CN1888114A - 软质镀锡板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

软质镀锡板，其成分为(重量百分比)：C≤0.006％，Mn：0.10～0.20％，Al：0.025～0.075％，Si≤0.03％，Ti：0.03～0.08％，P≤0.015％，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550℃～630℃之间，冷轧变形量82％～92％，退火温度720℃～770℃，保温时间25s～50s，T－1CA的平整延伸率0.8％～1.8％，T－2CA的平整延伸率1.8％～3.0％。

Description

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HR30T为49±3软质镀锡板(以下称为T-1CA)和HR30T为53±3的软质镀锡板(以下称为T-2CA)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
根据日本工业标准JIS G 3303，不同调质度级别镀锡板的硬度(HR30T)范围如表1所示。其中从T-1到T-3为软质镀锡板，T-4到T-6为硬质镀锡板。
表1  不同调质度级别镀锡板的硬度范围
  级别   HR30T硬度范围
  T-1   46～52
  T-2   50～56
  T-2.5   52～58
  T-3   54～60
  T-4   58～64
  T-5   62～68
  T-6   67～73
以前，镀锡板主要使用低碳铝镇静钢生产。日本钢管株式会社于1996年3月19日公开的专利(No.JP8073943)采用低碳铝镇静钢生产硬度(HR30T)小于等于T-3硬度(HR30T为54～60)的软质镀锡板。其化学成份范围为：0.050≤C(％)≤0.085，最好是0.060≤C(％)≤0.080，0.05≤Mn(％)≤0.60，S(％)：≤0.020，P(％)：≤0.020，Al(％)≤0.10，且Al和N的原子个数比大于等于15。热轧卷取温度控制在550℃～620℃，退火温度控制在650℃以上，A1转变温度以下，并以≥30℃/s的冷却速度冷却到350℃～450℃，在350℃～450℃时效处理30秒以上。
采用低碳铝镇静钢生产镀锡板时，会发生明显的时效，时效后其产品硬度将增高，而后续加工性能则变差，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。此外低碳钢不可避免的时效问题导致镀锡板弯曲时很容易皱折起棱，冲压或拉伸变形后出现滑移线，难以满足用户的需求。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，在国外，发达国家早就开始大批量采用添加铌(Nb)的IF钢生产镀锡产品。由于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日公开的专利特开平No.JP7197192中采用以下化学成分范围生产软质镀锡板：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。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℃之间进行热轧卷取，但该卷取温度偏高，特别是上限温度明显过高，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，即使是在630℃以上氧化铁皮就明显增厚了，这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℃时退火时(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。
发明内容
本发明的目的是提供使用钛-IF钢连续退火生产的T-1CA和T-2CA软质镀锡板。
为达到上述目的，本发明提供T-1CA和T-2CA软质镀锡板，其成分为(重量百分比)：
C≤0.006％，最好为C≤0.004％，
Mn：0.10～0.20％，
Al：0.025～0.075％，最好为Al：0.030～0.060％，
Si≤0.03％，
Ti：0.03～0.08％，最好为Ti：0.05～0.07％，
P≤0.015％，
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。
以下是本发明专利主要元素的作用及其限定说明：
C：≤0.006％，
随着C元素含量的增加，一方面软质镀锡板的硬度增加，塑性下降，为了把硬度HR30T稳定控制在56以下，并保证材料的成型性能，本发明将C元素含量限定在≤0.006％，以获得合适的硬度和优良的成型性能；另一方面，C含量增加之后，为了确保软质镀锡板的抗时效性能，必须相应增加Ti的添加量，使得生产成本也增加，因此C含量不宜太高。优选的C元素含量≤0.004％。
Mn：0.10～0.20％，
Mn是软质镀锡板的主要强化元素，其含量越高产品硬度越高。但Mn价格较高，为了节约成本，在满足性能的前提下，用量越少越经济，当其含量控制在0.20％以下时对于要求较高硬度的T-2CA软质镀锡板而言，可以通过提高平整延伸率即可很方便也非常经济进行控制来满足要求，但当其含量低于0.10％时，一方面材质偏软，另外一方面钢中本来就含有一定量的Mn。如果要求Mn低于0.10％则需要降Mn，反而成本极高。因而本发明将其含量限定在0.10％～0.20％之间。
Ti：0.03～0.08％，
Ti主要用于固定钢中的游离C，使其形成TiC，同时Ti有利于提高材料的抗时效性能，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)，其含量的多少直接关系到制造成本，故应严格控制其含量，在本发明中，把Ti含量控制在0.08％以下足以满足要求，但当其含量低于0.03％时，无法将钢中的游离C及少量的N全部固定，因此，本发明要求Ti的含量在0.03％～0.08％之间。优选的Ti含量在0.05％～0.07％之间。
Al：0.025～0.075％，
Al是镇静元素，也是强氮化物形成元素，主要用来固定N原子，对提高材料的抗时效性能有利，同时Al也是炼钢时不可缺少的脱氧剂，其含量小于0.025时，无法满足质量要求，而其含量高于0.075％时，不仅成本较高，而且会抑制退火再结晶晶粒的长大，因此，本发明将其含量限定在0.025％～0.075％之间。优选的Al含量限定在0.030％～0.060％之间。
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≤0.015％)、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。这些杂质元素，只要在本发明的限定范围内，都可生产出满足要求的软质镀锡板。
本发明的T-1CA和T-2CA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键点：
炼钢：钢水经RH精炼真空脱气处理，并采用相应的控制夹杂物的措施，最后经常规连铸工艺生产连铸坯，然后进行热轧。
热轧：本发明的方法在热轧工序板坯加热温度(即出炉温度)为：1220±30℃，热轧终轧温度为900±20℃。理论和生产实践均已证明终轧温度大于920℃时，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，热轧带钢进入两相区轧制易出现混晶组织，并导致最终产品组织性能的不均。而热轧终轧温度控制在900±20℃时，使带钢表面氧化较轻，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控制在885℃～915℃之间，以获得更均匀的性能和更好的表面质量。
本发明热轧卷取温度控制在590±40℃之间。提高卷取温度可以降低热轧基板的硬度，进而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630℃时，带钢表面氧化铁皮容易增厚，酸洗困难，且影响产品表面质量。当卷取温度低于550℃时，热轧中间产品晶粒过小，并影响到成品组织和性能，使最终成品的晶粒细小，强度和硬度增加，塑性变差。所以对于本发明使用连续退火生产的T-1CA软质镀锡板和T-2CA软质镀锡板，热轧卷取温度控制在590±40℃时，卷取后带钢表面氧化铁皮量较少，酸洗较为容易，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，以获得良好的塑性和更佳的表面质量。
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。
连续退火：本发明使用连续退火生产T-1CA软质镀锡板和T-2CA软质镀锡板，退火温度为720℃～770℃，保温时间为25s～50s。优选的退火温度为735℃～765℃。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大卷头、中、尾的力学性能不均匀，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-1CA软质镀锡板和T-2CA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。当退火温度高于770℃时，由于带钢材质软，当带钢较宽且厚度又较薄时，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；退火温度低于720℃时，在正常的连续退火机组速度下难以确保钢板完成再结晶，产品硬度增高，同时产品成型性能变差。本发明使用钛-IF钢连续退火生产软质镀锡板，比使用铌-IF钢连续退火生产软质镀锡板的退火温度要低(根据模拟退火试验结果，铌-IF钢的退火温度应达到750℃～800℃才能确保充分再结晶)，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。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，同时机组生产速度太高时带钢容易跑偏。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。
平整：Ti-IF钢再结晶完成之后的平整变形量对材质性能影响很大，随着变形量的增加，强度和硬度明显增加。本发明使用连续退火生产的T-1CA软质镀锡板，退火后采用双机架平整，平整延伸率控制在0.8％～1.8％之间，而对于T-2CA软质镀锡板，其平整延伸率控制在1.8％～3.0％之间，上述T-1CA和T-2CA平整延伸率范围可以根据产品的厚薄再作适当的调整，带钢较薄时采用较小的平整延伸率，带钢较厚时采用较大的平整延伸率。
镀锡：本发明使用连续退火生产的T-1CA软质镀锡板和T-2CA软质镀锡板，采用与普通镀锡板相同的镀锡工艺即可生产。
本发明采用钛-IF钢生产软质镀锡板，在本发明的化学成份范围内不仅不会发生时效问题，而且对热轧工艺参数不敏感。本发明采用钛-IF钢生产的软质镀锡板比用铌-IF钢生产的软质镀锡板再结晶温度低，不仅炉子热能消耗低，正常生产时温度过渡时间短，过渡卷或返回卷的用量也将减少，因此可以降低生产成本，而且带钢在连续退火炉内退火时不易发生瓢曲，通板性能好，断带风险小。本发明采用钛-IF钢生产的软质镀锡板比用铌-IF钢生产的软质镀锡板具有更稳定的力学性能。另外，本发明的软质镀锡板，在保证材质性能均匀的前提条件下热轧采用较低的终轧温度和卷取温度，热轧后带钢表面氧化铁皮少，随后的酸洗很容易进行，最终产品的表面质量好。
具体实施方式
以下是本发明生产软质镀锡板的实例说明。
实例1-6：T-1CA软质镀锡板，采用钛-IF钢生产，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 C Si Mn P S Al N Ti O
  1   0.0022   0.007   0.17   0.011   0.0100   0.045   0.0026   0.060   0.0040
  2   0.0020   0.008   0.18   0.015   0.0120   0.025   0.0023   0.050   0.0030
  3   0.0033   0.030   0.20   0.012   0.0150   0.055   0.0018   0.030   0.0023
  4   0.0040   0.015   0.13   0.009   0.0080   0.060   0.0027   0.055   0.0018
  5   0.0045   0.009   0.10   0.013   0.0060   0.030   0.0030   0.080   0.0027
  6   0.0060   0.008   0.12   0.010   0.0085   0.075   0.0026   0.070   0.0020
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   1220   903   615   82
  2   1250   920   630   90
  3   1190   880   550   89
  4   1225   907   590   85
  5   1220   915   610   90
  6   1210   885   570   92
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、平整延伸率和最终产品的硬度如表4所示。
表4  实例1-6的退火工艺参数、平整延伸率和产品硬度实绩
编号   退火温度(℃)   退火均热保温时间(s)   平整延伸率(％)   产品硬度HR30T
  1   745   27   1.2   49.1
  2   765   25   1.8   50.9
  3   740   36   1.3   50.0
  4   720   50   1.0   50.7
  5   735   38   0.8   51.3
  6   770   26   1.0   51.7
最终产品的力学性能如表5所示。
表5  实例1-6的力学性能实绩
  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   综合表面质量
  1   245   349   25   0   41   49.1   更优
  2   233   351   25   0   41   50.9   优
  3   247   353   24   0   40   50.0   更优
  4   240   356   24   0   40   50.7   优
  5   249   356   24   0   40   51.3   优
  6   251   359   23   0   39   51.7   优
实例7-12：T-2CA软质镀锡板，采用钛-IF钢生产，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 C Si Mn P S Al N Ti O
  7   0.0021   0.0075   0.17   0.010   0.015   0.045   0.0030   0.070   0.0025
  8   0.0019   0.0080   0.18   0.015   0.011   0.040   0.0022   0.055   0.0040
  9   0.0015   0.0300   0.20   0.013   0.009   0.025   0.0023   0.030   0.0023
  10   0.0060   0.0070   0.10   0.012   0.007   0.075   0.0025   0.080   0.0018
  11   0.0040   0.0090   0.13   0.010   0.012   0.060   0.0018   0.040   0.0020
  12   0.0035   0.0150   0.15   0.013   0.008   0.030   0.0020   0.050   0.0027
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   1225   907   615   89
  8   1210   890   600   82
  9   1190   880   550   87
  10   1250   920   630   90
  11   1200   885   570   89
  12   1220   915   610   92
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、平整延伸率和产品硬度如表8所示。
表8  实例7-12的退火工艺参数、平整延伸率和产品硬度实绩
编号   退火温度(℃)   退火均热保温时间(s)   平整延伸率(％)   镀锡原板硬度HR30T
  7   750   28   2.6   53.0
  8   740   33   2.4   52.8
  9   770   25   2.8   53.6
  10   720   50   1.8   54.5
  11   735   40   2.3   54.6
  12   765   26   3.0   55.1
最终产品的力学性能如表9所示。
                              表9  实例7-12的力学性能实绩
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HRT30T   综合表面质量
  7  275   363   22   0   38   53.1   更优
  8  261   359   23   0   39   52.8   更优
  9  270   357   23   0   39   53.6   优
  10  278   367   21   0   37   54.6   优
  11  273   359   22   0   38   54.6   优
  12  279   368   21   0   37   55.1   优

Claims (17)

1.软质镀锡板，其成分为(重量百分比)：
C≤0.006％，
Mn：0.10～0.20％，
Al：0.025～0.075％，
Si≤0.03％，
Ti：0.03～0.08％，
P≤0.015％，
S≤0.015％，
N≤0.003％，
O≤0.004％，
余量为Fe和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，C含量为≤0.004％。
3.根据权利要求1所述的镀锡板，其特征在于，所述Al含量为0.030％～0.060％。
4.根据权利要求1所述的镀锡板，其特征在于，所述Ti含量为0.05％～0.07％。
5.根据权利要求1所述的镀锡板，其特征在于，用连续退火的方法来生产所述镀锡板。
6.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。
7.根据权利要求6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。
8.根据权利要求6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扎或多次可逆冷轧的步骤代替。
9.根据权利要求6-8任意一项所述的方法，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550℃～630℃之间。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述热轧步骤中，终轧温度控制在885℃～915℃之间；卷取温度控制在570℃～610℃之间。
11.根据权利要求6-8任意一项所述的方法，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。
12.根据权利要求6-8任意一项所述的方法，其特征在于，在所述连续退火的步骤中，退火温度控制在720℃～770℃之间，保温时间控制在25s～50s之间。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述退火温度控制在735℃～765℃之间。
14.根据权利要求6-8任意一项所述的方法，其特征在于，所述平整步骤采用单机架或双机架完成。
15.根据权利要求6-8任意一项所述的方法，其特征在于，在所述平整步骤中，平整延伸率为0.8％～3.0％。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，生产硬度HR30T为49±3的软质镀锡板时，所述平整延伸率控制在0.8％～1.8％之间。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，生产硬度HR30T为53±3的软质镀锡板时，所述平整延伸率控制在1.8％～3.0％之间。
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