CN111349848A

CN111349848A - 一种抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢及其制造方法

Info

Publication number: CN111349848A
Application number: CN201811580236.1A
Authority: CN
Inventors: 宋凤明; 王巍; 王焕荣; 张国民; 刘运华; 庞厚君
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2038-12-24
Also published as: CN111349848B

Abstract

本发明公开了一种抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢，化学元素质量百分配比为：C：0.008‑0.02％，0＜Si≤0.005％，Mn：0.25‑0.5％，P：0.018‑0.03％，Al≤0.005％，Cu：0.04‑0.1％，Cr：0.1‑0.25％，N：0.0040‑0.010％，Ti：0.02‑0.04％，O：0.02‑0.05％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明还公开了上述高强度覆铝基板用钢的制造方法，包括步骤：(1)冶炼和浇铸；(2)再加热：铸坯被再加热到1180℃‑1250℃；(3)粗轧；(4)精轧；(5)卷取；(6)冷却至室温。高强度覆铝基板用钢力学性能好，塑性佳，且抑制腐蚀。

Description

一种抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢及其制造方法，尤其涉及一种基板用钢及其制造方法。

背景技术

随着技术和经济的发展，对金属材料的性能要求越来越高，单一组成的金属材料常常难以同时满足实际使用过程中多方面性能的要求。选取两种或两种以上的金属材料采用各种不同工艺制成复合板材能够满足特殊的综合性能要求。覆铝钢是在室温条件下通过轧制将铝膜覆在带钢表面形成表面为铝、芯层为钢的复合板带，其既有钢的强度，同时具有铝的散热性好、耐蚀、轻便及美观特性，特别是大幅度降低了成本，在家电面板、散热部件、装饰等领域获得广泛应用。

覆铝带钢生产所用的基板在复合带材生产过程中与表面的铝膜一起变形，所以要求具有与铝相当的强度及塑性，因而基板一般强度低、塑性优良。但覆铝基板同时还要求具有良好的钢铝覆合性能，通常意义上的低屈服强度钢难以用于覆铝钢生产。

公开号为CN102019727A，公开日为2011年4月20日，名称为“冷却器用覆铝钢带及其制备方法和其所用的钢带及铝合金带”的中国专利文献公开了一种覆铝钢带及其制备方法和其所用的钢带及铝合金带。在该中国专利文献所公开的技术方案中，虽然涉及了所用的基板，但其主要用于生产较厚的覆铝带钢，塑性变形能力不充分，难以满足大变形要求。

公开号为CN101525720，公开日为2009年9月9日，名称为“一种新型的用于制备覆铝钢带的专用基体钢带”的中国专利文献公开了新型的用于制备覆铝钢带的专用基体钢带。在该中国专利文献所公开的技术方案中，涉及的钢种为高合金成分，其中Mn含量在15-30％。

公开号为CN107881427A，公开日为2018年4月6日，名称为“一种塑性优良的低屈服强度覆铝基板”的中国专利文献公开了一种低屈服强度覆铝用基板，其为了保证钢铝结合性能以及其他力学性能指标，要求P的含量必须控制在0.01％，这显然增加了钢板的生产难度。

由此可以看出，现有技术中涉及的钢种一方面不具备钢铝结合性能，仅强度塑性与Al相当；另一方面，涉及覆铝基板的现有技术中，普遍存在限制P含量，大大增加了覆铝基板的生产难度。另外，现有技术还存在钢铝截面腐蚀问题，影响覆铝带钢的使用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢，该高强度覆铝基板用钢采用极低C-Si成分体系，并适量添加P和Ti，在保证钢铝结合性能的基础上，获得合适的强度和良好的塑性以及钢铝复合性能，显著降低了生产难度，提高生产效率。

为了实现上述目的，本发明提出了一种抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢，其化学元素质量百分配比为：

C：0.008-0.02％，0＜Si≤0.005％，Mn：0.25-0.5％，P：0.018-0.03％，Al≤0.005％，Cu：0.04-0.1％，Cr：0.1-0.25％，N：0.0040-0.010％，Ti：0.02-0.04％，O：0.02-0.05％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中，采用成分为近似纯铁的低C-Si-Mn设计并添加适量的P和Ti，由于覆铝用钢对钢质的成分控制极为严格，特别是为了保证良好的钢铝界面结合性能，必须限定某些合金成分的添加量，同时对常规的合金成分也有明确的控制要求，这些与普通的钢种存在显著的不同，因此，本案发明人通过大量实验研究分析，设计了上述的化学元素质量百分配比，而各化学元素的设计原理如下：

C：在本发明所述的高强度覆铝基板用钢中，C通过固溶强化会使钢板的屈服强度升高，延伸率降低。根据实际的炼钢工艺，应尽可能降低其含量，因此，在本发明所述的抑制腐蚀的覆铝基板用钢中将C的质量百分比控制在C：0.008-0.02％，其中，优选地，C的质量百分比在0.008-0.015％。

Si：在本发明所述的技术方案中，Si为脱氧元素，也是固溶强化元素，对于本发明所述的技术方案而言，添加Si可以使得钢板的屈服强度升高、延伸率降低，并且超过本案含量上限的Si会恶化钢铝界面复合性能，因此，在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中将Si的质量百分比控制在0＜Si≤0.005％。

Mn：Mn是炼钢脱氧的必要元素，同时能够扩大奥氏体区，降低过冷奥氏体转变温度，促进中低温组织转变，细化钢的显微组织，因而，Mn是重要的强韧化元素。但对于本发明所涉及的钢种而言，添加超过含量上限的Mn将导致钢种发生偏析，恶化基体组织并形成较大的MnS夹杂，从而恶化钢板的可焊性和焊接热影响区韧性。此外，对于本发明所述的技术方案而言，添加过多的Mn也相应增加了成本。因此，在本发明所述的高强度覆铝基板用钢中将Mn的质量百分比控制在0.25-0.5％。

P：P易在晶界处产生偏析，降低晶界结合能，使得钢板变脆。P添加在易切削钢中可以防止碎屑粘刀，从而延长刀具的使用寿命。对于本技术方案的钢种体系来说，由于P与N同属元素周期表中的第五族元素，发明人发现其具有与N近似的属性，在本技术方案所涉及的钢中，其可以抑制Al的扩散，从而尤其起到使得在钢铝界面难以形成脆性的钢铝化合物层的作用，因此提高显著改善钢铝结合性能，从而对实现本案的技术效果具有重要作用。但另外一方面，在本技术方案中，超出含量上限的P对本发明钢种的韧性和延伸率不利，因此，在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢将P的质量百分比控制在0.018-0.03％，优选地，可以将P的质量百分比进一步控制在0.018-0.024％。

Al：在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中，Al是脱氧必需的元素，同时也会提高钢的强度，然而含量较高的Al易扩散到钢铝结合界面，恶化界面结合强度。因此，在本发明所述的技术方案中需要控制Al的质量百分比，以避免影响钢铝结合性能，在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中将Al的质量百分比控制在Al≤0.005％。

Cu：Cu有固溶强化作用，因此，对于本发明所述的技术方案而言，添加Cu可以在适当温度下回火有二次硬化效应，从而提高本发明所涉及的钢种的强度。此外，对于本发明所述的技术方案而言，Cu也是提高本发明所涉及的钢种的耐腐蚀性能的元素之一，这是由于Cu的电化学电位高于Fe，因而，添加Cu可以促进钢表面锈层致密化，并且起到稳定锈层的形成的作用，然而超过本案含量上限的Cu会对焊接不利，且热轧时，易发生网裂，因此，在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中将Cu的质量百分比控制在0.04-0.10％。

Cr：对于本发明所述的技术方案而言，Cr是耐蚀元素。Cr的加入可以显著地提高本发明所涉及的钢种的自腐蚀电位，抑制腐蚀的发生。此外，Cr还可以在钢中与Fe形成连续固溶体，从而起到固溶强化效果的作用。另外，Cr可以与C形成多种类型的碳化物如M₃C、M₇C₃和M₂₃C₆等，产生二次强化效应，从而有利于提高本发明所涉及的钢种的性能。然而，另一方面，超过本案含量上限的Cr会对焊接及韧性不利，并且还会增加产能改变，因此，在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中将Cr的质量百分比控制在0.1-0.25％之间。

N：在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中，N能够与钢中的Al形成AlN颗粒，从而抑制Al向界面的扩散，但较高的N固溶含量能够显著提高钢的强度，并对塑性不利。因此，在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中将N的质量百分比控制在0.0040-0.01％，优选地，可以将N的质量百分比进一步控制在0.004-0.008％。

Ti：在本发明所述的高强度覆铝基板用钢中，Ti用来固定C、N原子以降低其对位错运动的阻碍作用。Ti是强铁素体形成元素及碳氮化物形成元素。对于本发明所涉及的钢种而言，适量的氮和钛形成氮化钛，其形成温度在1400℃以上，在高温液相或δ铁素体中析出，其中Ti₄C₂S₂在1260℃开始析出，TiC在1050℃析出，上述细小的析出物可以钉轧晶界，从而细化奥氏体晶粒，同时阻止焊接热影响区晶粒长大，进而提高本发明所涉及钢种的钢板的焊接性能。此外，对于本发明所述的技术方案而言，Ti可以优先与本案中的N结合，从而减少钢中AlN的数量，进而提高本发明所涉及的钢种。然而，超过本案含量上限的Ti会使得TiC、TiN等颗粒粗化，进而使其失去了晶界钉扎效应，增大了晶粒尺寸，降低了晶界强化效果，从而降低了本发明所涉及的钢种的钢板的延伸率，同时增加了制造成本。因此，在本发明所述的抑制腐蚀的覆铝基板用钢中，对Ti的质量百分比限定在0.02-0.04％。在一些优选的实施方式中，还可以进一步限定N、Ti以及C的质量百分比满足关系式Ti/(3.42N+4C)≥0.3。

O：在本发明所述的高强度覆铝基板用钢中，由于本发明所述的技术方案中限制Si、Al的含量在极低的范围内，因而，钢中的氧含量不可避免的偏高。然而，氧元素能够抑制钢中Al元素对钢铝界面结合的不利作用，但同时考虑到过高含量的氧易于形成非金属夹杂物，对钢板的疲劳性能、韧性不利，因此，在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中将O的质量百分比限制在0.02-0.050％，优选地将其质量百分比限制在0.02-0.04％。并且，在一些优选的实施方式中，还可以进一步限定O、Al以及Si的质量百分比满足O/(0.9Al+1.2Si)≥3.0。

综上所述可以看出，本发明所述的技术方案通过P、Cu和Cr的搭配，尤其是本案通过将P作为有益元素添加，以降低生产难度，简化生产工艺，提高生产效率，并且所加入的适量的Cu和Cr，可以控制耐候指数I在1.0-3.0之间，实现了钢铝截面腐蚀的抑制，从而获得了一种具有抑制钢铝截面腐蚀功能的覆铝基板用钢，进而解决了现有技术中的异金属复合材普遍存在的截面腐蚀的问题。

此外，还需要说明的是，本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢具有抑制钢铝截面腐蚀的功能。抑制腐蚀通常有两种途径，一种是在材料表面形成致密的保护性锈层，实现物理阻隔，阻碍腐蚀的向基体深入；另外一种则是提高材料的自腐蚀电位，从而降低腐蚀倾向。本发明所述的技术方案采用后一种方式实现对钢铝截面腐蚀的抑制。另外，由于本案为覆铝用基板，首先必须保证合适的钢铝结合性能，因此，在耐蚀元素的选择上保证不会影响钢铝的界面结合性能，本案发明人发现添加本案所限定含量的Cu和Cr，可以起到固溶在钢中并阻碍Al的扩散的作用，并且不会促进钢铝界面铁铝化合物的形成，对钢铝结合性能无不利影响。但若超过本案所限定的含量，则Cu和Cr会促进表面保护性锈层的形成，影响覆铝材料的外观质量，反而对钢铝结合性能不利。

另外，需要说明的是，在本案中，腐蚀主要发生在覆铝材料的边缘处，即截面位置，而不是整个钢铝界面发生腐蚀。

进一步地，在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中，其还满足：Ti/(3.42N+4C)≥0.3以及O/(0.9Al+1.2Si)≥3.0的至少其中之一。

需要说明的是，上述公式的Ti、N、C、O、Al以及Si分别表示其各自的质量百分比，并且代入上述公式的数值为百分号前的数值，例如Ti的质量百分比为0.021％、N的质量百分比为0.0068％，C的质量百分比为0.0082％，则代入上述公式Ti/(3.42N+4C)＝0.021/(3.42×0.0068+4×0.0082)＝0.37。

进一步地，在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中，各化学元素质量百分含量还满足下列各项的至少其中之一：

C：0.008-0.015％，P：0.018-0.024％，N：0.004-0.008％，O：0.02-0.04％。

进一步地，在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中，在其他不可避免的杂质中：S≤0.005％。

进一步地，在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中，其基体为等轴状铁素体，铁素体晶粒尺寸为10-50微米。

进一步地，在本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中，其屈服强度为210-290MPa，抗拉强度≥320MPa，延伸率≥40％，且耐候指数I为1.0-3.0。

需要说明的是，耐候钢通过耐蚀元素的加入具有良好的耐大气腐蚀性能，一般将耐候指数在6.0以上的称为耐候钢，其中耐候指数I定义如下：

I＝26.01Cu+3.88Ni+1.2Cr+1.49Si+17.28P-7.29CuNi-9.1NiP-33.39Cu²

由于本领域内的技术人员应当知晓耐候指数I的计算，因此，在此不再赘述。

对于现有技术而言，耐候钢的耐腐蚀性能一方面源自于合金元素对腐蚀电位的提高作用，另一方面来自于材料表面保护性锈层的形成。而保护性锈层的形成并不适用于本发明所述的高强度覆铝基板用钢，因此，必须避免此类锈层的形成，因而，控制耐候指数I在1.0-3.0之间。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种上述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢的制造方法，该制造方法采用高温热轧，生产工艺简单，生产成本较低，所得到的高强度覆铝基板用钢屈服强度低，塑性以及钢铝覆合性能佳。

为了实现上述目的，本发明提出了一种上述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢的制造方法，其包括步骤：

(1)冶炼和浇铸；

(2)再加热：铸坯被再加热到1180℃-1250℃；

(3)粗轧；

(4)精轧；

(5)卷取；

(6)冷却至室温。

在本发明所述的制造方法中，综合考虑本案合金元素在铸坯中的固溶作用，因此，本案控制铸坯在1180℃-1250℃之间再加热。随后经粗轧、精轧、卷取以及冷却从而获得需要的钢板。由于本案的高强度覆铝基板用钢为超低碳钢，同时合金元素添加量很少，因而，其基体为典型的等轴状铁素体组织，铁素体晶粒尺寸为10-50微米。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，粗轧阶段累计变形量≥80％，粗轧结束温度在950-1150℃。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(4)中，控制精轧的终轧温度为840-920℃。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(5)中，将精轧后的钢板水冷至580-640℃进行卷取。

与现有技术相比，本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢及其制造方法具有如下的优点以及有益效果：

本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢具有优良的综合力学性能，屈服强度为210-290MPa，抗拉强度≥320MPa，延伸率超过40％。

此外，本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢具有优良的钢铝界面结合性能，覆铝后的高强度覆铝基板用钢在其钢铝界面化合物层厚度≤5μm，在一些优选的实施方式中甚至可以达到完全没有，因而，本发明所述的高强度覆铝基板用钢的钢铝界面洁净，非常适用于覆铝带钢的生产。

除此以外，本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢具有优良的塑性变形能力，可以满足覆铝轧制过程中的单道次大变形要求，中间无需退火，减少了生产工序，提高生产效率。

本发明所述的制造方法除了具有上述优点以及有益效果以外，由于其采用高温热轧，因而，本发明所述的制造方法生产工艺简单，成本较低，非常适用于企业的大规模生产。

附图说明

图1显示了实施例1的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢的微观组织。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例以及说明书附图对本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-8

表1列出了实施例1-8的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢中各化学元素的质量百分比(wt％)。

表1.(wt％，余量为Fe以及除了S以外其他不可避免的杂质元素)

由表1可以看出，相较于现有技术，本案各实施例的Si、Al的质量百分比均在0.005％以下，O的质量百分比在0.02-0.05％之间，N的质量百分比在0.0040-0.010％。此外，本案将P作为有利元素进行添加，因而，控制P的质量百分比在0.018-0.03％。

实施例1-8的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢的制造方法采用以下步骤制得：

(1)冶炼和浇铸：按照表1所示的化学元素成分，在500kg真空感应炉上冶炼，浇铸得到铸坯。

(2)再加热：铸坯被再加热到1180℃-1250℃。

(3)粗轧：粗轧阶段累计变形量≥80％，粗轧结束温度在950-1150℃。

(4)精轧：控制精轧的终轧温度为840-920℃。

(5)卷取：将精轧后的钢板水冷至580-640℃进行卷取。

(6)冷却至室温。

需要说明的是，在步骤(5)中，卷取的冷却方式除了水冷外，也可以采用空冷，例如高强度覆铝基板用钢较薄时如≤3.0mm时空冷也可以使得高强度覆铝基板用钢在进入卷取机前冷到所需的卷取温度，且性能满足要求。

表2列出了实施例1-8的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢的制造方法中所涉及的具体工艺参数。

表2.

对实施例1-8的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢进行各项测试，测试结果列于表3。

表3.

由表3可以看出，本案各实施例的覆铝基板用钢具有稳定的屈服强度，在不同的轧制工艺下，各种规格钢板的屈服强度在210-290MPa间，抗拉强度≥320MPa，并具有很高的延伸率(延伸率≥40％)以及较高的抑制钢铝截面腐蚀性能。

此外，由表3还可以看出，本案各实施例的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢具有优良的钢铝界面结合性能，覆铝后的高强度覆铝基板用钢在其钢铝界面化合物层厚度≤5μm，而在一些其他的优选的实施方式中，钢铝界面化合物层厚度甚至可以达到完全没有。

图1显示了实施例1的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢的微观组织。如图1所示，实施例1的高强度覆铝基板用钢的基体为等轴状铁素体，铁素体晶粒尺寸为10-50微米。

而结合表1至表3以及图1可以看出，本案各实施例的高强度覆铝基板用钢采用极低的C-Si-Mn设计，辅以少量的Ti、N、O和适当的P，所得到的高强度覆铝基板用钢满足延伸率高、钢铝覆合性能好且变形能力强的覆铝基板要求，并且，本案的制造方法还具有生产周期短，工艺简单的优点，非常适用于覆铝带钢的生产。

本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢具有优良的综合力学性能，屈服强度210-290MPa，抗拉强度≥320MPa，延伸率超过40％。

此外，本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢具有优良的钢铝界面结合性能，覆铝后的高强度覆铝基板用钢在其钢铝界面化合物层厚度≤5μm，甚至可以达到完全没有，因而，本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢的钢铝界面洁净，非常适用于覆铝带钢的生产。

另外，本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢将P作为有益元素添加，并控制其质量百分比在0.018-0.03％，降低了生产难度，简化了生产工艺，提高了生产效率。

再者，本发明所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢通过加入适量的Cu和Cr，控制耐候指数I在1.0-3.0之间，从而实现了钢铝截面腐蚀的抑制。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢，其特征在于，其化学元素质量百分配比为：

2.如权利要求1所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢，其特征在于，其还满足：Ti/(3.42N+4C)≥0.3以及O/(0.9Al+1.2Si)≥3.0的至少其中之一。

3.如权利要求1所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢，其特征在于，各化学元素质量百分含量还满足下列各项的至少其中之一：

4.如权利要求1所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢，其特征在于，在其他不可避免的杂质中：S≤0.005％。

5.如权利要求1所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢，其特征在于，其基体为等轴状铁素体，铁素体晶粒尺寸为10-50微米。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢，其特征在于，其屈服强度为210-290MPa，抗拉强度≥320MPa，延伸率≥40％，且耐候指数I为1.0-3.0。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的抑制腐蚀的高强度覆铝基板用钢的制造方法，其特征在于，包括步骤：

(1)冶炼和浇铸；

(2)再加热：铸坯被再加热到1180℃-1250℃；

(3)粗轧；

(4)精轧；

(5)卷取；

(6)冷却至室温。

8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，粗轧阶段累计变形量≥80％，粗轧结束温度在950-1150℃范围内。

9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，控制精轧的终轧温度为840-920℃。

10.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(5)中，将精轧后的钢板水冷至580-640℃进行卷取。