一种合金化热镀锌烘烤硬化钢板及其制造方法

专利名称：：一种合金化热镀锌烘烤硬化钢板及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种合金化热镀锌烘烤硬化钢板及其制造方法，特别是指用于汽车板及家电板，该钢板不仅具有优良的镀层抗粉化性能，还具有优良的表面质量和合适的烘烤硬化值。
背景技术：
：近年来随着汽车安全性能要求的提高，汽车板的强度级别在不断提高，而且采用高强度级别钢板可以在不损失汽车安全性能的前提下减轻车身重量，从而可以降低汽车油耗和减少环境污染。因此，越来越多的汽车板采用高强钢板。然而，汽车板不仅要求较高的抗冲撞性能，而且要求在冲压成形时具有优良的成形性能。而通常随着钢板强度级别的提高，钢板的成形性能会逐渐下降，因而限制了高强钢板在车身上的应用。烘烤硬化钢板却在冲压时具有较低的屈服强度，成形性能好，而通过涂漆烘烤后强度可以提高3080MPa，因而具有较好的抗凹陷和抗冲撞性能，因此，烘烤硬化钢板能够较好地解决钢板成形性能与强度之间的矛盾，达至'j冲压时有优良的成形性能而使用时又有较高的强度。因此烘烤硬化钢板是种较理想的高强度汽车板。经过热镀锌和镀层合金化退火处理的合金化热镀锌烘烤硬化钢板，不仅具有优良的耐蚀性能，还具有优良的焊接性能、涂装性能和抗石击性能，非常适合应用于海洋气候地区、路况较差地区及寒冷地区使用的汽车内外板。因而合金化热镀锌钢板在车身上使用的比例在不断提高。目前，曰系高级轿车外板已经全部采用合金化热镀锌钢板。近年来，合金化热镀锌烘烤硬化钢板在汽车车身上.的使用量越来越大，但其镀层在冲压成形时容易粉化，不仅影响钢板的耐蚀性能，而且粉化的镀层很容易在模具内积聚，影响冲压零件的表面质量。另外，为了保证汽车的安全性能，现在汽车外板通常要求合金化热镀锌烘烤硬化钢板的抗拉强度在340MPa以上。为了达到这--'强度级别，合金化热镀锌烘烤硬化钢板的基板中添加了较多的Mn、Si、P等固溶强化元素。这些元素在退火过程中容易在钢板表面富集，形成氧化物，影响镀液对钢板表面的浸润性，容易形成漏镀点缺陷，严重影响汽车外板涂装后的表面质量，并阻碍镀层的合金化退火过程。为了提高合金化热镀锌钢板鍍层的抗粉化性能，日本专利No.4285126提出在基板中复合添加Ti和B元素，并添加Zr，La，Ce，Y，Ca屮一禾中或一种以上元素，可以生产出镀层抗粉化性能优良的合金化热镀锌烘烤硬化钢板，其具体基板成分要求为C《0.005%，Si《1.0%，Mn0.01~2.0%，P《0.15%，S《0.015%，N《0.005%，sol.Al0.010.1%，B0.0005~0.0020%，{(48/12)X[C]+(48/14)X[N]}~0.1%Ti，并且含有Zr，La，Ce，Y，Ca中种或--种以上元素，其总量比S含量多但小于0.1%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。该专利没有对C含量的下限进行限制，很难保证稳定的烘烤硬化值，而且Si含量太高，钢板的可镀性和表面质量差，P含量上限也太高，镀层合金化困难，另外，该成分中还有较多的Ti元素，镀层在合金化退火过程中，容易在钢板表面形成大量的合金化条纹缺陷。该专利要求热轧终轧温度控制在80(TC以上，此下限温度明显太低，实际生产过程中热轧终轧温度控制在87(TC以下时很难保证钢板组织和性能的均匀性，其最终产品难以满足汽车板的要求。该专利要求基板退火时退火温度在800"C以上，退火时间在l秒以上。此退火时间下限也明显太短，现有的热镀锌机组退火时间小于10秒时，基板再结晶晶粒组织难以均匀，成形性能差，最终产品的性能也很难满足汽车板的要求。日本发明专利No.2002-146475A提出在基板中添加总量在0.0(H0.10/。之间的Sb，Sn，Pb，As，Bi，Te及Se中一种或者一种以上元素，还可以向其中添加(C%X3+0.02%)(C。/oX8+0.02X)质量百分含量的Nb及0.010.06%的Ti，可以生产出抗拉强度在3麵Pa以上r值在1.5以匕的合金化热镀锌烘烤硬化钢板。该专利需要在基板中添加Sb，Sn，Pb，As，Bi，Te或Se元素，成本较高，另外，还要添加一定量的Nb和Ti元素，不仅生产成本相对较高，而且，Ti元素的添加容易在钢板表面产生明显的合金化条纹缺陷。该专利要求锌锅温度控制在45050(TC之间，锌锅铝含量控制在0.1300.150%之间，合金化温度控制在4卯550。C之间。这几个参数的控制范围都明显偏大，很不合理，理由如下当锌锅温度控制在46550(TC之间时，不仅锌锅能耗大，而且锌液内容易产生大量的锌渣，影响产品的表面质量，热浸镀时也容易产生大量的"突爆"组织，降低镀层的结合力。对于烘烤硬化钢，当锌锅铝含量控制在0.1350.150%之间时，镀层很难合金化。而当合金化温度控制在53055(TC之间时，镀层内容易生成大量的r相，镀层粉化严重。曰本发明专利No.2004-263238提出在基板中仅添加Nb即可以生产出具有优良成形性能和表面质量的合金化热镀锌烘烤硬化钢板，其基板具体成分质量百分含量要求为C(%):《0.003，Si(%):《0.10，Mn(%):0.201.0，P(%):0.01~0.03，Sol.Al(%):0.01~0.10，Nb(%):(2X[C]+0.01)(8X[C]+0.01)。该专利并没有对C含量的下限进行限定，因此很难得到稳定的烘烤硬化值。该专利对Si含量的限制上限也太高，钢板的可镀性差，钢板表面容易产生漏镀点缺陷，很难生产出高表面质量的合金化热镀锌烘烤硬化钢板。该专利P元素含量控制在0.010.03%之间，虽然镀层相对容易合金化，但在镀层合金化退火过程中镀层内很容易生成大量的r相，镀层的抗粉化性能较差。另外，该专利对锌锅温度、锌锅铝含量、镀层合金化退火温度和镀层合金化退火时间等非常关键的参数都没有提供，很难直接应用于工业生产。为了生产出具有340MPa级别的合金化热镀锌烘烤硬化钢板，美国专利No.5897967提出在基板中添加0.0170.045%的P，并根据P的含量把Si的含量控制在2.5XP(X)0.20X之间，但该专利要求C含量控制在0.0040.008%之间，C含量明显较高，影响钢板的成形性能，而且该钢板的烘烤硬化值只能保证在lOMPa以上，无法满足现代汽车板对烘烤硬化钢烘烤硬化值的要求。另外，该基板中添加大量的Si元素，很容易在热镀锌时形成漏镀点缺陷，影响最终产品的表面质量，很难应用于汽车外板。美国专利No.US6623691则提出在基板中复合添加Ti，Nb和B元素，可生产出烘烤硬化值合适的热镀纯锌和合金化热镀锌钢板。但由于该专利在基板中添加了Ti元素，在镀层合金化退火处理时镀层表面容易产生合金化条纹缺陷，影响汽车外板的表面质量。
发明内容本发明的目的在于提供一种合金化热镀锌烘烤硬化钢板及其制造方法，该钢板具有优良的镀层抗粉化性能，还具有优良的表面质量和合适的烘烤硬化值，非常适合应用于汽车内、外板和家电板。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是，一种合金化热镀锌烘烤硬化钢板，其化学成分质量[1"分比为C0.00150.0025、Si《0細、Mn0.50~0.60、P0.0500.060、S《0.015、N《0.003、sol.Al0.0300.055、Nb0.0040.015、0《0.0050、其余为Fe禾口不可避免的杂质。其中，优选地，0^0.0040，S控制在《0.010，以质量百分比计。本发明基板中不添加Ti元素，仅添加少量的Nb元素，因此不容易产生合金化条纹，另外还要适当添加成本较低的P元素，总体成本相对较低，而且Si含量低，钢板的可镀性和表面质量都好。另外，对基板C含量进行严格控制，可保证最终产品烘烤硬化值在3060MPa之间。能较好地平衡材料的冲压成形性能、烘烤硬化性能、抗时效性能和表面质量，因此工业应用前景广阔。在本发明中，C:C元素是影响烘烤硬化值及钢板成形性能的关键元素。常温下钢板冲压成形时，希望钢板具有较低的屈服强度、较高的延伸率及r值，并在常温下具有很好的抗时效性能。当C含量增高时，钢板成形性能变差，而且在室温下抗自然时效性能也变差，为了得到不高于60MPa的烘烤硬化值和较好的常温抗时效性能，本发明要求C元素含量控制在0.0025%以下。当C元素含量较低时，钢板较难得到足够的烘烤硬化值，为了保证烘烤硬化值在30MPa以上，本发明要求C元素含量控制在0.0015%以上。Si:Si是强化元素，但随着Si含量的增加，热处理后钢板表面Si富集明显，钢板的可镀性会下降，钢板表面容易产生漏镀点缺陷，不仅影响钢板的耐蚀性能，而且严重影响钢板的表面质量，不能用于汽车外板，所以，本发明要求Si含量严格控制在0.030%以下。而且钢板表面容易产生漏镀点和合金化条纹缺陷，因此，要求Mn含量不得超过0.60W。为了保证足够的强度，本发明还要求Mn含量不得低于0.50%。P:P是一种有效的固溶强化元素，本发明要求P元素控制在0.050.06%之间。当P含量高于0.060Q/。时，钢板强度增加，而且可镀性变差，且镀层较难合金化。当P元素含量小于0.05%时，钢板的强度较难保证，而且镀层合金化退火时，镀层与基板之间容易形成大量的r相，钢板镀层抗粉化性能较差。AhAl是炼钢时的脱氧元素，当A1元素含量低于0.030X时，脱氧能力不足，当Al元素含量超过0.55%时，也不会增加脱氧效果，而且随着Al含量的增加，成本增加并影响最终产品的表面质量。因此，本发明要求把固溶sol.Al含量控制在0.030%0.055%之间。Nb:Nb是碳化物形成元素，适当地添加Nb可以提高钢板的强度，而且用Nb替代Ti可以提高钢板的镀层表面质量。本发明要求Nb含量控制在0.004%0.015%之间。当Nb含量超过0.015%时，生产成本增加，钢板的烘烤硬化性能也变差。当Nb含量低于0.004M时，钢板的r值降低，对钢板的成形性能不利，且烘烤硬化值容易超过60MPa，材料的抗时效性能也容易变差。ThTi也是碳化物形成元素，适当地添加Ti可以明显地降低镀层的合金化退火温度，减少镀层合金化退火时间，但添加Ti元素容易使得钢板在热浸镀过程中形成大量的"突爆"组织，降低镀层结合力，而且，Ti元素的存在，很容易使得镀层在合金化退火处理过程中形成明显的合金化条纹，严重影响镀层的表面质量。因此，本发明中不添加Ti元素。N:N为有害杂质元素，为了使得最终产品获得较好的成形性能及抗时效性能，本发明要求N元素含量控制在0.003。/。以下，控制在0.002%以下更为理想。S:S为有害杂质元素，本发明要求S元素含量控制在0.015%以下，控制在0.010%以下更为理想。O:O也为有害杂质元素，O的多少反映了材料中非金属夹杂物的数量，而过多的夹杂物不仅影响冲压性能，而且会影响表面质量，故本发明acgcaatgccaccgggctggccctggtgctgccgcggcca3CC3tC3CC3tggaatttgg1140ggtccggcatgtggtctgcacggccggctgcgtccccgagggcgtgacgtttgcctggtt■cctgggggacgacccctcaccggcggctaagtcggccgttacggcccaggagtcgtgcga1260ccaccccgggctggctacggtccggtccaccctgcccatttcgtacgactacagcgagta1320catctgtcggttgaccggatatccggccgggattcccgttctagagcaccacggcagtca1380ccagccccc3cccagggaccccaccgagcggc鄉tgatcgaggcgatcgagtgggtggg1440gatt卿atcggggttctcgcggcgggggtcctggtcgtaacggcaatcgtgtacgtcgt1500ccgcacatcacagtcgcggcagcgtcatcggcggtaa1537<210>9<211>394<212>PRT<213>单纯疱疹病毒I型(HerpesSimplexVirusTypeI)<400>9MetGlyGlyAlaAla15lieValGlyLeuHis20SerLeuLysMetAla35ValLeuAspGinLeu50AlaArgLeuGlyAlaVallieLeuPheValVal1015GlyValArgGlyLysTyrAlaLeuAlaAspAla2530AspProAsnArgPheArgGlyLysAspLeuPro4045ThrAspProProGlyValArgArgValTyrHis5560lieGinAlaGlyLeuProAspProPheGinProProSerLeuProlie65707580ThrValTyrTyrAlaValLeuGluArgAlaCysArgSerValLeuLeu859095AsnAlaProSerGluAlaProGinlieValArgGlyAlaSerGluAsp100105110ValArgLysGinProTyrAsnLeuThrlieAlaTrpPheArgMetGly115120125GlyAsnCysAlalieProlieThrValMetGluTyrThrGluCysSer130135140TyrAsnLysSerLeuGlyAlaCysProlieArgThrGinProArgTrp145150155160AsnTyrTyrAspSerPheSerAlaValSerGluAspAsnLeuGlyPhe165170175LeuMetHisAlaProAlaPheGluThrAlaGlyThrTyrLeuArgLeu180185190工序的关键，故应严格控制O含量，炼钢时O含量应该控制在0.0050%以下。热轧热轧前板坯的出炉温度控制在119(TC125(TC之间；热轧终轧温度控制在8卯。C93(TC之间。理论和生产实践均己证明终轧温度大于93(TC，热轧带钢表面氧化严重，产品表面质量差，但终轧温度低于8卯"C时，容易造成最终产品组织性能的不均。本发明生产的合金化热镀锌烘烤硬化钢板，热轧终轧温度控制在90(TC左右时，带钢表面氧化较轻，使后续酸洗效率提高，产品表面质量也提高，而且最终产品组织性能均匀。热轧巻取温度要求控制在65(rC75(TC之间，并且最好控制在6^rC730'C之间。采用较高的热轧巻取温度，虽然会使后序酸洗变得相对困难，但较高的热轧巻取温度有利于基板冲压性能的提高，也有利于抑制镀层合金化退火时在镀层与基板之间形成较厚的r相。当热轧巻取温度超过75CTC时，钢板头尾易划伤，而且后续酸洗非常困难，从而轧硬材将伴生氧化铁皮压入。当热轧巻取温度低于650'C时，带钢力学性能较差，特别是屈服强度增高而塑性下降。酸洗和冷轧可采用酸轧联合机组生产，或者先酸洗，后进行冷连轧或者多次可逆冷轧，但最好采用酸轧联合机组生产，以提高生产效率和成材率。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。冷轧压下率控制在75%80%之间，如可采用五机架连轧。冷轧的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。变形量太小则材料的成形性能差，变形量太大则冷轧生产消耗增加且轧硬材板形差，影响后续热镀锌机组的稳定通板和最终产品的板形。退火和热镀锌本发明的合金化热镀锌烘烤硬化钢板退火和热镀锌都在热镀锌机组进行。退火时，退火温度控制在780。C87(TC之间，保温时间控制在20s50s之间。退火温度高于87(TC时，钢板强度会偏低，并影响表面质量，同时能量消耗也将增加。退火温度低于78(TC时，钢板强度偏高，最终产品成形性能差。热镀锌时，锌锅温度控制在455。C465。C之间，锌锅总铝含量控制在0.120%0.130%之间。锌锅总铝含量低于0.120%时，镀层与基板之间生成的Fe2Al5阻挡层不均匀，不仅镀层很容易出现过合金化，而且镀层很容易出现合金化程度不均，钢板表面质量差。锌锅总铝含量高于0.130%时，镀层与基板之间生产的F^Al5阻挡层过厚，镀层合金化困难，需要提高合金化退火温度或者降低机组速度，而且镀层容易粉化。因此，本发明要求锌锅总铝含量控制在0.120%0.130%之间。镀层厚度对镀层合金化退火后钢板的抗粉化性能有较大的影响。当镀层重量小于30g/m4寸，镀层耐蚀性能较低，当镀层重量大于60g/n^时，镀层抗粉化性能较差。因此，本发明要求单面镀层重量控制在30g/n^60g/m2之间。镀层合金化退火本发明的合金化热镀锌烘烤硬化钢板进行镀层合金化退火处理时要求合金化退火温度控制在470。C53(TC之间，保温时间控制在12s25s之间，并要求镀层铁含量控制在8%12。％之间。镀层合金化退火温度低于47(TC时，镀层较难完全合金化，镀层铁含量低，镀层表面容易残留大量；相，此时镀层耐蚀性能、焊接性能和涂装性能都较差，钢板的成形性能也较差。当镀层合金化退火温度高于53(TC吋，镀层与基板之间容易生成大量的r相，镀层铁含量高，镀层抗粉化性能较差。为了得到优良的镀层抗粉化性能，通过上述参数的调整使镀层铁含量控制在8%12。％之间。本发明的合金化热镀锌烘烤硬化钢板合金化退火处理后采用单机架四辊平整机进行平整，平整延伸率控制在1.0%1.5%之间，平整延伸率小于1.0%时，难以消除材料的屈服平台，材料变形时表面很容易出现滑移线，另外平整延伸率较小时，钢板表面的一些轻微的缺陷也难以通过平整工序消除，因此导致钢板的表面质量差，且钢板表面粗糙度值较难满足用户要求，平整延伸率大于1.5%时，最终产品的塑性下降，成形性能恶化，且造成BH值偏低，而且平整辊辊耗也会有所提高，除此之外为了确保合金化热镀锌烘烤硬化钢的表面质量和材质性能，平整工作辊辊径优选选用0420mm以上。具体实施方式以下是本发明生产合金化热镀锌烘烤硬化钢板的实例说明。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<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>连铸坯在热轧前加热的热轧开坯温度，经粗轧、精轧及层流冷却后巻取，经23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2:表2主要工艺参数实绩实施例出炉温度(。C)热轧终轧温度rc)热轧巻取温度rc)冷轧压下率(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>5<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>将冷轧带钢在热镀锌机组进行清洗、退火、热镀锌、镀层合金化退火和平整，退火工艺参数、镀层合金化退火及平整参数如表3所示。表3退火工艺参数实绩<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>最终产品的力学性能和镀层抗粉化性能60°V弯级别如表4所示。表4力学性能实绩和镀层抗粉化性能V弯级别<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>*注此处BH值为BH2，测量时，钢板的预变形量为2%，烘烤温度为170°C，烘烤时间为20min。**注6(TV弯级别共分九级，就抗粉化性能而言一级最好，九级最差，一.K级为合格。综上所述，本发明通过在基板中添加少量的Nb元素，并提高成本较低的P元素含量和提高热轧巻取温度，即可以生产出镀层抗粉化性能优良的合金化热镀锌烘烤硬化钢板，而且基板中不需加入Si和Ti，故钢板的表面质量好，非常适合应用于汽车内、外板和家电板。权利要求1.一种合金化热镀锌烘烤硬化钢板，其化学成分质量百分比为C0.0015～0.0025Si≤0.030Mn0.50～0.60P0.050～0.060S≤0.015N≤0.003sol.Al0.030～0.055Nb0.004～0.015O≤0.0050其余为Fe和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的合金化热镀锌烘烤硬化钢板的制造方法，其特征是，O《0.0040%，以质量百分比计。3.如权利要求1所述的合金化热镀锌烘烤硬化钢板的制造方法，其特征是，S控制在0.010%，以质量百分比计。4.如权利要求1所述的合金化热镀锌烘烤硬化钢板的制造方法，其包括如下步骤1)钢板其化学成分质量百分比为C0.0015~0.0025、Si《0扁、Mn0.500.60、P0.0500細、S《0.015、N《0.003、sol.Al0.030~0.055、Nb0.004~0.015、0^0.0050、其余为Fe禾口不可避免的杂质；2)按上述成分冶炼、铸造成板坯；其中，在转炉炼钢过程中进行脱碳并去除有害杂质，在精炼中进行真空脱气处理，[C]控制在0.00150.0022%;O含量控制在0.0050%以—卜'；3)热轧板坯加热，加热温度11901250。C;热轧终轧温度890930。C;巻取温度650750。C;4)酸洗和冷轧冷轧压下率控制在75%80%之间；5)热浸镀前退火退火温度78087(TC;保温时间2050S;6)热浸镀锌带钢入锌锅温度大于锌浴温度，并且小于或者等于4S0。C;热浸镀锌浴温度455465°C;热浸镀锌液的总铝质量百分含量控制在0.1200.130%;7)热浸镀后的镀层合金化退火退火温度控制在47053(TC之间-,镀层合金化退火时间控制在1225s之间。5.如权利要求4所述的合金化热镀锌烘烤硬化钢板的制造方法，其特征是，步骤8)镀层合金化退火后平整，平整延伸率控制在1.01.5%之间。6.如权利要求5所述的合金化热镀锌烘烤硬化钢板的制造方法，其特征是，步骤8)镀层合金化退火后平整，平整工作辊辊径选用0420mm以....匕7.如权利要求4所述的合金化热镀锌烘烤硬化钢板的制造方法，其特征是，步骤6)中，镀层重量(单面)控制在3060g/n^之间。8.如权利要求4所述的合金化热镀锌烘烤硬化钢板的制造方法，其特征是，步骤3)中，巻取温度控制在6卯。C73(TC之间。全文摘要本发明涉及一种合金化热镀锌烘烤硬化钢板及其制造方法，解决镀层抗粉化、表面质量和烘烤硬化值等问题。其基板化学成分(质量百分含量)为C0.0015～0.0025％，Si≤0.030％，Mn0.50～0.60％，P0.050～0.060％，S≤0.015％，N≤0.003％，sol.Al0.030～0.055％，Nb0.004～0.015％，O≤0.0050％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，镀层重量(单面)为30～60g/m²，镀层铁含量(质量百分含量)为8～12％。本发明的钢板不仅具有优良的镀层抗粉化性能和表面质量，而且还具有合适的烘烤硬化值。文档编号C22C38/12GK101230437SQ200710036708公开日2008年7月30日申请日期2007年1月22日优先权日2007年1月22日发明者张理扬,俊李,林秀贞申请人:宝山钢铁股份有限公司