CN114214560A - 一种薄规格深冲用钢板材料及钢板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄规格深冲用钢板材料及钢板的制备方法，属于金属材料领域。钢板材料的化学成分及其重量百分比为：C：0.0010％～0.0025％、Si≤0.030％、Mn：0.08％～0.15％、P≤0.015％、S≤0.010％、Als：0.030％～0.060％、Ti：0.035％～0.045％、Nb：0.015％～0.025％、B：0.0006～0.0020％、N≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质。制备方法中，控制铸坯出炉温度为1160℃～1240℃，热轧终轧温度控制在880℃～910℃，卷取温度控制在680℃～730℃，冷轧总压下率控制85％～90％。本发明最终产品厚度≤0.5mm，屈服强度160MPa‑190MPa，抗拉强度270‑350MPa，延伸率A80≥38％，n≥0.21，r≥1.9，∣Δr∣≤0.2。

Description

一种薄规格深冲用钢板材料及钢板的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种厚度≤0.5mm的薄规格Nb、Ti复合深冲用薄规格镀层钢板及生产方法，具体地说是一种消除薄规格深冲用镀层钢板产生圆弧形条纹缺陷的生产方法。
背景技术
IF钢具有优良的深冲性和非时效性，广泛应用于汽车、家电等行业的复杂冲压件，塑性应变比r值是衡量IF钢深冲性能的主要参数，一般认为r值越高，材料冲压过程中的抗减薄能力越强。但是深冲时由于存在平面各向异性，导致变形不均匀，出现制耳，对冲压用料的方向性选择很强等问题，平面各向异性常用平面各向异性指数Δr表征IF钢在生产、加工过程中形成的形变织构和形变后再结晶退火形成的再结晶织构，是影响钢板r值的主要因素。
随着汽车、家电及结构件等关键零部件在节能、环保和安全性等方面要求的不断提高，必须保证其在服役期内钢铁材料不被严重腐蚀，镀层产品得到广泛的应用。同时随着家电零部件等对产品轻量化的需求，薄规格镀层产品的需求不断扩大。薄规格镀层产品在冲压时，易产生制耳等问题，影响产品外观，制约其应用。同时钢板的强度不能过低，屈服强度过低时，钢板的成型性能优异，但零件的翘曲变形及抗振动能力变差，在使用过程中易产生变形及噪音等问题，需满足强度与成型性能的匹配。
经检索，中国专利申请号：200710048926.8，申请公开日为：2007年9月19日，公开了深冲光整热镀锌钢板的生产方法，其碳含量范围0.003-0.006％，Ti-3.4N-4C-1.5S含量范围0.02-0.04％，在780～880℃温度范围内退火，得到产品屈服强度185-190MPa，抗拉强度310-320MPa，伸长率A80：41-43％，成品晶粒度为10.5级。但是该产品未规定平面各向异性指数，晶粒度级别与本专利差异较大。
中国专利：201210141737.6，申请公开日为：2012年9月12日，公开了一种Nb、Ti复合超深冲用镀锌板及生产方法，C≤0.0022％；Mn：0.08～0.16％；Ti：0.033～0.04％；Nb：0.012～0.017％；退火温度850-860℃，退火时间200-600秒，最终产品屈服强度≤155MPa，抗拉强度为260～330MPa，延伸率≥44％，n90≥0.23，r90≥2.5，n45≥0.19，r45≥1.8。虽然该专利效果可达到深冲性能要求，但其缺点是强度偏低，在使用过程中零部件抗变形能力差，退火时间长达200-600秒，该技术在本发明方法上无法实施。
中国专利：201810983617.8，申请公开日为：2019年1月15日，公开了一种低制耳率超深冲冷轧退火低碳钢带的生产方法，所述热轧工序，粗轧每道次轧后停留20～30s，精轧终轧温度为860～880℃，卷取温度为720～740℃；所述冷轧工序，冷轧压缩比为62～83％。该发明冷轧退火低碳钢带产品性能为：屈服强度110～150MPa，抗拉强度290～325MPa，延伸率A80为40～60％，r90为2.80～3.3，成品制耳率△r值≤0.60。该专利效果可达到深冲性能要求，其缺点是强度偏低，在使用过程中零部件抗变形能力差。质量百分含量为：C：0.010～0.030％，Mn：0.15～0.50％，S≤0.015％，P≤0.022％，Si≤0.03％，Als：0.030～0.060％，Ti≤0.075，N≤0.0050％，采用单Ti合金成分体系，产品稳定性偏差。钢带厚度为0.5～2.5mm，与本专利有差异。
中国专利：201010224464.2，申请公开日为：2010年11月10日，公开了一种△r≤0.3的IF钢及其生产方法，其化学组分及重量百分比：C：0.0009～≤0.0049，Si：≤0.015、Mn：0.07～0.21、P：≤0.025、Nb：0.015～0.049、Ti：0.01～0.06、Als：0.015～0.07、S：＜0.015、N：＜0.005，其余为Fe及不可避免的杂质。在685～730℃条件下进行卷取；控制总压下率在67～80％条件下进行冷轧。
控制其连续退火温度在810～850℃，快速冷却段的冷却速度在40～60℃/秒，该专利退火温度偏高，未给出成品的力学性能范围，所举实施例均为厚规格，产品强度偏低。
中国专利：201810664759.8，申请公开日为：2018年11月2日，公开了一种改善冲压成形的IF各向同性钢及其制造方法，所述IF各向同性钢由以下重量百分比的成分组成：C：0.0012～0.0026％，Si：≤0.026％，Mn：0.28～0.52％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Al：0.042～0.082％，Ti：0.046～0.066％，N：≤0.0030％，其余为Fe和不可避免的杂质。卷取温度580～620℃，冷轧压下率85～95％，退火温度708～742℃，平整延伸率1.0～2.0％+拉矫延伸率0.03～0.10％，获得表面粗糙度Ra为0.36～0.56μm，峰值数Pc≥126，硬度为95～110HV，塑性应变比r90值≥1.8，加工硬化指数n90值≥0.18，△r值≤0.20的IF各向同性钢。该专利卷取温度、退火温度偏低，未给出产品的实际强度等性能指标。
因此，亟需寻求一种薄规格深冲用钢板材料及钢板的制备方法，得到的薄规格深冲用镀层钢板冲压后无明显的冲压条纹。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有薄规格深冲用镀层钢板冲压后圆弧形冲压条纹缺陷的问题，本发明提供一种厚度≤0.5mm的薄规格Nb、Ti复合深冲用薄规格镀层钢板及生产方法。
本发明要解决的技术问题是提供一种Nb、Ti复合超深冲用薄规格镀层钢板及生产方法。通过化学成分设计、热轧轧制及卷取工艺、酸轧压下率、热浸镀工艺等进行控制。所生产的薄规格深冲用镀层钢板，在冲压后冲压条纹缺陷。
本发明的目的是通过合理的化学成分设计、热轧轧制及卷取工艺、酸轧压下率、热浸镀工艺等进行控制，生产的薄规格镀层钢板，在冲压后无冲压条纹缺陷。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种薄规格深冲用钢板，为冷轧钢板，其主要化学成分重量百分比为：C：0.0010％～0.0025％、Si≤0.030％、Mn：0.08％～0.15％、P≤0.015％、S≤0.010％、Als：0.030％～0.060％、Ti：0.035％～0.045％、Nb：0.015％～0.025％、B：0.0006～0.0020％、N≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，B、N之间的重量百分比w(B)、w(N)满足式(a)：
w(B)/w(N)＝0.8～1.0 (a)。
进一步地，Ti、Nb、C、N、S之间的重量百分比w(Ti)、w(Nb)、w(C)、w(N)、w(S)满足式(b)和式(c)：
[w(Ti)/48+w(Nb)/93]≥[w(C)/12+w(N)/14+w(S)/32] (b)；
w(Nb)/w(Ti)≥0.4 (c)；
w(Ti)+w(Nb)≥0.06％ (d)。
上述的合金元素的作用主要基于以下原理：
碳(C)：C是提高强度最经济且最有效的固溶强化元素，C含量增加，形成的珠光体增加，强度增加，但钢的塑性和成形性降低。综合考虑，本发明中C百分含量控制范围为0.0010％～0.0025％。
硅(Si)：Si含量过高，钢板表面氧化铁皮不易去除，表面容易形成由于氧化物压入的微裂纹，进而作为裂纹源易导致钢板在冷成形过程中开裂。因此本发明中Si百分含量控制在0.030％以下。
锰(Mn)：Mn能降低奥氏体转变成铁素体的相变温度(正好可以弥补因C元素含量降低带来的奥氏体转变成铁素体的相变温度升高)，扩大热加工温度范围，有利于细化铁素体晶粒尺寸，但Mn含量过高，铸坯在连铸过程中Mn偏析程度增大，钢板厚度中心部位易形成珠光体或贝氏体的带状组织，对塑性、焊接性能、疲劳性能都不利。综合考虑，本发明中Mn百分含量控制范围为0.08％～0.15％。
磷(P)：P在钢中作为合金元素加入，起固溶强化作用，同时还由位错线上聚对位错运动有钉作用，及再结晶后晶粒细化作用，能显著提高强度。但P易形成偏析，过量的P会明显恶化钢板成形性能、低温冲击韧性和焊接性能。综合考虑，本发明中P百分含量控制在0.015％以下。
硫(S)：S在通常情况下是有害元素，使钢产生热脆性，降低延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，影响镀锌钢板表面质量，要求S含量尽可能低，因此本发明将S百分含量控制在0.010％以下。
铝(Al)：Al作为主要脱氧剂，同时铝对细化晶粒也有一定作用。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。本发明中Als百分含量控制范围为0.030％～0.060％。
钛(Ti)：Ti是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力，提高钢的强度，改善焊接性能。IF钢中加入Ti，与间隙原子C、N形成TiN和TiC起到去除间隙原子的作用，本发明控制Ti百分含量控制范围为0.035％～0.045％。
铌(Nb)：Nb能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，可改善焊接性能。IF钢中加入Nb元素会与C间隙原子形成NbC起到去除间隙原子的作用，使铁素体基体呈现出无间隙原子状态，具有高的r值和低的Δr。Nb是减小平面各项异性的强作用微合金元素，本发明控制Nb百分含量控制范围为0.015％～0.025％。
氮(N)：N能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。本发明将钢种的N百分含量控制在0.0020％以下。
硼(B)：B可以提高钢的淬透性，在冷轧基料中加入B，可以降低热轧时的钢板强度，减小冷轧轧制力。同时加入微量B时，与钢中N优先形成粗大的BN，抑制细小AlN的生成，加强晶粒的生长能力，获得较好的力学性能和成形性能，促使深冲性能r值的提高。将其含量限定在0.0006％～0.0020％范围，控制w(B)/w(N)＝0.8-1.0时最佳。
现有薄规格IF钢镀锌产品DX53D，前期使用的单Ti成分体系，在冲压电饭锅隔热罩过程中，出现圆弧形冲压条纹缺陷，见图1所示，而薄规格Ti、Nb复合IF钢产品，在热轧工序时易产生堆钢等事故，且薄规格产品头部终轧温度较难命中，生产难度较大，需对生产工艺进行优化。
一种薄规格深冲用钢板的制备方法，经过以下步骤：
(1)铁水预处理：将含上述钢板材料的铁水进行预处理，要求前扒渣和后扒渣，铁水脱硫后目标[S]≤0.002％；
(2)转炉冶炼：不加生铁、渣钢；采用自循环废钢出钢，强化转炉脱磷，加强挡渣操作；出钢过程加石灰，不进行脱氧；
(3)合金微调站：进行钢包顶渣改质；
(4)RH炉精炼：RH采用轻处理工艺，如需吹氧，则根据温度和氧位在前中期吹入氧气；破空前保证净循环时间不小于6min；其中，控制铸坯出炉温度为1160℃～1240℃，改善产品组织及性能；
(5)热轧：终轧温度控制在880℃～910℃，改善产品组织及性能，终轧温度低的情况下，会出现轧制力明显波动的情况，会出现混晶轧制，不利于IF钢退火后的加工成型；
(6)卷取：卷取温度控制在680℃～730℃，改善产品组织及性能，高温卷取与IF钢第二相粒子的析出、析出物的形态和大小有关，有利于第二相粒子的析出和粗化；
(7)酸洗；
(8)冷轧：冷轧总压下率控制85％～90％，压下率对产品后续的回复再结晶及成品的成型性能有较大影响，压下率低时，r值降低，成型性能变差。针对薄规格产品，提高冷轧压缩比可得到更好的{1 1 1}织构，这是由于轧制过程中晶体滑移面逐渐趋于轧面，随着位错的滑移晶体取向也发生相应的转动出现择优取向，{1 1 1}<1 1 0>织构含量会有所增加，在后续的退火处理中形成{1 1 1}<1 1 2>再结晶织构；
(9)脱脂、退火、热浸镀、冷却、光整拉矫；
得到薄规格深冲用钢板。
进一步地，步骤(7)中，所述酸洗过程中酸液温度控制在65～75℃，去除热轧钢板表面氧化铁皮等。
进一步地，步骤(9)中，脱脂液温度65～85℃，清除轧硬卷表面的残油残铁，保证带钢表面清洁进入退火炉。
进一步地，步骤(9)中，退火温度为780℃～800℃。退火温度偏高，退火再结晶晶粒粗大，且薄规格容易瓢曲、断带；退火温度偏低，退火再结晶不完全，晶粒偏细。晶粒过大，则塑性降低，在冲压成形时易在变形较大的部位出现破裂，而且在制件表面还容易产生粗糙的桔皮；晶粒过细，则钢板强度高，塑性降低，回弹现象增加，且冲压变形时易加工硬化，冲压性能差。
进一步地，步骤(9)中，热浸镀为镀锌或镀锌铝镁。
进一步地，所述镀锌时镀液温度为455～465℃，所述镀锌铝镁时镀液温度为425-445℃，可保证带钢具有优异的镀层附着力、优异的表面质量及其他工艺、力学性能。
进一步地，光整+拉矫延伸率控制在0.6～1.0％。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的薄规格深冲用钢板材料，通过合理的化学成分设计，精准调控各元素配比，以及逐步优化满足式(a)、(b)、(c)、(d)的比例要求，得到高深冲性能的钢板材料；
(2)进一步在薄规格深冲用钢板材料的基础上，本发明的薄规格深冲用钢板的的制备方法通过热轧轧制及卷取工艺、酸轧压下率、热浸镀工艺等进行控制，得到生产的薄规格镀层钢板钢板，在冲压后无圆弧形冲压条纹的缺陷；其中，最终产品厚度≤0.5mm：屈服强度160MPa-190MPa，抗拉强度270-350MPa，延伸率A80≥38％，n≥0.21，r≥1.9，∣Δr∣≤0.2；
附图说明
图1为具有圆弧形冲压条纹缺陷图片；
图2为本发明实施例1制得的钢板冲压后无圆弧形冲压条纹缺陷；
图3实施例1制得的钢板的金相组织；
图4比较例1制得的钢板的金相组织。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
通过实例具体说明本专利(0.4mm)。
制造该冷轧钢板的主要化学成分重量百分比为：C：0.0010％～0.0025％、Si≤0.030％、Mn：0.08％～0.15％、P≤0.015％、S≤0.010％、Als：0.030％～0.060％、Ti：0.035％～0.045％、Nb：0.015％～0.025％、B：0.0006％～0.0020％、N：0.0005％～0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质，具体化学成分见表1所。其中控制w(B)/w(N)≥0.8；[w(Ti))/48+w(Nb))/93]≥[w(c))/12+w(N))/14+w(S))/32]，其中控制w(Ti)+w(Nb)≥0.06％，w(Nb)/w(Ti)≥0.4。
表1产品化学成分
元素 C Si Mn P S Als N Ti Nb B
实施例1 0.0019 0.0048 0.1115 0.0110 0.0074 0.0430 0.0020 0.0407 0.0200 0.0020
实施例2 0.0010 0.0038 0.1026 0.0088 0.0039 0.0369 0.0020 0.0390 0.0201 0.0018
比较例1 0.0018 0.0077 0.1128 0.0138 0.0063 0.0320 0.0018 0.0579 0.0020 0.0020
比较例2 0.0012 0.0028 0.1148 0.0098 0.0029 0.0420 0.0018 0.0502 0.0100 0.0006
钢水连铸后，经过热轧、酸洗冷轧，再进行脱脂、退火、热浸镀、冷却、光整拉矫等工序，生产出热浸镀产品，主要工艺参数、力学性能见表2。
表2生产工艺与产品性能
Figure BDA0003379847550000061
图3和图4分别为实施例1和比较例1的金相组织，晶粒度级别分别为9级和8.5级。
从上述实例可以看出，本发明所生产的钢带，按此方法生产的薄规格深冲IF钢，组织主要为铁素体+碳化物，晶粒度级别为8.0～9.5(晶粒度级别代表晶粒尺寸的大小，数值越大，代表晶粒尺寸越小，9代表的晶粒尺寸比8代表的晶粒尺寸小，一般晶粒尺寸越小，带钢的强度越高)。所针对产品厚度≤0.5mm：屈服强度160MPa-190MPa，抗拉强度270-350MPa，延伸率A80≥38％，n≥0.21，r≥1.9，∣Δr∣≤0.2，满足强度和成型性能的良好匹配，在冲压后无冲压条纹缺陷，如图2所示。本专利的核心生产工艺除适用于所有镀层类产品，包括镀锌铝镁、镀纯锌、镀铝硅及锌铁合金等涂镀层产品。
由比较例1来看，未添加合金元素Nb(Nb为0.0020)，采用单Ti的合金成分体系，同时热轧终轧温度偏低、卷取温度偏高，酸轧压下率偏低，所生产的薄规格IF钢产品，应变强化指数为r及平面各向异性指数Δr偏大，产品深加工性能较差，冲压后存在圆弧形冲压条纹缺陷。
比较例2说明：添加合金元素Nb较少，w(Nb)/w(Ti)＜0.4，同时w(B)/w(N)＜0.8，所生产的薄规格IF钢产品，应变强化指数为r及平面各向异性指数Δr偏大，产品深加工性能较差，冲压后存在圆弧形冲压条纹缺陷。
上述说明仅对本发明进行了具体的示例性描述，需要说明的是本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的技术构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的技术构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种薄规格深冲用钢板材料，其特征在于：钢板材料的化学成分及其重量百分比为：C：0.0010％～0.0025％、Si≤0.030％、Mn：0.08％～0.15％、P≤0.015％、S≤0.010％、Als：0.030％～0.060％、Ti：0.035％～0.045％、Nb：0.015％～0.025％、B：0.0006～0.0020％、N≤0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种薄规格深冲用钢板材料，其特征在于：B、N之间的重量百分比w(B)、w(N)满足式(a)：
w(B)/w(N)＝0.8～1.0 (a)。
3.根据权利要求1所述的一种薄规格深冲用钢板材料，其特征在于：Ti、Nb、C、N、S之间的重量百分比w(Ti)、w(Nb)、w(C)、w(N)、w(S)满足式(b)和式(c)：
[w(Ti)/48+w(Nb)/93]≥[w(C)/12+w(N)/14+w(S)/32] (b)；
w(Nb)/w(Ti)≥0.4 (c)；
w(Ti)+w(Nb)≥0.06％ (d)。
4.一种薄规格深冲用钢板的制备方法，其特征在于：经过以下步骤：
(1)铁水预处理：将含权利要求1～3任意一项所述钢板材料的铁水进行预处理，铁水脱硫后目标[S]≤0.002％；
(2)转炉冶炼；
(3)转炉冶炼；
(4)RH炉精炼：控制铸坯出炉温度为1160℃～1240℃；
(5)热轧：终轧温度控制在880℃～910℃；
(6)卷取：卷取温度控制在680℃～730℃；
(7)酸洗；
(8)冷轧：冷轧总压下率控制85％～90％；
(9)脱脂、退火、热浸镀、冷却、光整拉矫；
得到薄规格深冲用钢板。
5.根据权利要求4所述的一种薄规格深冲用钢板的制备方法，其特征在于：所述薄规格深冲用钢板的厚度≤0.5mm。
6.根据权利要求4所述的一种薄规格深冲用钢板的制备方法，其特征在于：步骤(7)中，所述酸洗过程中酸液温度控制在65～75℃。
7.根据权利要求4所述的一种薄规格深冲用钢板的制备方法，其特征在于：步骤(9)中，脱脂液温度65～85℃。
8.根据权利要求4所述的一种薄规格深冲用钢板的制备方法，其特征在于：步骤(9)中，退火温度为780℃～800℃。
9.根据权利要求4所述的一种薄规格深冲用钢板的制备方法，其特征在于：步骤(9)中，热浸镀为镀锌或镀锌铝镁，其中，所述镀锌时镀液温度为455～465℃，所述镀锌铝镁时镀液温度为425-445℃。
10.根据权利要求4所述的一种薄规格深冲用钢板的制备方法，其特征在于：光整+拉矫延伸率控制在0.6～1.0％。
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