CN1888113A - 硬度hr30t在51±3内的软质镀锡板及其制造方法 - Google Patents

硬度hr30t在51±3内的软质镀锡板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

硬度HR30T在51±3之内的软质镀锡板，其成分为(重量百分比)：C≤0.005％；Mn：0.20％～0.30％；Al：0.03％～0.06％；Si≤0.03％；Ti：0.03％～0.06％；P≤0.012％；S≤0.015％；N≤0.003％；O：≤0.004％；余量为Fe和一些不可避免的杂质元素。其方法包括如下步骤：炼钢→连铸→热轧→酸轧联合→连续退火→平整→镀锡，主要生产工艺参数如下：板坯出炉温度1190℃～1250℃，终轧温度880℃～920℃，卷取温度控制在560℃～620℃之间，退火温度730℃～760℃之间，保温时间25s～50s，平整延伸率1.2％～2.2％。

Description

硬度HR30T在51±3内的软质镀锡板及其制造方法
技术领域
本发明涉及软质镀锡板及其制造方法，特别涉及硬度HR30T在51±3之内的软质镀锡板及其制造方法，该软质镀锡板采用钛-IF钢连续退火的方法生产，主要用于生产扩径花篮桶，变形较复杂的罐盖和冲压变形的罐。
背景技术
镀锡板的生产技术已较为成熟和公知，随着镀锡板使用范围的扩大，具有优良成型性能的软质镀锡板和薄规格的硬质镀锡板已成为其发展的两个主要方向。
根据日本工业标准JIS G3303，不同级别镀锡板的硬度范围如表1所示。其中T-1到T-3为软质镀锡板，T-4到T-6为硬质镀锡板。
表1  不同级别镀锡板的硬度范围
  级别   HR30T硬度范围
  T-1   49±3
  T-2   53±3
  T-2.5   55±3
  T-3   57±3
  T-4   61±3
  T-5   65±3
  T-6   70±3
目前，软质镀锡板的生产主要有两种途径，一种是采用低碳铝镇静钢生产；另一种是采用添加铌(Nb)的IF钢生产。
日本钢管株式会社于1996年3月19日公开的特开平No.JP873943中采用低碳铝镇静钢生产镀锡板的方法。但这种方法不仅需要在快速冷却后再加热进行时效处理，而且产品具有明显的时效性能，其产品硬度相对较高，后续加工性能也较差，在深冲、大扩径、剧烈弯曲等大变形量的条件下，很容易出现开裂、产生滑移线网纹或弯曲表面起棱等缺陷。而且，采用低碳铝镇静钢不适合生产很软的镀锡板。
随着IF钢生产技术的进步，IF钢固有的良好成形性能和抗时效性能，使得IF钢镀锡产品已显示强大的市场竞争力。日本钢管株式会社于1995年8月1日公开的特开平No.JP7197192就公开了一种采用添加铌(Nb)的IF钢生产的软质镀锡板及其制造方法。该专利生产的软质镀锡板采用如下化学成分：C：≤0.004％，Mn：≤0.6％，Al：0.03～0.10％，N≤0.004％，Nb：0.021～0.050％，且Nb与C的原子数量比大于1.0。该专利采用的是铌-IF钢，对Nb元素的含量都提出了明确的要求。但是，由于铌-IF钢对生产工艺参数敏感，特别是对热轧工艺参数敏感，使产品性能不稳定，而且其再结晶温度高，所需的退火温度高，在组织该产品的生产时，需要使用较多的过渡料和较长的过渡时间，特别是在连续退火炉内生产该产品时容易产生瓢曲甚至发生断带，因而通板性能差，同时热能消耗大，加上合金元素铌价格昂贵，故其生产成本相对较高。另外，铌-IF钢塑性差，虽然各向异性不大，但其总体力学性能较钛-IF钢差。最后，铌在开采和冶炼时有一定的放射性，添加铌的镀锡板(主要用于食品行业)是否对人体有害也还有争议。
同时，尽管该专利公开说明采用在600℃～800℃之间卷取钢板，但该卷取温度上限明显过高，无法进行实际操作，该专利所保护的卷取温度范围明显不合理，因为在接近800℃卷取时，钢板氧化严重，不仅影响后工序的酸洗速度，而且会影响最终产品的表面质量。另外，尽管该专利公开说明采用在670℃～800℃之间退火，但由于该专利采用的是铌IF钢生产软质镀锡板，在该专利给定的退火温度范围内接近670℃退火时(例如670℃～740℃)，钢板很难在正常的机组速度下完成再结晶，即不可能生产出合格的软质镀锡板，因此，该专利所保护的退火温度范围也明显不合理。
而且，近年来，用户对硬度HR30T在51±3之内的镀锡板的需求量很大，而且厚度规格从0.17mm到0.55mm都有。由于厚度规格变化范围大，其硬度很难稳定控制在51±3之内。为此，本发明提供了一种把产品硬度HR30T稳定控制在51±3之内的软质镀锡板生产方法，由于该硬度范围介于T-1CA和T-2CA之间，故可称为T-1.5CA。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用钛-IF钢连续退火生产软质镀锡板的制造方法，该软质镀锡板的硬度HR30T范围为：51±3。
为达到上述目的，本发明提供一种硬度HR30T在51±3之内的软质镀锡板，其成分为(重量百分比)：
C≤0.005％，
Mn：0.20～0.30％，
Al：0.03～0.06％，
Si≤0.03％，
Ti：0.03～0.06％，
P≤0.012％，
S≤0.015％，
N≤0.003％，
O≤0.004％，
余量为Fe和一些不可避免的杂质元素。
其中，为了确保本发明中软质镀锡板的硬度HR30T在51±3的范围内(该硬度范围的软质镀锡板以下将称为T-1.5CA软质镀锡板)，对于不同的产品厚度，使用两种不同的化学成分生产。化学成分按重量百分比计为：(1)生产薄规格镀锡板产品(厚度≤0.25mm)时，钢种的化学成分范围为：C(％)≤0.002，Mn(％)：0.20～0.30，P(％)≤0.012，S(％)≤0.015，Al(％)：0.03～0.06，N(％)≤0.003，Si(％)≤0.03，Ti(％)：0.03～0.045，O(％)：≤0.004；(2)生产厚规格镀锡板产品(厚度＞0.25mm)时，化学成分范围为：C(％)：0.0020～0.0050，Mn(％)：0.20～0.30，P(％)≤0.012，S(％)≤0.015，Al(％)：0.03～0.06，N(％)≤0.003，Si(％)≤0.03，Ti(％)：0.04～0.06，O(％)：≤0.004。
以下是本发明专利主要元素的作用及其限定说明：
C：≤0.005％，
C元素是强化元素之一，为了保证产品性能满足要求，并且硬度HR30T稳定控制在54以下，C含量必须控制在0.005％以下。如果C含量超过0.005％，为了确保抗时效性能，则必须添加更多的Ti，从而会使生产成本增加，同时，产品的硬度将上升，成型性能变差，很难生产T-1.5CA软质镀锡板。由于不同厚度的产品，测量硬度HR30T时，底座的砧座效应不同，测量规格产品时底座的砧座效应大，测量结果偏高，因而，对于产品厚度小于或者等于0.25mm的产品，把C含量控制在≤0.002％，而对于产品厚度大于0.25mm的产品，把C含量控制在0.002％～0.005％之间，通过C含量来调节产品的实际硬度，从而抵消底座砧座效应造成的影响，把最终产品的硬度HR30T稳定控制在51±3之内。
Mn：0.20～0.30％，
Mn是本发明的主要固溶强化元素，它对最终产品的力学性能有较大影响，含Mn量越高，硬度越高，因此本发明将Mn元素控制在0.30％以下，当Mn元素含量超过0.30％时，一方面生产成本将提高，另一方面产品硬度也将上升，易超出T-1.5CA的硬度上限。但当Mn元素低于0.20％时，产品的硬度又容易低于T-1.5CA的硬度下限，因此，本发明将Mn含量控制在0.20％～0.30％之间。
Ti：0.03～0.06％，
Ti是强碳化物形成元素，主要起固定游离碳使它形成TiC的作用，Ti能显著提高软质镀锡板的抗时效性能，尤其是其冲压成型性，同时TiC也有一定的弥散强化作用，能提高材料的强度和硬度，但Ti价格较贵(虽然比Nb便宜得多)，含Ti量增高将增加成本，故应严格控制其含量，本发明将其含量控制在0.06％以下。但当钛含量较低时，无法将钢中的C等固溶原子全部固定，因此，本发明将Ti元素含量控制在0.03％以上。但具体数量应根据钢中的C含量相应地调整Ti含量，对于C含量≤0.002％时，Ti含量控制在0.03～0.045％之间，而对于C含量在0.002～0.005％时，Ti含量控制在0.04～0.06％。
Al：0.03～0.06％，
Al是镇静元素，也是强氮化物形成元素，用来固定N原子，对提高材料的抗时效性能有利，另外它对耐蚀性及力学性能等有影响，本发明将Al含量严格控制在0.03％～0.06％之间。当Al含量低于0.03％时，达不到固定N原子的目的，材料抗时效性能变差，当Al含量高于0.06％时，成本增高，而且将抑制退火时再结晶晶粒的成长，因此把Al含量控制在0.06％以下。
Si：≤0.03％，
Si虽有一定的强化作用但恶化耐蚀性，故越低越好，本发明要求将其含量控制在0.03％以下，当其含量超过0.03％时，明显恶化耐蚀性能。
其它元素：P(P≤0.012％)，S(S≤0.015％)，N(N≤0.003％)，O(O≤0.004％)是有害杂质元素，应严格控制，越低越好，否则影响软质镀锡板的力学性能及耐蚀性，O的多少反映了材料的夹杂物含量，由于T-1.5CA软质镀锡板多用于冲压成形的鱼等身的生产，因此要严格控制其O含量，从而控制其氧化物夹杂，确保料冲压后也不开裂。
本发明的T-1.5CA软质镀锡板采用以下工序生产：炼钢→连铸→热轧→酸轧联合→连续退火→平整→镀锡，也可以采用炼钢→连铸→热轧→酸洗→冷连轧→连续退火→平整→镀锡，或炼钢→连铸→热轧→酸洗→多次可逆冷轧→连续退火→平整→镀锡工艺生产。
以下是主要工序的关点：
炼钢：钢水在转炉冶炼中合适的停吹[C](碳浓度)和钢包F[O](自由氧浓度)是保证RH脱氧效果的关。在精炼中进行RH真空脱气处理，[C]控制是关，Al的加入时机应根据钢水的游离氧含量把握，避免产生过量的Al2O3。另外，夹杂物的控制也是炼钢工序的关，故应严格控制O含量。
热轧：热轧出炉温度控制在1190℃～1250℃之间，优选的热轧出炉温度控制在1200℃～1240℃之间；热轧终轧温度控制在880～920℃之间。理论和生产实践均已证明终轧温度大于920℃，带钢表面氧化严重，产品表面质量差，但当终轧温度低于880℃时，将使热轧带钢出现混晶组织，并导致最终产品组织性能的不均。本发明使用连续退火生产的T-1.5CA软质镀锡板，热轧终轧温度控制在880～920℃之间时，使带钢表面氧化较轻，使后续酸洗效率提高，产品表面质量也提高，而且在带钢中也不出现混晶组织，最终产品组织性能均匀。优选的热轧终轧温度范围控制在885～915℃之间。热轧卷取温度控制在560℃～620℃之间。提高卷取温度可以降低最终产品的硬度，提高最终产品的成形性能，但是当卷取温度大于620℃时，会使带钢表面氧化铁皮增厚，酸洗变得困难，且影响产品表面质量。当卷取温度小于560℃时，热轧中间产品晶粒过小，并影响到成品组织，使最终成品的晶粒细小，硬度增加，塑性较差。所以对于本发明使用连续退火生产的T-1.5CA软质镀锡板，热轧卷取温度控制在560℃～620℃时，最终产品的硬度范围可以控制在51±3之内，卷取后带钢表面氧化铁皮量较少，酸洗较为容易，酸洗生产效率高，而且最终产品的表面质量好。优选的热轧卷取温度控制在570℃～610℃之间。
酸洗和冷轧：可以采用酸轧联合机组生产，或者先酸洗，后进行冷连轧或多次可逆冷轧，但最好采用酸轧联合机组生产，以提高生产效率。酸洗时应根据机组的酸洗能力，调整机组速度，保证酸洗效果。冷轧为五机架连轧时，冷轧总压下率为82％～92％。冷轧变形量将影响材料的力学性能，而且适宜的冷轧变形量便于轧硬材尺寸精度的保证和板形的控制。变形量太小则材料成型性差，变形量太大则冷轧生产消耗增加且轧硬材板形差，影响后续连退工序的高速稳定通板。本发明使用连续退火生产的不同规格的T-1.5CA软质镀锡板的冷轧变形量在普通低碳铝镇静钢镀锡板轧制规程上适当提高了冷轧变形量，适当提高冷轧过程中各机架的轧制力，确保IF钢的稳定轧制。
连续退火：本发明使用连续退火生产的T-1.5CA软质镀锡板，退火温度控制在730℃～760℃之间，保温时间控制在25s～50s之间。虽然采用罩式退火也能生产出软质镀锡板，但罩式退火工艺生产的镀锡产品力学性能不均匀，其产品板形和表面质量远不如连续退火生产的软质镀锡板。本发明采用钛-IF钢连续退火生产T-1.5CA软质镀锡板，其产品力学性能均匀，产品表面质量好，可以较好地满足用户要求，因而具有较强的市场竞争力。退火温度高于760℃时，由于带钢材质软、厚度薄，带钢在退火炉内很容易发生瓢曲甚至断带，同时能量消耗也将增加。因此本发明专利将退火温度控制在760℃以下。退火温度低于730℃时，无法确保在较高的机组速度条件下也能完成再结晶，产品硬度增高，成型性能下降，因此本专利将退火温度控制在730℃以上。优选的，退火温度控制在735℃～755℃之间。保温时间和退火温度是相互影响的，提高退火温度便于缩短保温时间，但是保温时间不能小于25s，否则再结晶晶粒长大不充分，材质偏硬，塑性下降，同时机组生产速度太快时带钢容易跑偏。保温时间又不能太长，保温时间超过50s时，由于连退机组速度太低，一方面生产效率降低，另一方面晶粒长得太大，材质偏软而且在退火炉内带钢很容易瓢曲甚至断带。本发明使用钛-IF钢连续退火生产的T-1.5CA软质镀锡板，比使用铌-IF钢(退火温度通常要在750℃以上才能确保充分再结晶)连续退火生产软质镀锡板的退火温度要低，因此在生产计划编排时可以减少过渡卷的用量和升、降温的时间，提高生产效率，降低生产成本，而且由于温度的降低，大幅度降低了带钢在退火炉内发生瓢曲和断带的几率。
平整：退火后采用双机架平整，平整延伸率控制在1.2％～2.2％之内。平整延伸率小于1.2％时，产品表面质量特别是厚规格产品的表面粗糙度和板形难以控制，而且材质偏软；而平整延伸率大于2.2％时，硬度将显著提高，材料的成型性能和焊接性能(焊缝质量)将恶化，而且平整辊辊耗也会有所提高。优选的平整延伸率控制在1.4％～2.0％之内。
镀锡：本发明使用连续退火生产的T-1.5CA软质镀锡板，采用与普通镀锡板相同的镀锡工艺即可生产。
本发明使用钛-IF钢生产T-1.5CA软质镀锡板。由于钛-IF钢再结晶退火之后屈服强度低、硬度低，延伸率、n值(即加工硬化指数)及r值(即塑性应变比)高，而且不存在屈服延伸(YPEl＝0)，因而本发明的T-1.5CA软质镀锡板，质地较软，抗时效性能好，既可保证最终产品的优良成形性能和抗时效性能，还能确保其性能均匀，板形优良。同时，采用钛-IF钢生产软质镀锡板，对热轧工艺参数不敏感，再结晶温度低，总体力学性能好。另外由于Ti-IF钢退火温度比Nb-IF钢低，连退生产过程更加安全，热能消耗低，过渡料用量小，而且Ti比Nb价格便宜，故本发明的软质镀锡板生产成本低。
具体实施方式
以下是本发明生产T-1.5软质镀锡板的实例说明。
实例1-6：采用钛-IF钢生产较厚(＞0.25mm)的T-1.5软质镀锡板。钢水经RH精炼真空脱气处理，并采用了多种控制夹杂物的措施，最后经常规连铸工艺生产连铸坯，钢水的化学成分如表2所示，钢中还含有其它不可避免的杂质元素，余量为Fe。
                                             表2  实例1-6的基板化学成分实绩，Wt％
编号   成品厚度(mm) C Si Mn P S Al N O Ti
  1   0.26   0.0050   0.007   0.26   0.010   0.0065   0.045   0.0026   0.0027   0.060
  2   0.28   0.0040   0.015   0.28   0.012   0.0055   0.053   0.0030   0.0040   0.045
  3   0.32   0.0032   0.012   0.30   0.006   0.0150   0.030   0.0018   0.0030   0.055
  4   0.55   0.0020   0.030   0.20   0.008   0.0065   0.060   0.0025   0.0023   0.040
  5   0.30   0.0027   0.008   0.27   0.009   0.010   0.035   0.0021   0.0035   0.043
  6   0.35   0.0035   0.023   0.23   0.007   0.012   0.055   0.0023   0.0021   0.046
连铸坯在热轧前加热到热轧开坯温度，经粗轧、精轧及层流冷却后卷取，经2～3天室温冷却后经CDCM机组(酸洗和冷连轧联合机组)生产冷轧板。具体工艺参数见表3：
           表3  实例1-6的主要工艺参数实绩
编号   出炉温度(℃)   热轧终轧温度(℃)   热轧卷取温度(℃)   冷轧压下率(％)
  1   1250   920   620   89
  2   1220   910   605   88
  3   1215   905   587   87
  4   1190   880   560   82
  5   1200   885   570   89
  6   1240   915   610   87
将冷轧带钢在CAPL机组(连续退火和平整机组)进行退火、平整，然后进行常规镀锡生产镀锡板，退火工艺参数及镀锡原板硬度如表4所示。
               表4  实例1-6的退火工艺参数实绩
编号   退火均热保温时间(s)   退火温度(℃)   平整伸长率(％)   镀锡原板硬度HR30T
  1   25   760   2.2   52.7
  2   32   755   1.5   51.1
  3   38   745   1.2   51.2
  4   50   730   1.4   50.3
  5   40   750   2.0   51.7
  6   27   735   1.8   52.0
最终产品的力学性能时效前后基本相同，其时效后力学性能如表5所示。
                      表5  实例1-6的力学性能和表面质量实绩
编号 条件应力σ0.2(Mpa) 抗拉强度(MPa) 均匀延伸率(％)   屈服延伸率YPEl(％) 断裂延伸率(％)   镀锡板成品硬度(HR30T) 表面质量
  1 255  362   24   0   39   52.7   优
  2 259  358   25   0   40   51.1   更优
  3 252  350   25   0   40   51.3   更优
  4 246  359   26   0   42   50.3   优
  5 253  352   25   0   40   51.7   更优
  6 251  350   26   0   41   52.0   优
实例7-12：采用钛-IF钢生产厚度小于等于0.25mm薄规格镀锡板。钢水经RH精炼真空脱气处理，并采用了多种控制夹杂物的措施，最后经常规连铸工艺生产连铸坯，钢水的化学成分如表6所示，钢中还含有其它不可避免的杂质元素，余量为Fe。
                                                表6  实例7-12的基板化学成分实绩，Wt％
  编号   成品厚度 C Si Mn P S Al N O Ti
  7   0.23   0.0015   0.025   0.23   0.009   0.0150   0.060   0.0023   0.0040   0.045
  8   0.25   0.0020   0.006   0.28   0.012   0.0100   0.030   0.0020   0.0021   0.042
  9   0.17   0.0012   0.015   0.30   0.007   0.0060   0.045   0.0030   0.0018   0.035
  10   0.20   0.0018   0.008   0.21   0.010   0.0080   0.050   0.0018   0.0027   0.030
  11   0.21   0.0017   0.030   0.27   0.009   0.0120   0.040   0.0027   0.029   0.038
  12   0.19   0.0019   0.018   0.20   0.011   0.0110   0.055   0.0023   0.035   0.039
连铸坯在热轧前加热到热轧开坯温度，经粗轧、精轧及层流冷却后卷取，经2～3天室温冷却后经CDCM机组(酸洗和冷连轧联合机组)生产冷轧板。具体工艺参数见表7：
             表7  实例7-12的主要工艺参数实绩
编号   出炉温度(℃)   热轧终轧温度(℃)   热轧卷取温度(℃)   冷轧压下率(％)
  7   1245   918   600   89
  8   1250   920   620   88
  9   1200   885   570   92
  10   1225   912   590   90
  11   1240   915   610   90
  12   1190   880   560   91
将冷轧带钢在CAPL机组(连续退火和平整机组)进行退火、平整，然后进行常规镀锡生产镀锡板，退火工艺参数如表8所示。
              表8  实例7-12的退火工艺参数实绩
  编号   退火温度(℃)   退火均热保温时间(s)   平整伸长率(％)   镀锡原板硬度HR30T
  7   735   29   1.9   52.9
  8   730   50   2.2   51.7
  9   745   27   1.5   50.7
  10   760   25   1.4   51.6
  11   740   35   2.0   51.3
  12   750   26   1.2   51.9
最终产品的力学性能时效前后基本相同，其时效后力学性能如表9所示。
                     表9  实例7-12的力学性能和表面质量实绩
编号 条件应力σ0.2(Mpa) 抗拉强度(MPa) 均匀延伸率(％)   屈服延伸率YPEl(％)   断裂延伸率(％)   镀锡板成品硬度HR30T 表面质量
  7   265   363   25   0   39   52.8   优
  8   250   350   24   0   41   51.7   优
  9   249   351   24   0   37   50.8   更优
  10   252   352   25   0   40   51.6   更优
  11   251   350   24   0   40   51.3   更优
  12   256   357   24   0   38   51.9   优

Claims (14)

1.一种硬度HR30T在51±3内的软质镀锡板，其成分为(重量百分比)：
C≤0.005％；
Mn：0.20％～0.30％；
Al：0.03％～0.06％；
Si≤0.03％；
Ti：0.03％～0.06％；
P≤0.012％；
S≤0.015％；
N≤0.003％；
O：≤0.004％；
余量为Fe和一些不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的镀锡板，其特征在于，当产品厚度≤0.25mm时，所述C含量为≤0.002％；所述Ti含量为0.03％～0.045％。
3.根据权利要求1所述的镀锡板，其特征在于，当产品厚度＞0.25mm时，所述C含量为0.002％～0.005％；所述Ti含量为0.04％～0.06％。
4.根据权利要求1所述的软质镀锡板的制造方法，包括如下步骤：炼钢→连铸→热轧→酸轧联合→连续退火→平整→镀锡。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述酸轧联合的步骤通过采用酸洗和冷连轧联合机组完成。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述酸轧联合的步骤可由先酸洗后进行冷连轧或多次可逆冷轧的步骤代替。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述热轧步骤中，板坯出炉温度控制在1190℃～1250℃之间，终轧温度控制在880℃～920℃之间；卷取温度控制在560℃～620℃之间。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述热轧步骤中，板坯出炉温度控制在1200℃～1240℃之间，终轧温度控制在885℃～915℃之间；卷取温度控制在570℃～610℃之间。
9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在所述冷轧的步骤中，冷轧变形量控制在82％～92％之间。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述连续退火的步骤中，退火温度控制在730℃～760℃之间，保温时间控制在25s～50s之间。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述退火温度控制在735℃～755℃之间。
12.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述平整步骤采用单机架或双机架完成。
13.根据权利要求4或12所述的方法，其特征在于，在所述平整步骤中，平整延伸率为1.2％～2.2％。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述平整延伸率为1.4％～2.0％。
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