CN108677087B - 低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法 - Google Patents

低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低合金高强冷轧退火钢板和镀层钢板的制备方法，属于钢铁产品生产技术领域。本发明为了解决冷轧低合金高强钢普冷及热镀锌产品由于成分及工艺上的差异，造成的质量损失问题，提供了一种同时适用于低合金高强冷轧退火钢板和镀层钢板的制备方法，通过控制钢板化学成分为C0.05～0.09％，Si0.30‑0.50％，Mn1.00～1.40％，P≤0.025％，S≤0.010％，Nb0.035～0.060％，Al0.020～0.070％，余为Fe和不可避免杂质，采用轧制工艺一体化控制技术，实现了连续退火和连续热镀锌机组生产同强度级别的退火钢板和镀层钢板产品，减化了生产计划编排，提高了产品质量一致性。

Description

低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法
技术领域
本发明属于钢铁产品生产技术领域，具体涉及一种同时适用于同级别水平的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法。
背景技术
汽车用冷轧低合金高强钢作为传统高强钢因其强度级别介于碳素结构钢和双相钢之间，且较双相钢具有更低的成本，在汽车内部结构件中仍具有广泛的应用。但是，由于连续退火生产线(再结晶退火+400℃左右过时效)与连续热镀线产线(再结晶退火+460℃左右热镀锌)的差异，即使同强度级别普冷产品和热镀锌产品，在成分设计、工艺控制上存在差异。加之冷轧汽车结构用钢品种规格多、断面尺寸多、小合同等特点，无形中增加冶炼、轧制、退火/热镀锌过程中成分及工艺的频繁切换，影响产品的工艺及质量的稳定性。因此，探索一种同时适用于连续退火和连续热镀锌的冷轧低合金高强钢板制备方法是对优化生产组织、降低过程质量损失具有重要意义。
从当前公开的相关专利和文献来看，以上问题并未得到很好地解决。CN1288269C公开了一种低合金高强用钢制造方法，其成分(质量百分比，％)为C0.06～0.09、Mn1.30～1.40、Si0.195～0.305、P≤0.015、S≤0.006、V0.025～0.035、Nb0.015～0.025、Ti0.010～0.020、Al0.020～0.035、CaO0.0015～0.0045，其重点在于冶炼工艺的制造方法，主要解决边部角裂纹和钢的纯净度问题。CN 102492823B公开了一种屈服强度420MPa级冷轧低合金高强钢板的连续退火工艺，主要解决屈服强度420MPa级冷轧低合金高强钢连续退火工艺参数的设定问题。CN103789625B公开了一种罩式退火生产微合金化冷轧低合金高强钢的方法，其成分设计为：C0.05～0.10Wt％、Mn0.5～1.5Wt％、S≤0.020Wt％、Si≤0.5Wt％、Nb0.01～0.05Wt％、Ti0.01～0.06Wt％，结合罩式退火工艺，可获得屈服强度为462MPa、抗拉强度579MPa、延伸率A80为24％的综合性能。文献《HC420LA高强钢组织和成形性能的研究》、《本钢汽车用冷轧低合金高强钢CR420LA的研制与开发》和《汽车用热镀锌低合金高强钢的研发》研究结果表明，420MPa级冷轧低合金高强钢连续退火与连续热镀锌产品在成分及工艺设计上存在差异。以上专利及文献仅限于420MPa级冷轧低合金高强钢连续退火和连续热镀锌的一种成分设计与控制，未对连续退火和热镀锌产品进行一体化成分设计及工艺控制。
发明内容
本发明为了解决420MPa级冷轧低合金高强钢普冷及热镀锌产品由于成分及工艺上的差异，造成的质量损失问题，提供了一种同时适用于低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法，以减化生产计划编排，提高同级别产品质量一致性。
低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法，包括以下步骤：铁水脱硫→转炉→LF→CC→热连轧→酸轧→连续退火/连续热镀锌→光整/拉矫，所述低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的化学成分的重量百分比为：C：0.05～0.09％，Si：0.30-0.50％，Mn：1.00～1.40％，P：≤0.025％，S：≤0.010％，Nb：0.035～0.060％，Al：0.020～0.070％，余量为Fe和不可避免杂质。
优选的，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，C：0.06～0.08％。
优选的，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，Si：0.035～0.45％。
优选的，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，Mn：1.05～1.20％。
优选的，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，P：0.015～0.025％。
优选的，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，Nb：0.045～0.055％。
其中，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，当制备退火钢板时，包括以下步骤：铁水脱硫→转炉→LF→CC→热连轧→酸轧→连续退火→光整；所述低合金高强冷轧退火钢板的化学成分的重量百分比为：C：0.05～0.09％，Si：0.30-0.50％，Mn：1.00～1.40％，P：≤0.025％，S：≤0.010％，Nb：0.035～0.060％，Al：0.020～0.070％，余量为Fe和不可避免杂质。
其中，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，所述连续退火的条件为：连续退火带钢运行速度满足S＝530exp(-h/0.48)+78，其中S为带钢运行速度，单位为m/min，h为带钢厚度，单位为mm；退火均热温度为800～810℃，均热时间为220m/运行速度S，缓冷终点温度为600～620℃，过时效温度为400～420℃。
其中，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，所述光整的条件为：控制光整延伸率0.9～1.8％。
其中，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，当制备合金镀层钢板时，包括以下步骤：铁水脱硫→转炉→LF→CC→热连轧→酸轧→连续热镀锌→光整和拉矫；所述合金镀层钢板的化学成分的重量百分比为：C：0.05～0.09％，Si：0.30-0.50％，Mn：1.00～1.40％，P：≤0.025％，S：≤0.010％，Nb：0.035～0.060％，Al：0.020～0.070％，余量为Fe和不可避免杂质。
其中，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，所述连续热镀锌的条件为：连续热镀锌带钢运行速度满足S＝530exp(-h/0.48)+78，其中S为带钢运行速度，单位为m/min，h为带钢厚度，单位为mm；退火均热温度为830～850℃，均热时间为110m/运行速度S，然后以30～80℃/s冷却到465～475℃进入锌液，锌液温度为450～470℃，在锌锅中停留时间3～10秒，镀锌后进行气刀吹扫，然后冷却镀层及水淬。
其中，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，所述光整和拉矫的条件为：控制光整延伸率1.0～1.3％，拉矫0.20～0.40％。
其中，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，所述热连轧的条件为：将板坯加热至1250±10℃，在炉时间不低于t分钟，t＝150-0.05T，T为板坯入炉温度，T为10～1000℃；粗轧温度为1150℃～1230℃；粗轧后控制中间板坯厚度为39mm～43mm；终轧温度为880～920℃；精轧后采用前段层流冷却(≥50℃/s，防止奥氏体粗化)至580～640℃卷取。
其中，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，所述冷轧的条件为：冷轧连轧过程，原料厚度H(mm)与带钢厚度h(单位，可轧范围0.7～2.5mm)的关系，满足H＝1.1+1.7h。
其中，上述所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法中，所述低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的性能满足：Rp0.2为420～520MPa，Rm：470～590MPa，A80≥17.0％。
本发明的有益效果是：
本发明采用成分及轧制工艺一体化控制技术，实现了连续退火和连续热镀锌机组生产同强度级别的低合金高强冷轧退火钢板和镀层钢板产品，避免了由于成分及工艺上的差异，造成的质量损失问题，减化了生产计划编排，提高了同级别产品质量一致性；本发明方法同时适用于连续退火和连续热镀锌的冷轧低合金高强钢板的制备，对优化生产组织、降低过程质量损失具有重要意义。
附图说明
图1为实施例1成品的显微组织图(HC420LA,11.5级)。
图2为实施例2成品的显微组织图(H420LAD+Z，11.5级)。
具体实施方式
低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法，包括以下步骤：铁水脱硫→转炉→LF→CC→热连轧→酸轧→连续退火/连续热镀锌→光整/拉矫，所述低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的化学成分的重量百分比为：C：0.05～0.09％，Si：0.30-0.50％，Mn：1.00～1.40％，P：≤0.025％，S：≤0.010％，Nb：0.035～0.060％，Al：0.020～0.070％，余量为Fe和不可避免杂质。
本发明选择化学成分及其范围的原因如下：碳含量范围的选择主要考虑强度、成形性和焊接性能的匹配，如果碳含量低于0.05％，则钢板的强度低，需添加更多的其它强化合金元素才能达到高强度要求，不符合低成本设计；若高于0.09％，则钢板的成形性和焊接性将降低，同时不利于低强度级别性能控制，碳含量优选0.06～0.08％。
Si主要起固溶强化作用，高于0.50％将影响镀层质量，优选0.035～0.45％。
Mn主要是以固溶强化形式提高强度并且与硫结合成MnS，防止因FeS所造成的热裂纹，Mn含量过高，会影响钢的焊接性能，优选1.05～1.20％。
少量磷可提供固溶强化效果，更重要的是能净化再结晶铁素体，促进珠光体转变，提高试验钢的耐时效性能，优选0.015～0.025％。
S作为残留元素存在，按≤0.010％控制。铝主要是作为脱氧元素添加的，要实现完全脱氧，其含量要求在0.020％以上，但过高的铝将影响钢的焊接性能及铸坯夹杂物控制，因此，Al含量选择为0.020％～0.070％为宜。
微合金Nb加入是为了通过提高奥氏体再结晶温度，从而有效地细小晶粒，同时与C、N元素结合形成Nb(C,N)强化铁素体基体，从而实现高强度目的，根据其强度级别要求，优选0.045～0.055％。
本发明中未采用Nb+Ti复合微合金化，主要是由于Ti微合金化易与C、N、O等结合，合金收得率低，工艺敏感性高，导致性能波动大。
本发明通过对退火钢板和镀层钢板的成分进行控制，使两者成分具备一致性，然后热连轧和冷连轧采用相同工艺，通过调整连续退火和连续热镀锌工艺，使连续退火产品和热镀锌产品性能达到相同强度级别水平，采用一体化控制技术，实现了连续退火和连续热镀锌机组生产同强度级别产品。
冶炼时，按常规铁水脱硫、转炉冶炼、LF炉处理，将钢水成分控制在上述范围内，经连铸成230mm厚的连铸坯；为保证铸坯质量，采用包晶钢保护渣进行保护浇铸，同时采用恒拉速0.9～1.3m/min进行浇铸。
热连轧过程为板坯加热－粗轧(作用：使板坯厚度大幅减薄，细化晶粒组织)－精轧(有7座轧机，最后一座机架的轧制叫终轧)－层流冷却－卷取。热连轧时，为保证组织的均匀性和消除铸坯缺陷，同时使Nb微合金化元素充分固溶，板坯需重新加热至1250±10℃，在炉时间不低于t分钟(t＝150-0.05T，T为板坯入炉温度，T为10～1000℃)以保证板坯均匀性。由于Nb微合金化显著提高奥氏体再结晶温度，需提高轧制速度，粗轧1150℃～1230℃，全长除磷，避免氧化铁皮压入。粗轧后中间板坯厚度在39mm～43mm，采用无芯移送热卷箱卷取，保证通卷温度均匀性；热连轧终轧温度范围为880～920℃，可避免由于边部温降时两相区轧制造成的混晶组织；精轧后采用前段层流冷却(≥50℃/s，防止奥氏体粗化)至580～640℃卷取，以得到晶粒细小均匀热轧组织。
酸轧包括酸洗+冷连轧两个过程的串联，其中冷连轧过程中，原料厚度H(mm)与带钢厚度h(单位，可轧范围0.7～2.5mm)的关系，满足H＝1.1+1.7h。
当制备退火钢板时，采用铁水脱硫→转炉→LF→CC→热连轧→酸轧→连续退火→平整工序；其中，连续退火带钢运行速度(S，单位m/min)根据带钢厚度(h，单位mm)而定，且满足S＝530exp(-h/0.48)+78，公式中h仅取数值，不换算单位；退火均热温度按800～810℃控制，均热时间为220m/运行速度S，缓冷终点温度控制在600～620℃，过时效温度控制在400～420℃，光整延伸率按0.9～1.8％控制(厚度越厚，光整延伸率越高)。
当制备合金镀层钢板时，采用铁水脱硫→转炉→LF→CC→热连轧→酸轧→连续热镀锌→平整和拉矫工序；其中，连续热镀锌工艺：连续热镀锌带钢运行速度(S，单位m/min)根据带钢厚度(h，单位mm)而定，且满足S＝530exp(-h/0.48)+78，公式中h仅取数值，不换算单位；退火均热温度830～850℃，均热时间均热时间为110m/运行速度S，以30～80℃/s快速冷却到465～475℃进入锌液，锌液温度450～470℃，在锌锅中停留时间约为3～10秒，镀锌后进行气刀吹扫控制镀层厚度，然后风机冷却镀层及水淬，促进细小均匀锌花形成，最后带钢进行光整和拉矫，光整延伸率1.0～1.3％，拉矫0.20～0.40％。
本发明通过对退火钢板和镀层钢板的成分进行控制，使两者成分具备一致性，通过调整连续退火和连续热镀锌工艺，使连续退火产品和热镀锌产品性能达到相同强度级别水平，最终成品性能满足：Rp0.2为420～520MPa，Rm：470～590MPa，A80≥17.0％。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
在铁水脱硫、转炉冶炼、LF炉精炼，连铸获得本发明的连铸坯，其化学成分(按重量百分比)含有C：0.07％、Si：0.38％、Mn：1.1％、P：0.020％、S：0.007％、Als：0.038％，Nb：0.049％，余量为Fe及不可避免的杂质；
热连轧：连铸坯(450℃)热送热装于步进式加热炉内，在炉时间148min，出钢温度为1252℃；粗轧采用5道次可逆轧制成41mm中间坯，奇道次除鳞，除鳞水压力22KPa；精轧采用7道次轧制成3.65mm，投用润滑轧制，终轧温度为907℃，随后以前段层流冷却方式至612℃卷取；
酸轧：带钢冷却后用盐酸酸洗，在五机架冷连轧机上轧成1.5mm的冷轧板(即带钢)；
连续退火和光整：轧后卷在连续退火炉中经清洗后进入退火炉中退火，带钢炉内运行速度为101m/min，退火均热温度为806℃，保温131s，然后以2.5℃/s缓冷至610℃，随即以50℃/s速度冷却至410℃进行过时效处理400s，最后水淬至室温进入光整，光整延伸率为1.5％。
本实施例低合金高强冷轧钢板成品的力学性能为屈服强度446MPa，抗拉强度573MPa，延伸率22.0％；其显微组织为铁素体+少量珠光体+少量碳化物组成，铁素体晶粒度11.5级；其显微组织照片见图1。
实施例2
按实施例1进行冶炼、热连轧、酸轧形成轧后锌原料卷；
连续热镀锌→平整和拉矫：轧后卷在连续热镀锌机组中经清洗后进入退火炉中退火，带钢炉内运行速度为101m/min，退火均热温度为836℃，保温65s，随即以50℃/s速度冷却至470℃进入锌锅(锌液温度460℃)，带钢在锌液中浸渍4s后立即用气刀进行吹扫，然后风机冷却镀层及水淬，最后带钢进行光整和拉矫，光整延伸率1.2％，拉矫0.3％。
本实施例低合金高强合金镀层钢板成品的力学性能为屈服强度450MPa，抗拉强度569MPa，延伸率24.5％；其显微组织同样为铁素体+少量珠光体+少量碳化物组成，铁素体晶粒度11.5级；其显微组织照片见图2。
实施例3
按实施例1工艺控制。不同的是，化学成分(按重量百分比)含有C：0.03％、Si：0.35％、Mn：1.05％、P：0.018％、S：0.007％、Als：0.040％，Nb：0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。其成品力学性能为屈服强度424MPa，抗拉强度532MPa，延伸率26％。
实施例4
按实施例2工艺控制。不同的是，化学成分(按重量百分比)含有C：0.03％、Si：0.35％、Mn：1.05％、P：0.018％、S：0.007％、Als：0.040％，Nb：0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。其成品力学性能为屈服强度430MPa，抗拉强度527MPa，延伸率265％。
实施例5
按实施例1工艺控制。不同的是，化学成分(按重量百分比)含有C：0.08％、Si：0.45％、Mn：1.2％、P：0.018％、S：0.007％、Als：0.040％，Nb：0.055％，余量为Fe及不可避免的杂质。其成品力学性能为屈服强度509MPa，抗拉强度577MPa，延伸率19％。
实施例6
按实施例2工艺控制。不同的是，化学成分(按重量百分比)含有C：0.08％、Si：0.45％、Mn：1.2％、P：0.018％、S：0.007％、Als：0.040％，Nb：0.055％，余量为Fe及不可避免的杂质。其成品力学性能为屈服强度513MPa，抗拉强度584MPa，延伸率18％。
实施例7
按实施例1成分和工艺控制。不同的是，热轧轧后厚度为2.8mm，卷取温度为596℃；冷轧轧后厚度为1.0mm；连续退火炉内带钢速度为144m/min，退火均热温度为803℃，均热时间为92s，光整延伸率为1.0％。其成品力学性能为屈服强度438MPa，抗拉强度558MPa，延伸率26.5％。
实施例8
按实施例2成分和工艺控制。不同的是，热轧轧后厚度为2.8mm，卷取温度为596℃；冷轧轧后厚度为1.0mm；连续热镀锌带钢速度为144m/min，退火均热温度为846℃，均热时间为46s，退火后以90℃/s快速冷却至于465℃进入锌锅镀锌。其成品力学性能为屈服强度441MPa，抗拉强度566MPa，延伸率25.5％。
实施例9
按实施例1成分和工艺控制。不同的是，热轧轧后厚度为4.5mm，卷取温度为608℃；冷轧轧后厚度为2.0mm；连续退火炉内带钢速度为86m/min，退火均热温度为810℃，均热时间为153s，光整延伸率为1.8％。其成品力学性能为屈服强度455MPa，抗拉强度548MPa，延伸率25％。
实施例10
按实施例2成分和工艺控制。不同的是，热轧轧后厚度为4.5mm，卷取温度为608℃；冷轧轧后厚度为2.0mm；连续热镀锌带钢速度为86m/min，退火均热温度为846℃，均热时间为77s，退火后以30℃/s快速冷却至于475℃进入锌锅镀锌。其成品力学性能为屈服强度450MPa，抗拉强度544MPa，延伸率24.5％。

Claims (3)

1.低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：铁水脱硫→转炉→LF→CC→热连轧→酸轧→连续退火/连续热镀锌→光整/拉矫；所述低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的化学成分的重量百分比为：C：0.05～0.09％，Si：0.30-0.50％，Mn：1.00～1.40％，P：≤0.025％，S：≤0.010％，Nb：0.035～0.060％，Al：0.020～0.070％，余量为Fe和不可避免杂质；所述低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的性能满足：Rp0.2为420～520MPa，Rm：470～590MPa，A80≥17.0％；
当制备退火钢板时，包括以下步骤：铁水脱硫→转炉→LF→CC→热连轧→酸轧→连续退火→光整；所述连续退火的条件为：连续退火带钢运行速度满足S＝530exp(-h/0.48)+78，其中S为带钢运行速度，单位为m/min，h为带钢厚度，单位为mm；退火均热温度为800～810℃，均热时间为220m/运行速度S，缓冷终点温度为600～620℃，过时效温度为400～420℃；所述光整的条件为：控制光整延伸率0.9～1.8％；
当制备合金镀层钢板时，包括以下步骤：铁水脱硫→转炉→LF→CC→热连轧→酸轧→连续热镀锌→光整和拉矫；所述连续热镀锌的条件为：连续热镀锌带钢运行速度满足S＝530exp(-h/0.48)+78，其中S为带钢运行速度，单位为m/min，h为带钢厚度，单位为mm；退火均热温度为830～850℃，均热时间为110m/运行速度S，然后以30～80℃/s冷却到465～475℃进入锌液，锌液温度为450～470℃，在锌锅中停留时间3～10秒，镀锌后进行气刀吹扫，然后冷却镀层及水淬；所述光整和拉矫的条件为：控制光整延伸率1.0～1.3％，拉矫0.20～0.40％。
2.根据权利要求1所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法，其特征在于：所述热连轧的条件为：将板坯加热至1250±10℃，在炉时间不低于t分钟，t＝150-0.05T，T为板坯入炉温度，T为10～1000℃；粗轧温度为1150℃～1230℃；粗轧后控制中间板坯厚度为39mm～43mm；终轧温度为880～920℃；精轧后采用前段层流冷却至580～640℃卷取。
3.根据权利要求1所述的低合金高强冷轧退火钢板和合金镀层钢板的制备方法，其特征在于：酸轧中冷连轧的条件为：冷连轧过程，原料厚度H与带钢厚度h的关系，满足H＝1.1+1.7h；其中，h为0.7～2.5mm。
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