CN113637905B - 一种310MPa级冷轧汽车用低成本耐候钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢铁冶炼领域，涉及汽车用冷轧耐候钢的生产制造，具体为一种310MPa级冷轧汽车用低成本耐候钢及其制备方法。该耐候钢化学成分及重量百分比含量为：C：0～0.09，Si:0.10～0.40，Mn：0.20～0.50，P:0.05～0.12，S：0～0.015，Al：0.010～0.030，Cu：0.2～0.4，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明重点采用了控制热轧在炉时间、除磷高压水压力、粗轧温度等措施，降低了Cu脆和氧化铁皮的发生几率与程度。该钢具有成本低廉、表面质量优异，加工成型及耐大气腐蚀性能优良等特点，可应用于汽车、家电等对耐蚀性有要求的行业。

Description

一种310MPa级冷轧汽车用低成本耐候钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼领域，涉及汽车用冷轧耐候钢的生产制造，具体为一种310MPa级冷轧汽车用低成本耐候钢及其制备方法。

背景技术

大气腐蚀是材料与其周围大气环境的相互作用，普通钢铁材料在大气中很容易被腐蚀(锈蚀)。据统计,世界每年钢产量中有1/6因腐蚀而损耗,我国每年因钢材腐蚀造成的直接经济损失超过100亿元。

耐候钢即耐大气腐蚀钢,是在钢中加入了少量的合金元素,使钢材在锈层和基体之间形成一层约50-100μm厚的致密且与基体金属粘附性好的非晶态尖晶石型氧化物膜,由于这层致密氧化物膜的存在,阻止了大气中的氧和水向钢铁基体渗入,减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展,从而大大提高了钢铁材料的耐大气腐蚀能力。耐候钢的抗大气腐蚀能力是普通钢的2-8倍,并且使用时间愈长,耐蚀作用愈突出。

随着汽车工业的蓬勃发展，汽车行业对汽车用钢材料耐蚀性的要求越来越高，同时很多汽车零部件因汽车结构等影响无法进行涂装的，这类零部件对材料耐蚀性的要求更高。耐候钢依靠自身产生的致密锈层防止基体被外界环境进一步侵蚀，从而达到免涂装的目的。

现有公开的技术中，热轧耐候钢的成分和生产工艺已有较多的研究，但是关于冷轧耐候钢，特别是用于汽车行业的冷轧耐候钢，其生产制备方法相对较少。

申请号为201910703774.3的专利公开了一种冷轧耐候钢及其制备方法，所述冷轧耐候钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.05～0.08％、Si：0.25～0.40％、Mn：0.25～0.40％、P：0.060～0.100％、S：≤0.020％、Als：0.008～0.030％、Ni：0.12～0.20％、Cu：0.25～0.40％、Cr：0.30～0.50％、N：≤0.0080％，其余为Fe和不可避免的杂质，通过合理的化学成分设计，不添加Ti、Nb、B等贵金属合金，通过对热轧、冷轧、连续退火、平整工艺的控制，获得表面质量良好冷轧耐候钢，其屈服强度≥350MPa、抗拉强度≥500MPa、A50延伸率≥30％，具有良好的耐大气腐蚀性能和焊接性能。然而，专利添加了较多了Cr、Ni等贵重金属，合金成本高。

申请号为202010769262.X的专利公开了一种400MPa级高硅耐候钢及其制备方法和应用，其包括：C≤0.12％，Si：1.20～2.00％，Mn≤1.50％，P：0.005～0.030％，S≤0.015％，Cr：0.20～0.80％，Ni：0.10～0.40％，Cu：0.20～0.60％，Als≥0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质，其高硅耐候钢耐大气腐蚀性指数I高达到8.05～9.16，显著高于6.0，实现了产品优良的耐大气腐蚀性能，可在干燥地区裸露或轻涂装使用，可广泛用于建筑、桥梁施工或车辆制作领域，具有良好的应用价值。然而，专利添加了较多了Cr、Ni等贵重金属，合金成本较高，同时高硅的成分设计不利于产品表面质量的控制，产品制备过程中，为了降低硅含量高造成的表面质量影响，需要采取更加严格的工艺控制，进一步提高了产品的制备成本。

申请号为202010950167.X的文献，公开了一种屈服强度310MPa以上冷轧耐候钢的生产方法，方法通过合理的化学成分设计、炼钢冶炼、热轧工艺、酸轧工艺以及连续退火工艺控制，获得厚度为0.5mm～2.5mm的冷轧耐候钢带产品，冷轧耐候钢成品内部组织为铁素体、珠光体和渗碳体；冷轧耐候钢成品力学性能结果为屈服强度≥310MPa，抗拉强度≥450MPa，断后伸长率≥28％，力学性能稳定，钢带产品的成型及耐大气腐蚀性能优良，可应用于空气预热器、板式换热器制造等相关领域。然而，其添加了0.10％-0.25％的Ni元素，0.3％-0.45％的Cr元素，合金成本较高，同时方法中未对钢板的耐大气腐蚀性能进行数据说明，关于此方面的研究还需深入。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明的目的是提供一种310MPa级冷轧汽车用低成本耐候钢及其制造方法，以解决现有耐候钢合金添加多、成本高的问题。该钢具有成本低廉、表面质量优异，加工成型及耐大气腐蚀性能优良等特点，特别适用于汽车内部无法涂装的结构件，也可用于家电等对耐蚀性有要求的行业。

(二)技术方案

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种310MPa级冷轧汽车用低成本耐候钢及其制造方法，其厚度为0.7～2.0mm。

所述的一种310MPa级冷轧汽车用低成本耐候钢，其屈服强度为310～380MPa，抗拉强度为400～480MPa，延伸率A大于36％(拉伸试验试样采用GB-T228.1的P4试样)，金相组织为铁素体及少量珠光体，晶粒度达10级以上，耐大气腐蚀性能相对Q235腐蚀率为≤60％。

实现上述目的的措施：

一种310MPa级冷轧汽车用低成本耐候钢，其化学成分及重量百分比含量为：C：≤0.09，Si:0.10～0.40，Mn：0.20～0.50，P:0.05～0.12，S≤0.015，Als：0.010～0.030，Cu：0.2～0.4，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地：C的重量百分比含量在0.03～0.07。

优选地：Si的重量百分比含量在0.15～0.35。

优选地：Mn的重量百分比含量在0.30～0.45。

优选地：P的重量百分比含量在0.07～0.11。

优选地：Cu的重量百分比含量在0.25～0.35。

本发明所述310MPa级冷轧汽车用低成本耐候钢，其制备方法如下：

(1)采用脱硫铁水，将产品按预定成分冶炼、铸造成板坯；

(2)将板坯加热后进行热连轧，热轧加热温度1230～1270℃，保温130～160min；进行除磷，高压水压力180MPa以上；保温后的板坯进行粗轧，粗轧温度在1040～1060℃；进行精轧，终轧温度在850～880℃；进行卷取，按照热轧成品厚度设定卷取温度：当成品厚度＜3mm，卷取温度676～684℃；当3mm≤成品厚度≤5mm，卷取温度656～664℃；当成品厚度＞5mm，卷取温度636～644℃。

(3)热轧板在酸洗连轧机组酸洗后，进行轧制，冷轧压下率为50～70％，机组焊接采用激光焊机。

(4)在连续退火机组进行退火处理，连续退火温度为795～805℃，缓冷温度为645～655℃，快冷温度为445～455℃，过时效温度为420～360℃，终冷温度为170～180℃，加热炉退火速度保持在160～250m/min范围。

(5)进行平整，按照冷轧成品厚度设定平整延伸率：当成品厚度≤1.2mm，平整延伸率1.0～1.4％；当成品厚度＞1.2mm，平整延伸率1.4～1.8％。

本发明中主要元素和工艺的作用及机理：

C：碳是钢中的基本元素，也是最经济、有效的强化元素，随着C含量的增加，钢板强度明显的增加，但会降低钢板的塑性和成形性能，恶化焊接性能，同时会影响钢板的耐蚀性。因此，C含量控制在0.09％以下，优选地C含量在0.03～0.07％。

Si：硅是固溶强化元素，是一种经济型强化元素，具有很强的固溶强化作用。在冶炼过程中可以作为还原剂和脱氧剂加入钢中，可以提高钢的淬透性和抗回火性，Si元素增加可以降低钢板的整体耐腐蚀速率，其与钢中的Cu、P等元素配合可以改善钢的耐蚀性能，但过高会降低钢的低温韧性和焊接性能，同时Si元素容易在钢板表面形成致密的氧化层Mn2SiO4，严重影响材料的表面质量。因此，Si含量控制在0.10～0.40％，优选地Si含量在0.15～0.35％。

Mn：锰是比较经济的强化元素，主要起固溶强化和细化晶粒作用。钢中加入适量的Mn，可以提高强度的同时，但是Mn元素过多会使晶粒粗化，产生回火脆性，增大钢的过热敏感性，同时也会恶化钢板的中心偏析。因此，Mn含量控制在0.20～0.50％，优选地Mn含量在0.30～0.45％。

P：磷是固溶强化元素，是比较经济的强化元素，能够大幅的提高钢的强度、硬度，过高的P元素容易产生偏析，从而明显的降低钢的塑性、低温韧性和焊接性能。P元素是提高钢耐候性最有效的合金元素之一,在促使锈层具有非晶态性质方面具备特殊的效应。当P与Cu联合加入钢中时,显示出优异的协同耐候效应，在大气腐蚀条件下,钢中的P是阳极去极化剂,能加速钢的均匀溶解和Fe²⁺的氧化速率,有助于在钢表面形成均匀的FeO0H锈层和促进生成富含非晶态轻基氧化铁FeO_x(OH)_3-2X的致密保护膜,从而成为阻止腐蚀介质进入钢基体的保护屏障,使钢内部免遭大气腐蚀。因此，综合考虑P元素对强度的贡献，P含量控制在0.05～0.12％，优选地P含量在0.07～0.11％。

S：硫是有害元素。钢中的S元素易与Mn元素形成MnS夹杂，在钢中形成点腐蚀源，恶化钢板的耐候性能，同时降低钢的塑性和韧性。因此，S含量控制在0.015％以下。

Al：在精炼工序中使钢脱氧，去除溶在钢液中的氧，同时Al还会抑制氮在铁素体内的固溶，形成AlN抑制晶粒的粗大化。Al含量过高，会使钢中的夹杂物增多，钢的韧性会降低。因此，Al含量控制在0.01～0.03％。

Cu：铜是提高钢板耐候性能最为突出的元素，可以在基体与锈层之间形成Cu和P为主的阻挡层，其与基体牢固结合而对钢板具有良好的保护，此外Cu还可以抵消钢板中杂质元素S有害作用，对钢板的耐蚀性有着重要作用。但Cu添加过多，会引起“Cu脆”问题。因此，Cu含量控制在0.2～0.4％，优选地Cu含量在0.25～0.35％。

本发明之所以控制热轧板坯在炉时间保温130～150min、除磷高压水压力为180MPa以上和粗轧温度在1040～1060℃，主要是为了减少“Cu脆”的发生。当板坯加热温度高于Cu元素的熔点(1083℃)，析出的富铜相处于熔融状态，达到一定程度时，在变形过程中表面形成龟裂状裂纹的Cu脆缺陷。因此，首先减少板坯的在炉时间，在炉时间控制在130～150min，减少Cu元素在晶界的扩散。其次，粗轧温度控制在1040～1060℃，避开Cu元素的熔点温度，减少Cu元素的熔解。最后，由于Cu元素在热轧加热过程在铁皮与基体的界面容易富集，同时Si元素容易在表面形成致密的氧化层Mn2SiO4，影响钢板的表面质量，因此通过加强粗轧区除鳞压力，保证除鳞效果，消除氧化铁皮压入。生产普通钢种时，除磷高压水压力在130MPa以下，因此控制热轧除磷高压水压力为180MPa以上。

本发明之所以采用卷取温度是按照热轧成品厚度设定，为了保证不同厚度规格的冷轧钢板力学性能的统一、稳定。控制卷取温度636-684℃，主要为了细化铁素体晶粒，得到符合要求的强度范围，同时为了保证厚规格的力学性能与薄规格的统一，适当的降低卷取温度。

本发明之所以采用激光焊机进行焊接连续生产，主要因为本专利耐候钢的P含量0.05～0.12％，是普通冷轧钢板的6-10倍，焊接过程P的晶界偏聚容易造成晶界冷脆开裂，轧制时在焊缝处开裂风险高，因此优选激光焊接工艺，并在焊接后对焊缝进行了热处理，改善焊缝组织，减少成分偏聚，避免轧制过程焊缝开裂，进而造成断带。

本发明之所以采用连续退火，连续退火温度为795～805℃，主要由于连续退火的表面质量控制较好，提高退火温度，同时结合成品的力学性能目标，促进并获得再结晶完全的组织，提高钢板的冲压性能。

本发明之所以采用按照冷轧成品厚度设定平整延伸率，为了保证不同厚度规格的冷轧钢板力学性能的统一、稳定，同时赋予钢板良好的表面质量及粗糙度。

(三)有益效果

本发明具备以下有益效果：

本发明仅添加了Mn、Si、P等廉价的合金元素，未添加Cr、Ni、Ti等贵重金属，大幅降低了制造成本；重点采用了控制热轧在炉时间、除磷高压水压力、粗轧温度等措施，降低了Cu脆和氧化铁皮的发生几率与程度，提高了钢板表面质量；重点采用了根据成品厚度设计热轧卷取温度和冷轧平整延伸率工艺，保证不同成品厚度的钢板力学性能的统一、稳定。该钢具有成本低廉、表面质量优异，加工成型及耐大气腐蚀性能优良等特点，其特别适用于汽车内部无法涂装的结构件，也可用于家电等对耐蚀性有要求的行业。

附图说明

图1为为本发明钢板经金相放大200倍观察，金相组织为铁素体+少量珠光体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

(1)采用脱硫铁水，将产品按预定成分冶炼、铸造成板坯；

(2)将板坯加热后进行热连轧，热轧加热温度1230～1270℃，保温130～160min；进行除磷，高压水压力180MPa以上；保温后的板坯进行粗轧，粗轧温度在1040～1060℃；进行精轧，终轧温度在850～880℃；进行卷取，按照热轧成品厚度设定卷取温度：当成品厚度＜3mm，卷取温度676～684℃；当3mm≤成品厚度≤5mm，卷取温度656～664℃；当成品厚度＞5mm，卷取温度636～644℃。

(3)热轧板在酸洗连轧机组酸洗后，进行轧制，冷轧压下率为50～70％，机组焊接采用激光焊机。

(4)在连续退火机组进行退火处理，连续退火温度为795～805℃，缓冷温度为645～655℃，快冷温度为445～455℃，过时效温度为420～360℃，终冷温度为170～180℃，加热炉退火速度保持在160～250m/min范围。

(5)进行平整，按照冷轧成品厚度设定平整延伸率：当成品厚度≤1.2mm，平整延伸率1.0～1.4％；当成品厚度＞1.2mm，平整延伸率1.4～1.8％。

为进一步说明本发明技术效果，按照如下表设施实施例的组分参数。

表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt％)

表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

表3本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

分别检测以上实施例和对比例的产品，结果如下：

表3本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表

将上述的各实施例和对比例进行耐腐蚀性能试验，并以Q235作为对比样，其化学成分见表4，耐腐蚀性能试验按TB/T2375进行，实验时间72h，耐腐蚀性能的测试结果见表5。

表4Q235化学成分

表5耐腐蚀性能测试结果

力学性能的拉伸试验试样均采用GB-T 228.1的P4试样。从表3实施例1-10可以看出，本发明所生产的经济耐候钢板屈服强度为310～380MPa，抗拉强度为400～480MPa，延伸率A大于36％，金相组织为铁素体及少量珠光体，晶粒度达10级以上，耐大气腐蚀性能相对Q235腐蚀率为≤60％，具有良好的耐大气腐蚀性能。同时不同成品厚度的钢板，性能保持稳定。从对比例可以看出，对比例1因粗轧温度偏高，导致钢板边部Cu脆严重，影响表面质量；对比例2，由于添加了过量的Mn元素，导致性能偏高。上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。如图1，本发明实施例1制作的钢板经金相放大200倍观察，金相组织为铁素体+少量珠光体，其微观组织紧密，与宏观数据一致，显然本发明技术效果显著。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种310MPa级冷轧汽车用低成本耐候钢，其特征在于，其化学成分及重量百分比含量为：C：0～0.09，Si:0.10～0.40，Mn：0.20～0.50，P:0.05～0.12，S：0～0.015，Al：0.010～0.030，Cu：0.2～0.4，余量为Fe和不可避免的杂质；

所述的310MPa级冷轧汽车用低成本耐候钢，制备方法如下：

(1)采用脱硫铁水，将产品按预定成分加入冶炼、铸造成板坯；

(2)将板坯加热后进行热连轧，热轧加热温度1230～1270℃，保温130～160min；进行除磷，高压水压力180MPa以上；保温后的板坯进行粗轧，粗轧温度在1040～1060℃；进行精轧，终轧温度在850～880℃；进行卷取，按照热轧成品厚度设定卷取温度：当成品厚度＜3mm，卷取温度676～684℃；当3mm≤成品厚度≤5mm，卷取温度656～664℃；当成品厚度＞5mm，卷取温度636～644℃；

(3)热轧板在酸洗连轧机组酸洗后，进行轧制，冷轧压下率为50～70％，机组焊接采用激光焊机；

(4)在连续退火机组进行退火处理，连续退火温度为795～805℃，缓冷温度为645～655℃，快冷温度为445～455℃，过时效温度为420～360℃，终冷温度为170～180℃，加热炉退火速度保持在160～250m/min范围；

(5)进行平整，按照冷轧成品厚度设定平整延伸率：当成品厚度≤1.2mm，平整延伸率0.8～1.2％；当成品厚度＞1.2mm，平整延伸率1.2～1.6％。

2.如权利要求1所述的310MPa级冷轧汽车用低成本耐候钢，其特征在于，所述C的重量百分比含量在0.03～0.07；Si的重量百分比含量在0.15～0.35；Mn的重量百分比含量在0.30～0.45；P的重量百分比含量在0.07～0.11；Cu的重量百分比含量在0.25～0.35。

Images