CN115491583A - 一种超深冲冷轧热镀铝锌钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超深冲冷轧热镀铝锌钢板及其制造方法，主要解决现有屈服强度140～175MPa级冷轧热镀铝锌钢板的制造成本高、冲压性能差的技术问题。一种超深冲冷轧热镀铝锌钢板，其基板的化学成分重量百分比为：C：0.0002％～0.0006％，Si：0～0.03％，Mn：0.02％～0.05％，P：0～0.015％，S：0.0020％～0.0040％，Ti：0.010％～0.019％，N：0.0010％～0.0018％，Al：0.015％‑0.030％，且满足0.0008％≤[Ti‑(4C+3.4N+1.5S)]≤0.0140％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。用于家电、五金等超深冲成形部件。

Description

一种超深冲冷轧热镀铝锌钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种冷轧热浸镀铝锌钢板，特别涉及一种超深冲冷轧热镀铝锌钢板及其制造方法，具体而言，涉及用厚度为0.50～0.60mm、屈服强度RP0.2为140～175MPa、具有超深冲成形性能的冷轧热镀铝锌钢板，属于铁基合金技术领域。
背景技术
热镀铝锌钢板有较好的耐大气腐蚀性与耐热性，表面有漂亮的锌花，在家电等领域得到广泛应用。随着国内家电、五金行业产品结构设计的不断优化，越来越多的零配件表现为结构复杂，成型难度大，同时成型要求的提高对原材料也提出越来越高的要求。
深冲冷轧热镀铝锌产品其原料采用均IF成分体系设计，通常IF钢分为Ti-IF、Nb-Ti-IF和Nb-IF钢，其中Ti-IF成本最低，是深冲钢产品设计首选。相对于立式炉而言，卧式炉退火段较短，退火时间也短，为了提高产品深冲性能，往往采用高温退火方式实现，采用高温退火带来组织会异常长大，退火炉也表现为加热能力不足等问题。
现有的深冲镀铝锌钢板存在其合金元素添加量大导致成本上升较多，同时添加合金元素多会带来退火温度高，退火成本高。
申请公布号为CN101036968A的中国专利公开了深冲光整热镀锌钢板的生产方法，其碳含量范围0.0030-0.0060％，Ti-3.4N-4C-1.5S含量范围0.02-0.04％，在780～880℃温度范围内退火，得到产品屈服强度185-190MPa，抗拉强度310-320MPa，伸长率A8041-43％，成品晶粒度为10.5级，该专利添加了过量的钛元素，合金成本高，同时退火温度高，达不到低合金添加量低成本效果，深冲钢也满足不了屈服强度140～175MPa的要求。
申请公布号为CN102660710A的中国专利公开了一种Nb、Ti复合超深冲用镀锌板及生产方法，C≤0.0022％；Si≤0.006％；Mn：0.08～0.16％；P≤0.009％；S≤0.008％；Ti：0.033～0.04％；Nb：0.012～0.017％；Als：0.025～0.045％；N≤28ppm，余量为Fe；退火温度850-860℃，退火时间200-600秒，最终产品屈服强度≤155MPa，抗拉强度为260～330MPa，延伸率≥44％，该专利设计为Nb-Ti-IF设计，添加Nb和Ti成本较高，同时退火超过800℃，达不到低合金元素添加低成本设计和低温退火的技术要求。
申请公布号为CN103510002A的中国专利公开了一种无间隙原子冷轧热镀锌钢板及其生产方法，解决现有技术中采用卧式连续退火炉退火生产无间隙原子热镀锌钢板时存在的产品性能不达标的技术问题；其化学成分质量百分比：C：0.0005％～0.0028％，Si：≤0.03％，Mn：0.08％～0.20％，Ti：0.02％～0.065％，N≤0.0030％，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素，在卧式连续退火炉的均热段的退火温度为810～850℃，退火时间为35～59s。其成分合金Ti元素含量高，工艺实施退火温度超过800℃，达不到低合金元素添加低成本设计和低温退火的技术要求。
申请公布号为CN104233062A的中国专利公开了一种短时间退火生产超深冲热镀锌钢板及其生产方法，解决主要解决现有技术中采用卧式炉退火生产超深冲热镀锌钢板，因退火时间短，产品超深冲性能达不到要求的技术问题；其化学成分质量百分比：，C：0.0009％～0.0018％，Si：≤0.03％，Mn：0.08％～0.13％，Ti：0.030％～0.062％，N≤0.0018～0.0036％，S≤0.004～0.008％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。其中Ti/(4C+3.4N+1.5S)比值1.3-2.0，在卧式连续退火炉的均热段的退火温度为810～850℃，退火时间为35～59s；其所述直燃段温度730～750℃，均热段温度860～870℃，再结晶退火时间25～34秒。其成分合金Ti元素含量高，工艺实施退火温度超过800℃，达不到低合金元素添加低成本设计和低温退火的技术要求。
申请公布号为CN108004464A的中国专利公开了一种大尺寸液晶显示器背板用热镀铝锌钢板及其制造方法,主要解决现有热镀铝锌钢板冲压加工32-55英寸液晶显示器背板过程中发生打鼓扭曲的技术问题；所述一种大尺寸液晶显示器背板用热镀铝锌钢板，其基板的化学成分重量百分比为：C：0.0005-0.0009％，Si：0-0.03％，Mn：0.05-0.12％，Ti：0.02-0.04％，Nb：0.0005-0.0009％，N≤0.0030％，P≤0.015％，S≤0.010％，B：0.0002-0.0004％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。其所述均热段温度851～870℃，再结晶退火时间40～60秒。其成分合金Ti元素含量高，工艺实施退火温度超过800℃，达不到低合金元素添加低成本设计和低温退火的技术要求。
现有屈服强度140～175MPa级冷轧热镀铝锌钢板的合金含量高、需要的退火温度高、制造成本高、冲压性能差。
发明内容
本发明的目的是提供一种超深冲冷轧热镀铝锌钢板及其制造方法，主要解决现有屈服强度140～175MPa级冷轧热镀铝锌钢板的制造成本高、冲压性能差的技术问题，本发明0.50～0.60mm厚度热镀铝锌钢板具有良好的超深冲性能，热镀铝锌钢板的合金含量低，热镀铝锌钢板所需的退火温度低、制造成本低。
本发明采取的技术思路是，采用超低碳、低锰元素的成分设计，添加少量合金含量的钛合金元素，通过热轧工艺、冷轧退火和冷却调控钢板组织，获得再结晶铁素体组织，从而达到降低低合金成本、低温退火实现钢板低屈强服、高断后伸长率、高n值、塑性应变比r值，保证规格0.50～0.60mm热镀铝锌钢板冲压成型性能。
本发明采用的技术方案是，一种超深冲冷轧热镀铝锌钢板，其基板的化学成分重量百分比为：C：0.0002％～0.0006％，Si：0～0.03％，Mn：0.02％～0.05％，P：0～0.015％，S：0.0020％～0.0040％，Ti：0.010％～0.019％，N：0.0010％～0.0018％，Al：0.015％-0.030％，且满足0.0008％≤[Ti-(4C+3.4N+1.5S)]≤0.0140％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。
本发明热镀铝锌钢板的金相组织为再结晶铁素体，铁素体晶粒度级别为I6.0～I7.0级；0.50～0.60mm厚热镀铝锌钢板的屈服强度RP0.2为140～175MPa，抗拉强度Rm为270～310MPa，断后伸长率A80mm为34％～45％，塑性应变比r值为1.9～2.5，n值为0.18～0.20。
本发明所述的超深冲冷轧热镀铝锌钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
碳：在本发明产品中，碳含量低对冲压性能越有利，减少碳与钛形成的碳化物强化作用同时可有效减少合金元素的添加，通过研究不同碳含量对产品屈服强度的影响，当碳含量0.0002％～0.0006％材料屈服强度可得到显著改善，因此，本发明技术方案设定C含量范围为0.0002％～0.0006％。
硅：硅对强度贡献度较大，但对于卧式退火炉加热过程为氧化性气氛，钢板中的硅元素容易被氧化，对镀铝锌镀层结合力不利，根据试验结果，生产制造过程中不添加硅合金，为残余元素，Si含量设计为0～0.03％。
锰：本发明钢中的Mn对材料基体仍起到固溶强化作用，添加适当Mn会提高钢板强度，过多的锰添加会造成强度和成本过高，造成伸长率下降，不利于深冲性能，通过试验可以在冶炼时不添加锰合金，达到本发明低成本的目的。本发明Mn含量控制范围为Mn：0.02％～0.05％，为钢中残余元素含量。
钛：钢中加Ti合金元素，可以与钢中C、N、S原子结合，生成Ti的碳氮硫化合物，固定钢中游离的C、N原子。通常的技术手段是通过添加过量的钛实现固定的钛C、N原子的目的，但这样会带来退火再结晶温度过高，造成冷轧退火温度高的技术问题，本发明专利中是基于碳、氮、硫含量与钛元素添加对性能的影响研究，通过研究发现Ti-(4C+3.4N+1.5S)值过低时钢材因仍有碳、氮原子不能很好固定造成材料强度提高，同时当该值过高时因材料再结晶温度提高造成退火因时间不够而达不到超深冲低屈服效果，因此，本发明技术方案设定Ti含量为0.010％～0.019％，该发明特征是控制Ti-(4C+3.4N+1.5S)值为0.0008％-0.0140％。
氮：本发明钢中的N为杂质元素，N含量过高会造成粗大的氮化钛的析出不利于钢板伸长率提高，为了实现减少合金钛的加入，也需要控制钢中氮含量。本发明技术方案设定N含量：0.0010％～0.0018％。
硫：本发明钢中的S为杂质元素，过高的S会造成钢中MnS的析出，不利于冲压性能，同时为了实现减少合金钛的加入，也需要控制钢中硫含量。本发明技术方案设定S含量：0.002％～0.004％。
磷：本发明钢中的P为杂质元素，过低的P含量会增加成本。本发明技术方案设定P含量：0～0.015％。
铝：铝作为钢水冶炼脱氧用元素，添加铝含量过高会造成生产过程易形成Al2O3夹杂。本发明限定Al含量为0.015％～0.030％。
一种超深冲冷轧热镀铝锌钢板的制造方法，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：0.0002％～0.0006％，Si：0～0.03％，Mn：0.02％～0.05％，P：0～0.015％，S：0.0020％～0.0040％，Ti：0.010％～0.019％，N：0.0010％～0.0018％，Al：0.015％-0.030％，且满足0.0008％≤[Ti-(4C+3.4N+1.5S)]≤0.0140％，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1150℃～1200℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次轧制，粗轧结束温度为1040～1070℃，控制粗轧后中间坯厚度为38～42mm；精轧为7道次连轧，在奥氏体单相区轧制，精轧结束温度为900～940℃，精轧后，热轧钢板厚度为3.0～3.2mm，层流冷却采用后段冷却，卷取温度为670～679℃时卷取得热轧钢卷；
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、卧式连续退火炉退火、热浸镀铝锌、平整，卷取得到厚度为0.50～0.60mm成品热镀铝锌钢板，所述冷轧压下率为81％～83％，经过冷轧后的轧硬状态带钢在卧式连续退火炉退火的加热温度为620℃～650℃，均热段温度为700℃～730℃，带钢在均热段的退火时间为20～25s，将退火后的带钢冷却到590～600℃，冷却速度为10～15℃/s，将590℃～600℃的带钢进行保温后送入锌锅进行热浸镀铝锌，保温时间为4～5s；平整延伸率为0.6％～1.0％。
本发明采取的生产工艺制度的理由如下：
1、连铸板坯加热温度的设定
添加钛元素的连铸板坯的加热过程通常需要较高的加热温度，本发明由于添加了更少含量的钛元素，为了防止板坯加热后奥氏体晶粒尺寸长大，造成深冲热浸镀铝锌钢板伸长率不足，因此，加热温度设定在1150℃～1200℃。
2、精轧结束温度的设定
由于钢中碳元素为超低碳设计，造成材料相变点A3提高，经材料试验和计算，其相变点A3范围为890℃-900℃，根据试验分析，当精轧结束温度小于900℃时，材料进入两相区轧制导致混晶，造成钢板伸长率达不到34％，因此本发明设定精轧结束温度为900℃～940℃。
3、冷却方式和热轧卷取温度的设定
相变过程中进行冷却可获得细小晶粒组织和控制钢中析出物相的析出。本专利采用后段冷却方式实现卷取前先空冷可控制高温终轧后析出物充分粗化，同时又考虑有利于析出物在卷取过程的充分粗化，当卷取温度小于670℃，不利于冷轧低温退火技术的实现，达不到降低退火温度的目的。因此，采取终轧后采用后段冷却，在670℃～679℃进行卷取，从而实现热镀铝锌钢板的屈服强度RP0.2为140～175MPa，抗拉强度Rm为270～310MPa，断后伸长率A80mm为34％～45％。
4、冷轧压下率的设定
本发明提供了上述深冲热镀铝锌钢板的冷轧工艺。将上述成分并经过热轧的IF热轧钢卷重新开卷经过酸洗掉表面氧化铁皮后，在冷连轧机上或往复式单机架轧机上经过多次冷轧后，通过大变形量可降低冷轧退火温度，冷轧的压下率为为81％～83％。
5、退火温度和退火后冷却工艺的设定
冷轧后的轧硬钢带在退火过程中经历的回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。为了得到具有充分再结晶铁素体组织钢板，本专利通过材料退火工艺研究，并不断试验，确定采用低合金添加量的成分和热轧工艺条件下的退火再结晶温度开始温度为650℃～680℃，试验发现，当均热段温度小于700℃时材料容易再结晶不充分，造成屈服强度达不到140～175MPa和r值达不到1.9～2.5的要求，均热段温度大于730℃会造成能源消耗太大，达不到降低成本的目的；进一步研究发现，基于均热段温度为700℃～730℃退火条件下，缓慢冷却和适当保温有利控制铁素体晶粒的长大和均匀化，稳定钢板的深冲性能，从而实现塑性应变比r值和n值的稳定性要求，当退火后冷却速度大于15℃/s，保温时间大于5s时，晶粒不易长大，当退火后冷却速度小于15℃/s，保温时间小于5s时，晶粒不容易均匀，晶粒大小和均匀性控制不好均容易造成部分钢卷深冲性能r值小于1.9，n值小于0.18，达不到稳定深冲性能的要求。因此，设定带钢在卧式连续退火炉的加热温度620℃～650℃，均热段温度为700℃～730℃，带钢在均热段的退火时间为20s～25s，将退火后的带钢冷却到590℃～600℃，冷却速度为10～15℃/s，带钢在590℃～600℃保温4s～5s后，入铝锌锅进行热浸镀铝锌；
6、平整延伸率的设定
通过研究发现平整对深冲IF钢性能影响较大，随着平整延伸率加大材料屈服强度明显上升，通过反复试验确定设定平整延伸率为0.6％～1.0％可获得稳定的加工性能。
本发明方法生产的热镀铝锌钢板的金相组织为再结晶铁素体，铁素体晶粒度级别为I6.0～I7.0级；热镀铝锌钢板的屈服强度RP0.2为140～175MPa，抗拉强度Rm为270～310MPa，断后伸长率A80mm为34％～45％，塑性应变比r值为1.9～2.5，n值为0.18～0.20。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法是在现有Ti-IF钢、Ti-Nb-IF成份体系基础上，通过工艺研究试验，设计出低合金含量，范围容易控制的成分组合，与现有公开技术相比，可以少添加Ti元素，不添加Nb元素，本发明专利仅添加Ti元素含量为0.010％～0.019％，Nb元素含量为0％，公开深冲钢技术中通常添加Ti元素0.040％，Nb元素0.010％，本发明较公开技术属于Ti元素含量至少下降0.02％，Nb元素含量下降0.010％，为低成本产品成分合金设计。2、本发明是在结合现有卧式炉退火能力的条件下进行的成分和工艺设计，本发明采用均热段退火温度为700℃～730℃，公开深冲钢技术中通常均热退火温度为810℃～870℃，本发明较公开技术退火可下降70℃以上，能源消耗大幅度下降，为低成本的工艺设计，达到了超深冲产品要求，产线工艺控制能力也得到大幅提升，用户冲压试验无开裂的使用效果。3、本发明方法中的组织调控方法可操作性强，容易实施，只需通过控制热轧过程中的温度和退火炉的工艺参数即可实现。4、本发明基于卧式炉条件下退火段距离短而进行产品和工艺设计，退火时间短，与立式炉相比，通过工艺的精细化实现高温退火时间缩短，本发明退火时间20s～25s，立式炉退火时间60s～90s，退火时下降40s。
附图说明
图1为本发明实施例4热镀铝锌钢板的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例1—6对本发明作进一步说明，如表1～表4所示。
表1为本发明实施例冷轧深冲热镀铝锌钢板的基板的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例热镀铝锌钢板的基板的化学成分，单位：重量百分比。
Figure BDA0003122701820000061
通过转炉熔炼，得到符合要求化学成分的连铸坯，厚度为210～240mm，宽度为800～1300mm，长度为5000～10000mm。
连铸板坯经加热炉加热至1150℃～1200℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次轧制，粗轧结束温度为1040℃～1070℃，控制粗轧后中间坯厚度为38mm～42mm，精轧为7道次连轧，在奥氏体单相区轧制，精轧结束温度为900℃～940℃，精轧后，层流冷却采用后段冷却，卷取温度为670℃～679℃时卷取得热轧钢卷，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
Figure BDA0003122701820000071
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、卧式连续退火炉退火、热浸镀铝锌、平整，卷取得到厚度为0.5mm～0.6mm成品热镀铝锌钢板，所述冷轧压下率为81％～83％，经过冷轧后的轧硬状态带钢在卧式连续退火炉退火的加热温度620℃～650℃，均热段温度为700℃～730℃，带钢在均热段的退火时间为20s～25s，将退火后的带钢冷却到590℃～600℃，冷却速度为10℃/s～15℃/s，将590℃～600℃的带钢进行保温后送入锌锅进行热浸镀铝锌，保温时间为4～5s；平整延伸率为0.6％～1.0％。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、平整工艺控制控制参数
Figure BDA0003122701820000072
利用上述方法得到的热镀铝锌钢板，参见图1，热镀铝锌钢板的金相组织为再结晶铁素体，铁素体晶粒度级别为I6.0～I7.0级；热镀铝锌钢板的屈服强度RP0.2为140～175MPa，抗拉强度Rm为270～310MPa，断后伸长率A80mm为34％～45％，塑性应变比r值为1.9～2.5，n值为0.18～0.20。
将本发明得到的冷轧热镀铝锌钢板按照《GB/T228.1～2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，钢板的力学性能见表4。
表4本发明实施例热镀铝锌钢板的力学性能与晶粒度
Figure BDA0003122701820000081
实施例4为屈服强度为175MPa、抗拉强度为275MPa，断后伸长率A80mm为39.9％，r值2.15,n值为0.196，通过超低碳和低合金的成分设计，利用热轧控制与退火工艺技术实现了低钛镀铝锌深冲钢板的制造。
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 (5)

1.一种超深冲冷轧热镀铝锌钢板，其基板的化学成分重量百分比为：C：0.0002％～0.0006％，Si：0～0.03％，Mn：0.02％～0.05％，P：0～0.015％，S：0.0020％～0.0040％，Ti：0.010％～0.019％，N：0.0010％～0.0018％，Al：0.015％-0.030％，且满足0.0008％≤[Ti-(4C+3.4N+1.5S)]≤0.0140％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素；0.50～0.60mm厚热镀铝锌钢板的屈服强度RP0.2为140～175MPa，抗拉强度Rm为270～310MPa，断后伸长率A80mm为34％～45％，塑性应变比r值为1.9～2.5，n值为0.18～0.20。
2.如权利要求1所述的超深冲冷轧热镀铝锌钢板，其特征是，热镀铝锌钢板的金相组织为再结晶铁素体，铁素体晶粒度级别为I6.0～I7.0级。
3.一种超深冲冷轧热镀铝锌钢板的制造方法，其特征是，所述的方法包括：
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：0.0002％～0.0006％，Si：0～0.03％，Mn：0.02％～0.05％，P：0～0.015％，S：0.0020％～0.0040％，Ti：0.010％～0.019％，N：0.0010％～0.0018％，Al：0.015％-0.030％，且满足0.0008％≤[Ti-(4C+3.4N+1.5S)]≤0.0140％，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1150℃～1200℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次轧制，粗轧结束温度为1040～1070℃，控制粗轧后中间坯厚度为38～42mm；精轧为7道次连轧，在奥氏体单相区轧制，精轧结束温度为900～940℃，精轧后，热轧钢板厚度为3.0～3.2mm，层流冷却采用后段冷却，卷取温度为670～679℃时卷取得热轧钢卷；
热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、卧式连续退火炉退火、热浸镀铝锌、平整，卷取得到厚度为0.50～0.60mm成品热镀铝锌钢板，所述冷轧压下率为81％～83％，经过冷轧后的轧硬状态带钢在卧式连续退火炉退火的加热温度为620℃～650℃，均热段温度为700℃～730℃，带钢在均热段的退火时间为20～25s，将退火后的带钢冷却到590～600℃，冷却速度为10～15℃/s；平整延伸率为0.6％～1.0％。
4.如权利要求3所述的超深冲冷轧热镀铝锌钢板的制造方法，其特征是，将退火后590℃～600℃的带钢进行保温后送入锌锅进行热浸镀铝锌，保温时间为4～5s。
5.如权利要求3所述的超深冲冷轧热镀铝锌钢板的制造方法，其特征是，热镀铝锌钢板的金相组织为再结晶铁素体，铁素体晶粒度级别为I6.0～I7.0级；热镀铝锌钢板的屈服强度RP0.2为140～175MPa，抗拉强度Rm为270～310MPa，断后伸长率A80mm为34％～45％，塑性应变比r值为1.9～2.5，n值为0.18～0.20。
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