CN117344214A - 一种510MPa级低成本免酸洗结构钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种510MPa级低成本免酸洗结构钢及其制造方法，其成分质量百分比为：C：0.03～0.15％，Si≤0.05％，Mn：0.2～1.0％，P≤0.02％，S≤0.01％，Ti：0.03～0.15％，余量包含Fe及其它不可避免杂质，且，需满足：C+Mn/6≤0.2。本发明所述钢板的屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥510MPa，延伸率≥24％，冷弯性能优异，D＝1a折弯180°不开裂；钢板表面氧化皮光滑、致密、抗变形剥落性能好；同时，本发明采用低成本成分设计、制造工艺流程简单、生产成本低廉。

Description

一种510MPa级低成本免酸洗结构钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及结构钢领域，特别涉及一种510MPa级低成本免酸洗结构钢板及其制造方法。

背景技术

随着国家对环保要求的不断提高，绿色高质量发展已经成为各行业的主旋律，用户对钢铁产品也提出了高性能、高质量、低成本等要求。许多热轧结构钢产品在涂装、使用前通常需要采用酸洗的方法去除钢板表面的氧化铁皮，由此产生的废酸严重污染环境。

为了解决上述问题，人们想到通过改善钢材表面氧化皮的状态和结构，使氧化皮的状态达到免酸洗的状态，从而减少废酸排放对环境的污染。目前关于热轧氧化皮控制的技术较多，如：

中国专利CN201010235928.X公开的“环保型高表面质量免酸洗汽车大梁钢的生产方法”，其介绍了一种采用高温加热、高温轧制、低温卷取控制汽车大梁钢表面氧化皮结构，生产出高表面质量的免酸洗汽车大梁钢的方法。

中国专利CN201110307238.5公开的“一种解决热轧汽车大梁钢板表面黑灰的温度控制方法”，其介绍了一种通过降低板坯加热温度、采用双除鳞处理、提高终轧温度和卷取温度来改善氧化皮组分来解决大梁钢表面黑灰的方法。

中国专利CN201210176422.5公开的“表面铁皮均匀的免酸洗钢卷及其制造方法”，其介绍了一种通过采用微中浪和润滑精轧以及卷后在钢卷两端表面涂覆防氧化玻璃粉和钢卷强制冷却来生产表面铁皮均匀的免酸洗钢卷的方法。

中国专利CN201310057003.4公开的“具有稳定氧化层免酸洗高强大梁用钢及其制造方法”，其介绍了一种采用后段冷却：带钢出精轧机后弛豫冷却10～30s再以10～40℃/s冷速冷却到420～550℃卷取，卷取后对钢卷进行6～10h保温后再冷却至室温来生产具有稳定氧化层免酸洗大梁钢的方法。

中国专利CN201610486480.6公开的“一种高表面质量的免酸洗热轧带钢及其制造方法”，其介绍了一种通过控制钢中Si、Mn元素含量和高的卷取温度，利用卷取后Si、Mn的内氧化作用在带钢表面形成一层纯铁层来生产高表面质量免酸洗热轧带钢的方法。

中国专利CN201810003351.6公开的“一种防止热轧免酸洗汽车大梁钢氧化铁皮粉状剥落方法”，其介绍了一种通过控制钢中Si元素含量 (0.28～0.3wt％)，并加入0.2～0.225wt％的Cr，以及在卷取过程中添加风机提高冷速来调节氧化皮中Fe₃O₄和FeO组成配比来生产防止大梁钢氧化铁皮粉状剥落的方法。

中国专利CN201510778750.6公开的“400MPa级免酸洗汽车结构热轧钢板及其生产方法”、中国专利CN201010298939.2公开的“490MPa级免酸洗热轧钢板的生产方法”、中国专利CN201711190855.5公开的“510MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板及其生产方法”、中国专利CN201711190852.1公开的“560MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板及其生产方法”、中国专利CN201711190853.6公开的“610MPa级热轧免酸洗汽车结构钢板及其生产方法”，分别介绍了抗拉强度级别在400MPa、490MPa、510MPa、560MPa、 610MPa热轧免酸洗钢板的生产方法。

这几份专利技术特点相同，成分上采用C、Si、Mn+(Nb、Ti)设计，并配合合适的加热温度、终轧温度、卷取温度最终获得不同强度级别的热轧免酸洗钢板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种510MPa级低成本免酸洗结构钢及其制造方法，所述钢的屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥510MPa，延伸率≥24％，冷弯性能优异，D＝1a折弯180°不开裂；钢板表面氧化皮光滑、致密、抗变形剥落性能好，实现免酸洗；同时，本发明采用低成本成分设计、制造工艺流程简单、生产成本低廉。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种510MPa级低成本免酸洗结构钢，其成分质量百分比为：C： 0.03～0.15％，Si≤0.05％，Mn：0.2～1.0％，P≤0.02％，S≤0.01％，Ti： 0.03～0.15％，余量包含Fe及其它不可避免杂质，且，需满足：C+Mn/6≤ 0.2。

又，所述余量为Fe及其它不可避免杂质。

进一步，还包含Mo≤0.2％，Nb≤0.05％，Cr≤0.2％，V≤0.15％、Ni ≤0.1％，Ca≤0.015％中的一种或一种以上。

本发明所述免酸洗结构钢的组织为多边形铁素体和/或准多边形铁素体+少量珠光体。

本发明所述免酸洗结构钢的屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥510MPa，延伸率≥24％，D＝1a折弯180°不开裂。

本发明钢种的其它化学成分限定理由如下：

C：C是钢中的基本元素，也是本发明中最重要的强化元素。C作为钢中间隙原子，对提高钢的强度起着非常重要的作用。本发明中C还能与 Ti形成析出相，提高钢的屈服强度和抗拉强度。但较高的C含量会恶化钢的焊接性和低温韧性，且在氧化皮中形成较多的空洞，因此C含量需要控制在一个合适的范围，本发明中C的含量范围为0.03～0.15％。

Si：Si能以固溶强化的形式提高钢的强度并抑制或推迟Fe₃C的形成。但Si含量过高，在加热炉加热过程中形成Fe₂SiO₄，造成除鳞不干净，导致钢板表面质量变差，并且Si含量增加会导致氧化皮均匀性变差。因此本发明中Si的含量控制在0.05％以下。

Mn：Mn是重要的强韧化元素，可以扩大奥氏体相区、稳定奥氏体，推迟奥氏体向珠光体转变，降低马氏体转变的临界冷却速度，大大提高淬透性；同时Mn还有一定的固溶强化作用，对提高钢板的强度有利。但是过高的Mn含量会导致钢的淬透性过高，不利于材料的精细控制。此外，随着环保形势的日趋严峻，Mn原料价格大幅攀升，出于成本考虑钢中也不宜加入太多的Mn。因此本发明中Mn的含量控制在0.2～1.0％。

P：P是钢中的杂质元素。P极易偏聚到晶界上与Fe形成低熔点共晶化合物Fe₂P，降低钢的塑性和韧性，固其含量越低越好，一般控制在0.02％以内。

S：S是钢中的杂质元素。钢中的S通常与Mn结合形成MnS夹杂， MnS有一定塑性，在轧制过程中沿着轧制方向变形，破坏基体的连续性，降低钢板横向性能，因此钢中S的含量也是越低越好，实际生产时通常控制在0.01％以内。

Ti：Ti是强碳氮化物形成元素，Ti的未溶碳氮化物在钢加热时能够有效钉扎奥氏体晶界，控制奥氏体晶粒长大，在高温奥氏体区粗轧时析出的 TiN和TiC可有效抑制奥氏体晶粒长大，而在铁素体析出的细小TiC第二相颗粒能够阻止位错运动从而大大提高钢板强度。因此本发明中Ti的含量控制在0.02～0.15％。

本发明采用低C、低Si、低Mn加Ti的成分设计。低C、低Mn(C+Mn/6 ≤0.2)是为了降低钢的淬透性便于钢板组织的精确控制，同时较低的C 可以减少氧化皮中空洞的产生，增加氧化皮的致密性，较低的Mn含量有利于降低合金成本。钢中加入一定量的Ti，通过析出TiC第二相来提高钢板强度。

本发明所述的510MPa级低成本免酸洗结构钢的制造方法，包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按上述化学成分进行冶炼、精炼、连铸成铸坯或铸锭；

2)铸坯或铸锭加热

铸坯或铸锭在加热炉中加热，加热温度1250～1300℃，加热时间2～5 小时；

3)热轧

粗轧前除鳞箱除鳞水打开，将炉生氧化皮即一次氧化皮去除，粗轧道次除鳞投入，粗轧出口温度≤1010℃，然后经过多机架精轧轧成成品钢卷；精轧前除鳞箱除鳞水打开，将二次氧化皮去除，精轧F1、 F2机架间除鳞水投入，终轧温度为870～920℃，穿带速度≥7m/s；轧后采用前冷工艺冷却，卷取温度600～650℃；

4)卷后冷却控制

钢卷卸卷后采用风机进行冷却，以≥2℃/s的冷速冷却至520～550℃后，再降钢卷送至保温墙或热卷堆内以≤0.5℃/s的冷速缓冷到室温。

优选的，步骤3)热轧的精轧采用六机架或七机架精轧机。

在本发明的制造方法中：

本发明采用较高的加热温度，以保证铸坯(锭)充分奥氏体化并且钢坯中含Ti第二相充分回溶。

粗轧时采用较多的除鳞水以充分去除一次和二次氧化皮，同时可以保证较低的粗轧出口温度，较少钢坯在摆钢过程中氧化皮的生成。精轧采用较多的除鳞水是为了减少三次氧化皮的生成，控制氧化皮的厚度。采用较高的终轧温度的目的是利用氧化皮在高温时的塑性，使氧化皮经过轧制充分延展变形，同时不被轧破。

采用较快的穿带速度和前段冷却工艺是为了使带钢尽快降到低温，较少轧后氧化。

轧后采用前冷工艺冷却即前段冷却工艺，是指带钢进入层冷辊道即从第一个阀门就开水进行冷却，系统模型根据终轧温度、带钢速度、层流辊道长度、卷取温度目标值，自动计算确定要从第一个冷却阀门开始需要连续开启的层冷阀门。

与之对应的是后冷工艺，即带钢进入层冷辊道后先不开水，带钢空冷，系统模型根据终轧温度、带钢速度、层流辊道长度、卷取温度目标值，自动计算确定从最后一个阀门倒数要从哪个阀门开始连续开启冷却阀门。

采用较高的卷取温度卷取，以保证卷取时带钢表面的氧化皮仍主要 FeO的形式存在。

卷后快速冷却至520～550℃(FeO分解温度为570℃)的温度。快速冷却是为了抑制冷却过程中FeO的分解，较低的快速冷却停冷温度是保证 FeO分解有一定的过冷度，增加FeO分解的驱动力。钢卷到达停冷温度后运至保温墙或热卷堆中间是为了降低钢卷冷速，使钢卷在520～550℃保持足够的时间，使FeO充分分解为Fe和Fe₃O₄。参见图1。

与现有技术相比，本发明的差异和优点在于：

中国专利CN201010235928.X、CN201110307238.5、 CN201210176422.5、CN201310057003.4均是采用特殊的工艺该改善钢板表面氧化皮的均匀性，主要强调的是生产工艺方法，未考虑钢板成分设计的经济性和具体性能。

本发明既考虑了成分设计的经济性也考虑了钢板生产工艺的便利性，与上述专利明显不同。

中国专利CN201610486480.6、CN201810003351.6均通过在钢中加入特定量的Si和Mn或Cr来控制氧化皮的结构，以达到改善钢板表面氧化皮质量的目的。

而本发明中没有添加Cr，Si的含量也比上述两篇专利低，采用的控制氧化皮中相组成的技术方案也与上述专利不同。

中国专利CN201510778750.6、CN201010298939.2、CN201711190855.5、CN201711190852.1、CN201711190853.6的技术特点相同，成分上采用C、Si、Mn+Ti设计，C含量在0.04～0.11％，Si含量 0.05～0.27％，Mn含量0.7～1.5％，Ti的添加量在0.03以下。工艺上加热温度控制在1210～1240℃，加热时间1.2～1.8小时，终轧温度860～890℃，卷取温度560～590℃，通过成分和工艺的配合最终获得不同强度级别的热轧免酸洗钢板。

与上述专利相比，本发明中Si含量控制在0.05以下，Ti添加量在0.03％以上，加热时间2～5小时，卷取温度600～650℃，并采用卷后冷却控制，技术方案明显不同。

与现有专利相比，本发明所述钢种采用低成本成分设计，通过对轧制工艺和卷后冷却过程进行控制来调控钢板表面氧化铁皮中的相组成和形态，以达到提高氧化铁皮韧性和与钢基体的结合力，实现免酸洗的目的。这是目前其它已知专利所不具备的，具体如下：

1.本发明添加的微合金元素种类少、含量低，尤其是没有添加贵重合金元素Nb、V、Mo和Ni等，大大降低了生产成本；

2.本发明充分利用Ti析出强化，钢板屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥510MPa，延伸率≥24％，冷弯性能优异，D＝1a折弯180°不开裂。

3.本发明钢种表面氧化皮均匀、致密、抗剥落性能好，能减少用户加工使用过程中脱落、起灰，改善用户工作环境。

4.本发明钢种生产工艺简单、工艺窗口宽、制造工艺流程简单，在现有热连铸产线就可以直接生产。

附图说明

图1为Fe-O相图。

图2为氧化皮抗折弯剥落性较差的照片。

图3为氧化皮抗折弯剥落性一般的照片。

图4为氧化皮抗折弯剥落性良好的照片。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

本发明钢板实施例和对比例的化学成分见表1，余量包含Fe和其它不可避免的杂质。实施例编号Ⅰ～Ⅳ的成分在本发设计的成分范围内，编号Ⅴ、Ⅵ成分不在本发明设计的成分范围内。

本发明实施例的生产工艺为：采用铁水深脱硫后转炉冶炼、炉外精炼、连铸形成板坯；将板坯加热到1250～1300℃，保温2～5小时，粗轧结束温度≤1010℃，精轧结束温度870～920℃，轧后采用前冷工艺冷却到600～650 ℃卷取，卷后对钢卷控制冷却。实施例工艺参数参见表2。表3所示为本发明实施例钢的性能参数。

实施例、对比例钢生产时粗轧前除鳞水2组全开，粗轧除鳞水开3组，精轧前除鳞水2组全开，F1、F2机架间除鳞水全开。

卷后冷却，“快冷+缓冷”指钢卷卷取卸卷后用风机快冷(≥2℃/s) 到520～550℃后，再降钢卷吊至保温墙或热卷堆内缓冷到室温；“自然冷却”指钢卷卷取卸卷后由运输量运送到钢卷库自然冷却。

对比例的某些参数不在本发明设计的限定范围内。

实施例1～12，钢板成分和工艺在本发明设计的范围内，钢板性能满足要求，钢板的表面质量也“良好”，达到了免酸洗钢的表面质量要求。如图4所示。

对比例1、2，钢板成分在本发明设计的范围内，对比例1卷取温度高于本发明设计的卷取温度范围，钢板表面质量等级为“良好”，但钢板强度未满足要求。对比例2轧制工艺落在本发明设计的工艺范围内，但未控制钢卷卷后冷速，钢板性能虽然满足要求，但表面质量“一般”。如图2 或图3所示。

对比例3、4，钢板成分未在本发明设计的范围内，对比例3工艺与本发明设计的工艺也不相同，钢板性能满足要求，但钢板表面质量“一般”。对比例4工艺生产工艺与本发明设计的不同，钢卷卷取后也未采用控制冷却，最终钢板性能虽满足要求，但钢板表面质量较差，未到达免酸洗钢表面质量要求。

注：钢板是否能免酸洗使用可以通过氧化皮的抗折弯剥落性来评价。氧化皮抗折弯剥落性通过检查钢板折弯后外表面氧化皮的剥落情况来衡量，具体做法是：将带氧化皮的钢板进行d＝2a，90°折弯，折弯后在外R角处贴透明胶带，并撕下转帖到白纸上观察脱落的氧化皮情况。根据氧化皮脱落程度将氧化皮抗折弯剥落性分为“良好”、“一般”、“较差”三个等级，参见图2～图4。

Claims (7)

1.一种510MPa级低成本免酸洗结构钢，其成分质量百分比为：C：0.03～0.15％，Si≤0.05％，Mn：0.2～1.0％，P≤0.02％，S≤0.01％，Ti：0.03～0.15％，余量包含Fe及其它不可避免杂质，且，需满足：C+Mn/6≤0.2。

2.如权利要求1所述的510MPa级低成本免酸洗结构钢，其特征在于，所述余量为Fe及其它不可避免杂质。

3.如权利要求1或2所述的510MPa级低成本免酸洗结构钢，其特征在于，还包含Mo≤0.2％，Nb≤0.05％，Cr≤0.2％，V≤0.15％、Ni≤0.1％，Ca≤0.015％中的一种或一种以上。

4.如权利要求1或2或3所述的510MPa级低成本免酸洗结构钢，其特征在于，所述免酸洗结构钢的组织为多边形铁素体和/或准多边形铁素体+少量珠光体。

5.如权利要求1或2或3或4所述的510MPa级低成本免酸洗结构钢，其特征在于，所述免酸洗结构钢的屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥510MPa，延伸率≥24％，D＝1a折弯180°不开裂。

6.如权利要求1～5任何一项所述的510MPa级低成本免酸洗结构钢的制造方法，其特征是，包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按权利要求1或2或3所述成分进行冶炼、精炼、连铸成铸坯或铸锭；

2)铸坯或铸锭加热

铸坯或铸锭在加热炉中加热，加热温度1250～1300℃，加热时间2～5小时；

3)热轧

粗轧前除鳞箱除鳞水打开，将炉生氧化皮即一次氧化皮去除，粗轧道次除鳞投入，粗轧出口温度≤1010℃，然后经过多机架精轧轧成成品钢卷；精轧前除鳞箱除鳞水打开，将二次氧化皮去除，精轧F1、F2机架间除鳞水投入，终轧温度为870～920℃，穿带速度≥7m/s；

轧后采用前冷工艺冷却，卷取温度600～650℃；

4)卷后冷却控制

钢卷卸卷后采用风机进行冷却，以≥2℃/s的冷速冷却至520～550℃后，再降钢卷送至保温墙或热卷堆内以≤0.5℃/s的冷速缓冷到室温。

7.如权利要求6所述的510MPa级低成本免酸洗结构钢的制造方法，其特征是，步骤3)热轧的精轧采用六机架或七机架精轧机。