CN1791695A - 用于电视机防爆带的冷轧双相镀铝高抗性金属薄板及该金属薄板的制造方法 - Google Patents

用于电视机防爆带的冷轧双相镀铝高抗性金属薄板及该金属薄板的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种冷轧的双相金属薄板，该金属薄板可用来制造电视机用的防爆带，其化学组成按重量百分比计包括下列元素：0.03％≤C≤0.3％；1％≤Mn≤3％；0.05％≤Si≤2％；0.02％≤Al≤2％；0.02％≤Cr≤1％；Mo≤1％；S≤0.02％；P≤0.2％；N≤0.01％，和任选地，选自Ti、V、Zr、Nb中的一种或几种元素，上述各元素含量在0.001％到0.2％范围内，所述化学组成的其余成分是铁和生产中产生的杂质。将具有上述化学组成的钢的板坯或锭于1100－1300℃的温度下加热；热轧板坯或锭，使得在热轧结束时的温度高于钢的Ar3温度；将这样得到的薄钢以1－500℃/s的速率V冷却进行冷却；然后于300－720℃温度下卷绕所述薄钢板。冷轧之后，将金属板在高于Ac1的温度Tm下进行退火；以大于2℃/s的速率将金属板冷却至达到镀铝操作温度；随后于650－720℃下在铝基熔池中使金属板硬化，然后以大于2℃/s的速率将其冷却至室温。钢的显微结构由铁素体和5－30％马氏体以及少于2％的碳化物相构成。

Description

用于电视机防爆带的冷轧双相镀铝 高抗性金属薄板及该金属薄板的制造方法
技术领域
本发明涉及阴极射线管荧光屏用防爆带领域。这些部件在电视机中起重要的作用，因为它们防止阴极射线管的前表面在管内压力(10-7托)和大气压之间的压力差的作用下变形。防爆带通过收缩配合而张紧，以抵消大气压的作用。如果没有这种校正，由于控制栅极/荧光屏的距离改变，荧光屏上的色彩将受到干扰。
背景技术
制造防爆带包括导致硬化的膨胀操作，以使其适应阴极射线管的尺寸，随后在收缩装配操作之前将防爆带加热到约500℃。上述收缩装配操作导致防爆带在装配好之后仍保留约0.3-0.4％的残余应变。
防爆带通常是用铝脱氧钢或镀铝的无间隙钢制造，这种镀层提供防腐蚀作用。然而，这些常规的技术方案不能达到很高的水平，因为防爆带在这些条件下最终装配到阴极射线管上之后屈服应力Rp0.2约为400MPa。
现在，大屏幕或纯平屏幕的流行趋势导致使用时产生特别大的力。因此，可以增加防爆带的横截面，但这与所关注的电视机重量减轻相违背。使用具有较高机械性能(一个重要的参数是防爆带装配到阴极射线管上之后的屈服应力)的材料受到下述事实的限制，即这些材料的伸长率通常较小，这样导致在弯曲区域产生问题(裂纹)。
因此，应当注意到，目前还没有具有高机械性能(大于500MPa的装配后屈服应力和良好的强度/延性综合性能)的防爆带。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高机械性能-尤其是大于500MPa的装配到阴极射线管上之后的屈服强度-的防爆带，一种用于低成本制造这种防爆带的方法及薄钢板。
-为此，本发明的一个目的是一种制造能用于制造电视机防爆带的双相钢(即，其结构包括分散在较易变形的铁素体基体中的硬质相-实质上是马氏体-的钢)薄板的方法，其特征在于：熔炼一种钢，其化学组成按重量计包括：0.03％≤C≤0.3％；1％≤Mn≤3％；0.05％≤Si≤2％；0.02％≤Al≤2％；0.02％≤Cr≤1％；Mo≤1％；S≤0.02％；P≤0.2％；N≤0.01％，以及任选地，选自Ti、V、Zr和Nb中的一种或多种元素，其中各元素的含量在0.001％和0.2％之间，该化学组成的其余成分是铁和熔炼产生的杂质。将包含所述化学组成的钢的板坯或锭加热到1100℃和1300℃之间的温度；热轧所述板坯或锭，热轧结束时的温度高于钢的Ar3温度；以1℃/s和500℃/s之间的速率V冷却冷却由此得到的薄钢板；在温度T卷绕下卷绕所述薄钢板，该温度T卷绕为300℃＜T卷绕＜720℃；冷轧所述薄钢板；使所述冷轧过的薄钢板在温度Ta下经受连续退火操作，所述温度Ta＞Ac1；以大于2℃/s的冷却速率将所述薄钢板冷却至镀铝温度；在650℃和720℃之间的温度下在铝基熔池中对所述薄钢板进行热浸镀铝；和以大于2℃/s的速率将所述薄钢板冷却至室温。
根据一优选的特征，对所述镀铝薄钢板进行压缩比小于5％的光整冷轧(表皮光轧/平整道次)处理。
本发明的另一主题是一种根据上述方法制造的薄钢板，其特征在于，所述钢的结构包括一种铁素体基体，该铁素体基体含有比例在5％和30％之间的马氏体和少于2％的碳化物相。
本发明的另一主题是一种电视机防爆带，其特征在于，它由所述薄钢板的带材制成。
附图说明
本发明的其它特征和优点在下面作为示例并参照附图所作的说明中将变得显而易见，图中：
-图1示出与伴有冷轧薄钢板镀锌或镀铝循环的连续退火操作相对应的热循环；
-图2以连续冷却转化曲线图形式示出在伴有连续镀铝或镀锌循环的退火条件下所形成的冶金结构；
-图3和图4分别示出与镀锌热循环及与镀铝热循环相对应的显微结构。
具体实施方式
在多次试验之后，发明人已证实，通过遵守下列条件可以满足上述各种要求：
-关于钢的化学组成，碳在形成显微结构时起非常重要的作用。碳含量低于0.03％，则淬透性(quench hardenability)不足以得到所希望的抗拉强度和屈服强度。碳含量高于0.30％，则可拉拔性和可焊性非常有限；
-除了固溶硬化效果之外，锰是一种使奥氏体稳定并提供令人满意的淬透性的元素。为了得到所希望的机械性能，要求锰的最低含量为1％。然而，若锰的含量高于3％，则其促使形成γ-相的趋势导致非常显著的带状结构，从而降低可焊性；
-硅是一种参与钢水脱氧和固溶硬化的元素。硅还通过促使形成马氏体相而防止碳化物沉淀(析出)。硅在含量高于0.05％时起到有效作用。然而，若硅含量高于2％，则形成过量的粘附到产品表面上的氧化物，从而降低可焊性；
-铝在含量高于0.02％时是用于钢水脱氧的有效元素。若铝含量高于2％，则可焊性变差并且增加铝含量不再有效；
-铬对固溶硬化和淬透性起作用。因此，在这方面，它以比化学组成中不含铬的情况下更低的冷却速率形成双相结构。铬含量高于0.02％是有效的。若铬含量高于1％，则观察到在拉拔期间粉化的危险增加，另外强度/延性综合性能变差；
-钼对固溶硬化和淬透性起作用。因此，在这方面，它以比化学组成中不含钼的情况下更低的冷却速率形成双相结构。若钼含量高于1％，则钢的可焊性显著变差；
-硫含量高于0.02％，则延性由于硫化物的存在而降低，这降低了可变形性，在扩孔试验期间尤其如此；
-磷是一种降低可点焊性和热延性的元素，特别是它有偏析趋势或者与锰共偏析(co-segregate)的趋势。由于这些原因，磷的含量必需限于0.2％；以及
-当存在含量在0.001％和0.2％之间的微合金元素(Ti、Nb、V、Zr)时，这些微合金元素通过以碳化物或氮化物形式沉淀而使钢变硬。
根据本发明所述的制造方法实施如下：
-首先将具有上述化学组成的钢的板坯或锭加热到1100℃和1300℃之间的温度。这样做的目的是在每个点处都达到这样的温度范围，即有利于钢在轧制期间将经受的高变形度，并且还有利于重新溶解固化后形成的碳化物。然而，如果温度太高，则奥氏体晶粒不希望地变粗。因此，初始温度必需限制到1300℃，以便在这个阶段保持细的奥氏体晶粒；
-在奥氏体范围内进行轧制，并且必须在高于取决于钢的化学组成的温度Ar3的温度下终止；
-轧制之后在1℃/s和500℃/s之间的冷却速率V冷却下进行冷却操作，然后在300℃和700℃之间的温度下进行卷绕操作。这些条件防止在热轧薄钢板中产生珠光体带结构；
-在和普通钢相同的条件下例如以30％和80％之间的压缩比进行冷轧；
-接着，在双相范围(退火温度在Ac1和Ac3之间)或者在奥氏体范围(温度高于Ac3)内进行退火操作，以便将退火期间所形成的奥氏体转化成冷却期间的高硬度成分；
-为了在冷却期间及镀铝操作之前保持足够的奥氏体比例，后退火冷却速率必须大于2℃/s；以及
-作为镀铝产品生产中的镀铝温度的后退火保持温度是本发明的重要因素。图1示出与镀铝循环相结合的退火的示例(11)。为了比较，图1还示出与随后镀锌的退火相对应的典型的热循环(12)。在在双相范围内均热(保温)之后，应当注意，镀层步骤是在约680℃(用于镀铝)和450℃(用于镀锌)下进行。对于特定等级的钢(C＝0.12％；Mn＝1.4％；Si＝0.35％)，通过在连续冷却转化(CCT)图上叠加上述循环，可以看出，这两种类型的循环产生明显不同的显微结构。这是由于，当在典型的镀锌温度下进行镀层时，出现含碳化物的相，尤其是出现贝氏体相。作为对比，如果镀层步骤是在足够高的温度(在上述化学组成的情况下高于650℃)下进行，则在高温下只能够形成部分铁素体。然而，由于与镀铝循环有关的均热温度接近双相钢成分的Ar1温度，这种部分铁素体转化不会很显著。
在均热之后，以足够高的速率(大于2℃/s)降温到室温的间歇冷却操作产生相当大比例的马氏体。因此，能生产几乎完全是铁素体-马氏体性质的双相钢，尤其是排除了其它所有碳化物相，如贝氏体或珠光体。图2表明，在冷却期间，钢快速通过图中的贝氏体以及尤其是珠光体区域，这意味着这些相仅可能存在很小的量。换句话说，由于伴有镀铝循环的退火，可以有利地生产实质上是铁素体-马氏体(双相)结构的钢，所述钢具有下列有利性能：
-较低的屈服强度/抗拉强度比；
-抗拉强度×伸长率参数的增加；
-系统在退火后状态下没有稳定时期(plateau)，尤其是无需进行光整冷轧操作；
-马氏体的比例大于5％确保在2％冷压缩之后最小抗拉强度为450MPa。然而，当马氏体的比例大于30％以及碳化物相多于2％时，延性降低；
-在镀铝之后，进行光整冷轧操作是有利的。可以在0-5％的压缩比下进行的这种操作根据所希望的机械性能水平生产出具有各种屈服强度水平的薄钢板。这种变形当然将随着在用这些薄钢板制造部件的操作期间的可能的后续加工硬化而增加。这有助于部件在最终状态下达到很高的屈服强度；以及
-例如，下列结果将表明，本发明提供的机械性能大大优于用相同成分但利用不同退火循环制成的薄钢板所具有的机械性能，或者大大优于通常用于利用相同循环(在镀铝情况下退火)进行的电视机防爆带制造的材料所具有的机械性能。当然，应当注意，本发明所提供的优点也可以用于需要高屈服强度、良好可变形性以及镀铝保护的其它工业应用中。
示例1：
示例1涉及具有表1中所列成分的薄钢板(其组成按重量％计)。
                                             表1
  钢   C   Mn   Si   S   P   Al   Cr   Ti   N
  A1   0.06   1.2   0.12   0.002   0.015   0.025   0.5   -   0.008
  A2   0.08   1.5   0.35   0.002   0.015   0.025   0.2   -   0.005
  A3   0.12   1.4   0.35   0.002   0.015   0.030   0.2   0.01   0.006
钢A1-A3被再加热到温度1250℃，然后经受轧制结束温度为900℃的热轧操作，接着以25℃/s的冷却速率V冷却冷却，然后在570℃下卷绕。
薄钢板被冷轧至厚度为1mm，然后在800℃的温度下经受连续退火操作60秒钟，接着在680℃下在对应于本发明的条件下经受镀铝循环(表2中标号“Inv”)，然后以20℃/s的速率冷至室温。为了比较，表2中也示出在退火及随后的450℃镀锌循环(在表2中用标号“Ref”)之后的性能。表2中示出在12.5×50mm2试件上测得的机械性能和显微结构，此处：
Re：屈服强度；
Rm：抗拉强度；
P：稳定时期长度；
A：断裂伸长率；
M：马氏体比例；
(P+B)：珠光体和贝氏体的比例。
                                      表2
钢   处理   Re(MP)   Rm(MPa)   Re/Rm   P(％)   A(％)   Rm×A(MPa.％) ％M ％(P+B)
A1   Ref   300   475   0.62   1.2   31.4   14915   1   7
  Inv   226   514   0.44   0   29.5   15163   5   ＜0.5
A2   Ref   332   538   0.62   1.8   26.6   14310   5   16
  Inv   293   589   0.50   0   28.3   16669   5   ＜0.5
A3   Ref   313   611   0.4   0.5   27   16500   5   0.5
  Inv   281   689   0.4   0   26.2   18501   10   0
这些结果清楚地表明：
-根据本发明所述的制造方法产生几乎仅包括铁素体和马氏体而实际上没有碳化物相的结构。这点在图3和图4中示出，图中，可以比较分别在镀锌循环和镀铝循环情况下的钢A3结构；
-在镀铝循环之后所得到的显微结构具有优于参照处理所产生的机械性能，即低Re/Rm比、没有稳定时期和较高的抗拉强度×伸长率参数值。例如，应注意到，与退火-镀锌处理相比，应用本发明可将抗拉强度从40MPa增加到80MPa。还将注意到，在上述三个示例中，确保各钢的最小抗拉强度分别为450MPa、500MPa和600MPa。
示例2：
表3示出经受镀锌循环(参见上述“Ref”循环的条件)时抗拉强度为750MPa的钢的化学组成(按重量％计)。
在与上述条件相同的条件下生成的1mm冷轧薄钢板在800℃下连续退火50秒钟或100秒钟，然后在680℃下经受镀铝循环10秒钟或20秒钟，再分别以40℃/s或20℃/s的冷却速率冷至室温。因此，分别用Inv1和Inv2表示的这些条件与本发明的条件相对应。
                                                表3
  钢   C   Mn   Si   S   P   Al   Cr   Ti   N
  A4   0.15   1.95   0.22   0.002   0.015   0.030   0.2   0.025   0.004
机械性能和显微结构用与表2中相同的规定在表4中给出。
                                                表4
处理   Re(MPa)   Rm(MPa)   Re/Rm   P(％)   A(％)   Rm×A(MPa.％) ％M ％(P+B)
  Inv1   414   919   0.45   0   12.4   12774   20   ＜0.5
  Inv2   397   878   0.45   0   12.1   11414   22   ＜0.5
这些结果再次显示本发明所具备的优点：
-显微结构实际上没有碳化物相；
-对于可对比的伸长率，在本发明的条件下所得到的抗拉强度比用参照处理所得到的抗拉强度高得多，因为抗拉强度从750MPa增加到高于850MPa。因此可以理解，对一些给定的机械性能，实施本发明降低了为得到这些性能所需要的合金化元素含量，在成本和随后的产品加工(焊接、成形)便利性方面，这是有利的。
示例3
表5示出两种参照钢的化学组成(按重量％计)的示例。标号为Ref1的钢(铝脱氧钢)和标号为Ref2的无间隙钢通常用于制造电视机防爆带。表5还示出与本发明相对应的两种双相钢的化学组成(标号Inv3和Inv4)。厚度约为1mm的薄钢板根据示例1的指示生产。然后这些薄钢板在780℃和820℃之间的温度范围内经受连续退火，接着在680℃下经受镀铝处理，并经受变形比在1％和3％之间的光整冷轧操作。
                                                       表5
  钢   C   Mn   Si   S   P   Al   Cr   Mo   Ti   N
  Ref1   0.030   0.2   0.01   0.013   0.007   0.050   0.03   -   -   0.005
  Ref2   0.004   0.9   0.13   0.007   0.050   0.040   -   -   0.1   0.004
  Inv3   0.12   1.4   0.35   0.002   0.015   0.030   0.2   0.06   0.01   0.006
  Inv4   0.07   2.1   0.2   0.001   0.015   0.030   0.36   -   -   0.005
然后使所得到的薄钢板经受与电视机防爆带制造循环相对应的处理：ε＝3％(用于装配防爆带的膨胀操作)并加热到375-550℃以用于收缩配合。表6中示出在这些条件下测得的屈服强度。
         表6
  参照   Rp0.2(MPa)
  Ref1   365
  Ref2   369
  Inv3   580
  Inv4   560
参照钢Ref1的显微结构由铁素体和钛的碳氧化物沉淀物组成，而钢Ref2的显微结构由铁素体和渗碳体组成。
这些结果清楚地表明，根据本发明特征的钢的屈服强度大于500MPa，显著高于常规技术方案。因此，对于给定的机械性能，在生产阴极射线管防爆带时能显著减轻重量。

Claims (4)

1.一种制造能用于制造电视机防爆带的双相薄钢板的方法，其特征在于：
-熔炼一种钢，所述钢的化学组成按重量计包括：
0.03％≤C≤0.3％；
1％≤Mn≤3％；
0.05％≤Si≤2％；
0.02％≤Al≤2％；
0.02％≤Cr≤1％；
Mo≤1％；
S≤0.02％；
P≤0.2％；
N≤0.01％，
以及，任选地，选自Ti、V、Zr和Nb中的一种或多种元素，其中各元素的含量在0.001％和0.2％之间，该化学组成的其余成分由铁和熔炼产生的杂质构成；
-将包含所述化学组成的钢的板坯或锭加热到1100℃和1300℃之间的温度；
-热轧所述板坯或锭，热轧结束时的温度高于钢的Ar3温度；
-以1℃/s和500℃/s之间的速率V冷却冷却由此得到的薄钢板；
-在温度T卷绕下卷绕所述薄钢板，该温度T卷绕为300℃＜T卷绕＜720℃；
-冷轧所述薄钢板；
-使所述冷轧过的薄钢板在温度Ta下经受连续退火操作，所述温度Ta＞Ac1；
-以大于2℃/s的冷却速率将所述薄钢板冷却至镀铝温度；
-在650℃和720℃之间的温度下在铝基熔池中对所述薄钢板进行热浸镀铝；和
-以大于2℃/s的速率将所述薄钢板冷却至室温。
2.一种如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，对所述镀铝薄钢板进行压缩比小于5％的光整冷轧处理。
3.一种根据权利要求1或2所述方法制造的薄钢板，其特征在于，所述钢的结构由包含比例在5％和30％之间的马氏体和少于2％的碳化物相的铁素体基体构成。
4.一种电视机防爆带，其特征在于，它由如权利要求3所述的薄钢板的带材制成。
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