CN116855839A - 一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体、镀锡板及制备方法 - Google Patents

一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体、镀锡板及制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及钢材制备领域，尤其涉及一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体、镀锡板及制备方法；超低碳钢基体的化学成分包括：C，Mn，Al，N，其余为Fe和不可避免的杂质；方法包括：对含有超低碳钢基体的化学成分的铸坯进行热轧，后进行酸洗和冷轧，得到冷硬钢卷；对冷硬钢卷进行连续退火，后进行平整，得到超低碳钢带；对超低碳钢带进行镀锡处理，得到镀锡板；其中，平整的延伸率为2.0％～3.0％；通过控制C和Mn的含量均高于传统的超低碳钢基体，保证超低碳钢基体的强度，最后通过控制N的含量，同时控制晶粒尺寸，提高超低碳钢基体的塑性，使得连续退火后的Δr值为接近于0的正值，能保证超低碳钢基体的强度和各向异性指数符合深冲两片罐的要求。

Description

一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体、镀锡板及制备 方法
技术领域
本申请涉及钢材制备领域，尤其涉及一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体、镀锡板及制备方法。
背景技术
近年来随着食品罐从三片罐向两片罐方向发展，而深冲两片罐要求使用高强度且具有低Δr值的钢材；虽然目前各向同性的镀锡板成为金属包装的发展热点，但是为提升所制空罐耐压性能，通常要求镀锡板还要具有高强度、高屈强比，同时为满足成形性，通常要求镀锡板的Δr值低且组织性能稳定。
虽然目前可以生产出调质度和硬度相当于T-2的各向同性的镀锡板的超低碳钢基体，因0.3mm以下镀锡板的超低碳钢基体的强度偏低或者各向异性指数Δr值太高，并且超低碳钢基体难以同时具有高强度和低Δr值，导致目前难以生产出符合使用的要求的0.3mm以下薄规格高强度镀锡板，因此如何提供一种高强度和低各向异性的镀锡板的超低碳钢基体，是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体、镀锡板及制备方法，以解决现有技术中镀锡板难以同时具有高强度和低Δr值。
第一方面，本申请提供了一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体，以质量分数计，所述超低碳钢基体的化学成分包括：
C：0.0035％～0.0055％，Mn：0.35％～0.60％，Al：0.02％～0.05％，N：0.0015％～0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
可选的，以体积分数计，所述超低碳钢基体的金相组织包括铁素体和渗碳体。
可选的，所述铁素体的平均粒径为12μm～14μm，所述渗碳体的平均粒径为100nm～900nm。
可选的，以质量分数计，所述超低碳钢基体的化学成分包括：
P≤0.015％，S≤0.012％和Si≤0.02％。
第二方面，本申请提供了一种深冲两片罐用镀锡板，所述镀锡板包括第一方面所述的超低碳钢基体和镀锡层，所述镀锡层包覆在所述超低碳钢基体的至少一面。
第三方面，本申请提供了一种制备第二方面所述的镀锡板的方法，所述方法包括：
对含有第一方面所述的超低碳钢基体的化学成分的铸坯进行热轧，后进行酸洗和冷轧，得到冷硬钢卷；
对所述冷硬钢卷进行连续退火，后进行平整，得到超低碳钢带；
对所述超低碳钢带进行镀锡处理，得到镀锡板；
其中，所述平整的延伸率为2.0％～3.0％。
可选的，所述连续退火包括加热段和均热段，所述加热段的终点温度为630℃～670℃；和/或，
所述连续退火的钢带传动速度为100m/min～499m/min。
可选的，所述连续退火满足：
当所述钢带运行速度为100m/min～299m/min，所述加热段的终点温度为630℃～650℃；
当所述钢带运行速度为300m/min～499m/min，所述加热段的终点温度为650℃～670℃。
可选的，所述均热段的均热时间≥45s。
可选的，所述热轧包括再加热、粗轧除鳞、粗轧、精轧除鳞、精轧、层流冷却和卷曲；
所述再加热的终点温度为1200℃～1240℃，所述精轧的终轧温度为910℃～930℃，所述卷曲的温度为580℃～640℃。
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一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体，相比传统的镀锡板的超低碳钢基体，其不添加Nb、Ti、B之类固定间隙原子的合金元素，同时控制C和Mn的含量均高于传统的超低碳钢基体，由于C是奥氏体的重要元素，高C含量能保证钢基体的强度，同时Mn还有利于对钢基体的强度提升，使得超低碳钢基体的强度符合深冲两片罐的要求，最后通过控制N的含量，同时控制晶粒尺寸，利用N降低成形性和抗时效性能的功能，配合N和Al所形成的AlN的析出物，可以提高超低碳钢基体的塑性，从而通过对采用超低碳的化学成分，使得退火后的Δr值为接近于0的正值，在保证强度的同时，保证超低碳钢基体符合深冲两片罐的要求，进而通过对镀锡板的超低碳钢基体的成分进行调整，能保证超低碳钢基体的强度和各向异性指数符合深冲两片罐的要求。
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，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请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镀锡板的超低碳钢基体的金相组织结果图；
图2为本申请实施例提供的镀锡板的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明，本申请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。
本申请的创造性思维为：
目前常规的超低碳钢基体的化学成分，以质量分数计，包括：C：0.0012％～0.0026％，Si≤0.026％，Mn：0.28％～0.52％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al：0.042％～0.082％，Ti：0.046％～0.066％，N≤0.0030％，其余为Fe和不可避免的杂质，并且其退火温度超过700℃，调质度和硬度相当于T-2，不适用于生产0.30mm以下薄规格高强度镀锡板。
因0.3mm以下镀锡板的超低碳钢基体的强度偏低或者各向异性指数Δr值太高，而强度太低制罐后耐压性能不足；Δr值如果太高，会在冲压后卷边上出现滚边不齐或切废太多的现象，造成质量不良和浪费，因此如何提供一种高强度和低各向异性的镀锡板的超低碳钢基体，是目前亟需解决的技术问题。
如图1所示，提供一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体，以质量分数计，所述超低碳钢基体的化学成分包括：
C：0.0035％～0.0055％，Mn：0.35％～0.60％，Al：0.02％～0.05％，N：0.0015％～0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本申请实施例中，C的质量分数为0.0035％～0.0055％的积极效果是在该质量分数范围内，由于C材料中以间隙原子核渗碳体的形态存在，在钢中具有强化作用，因此可以保证超低碳钢基体的强度；若C含量的过高将导致塑性下降，使得r值过低，从而导致超低碳钢基体的强度不足，屈强比低，同时使得精炼脱碳处理时间长，将增加生产成本。
Mn的质量分数为0.35％～0.60％的积极效果是在该质量分数的范围内，由于少量的Mn有利于强度的提高，同时加入少量Mn可以和S结合生成MnS，减少表面热脆，避免表面质量问题，但加入过多不仅对冲压不利，且Mn元素合金成本较高，因此为控制成本，将Mn元素的质量分数限定在0.35％～0.60％。
Al的质量分数为0.02％～0.05％的积极效果是由于Al元素作为脱氧固氮元素，添加太少会使得N元素析出不充分，导致加工性能变差，添加太多效果基本饱和，因此控制Al元素在0.02～0.05％；且本申请中的Al含量为酸溶铝(Als)含量。
N的质量分数为0.0015％～0.0025％的积极效果是在该质量分数范围内，由于N元素具有降低成形性和抗时效性能，氮和铝化合形成AlN的析出物，有利于塑性的提高，但是N过低屈强比下降，N高材料强度上升，阻碍材料织构的发展，Δr值恶化，因此控制N的质量分数在0.0015％～0.0025％。
在一些可选的实施方式中，以体积分数计，所述超低碳钢基体的金相组织包括铁素体和渗碳体。
在一些可选的实施方式中，所述铁素体的平均粒径为12μm～14μm，所述渗碳体的平均粒径为100nm～900nm。
本申请实施例中，控制铁素体的平均粒径为12μm～14μm的积极效果是在该粒径范围内，充足的铁素体能够提高钢材的塑性。
渗碳体的平均粒径为100nm～900nm的积极效果是在该粒径范围内，能形成弥散分布纳米相，提升基体强度，减少对塑性的损坏。
在一些可选的实施方式中，以质量分数计，所述超低碳钢基体的化学成分包括：
P≤0.015％，S≤0.012％和Si≤0.02％。
本申请实施例中，控制P≤0.015％和S≤0.012％的积极效果是由于P和S都是有害元素，一般来说P、S越低，加工性越好，P可以提高材料的强度，但过高影响材料的脆性，而S太高会影响材料的韧性，因此需要控制P控制在0.015％以下，S控制在0.012％以下。
Si≤0.02％的积极效果是在该质量分数范围内，由于Si会提高超低碳钢基体的材料强度，但硅元素容易在热轧时产生SiO2·FeO共晶系的氧化铁皮，难以酸洗洗掉，从而会影响表面质量，其含量不宜过高，如果含量大于0.02％，将增大表面氧化铁皮的去除难度，因此控制Si元素含量≤0.02％。
基于一个总的发明构思，本申请实施例还提供一种深冲两片罐用镀锡板，所述镀锡板包括第一方面所述的超低碳钢基体和镀锡层，所述镀锡层包覆在所述超低碳钢基体的至少一面。
该镀锡板是基于上述超低碳钢基体来实现，该超低碳钢基体的具体化学组成和质量分数可参照上述实施例，由于该镀锡板采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
如图2所示，基于一个总的发明构思，本申请实施例还提供一种制备所述镀锡板的方法，所述方法包括：
S1.对含有所述超低碳钢基体的化学成分的铸坯进行热轧，后进行酸洗和冷轧，得到冷硬钢卷；
S2.对所述冷硬钢卷进行连续退火，后进行平整，得到超低碳钢带；
S3.对所述超低碳钢带进行镀锡处理，得到镀锡板；
其中，所述平整的延伸率为2.0％～3.0％。
该方法是针对上述镀锡板的制备，该方法的具体步骤可参照上述实施例，由于该镀锡板采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
本申请实施例中，控制平整的延伸率为2.0％～3.0％的积极效果是由于在该延伸率的范围内，通过平整的方式，使得钢带的成型完整，在后续的镀锡处理阶段中，超低碳钢带不软熔、不钝化，从而使得柔软的锡层在冲压过程可起到润滑作用，提升镀锡板的成形性。
在一些可选的实施方式中，所述连续退火包括加热段和均热段，所述加热段的终点温度为630℃～670℃；和/或，
所述连续退火的钢带传动速度为100m/min～499m/min。
本申请实施例中，控制加热段的终点温度为630℃～670℃的积极效果是在该温度范围内，保证铁素体晶粒尺寸稳定，使得成品性能稳定。
控制连续退火的钢带传动速度为100m/min～499m/min的积极效果是在该传动速度范围内，能保证超低碳钢带在连续退火炉中充分退火，从而使得铁素体晶粒尺寸稳定，保证超低碳钢基体的成品性能稳定。
在一些可选的实施方式中，所述连续退火满足：
当所述钢带运行速度为100m/min～299m/min，所述加热段的终点温度为630℃～650℃；
当所述钢带运行速度为300m/min～499m/min，所述加热段的终点温度为650℃～670℃。
本申请实施例中，控制连续退火以台阶式退火的方式进行，可以使得不同连退带速下的组织晶粒尺寸稳定，保证不同工艺下成品性能稳定，最终实现生产成本、硬度、强度、屈强比、Δr值、组织性能稳定性的协调控制。
在一些可选的实施方式中，所述均热段的均热时间≥45s。
本申请实施例中，控制均热段的均热时间≥45s的积极效果是在该时间范围内，能保证超低碳钢带的连续退火效果，使得不同连退带速下的组织晶粒尺寸稳定，保证不同工艺下成品性能稳定，最终实现生产成本、硬度、强度、屈强比、Δr值、组织性能稳定性的协调控制。
在一些可选的实施方式中，所述热轧包括再加热、粗轧除鳞、粗轧、精轧除鳞、精轧、层流冷却和卷曲；
所述再加热的终点温度为1200℃～1240℃，所述精轧的终轧温度为910℃～930℃，所述卷曲的温度为580℃～640℃。
本申请实施例中，控制再加热的终点温度为1200℃～1240℃的积极效果是在该温度范围内，能使得铸坯内的金相组织呈现完全奥氏体化，并且保证精轧的终轧温度，同时控制加热成本。
精轧的终轧温度为910℃～930℃的积极效果是在该温度范围内，保证板坯处于奥氏体区，而避免板坯进入两相区，保证后续的金相组织符合预期。
控制卷曲的温度为580℃～640℃的积极效果是在该温度范围内，保证板坯得到合适的热轧晶粒尺寸，从而可以降低Δr值。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。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。
实施例和对比例：
铁水经过转炉冶炼后进入RH炉精炼处理，采用常规连铸方法形成含有化学成分如表1所示的板坯，具体化学成分如表1所示。
表1各实施例和对比例的板坯的化学成分
将含有表1中所示的不同化学成分的板坯进行热轧、酸洗、冷轧、连续退火、平整及镀锡处理，得到镀锡板，其中，该制备过程的工艺参数如表2所示。
表2制备阶段的工艺参数
相关实验及效果数据：
统计各实施例和对比例所得的镀锡板，并进行性能测试，结果如表3所示。
检测方法：Δr数值：r0+r90-2×r45/2。
硬度：根据GB/T 2520进行测量。
表3各实施例和对比例的镀锡板性能参数
表3的具体分析：
Δr是指板平面各项异性指数，Δr越趋近于0，说明板材的拉延成形性能良好。
屈服强度是指钢材在非比例延伸率为0.2％时的延伸强度，屈服强度越符合标准，说明钢材的力学性能良好。
抗拉强度是指试件拉断前单位面积上承受的最大应力,抗拉强度越符合标准，说明钢材的力学性能良好。
硬度是指采用120°金刚石圆锥和φ1.588mm钢球检测的钢材的表面洛氏硬度。
屈强比是指材料的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值，屈强比越大，说明钢材的强度越好。
由实施例1-5的数据可知：通过控制C和Mn的含量均高于传统的超低碳钢基体，保证超低碳钢基体的强度，使得超低碳钢基体的强度符合深冲两片罐的要求，最后通过控制N的含量，并且控制晶粒尺寸，提高超低碳钢基体的塑性，能保证超低碳钢基体的强度和各向异性指数符合深冲两片罐的要求。
通过本申请的制备方法所得镀锡板，其调质度达到T-3，屈服强度达到350MPa±30MPa，屈强比达到0.87以上，r值降低到0.9％～1.3％，同时Δr值达到±0.15。
由对比例1-5的数据可知：
对比例1-3除碳含量与实施例1不一样外，其余组分与工艺均同实施例1，结果可知，与实施例1相比，对比例1-3制备得到的镀锡板的Δr值绝对值明显较高；
对比例4-5除平整延伸率与实施例1不一样外，其余组分与工艺均同实施例1，结果可知，与实施例1相比，对比例4-5制备得到的镀锡板的Δr值绝对值明显较高；
对比例6除退火步骤1实施例1不一样外，其余组分与工艺均同实施例1，对比例6采用连续退火；而实施例1采用根据带速梯度退火，结果实施例1的调制度级别和屈强比更高。
本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本申请实施例提供的一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体，通过控制C和Mn的含量均高于传统的超低碳钢基体，保证超低碳钢基体的强度，使得超低碳钢基体的强度符合深冲两片罐的要求，最后通过控制N的含量和晶粒尺寸，提高超低碳钢基体的塑性，从而通过对采用超低碳的化学成分，使得退火后的Δr值为接近于0的正值，在保证强度的同时，能保证超低碳钢基体的强度和各向异性指数符合深冲两片罐的要求。
(2)本申请实施例提供的一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体，通过在超低碳钢基体的化学成分中不添加Nb、Ti、B等固定间隙原子的合金元素的超低碳成分，降低炼钢合金成本，同时由于不添加Nb、Ti、B等合金元素会使得再结晶温度较传统超低碳钢低，降低退火时能源介质消耗，降低生产成本。
(3)本申请实施例提供的一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体，由于C和Mn的含量均高于传统的超低碳钢基体，使得强度、硬度较高，r值降低，同时由于屈服平台的存在具有较高的屈强比，有利于提升制罐后的耐压强度。
(4)申请实施例提供的一种深冲两片罐用镀锡板的制备方法，配合设计的超低碳的化学成分，使得退火后的Δr值为接近于0的正值，再采用平整延伸率为2.0％～3.0％，使得Δr值略为下降并且趋于0，利用超低碳+大平整延伸率的成分工艺协同配合，达到控制铁素体+渗碳体组织的目的，在保证成品强度达到350MPa±30MPa和调质度达到T-3的同时，促使成品屈强比达到0.87以上，r值稳定在0.9～1.3％，Δr值控制±0.15。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。
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。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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)

1.一种深冲两片罐用镀锡板的超低碳钢基体，其特征在于，以质量分数计，所述超低碳钢基体的化学成分包括：
C：0.0035％～0.0055％，Mn：0.35％～0.60％，Al：0.02％～0.05％，N：0.0015％～0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的超低碳钢基体，其特征在于，以体积分数计，所述超低碳钢基体的金相组织包括铁素体和渗碳体。
3.根据权利要求2所述的超低碳钢基体，其特征在于，所述铁素体的平均粒径为12μm～14μm，所述渗碳体的平均粒径为100nm～900nm。
4.根据权利要求1所述的超低碳钢基体，其特征在于，以质量分数计，所述超低碳钢基体的化学成分包括：
P≤0.015％，S≤0.012％和Si≤0.02％，。
5.一种深冲两片罐用镀锡板，其特征在于，所述镀锡板包括如权利要求1-4任一项所述的超低碳钢基体和镀锡层，所述镀锡层包覆在所述超低碳钢基体的至少一面。
6.一种制备如权利要求5所述的镀锡板的方法，其特征在于，所述方法包括：
对含有如权利要求1-4任一项所述的超低碳钢基体的化学成分的铸坯进行热轧，后进行酸洗和冷轧，得到冷硬钢卷；
对所述冷硬钢卷进行连续退火，后进行平整，得到超低碳钢带；
对所述超低碳钢带进行镀锡处理，得到镀锡板；
其中，所述平整的延伸率为2.0％～3.0％。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述连续退火包括加热段和均热段，所述加热段的终点温度为630℃～670℃；和/或，
所述连续退火的钢带传动速度为100m/min～499m/min。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述连续退火满足：
当所述钢带运行速度为100m/min～299m/min，所述加热段的终点温度为630℃～650℃；
当所述钢带运行速度为300m/min～499m/min，所述加热段的终点温度为650℃～670℃。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述均热段的均热时间≥45s。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述热轧包括再加热、粗轧除鳞、粗轧、精轧除鳞、精轧、层流冷却和卷曲；
所述再加热的终点温度为1200℃～1240℃，所述精轧的终轧温度为910℃～930℃，所述卷曲的温度为580℃～640℃。
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