CN115747633A - 一种钢材及其制备方法、包装用钢、金属罐 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钢材及其制备方法、包装用钢、金属罐，属于钢材制备技术领域，所述钢材的化学成分包括：C、Si、Mn、P、S、Al、Cr、Cu、N、Fe及来自制备所述钢材的杂质；所述钢材的金相组织包括：铁素体；所述铁素体的晶粒度为11～12级，且，晶粒尺寸为5～6.5μm，且，晶粒轧向尺寸与厚向尺寸的比值≤1.3。本申请提供的钢材兼具高强度、高硬度、高延伸、低制耳的特点，可满足二次冷轧包装用钢更高的使用需求，调质度可达到DR‑7M～DR‑9，可满足易开盖、两片罐、深冲盖等用途要求。
Description
技术领域
本申请涉及钢材制备技术领域领域，尤其涉及一种钢材及其制备方法、包装用钢、金属罐。
背景技术
包装用钢是通过电镀锡或电镀铬作业获得的在两面镀覆锡层或铬层的冷轧低碳钢板或钢带。随着罐壁厚度不断减薄，用户对包装用钢综合性能提出了更高的要求。
目前，针对二次冷轧包装用钢领域，生产者分别对高延伸二次冷轧包装用钢和低制耳二次冷轧包装用钢开展了研究，但对兼具高延伸和低制耳性能的二次冷轧包装用钢的研究未见报道。
发明内容
本申请实施例提供了一种钢材及其制备方法、包装用钢、金属罐，以解决现有二次冷轧包装用钢无法兼具有高延伸和低制耳的综合性能的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种钢材，所述钢材的化学成分包括：
C、Si、Mn、P、S、Al、Cr、Cu、N、Fe及来自制备所述钢材的杂质；
所述钢材的金相组织包括：铁素体；
所述铁素体的晶粒度为11～12级，且，晶粒尺寸为5～6.5μm，且，晶粒轧向尺寸与厚向尺寸的比值≤1.3。
进一步地，以质量分数计，所述N元素含量为0.0150～0.0185％。
进一步地，以质量分数计，所述钢材的化学成分包括：
C：0.02～0.04％，Si：≤0.02％，Mn：0.35～0.60％，P：≤0.015％，S：≤0.012％，Als：0.005～0.02％，Cr：0.02～0.08％，Cu：0.02～0.06％，N：0.0150～0.0180％，其余为Fe和来自制备所述钢材的杂质。
第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面所述的钢材的制备方法，所述制备方法采用二次冷轧生产工艺，包括：
得到含有第一方面所述的钢材化学成分的板坯；
将所述板坯依次进行热连轧工序、第一冷轧工序、冷轧退火工序和第二冷轧工序，得到钢材。
进一步地，所述热连轧工序的工艺参数包括：板坯的再加热温度为1150～1180℃。
进一步地，所述热连轧工序的工艺参数包括：精轧的终轧温度为900～930℃，精轧出口速度12～15m/s；卷取的温度为680～720℃。
进一步地，所述冷轧退火工序的工艺参数包括：退火温度为650～680℃，冷却速率为40～80℃/s，冷却终止温度为200～300℃。
进一步地，所述第二冷轧工序的工艺参数包括：第二冷轧压下率为8～12％。
第三方面，本申请实施例提供了一种包装用钢，所述包装用钢包括钢材基板，以及附着于钢材基板表面的功能层；
所述钢材基板为第一方面所述的钢材；
所述功能层包括镀锡层和镀铬层中的至少一种。
第四方面，本申请实施例提供了一种金属罐，所述金属罐包括由第三方面所述包装用钢制得的金属结构部件，所述金属结构部件包括罐盖、罐身和罐底中的至少一种。
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：
本申请实施例提供了一种钢材，该钢材通过获得晶粒度为11～12级、晶粒尺寸为5～6.5μm以及晶粒轧向尺寸与厚向尺寸的比值≤1.3的铁素体，即所得铁素体兼具有细晶强化和近等轴的特点，使得晶粒组织在不同方向的尺寸接近，从而使得各向性能一致，达到低制耳的目的；同时由于具有5～6.5μm的晶粒，从而获得高延伸率；最终获得兼具有高延伸和低制耳的综合性能高的钢材，从而满足二次冷轧包装用钢更高的使用要求。
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钢材的制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种钢材的微观结构图。
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。
包装用钢是通过电镀锡或电镀铬作业获得的在两面镀覆锡层或铬层的冷轧低碳钢板或钢带。随着罐壁厚度不断减薄，用户对包装用钢综合性能提出了更高的要求。
目前，针对二次冷轧包装用钢领域，生产者分别对高延伸二次冷轧包装用钢和低制耳二次冷轧包装用钢开展了研究，但对兼具高延伸和低制耳性能的二次冷轧包装用钢的研究未见报道。
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钢材，所述钢材的化学成分包括：
C、Si、Mn、P、S、Al、Cr、Cu、N、Fe及来自制备所述钢材的杂质；
所述钢材的金相组织包括：铁素体；
所述铁素体的晶粒度为11～12级，且，晶粒尺寸为5～6.5μm，且，晶粒轧向尺寸与厚向尺寸的比值≤1.3。
本申请实施例提供了一种钢材，该钢材通过获得晶粒度为11～12级、晶粒尺寸为5～6.5μm以及晶粒轧向尺寸与厚向尺寸的比值≤1.3的铁素体，即所得铁素体兼具有细晶强化和近等轴的特点，使得晶粒组织在不同方向的尺寸接近，从而使得各向性能一致，达到低制耳的目的；同时由于具有5～6.5μm的晶粒，从而获得高延伸率；最终获得兼具有高延伸和低制耳的综合性能高的钢材，从而满足二次冷轧包装用钢更高的使用要求。
本申请中，“细晶强化”具体指微观金相组织晶粒度11～12级，及，晶粒尺寸为5～6.5μm。“近等轴”具体指纵截面轧向尺寸与厚向尺寸的比值或横截面横向尺寸与厚向尺寸的比值通常≤1.3；轧向是指轧制方向，是材料在轧制过程中的方向。钢板在轧制过程中，晶粒将沿着轧制方向变形，并形成类似纤维状，顺着纤维方向和与其垂直的方向在性能上有着微量的差异。
作为本发明实施例的一种实施方式，以质量分数计，所述N元素含量为0.0150～0.0185％。
本申请中，通过添加适量的N元素，进一步强化钢材金相组织中的铁素体，提升钢基体强度、硬度，使得铁素体具有氮强化的特点。
作为本发明实施例的一种实施方式，以质量分数计，所述钢材的化学成分包括：
C：0.02～0.04％，Si：≤0.02％，Mn：0.35～0.60％，P：≤0.015％，S：≤0.012％，Als：0.005～0.02％，Cr：0.02～0.08％，Cu：0.02～0.06％，N：0.0150～0.0180％，其余为Fe和来自制备所述钢材的杂质。
本申请，在化学成分方面采用低碳、高锰、低铝、高铬、高铜、高氮的成分设计，通过锰、铬、铜、氮元素提升基体强度和硬度，从而获得兼具高强度、高延伸、低制耳特点的钢材。
第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面所述的钢材的制备方法，如图1所示，所述制备方法采用二次冷轧生产工艺，包括：
得到含有第一方面所述的钢材化学成分的板坯；
将所述板坯依次进行热连轧工序、第一冷轧工序、冷轧退火工序和第二冷轧工序，得到钢材。
本申请中，采用二次冷轧生产工艺制备所述钢材，工艺成熟且操作简单，无需增加额外的特种设备，具有广泛的实际应用。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述热连轧工序的工艺参数包括：板坯的再加热温度为1150～1180℃。
本申请中，采用1150～1180℃的再加热，主要目的是使板坯完全奥氏体化，板坯中氮元素充分固溶并控制加热成本。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述热连轧工序的工艺参数包括：精轧的终轧温度为900～930℃，精轧出口速度12～15m/s；卷取的温度为680～720℃。
本申请中，采用900～930℃的高温终轧，主要目的是使精轧处于奥氏体区，避免混晶，同时提高轧制速度，缩短过程温降；采用精轧出口速度12～15m/s，主要目的是减少高温区停留时间，减少氮元素析出，提升氮固溶量，减少表面氧化；采用680～720℃的高温卷取，主要目的是促进有利织构形成，改善成品制耳。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述冷轧退火工序的工艺参数包括：退火温度为650～680℃，冷却速率为40～80℃/s，冷却终止温度为200～300℃。
本申请中，冷轧退火过程中限定退火温度为650～680℃，以保证铁素体完全再结晶，同时形成11～12级等轴铁素体晶粒，以提升塑性。再通过40～80℃/s的冷速冷却到200～300℃，避免氮元素析出，以提高强度。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述第二冷轧工序的工艺参数包括：第二冷轧压下率为8～12％。
本申请中，二次冷轧过程中，采用8～12％二次冷轧压下率控制铁素体中位错密度，提升屈服强度，同时避免因二次冷轧压下率过高导致塑性显著降低及制耳增大使得，所得铁素体组织具有适当位错密度特点，进一步强化钢材。
第三方面，本申请实施例提供了一种包装用钢，所述包装用钢包括钢材基板，以及附着于钢材基板表面的功能层；
所述钢材基板为第一方面所述的钢材；
所述功能层包括镀锡层和镀铬层中的至少一种。
本申请中，所提供的包装用钢兼具高强度、高硬度、高延伸、低制耳的特点，调质度可达到DR-7M～DR-9，可满足易开盖、两片罐、深冲盖等用途要求，同时由于含有较高Cr、Cu元素较相同镀层产品还具有更好的耐蚀性，包装用钢综合性能高。本申请中如镀锡层和镀铬层的功能层制备工艺可采用常规工艺制得，具体厚度也可根据实际使用需求进行设置，本申请文件不作具体限定。
第四方面，本申请实施例提供了一种金属罐，所述金属罐包括由第三方面所述包装用钢制得的金属结构部件，所述金属结构部件包括罐盖、罐身和罐底中的至少一种。
本申请中，所提供金属罐具体包括两片罐、三片罐等；所述罐盖包括易开盖、深冲盖等。
综上所述，本发明中化学成分和生产工艺相互匹配。为获得兼具高强度、高延伸、低制耳特点的钢材，满足二次冷轧包装用钢更高的使用需求，获得11～12级近等轴细晶氮强化及适当位错强化铁素体组织是核心，突出细晶强化、氮强化及适当位错强化实现高强度、高硬度；通过11～12级近等轴细晶铁素体组织保证延伸率，并通过生产工艺实现适当的位错强化，避免对延伸率的恶化，综合实现高延伸；通过获得近等轴细晶铁素体组织保证各向同性，实现低制耳；从而获得兼具高强度、高延伸、低制耳特点的包装用钢。化学成分设计时在考虑合金成本的基础上采用低碳、高锰、低铝、高铬、高铜、高氮的的设计方案，通过锰、铬、铜、氮元素提升基体强度和硬度，通过较低退火温度和合适的二次冷轧压下率获得完全再结晶的具备氮强化、细晶强化及适当位错强化的铁素体组织，获得高延伸性能；通过低碳、高温快轧、高温卷取、较小二次冷轧压下率获得低制耳性能。另外，通过添加较高Cr、Cu元素提升耐蚀性。所生产的包装用钢兼具高强度、高硬度、高延伸、低制耳的特点，调质度可达到DR-7M～DR-9，可满足易开盖、两片罐、深冲盖等用途要求。
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。
实施例1
采用常规连铸方法形成化学成分质量百分数分别为C0.02％、Si0.01％、Mn0.37％、P0.010％、S0.007％、Als0.008％，Cr0.02％，Cu0.02％，N0.0151％，其余为Fe和杂质的板坯。然后，令板坯经过热连轧机组即依次经过加热、粗轧除鳞、粗轧、切头尾、精轧除鳞、精轧、层流冷却、卷取进行热连轧，其中，加热炉加热温度为1160℃，粗轧采用1+5道次，精轧机组终轧温度为900℃，出口速度13m/s，卷取温度为680℃。这样，经过粗轧、精轧、层流冷却后，经过卷取机卷取；然后，令热轧卷经过酸轧联合机组、连退机组和镀锡机组即依次经过开卷、切头、酸洗、切边、冷连轧、连退、平整、镀锡进行冷轧退火镀锡，其中，连退退火温度为655℃，快冷段冷速40℃/s，冷却到200℃，二次冷轧压下率8.5％，成品厚度为0.21mm。这样，经过酸洗、冷轧、退火、镀锡后，经过卷取机卷取，最后获得化学成分质量百分数分别为C0.02％、Si0.01％、Mn0.37％、P0.010％、S0.007％、Als0.008％，Cr0.02％，Cu0.02％，N0.0151％，其余为Fe和杂质的DR-7M镀锡板，其屈服强度为517MPa，硬度71，延伸率为13.5％，制盖后制耳峰谷之差为0.21mm。
本例所得的微观结构图如图2所示，该钢材的金相组织包括：铁素体；所述铁素体的晶粒度为11～12级，且，晶粒尺寸为5～6.5μm，且，晶粒轧向尺寸与厚向尺寸的比值≤1.3。
实施例2
采用常规连铸方法形成化学成分质量百分数分别为C0.04％、Si0.018％、Mn0.55％、P0.008％、S0.008％、Als0.018％，Cr0.07％，Cu0.05％，N0.0175％，其余为Fe和杂质的板坯。然后，令板坯经过热连轧机组即依次经过加热、粗轧除鳞、粗轧、切头尾、精轧除鳞、精轧、层流冷却、卷取进行热连轧，其中，加热炉加热温度为1205℃，粗轧采用3+3道次，精轧机组终轧温度为923℃，出口速度15m/s，卷取温度为713℃。这样，经过粗轧、精轧、层流冷却后，经过卷取机卷取；然后，令热轧卷经过酸轧联合机组、连退机组和镀铬机组即依次经过开卷、切头、酸洗、切边、冷连轧、连退、二次冷轧、镀铬进行冷轧退火镀铬，其中，连退退火温度为680℃，快冷段冷速70℃/s，冷却到280℃，二次冷轧压下率12％，成品厚度为0.18mm。这样，经过酸洗、冷轧、退火、镀锡后，经过卷取机卷取，最后获得化学成分质量百分数分别为C0.04％、Si0.018％、Mn0.55％、P0.008％、S0.008％、Als0.018％，Cr0.07％，Cu0.05％，N0.0175％，其余为Fe和杂质的DR-9镀锡板，其屈服强度为621MPa，硬度75，延伸率为6.5％，制盖后制耳峰谷之差为0.34mm。
实施例3
采用常规连铸方法形成化学成分质量百分数分别为C0.03％、Si0.008％、Mn0.43％、P0.011％、S0.005％、Als0.012％，Cr0.05％，Cu0.05％，N0.0163％，其余为Fe和杂质的板坯。然后，令板坯经过热连轧机组即依次经过加热、粗轧除鳞、粗轧、切头尾、精轧除鳞、精轧、层流冷却、卷取进行热连轧，其中，加热炉加热温度为1173℃，粗轧采用3+3道次，精轧机组终轧温度为909℃，出口速度14.5m/s，卷取温度为690℃。这样，经过粗轧、精轧、层流冷却后，经过卷取机卷取；然后，令热轧卷经过酸轧联合机组、连退机组和镀锡机组即依次经过开卷、切头、酸洗、切边、冷连轧、连退、平整、镀锡进行冷轧退火镀锡，其中，连退退火温度为675℃，快冷段冷速50℃/s，冷却到230℃，二次冷轧压下率11％，成品厚度为0.20mm。这样，经过酸洗、冷轧、退火、镀锡后，经过卷取机卷取，最后获得化学成分质量百分数分别为C0.03％、Si0.008％、Mn0.43％、P0.011％、S0.005％、Als0.012％，Cr0.05％，Cu0.05％，N0.0163％，其余为Fe和杂质的DR-8M镀锡板，其屈服强度为587MPa，硬度73，延伸率为9.8％，制盖后制耳峰谷之差为0.31mm。
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)
1.一种钢材，其特征在于，所述钢材的化学成分包括：
C、Si、Mn、P、S、Al、Cr、Cu、N、Fe及来自制备所述钢材的杂质；
所述钢材的金相组织包括：铁素体；
所述铁素体的晶粒度为11～12级，且，晶粒尺寸为5～6.5μm，且，晶粒轧向尺寸与厚向尺寸的比值≤1.3。
2.根据权利要求1所述的钢材，其特征在于，以质量分数计，所述N元素含量为0.0150～0.0185％。
3.根据权利要求1所述的钢材，其特征在于，以质量分数计，所述钢材的化学成分包括：
C：0.02～0.04％，Si：≤0.02％，Mn：0.35～0.60％，P：≤0.015％，S：≤0.012％，Als：0.005～0.02％，Cr：0.02～0.08％，Cu：0.02～0.06％，N：0.0150～0.0180％，其余为Fe和来自制备所述钢材的杂质。
4.一种权利要求1～3任一项所述的钢材的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用二次冷轧生产工艺，包括：
得到含有权利要求1～3任一项所述的钢材化学成分的板坯；
将所述板坯依次进行热连轧工序、第一冷轧工序、冷轧退火工序和第二冷轧工序，得到钢材。
5.根据权利要求4所述的钢材的制备方法，其特征在于，所述热连轧工序的工艺参数包括：板坯的再加热温度为1150～1180℃。
6.根据权利要求4所述的钢材的制备方法，其特征在于，所述热连轧工序的工艺参数包括：精轧的终轧温度为900～930℃，精轧的出口速度12～15m/s；卷取的温度为680～720℃。
7.根据权利要求4所述的钢材的制备方法，其特征在于，所述冷轧退火工序的工艺参数包括：退火温度为650～680℃，冷却速率为40～80℃/s，冷却终止温度为200～300℃。
8.根据权利要求4所述的钢材的制备方法，其特征在于，所述第二冷轧工序的工艺参数包括：第二冷轧压下率为8～12％。
9.一种包装用钢，其特征在于，所述包装用钢包括钢材基板，以及附着于钢材基板表面的功能层；
所述钢材基板为权利要求1～3任一项所述的钢材；
所述功能层包括镀锡层和镀铬层中的至少一种。
10.一种金属罐，其特征在于，所述金属罐包括由权利要求9所述包装用钢制得的金属结构部件，所述金属结构部件包括罐盖、罐身和罐底中的至少一种。
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Citations (4)
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| CN108504947A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-09-07 | 首钢集团有限公司 | 一种二次冷轧镀锡板及其生产方法 |
-
2022
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