温度变化速度v＝2℃/s。
S3、将带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，酸轧压下率45％，轧至目标厚度为2.2mm。
S4、冷轧带钢首先以6℃/s的升温速率加热到180℃预热，经过预热的带钢进一步以4℃/s的升温速率加热到820℃，加热后的带钢在815℃保温50s进行退火，在连续退火阶段RTF段与SF段，控制水蒸气流量在1.5m3，炉内露点温度控制在-10℃；采用两段式冷却，第一段冷却时，以6℃/s的冷却速率慢冷至690℃；第二段冷却时，以28℃/s的冷却速率快冷至470℃；在455℃温度下进行热镀锌，出锌锅后再以5℃/s以上的冷却速率冷却至200℃以下。
本实施例中所得产品的金相显微组织基本同实施例1，并对所得产品的性能进行测试，测试结果如图4所示。
实施例5
本实施的热浸镀锌低合金高强钢板的化学成分如图3所示，采用本发明的生产工艺，具体的生产工艺如下：
S1、冶炼工序经铁水预处理-转炉冶炼-合金微调站-RH炉精炼-连铸，其中控制钢中Nb/Ti比例满足2.4：1，Si含量控制在0.005％以下。
S2、铸坯经1240℃加热，由粗轧机进行5～7道次轧制，轧制到40mm厚度规格；由热连轧机组进行7道次轧制到3.0mm厚度规格，开轧温度为1150℃，终轧温度为870℃；卷取温度控制为540℃，采用U形卷取模式，控制带钢头尾卷取温度与中部温差Δt＝100℃，温度变化速度v＝3℃/s。
S3、将带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，酸轧压下率50％，轧至目标厚度为1.5mm。
S4、冷轧带钢首先以5℃/s的升温速率加热到180℃预热，经过预热的带钢进一步以3℃/s的升温速率加热到800℃，加热后的带钢在790℃保温80s进行退火，在连续退火阶段RTF段与SF段，控制水蒸气流量在1m3，炉内露点温度控制在-20℃；采用两段式冷却，第一段冷却时，以5℃/s的冷却速率慢冷至650℃；第二段冷却时，以20℃/s的冷却速率快冷至455℃；在465℃温度下进行热镀锌，出锌锅后再以5℃/s以上的冷却速率冷却至200℃以下。
本实施例中所得产品的金相显微组织基本同实施例1，并对所得产品的性能进行测试，测试结果如图4所示。
对比例1
本对比例的热浸镀锌钢板的化学成分如图3所示，采用实施例1的生产工艺进行生产，对生产所得产品的性能进行测试，测试结果如图4所示。
对比例2
本对比例的热浸镀锌钢板的化学成分如图3所示，采用实施例1的生产工艺进行生产，对生产所得产品的性能进行测试，测试结果如图4所示。
对比例3
本对比例的热浸镀锌钢板的化学成分如图3所示，采用现有普通的生产工艺进行生产，具体的生产工艺如下：
S1、铁水预处理、转炉冶炼、RH炉精炼、连铸。
S2、铸坯经1240℃加热，进行轧制后卷取，其中，开扎温度1150℃，终轧温度为870℃，卷取温度为540℃。
S3、将带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，酸轧压下率50％，轧至目标厚度为1.5mm。
S4、冷轧带钢加热后，在790℃下保温80s进行退火，在连续退火阶段RTF段与SF段，无水蒸气流量，炉内露点温度为-40℃，最后冷却至455℃进行热镀锌，出锌锅后进行冷却。
对本对比例中所得产品的性能进行测试，测试结果如图4所示。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板，其特征在于：其化学成分质量百分数为：C：0.09~0.11%；Si≤0.005%；1.1%≤Mn≤1.7%；P≤0.020%；S≤0.020%；0.025%≤Al≤0.045%；0.050%≤Nb≤0.060%；0.025%≤Ti≤0.030%；余量的Fe和不可避免的杂质，Nb/Ti的比值满足（1.7~2.4）：1；
钢板的制备方法包括以下步骤：
S1、冶炼工艺；
S2、铸坯或铸锭的热连轧、卷取；热轧过程中采用U形卷取模式控制，卷取温度为490～560℃，通过控制带钢头尾卷取温度与中部温差Δt为80~100℃，温度变化速度v为2~3℃/s；
S3、酸洗冷轧；
S4、连续退火热镀锌：包括预热-退火-两段式冷却-热镀锌-镀后冷却-平整；
具体操作包括以下处理：
（1）冷轧带钢首先以3～6℃/s的升温速率加热到180℃预热，经过预热的带钢进一步以2～4℃/s的升温速率加热到740～820℃，加热后的带钢在735～815℃保温50～130s进行退火；连续退火阶段RTF段与SF段，控制水蒸气流量在1~2m3，炉内露点温度控制在-30~-10℃；
（2）将退火保温后的带钢进行两段式冷却：第一段冷却时，以2～6℃/s的冷却速率慢冷至610～690℃，第二段冷却时，以12～28℃/s的冷却速率快冷至450～470℃；
（3）在450～470℃时进行热镀锌，当0.6mm≤带钢厚度＜1.2mm时，带钢入锌锅温度控制在465±5℃；当1.2≤带钢厚度＜1.8mm时，入锌锅温度控制在460±5℃；当1.8≤带钢厚度≤2.5mm时，带钢入锌锅温度控制在455±5℃；出锌锅后再以5℃/s以上的冷却速率冷却至200℃以下。
2.根据权利要求1所述的一种镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板，其特征在于：Nb/Ti的比值为2：1。
3.根据权利要求1所述的一种镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板，其特征在于：其屈服强度Rp0.2≥560MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，延伸率A80≥14%，钢卷内外圈的屈服强度波动在20MPa以内；每100m长度的标准尺寸钢板，锌层不良缺陷数量≤2个，每个缺陷面积小于1.5cm2。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、冶炼工艺；
S2、铸坯或铸锭的热连轧、卷取；
S3、酸洗冷轧；
S4、连续退火热镀锌：包括预热-退火-两段式冷却-热镀锌-镀后冷却-平整。
5.根据权利要求4所述的一种镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板的生产方法，其特征在于：步骤S1中，冶炼工序经铁水预处理-转炉冶炼-合金微调站-RH炉精炼-连铸，其中控制钢中Nb/Ti比例满足（1.7~2.4）：1，Si含量控制在0.005%以下。
6.根据权利要求4所述的一种镀层粘附性优良的560MPa级镀锌高强钢板的生产方法，其特征在于：步骤S3中，将带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，酸轧压下率45～70％，轧至目标厚度为0.6～2.5mm。
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