专利名称：一种含铌高强度热镀锌钢板及其生产方法
技术领域：
本发明属于金属材料及其制备技术领域，特别涉及结构用含铌高强度热镀锌钢板 及其生产方法。
背景技术：
采用高强度钢板是现代汽车用钢的一大发展趋势。一般来说，随着钢板强度的提 高成型性能下降，开发兼有高强度和优良的成型性能的钢板是汽车和钢铁工业共同的愿望。塑性应变比值(Y、Δ Y值)是衡量薄钢板成型性能的重要指标，、值为平面法 向塑性应变比，表示板材深冲时抗减薄能力和板面均勻延展能力，钢板塑性应变比Y值提 高，表明钢板平板方向相对易于变形，而厚度方向相对不易变形，这将提高钢板深冲时的变 形能力；由于不同方向上测得的塑性应变数值Y是变化的，板料的塑性应变数常用平均 值^表示，板平面中最主要的三个方向是与轧制方向呈0°、45°和90°，相应地用、 Y 45° 禾口 γ 90° 表示，艮口7=(, 0。+2 ,45。+ ,90。)/4。钢板凸耳参数Δ y定义为;Ar=r°° ^90° _,45。，表示板材平面塑性应变比的各向
异性，Δ y = 0没有制耳产生，Δ y的绝对值越大，产生的制耳越严重，降低成材率。可见， 板材^值越大，Δ y值越小，则钢板的深冲压延性能愈好，即成型性能越好。为了生产兼具高强度和良好成型性的钢板，目前往往通过钢成分、组织的限定，热 轧条件、冷轧条件、退火条件的优化来得到成型性能优良且高强度的热镀锌钢板。例如，特开平5-311244号公报提出的方法是，把Si-Mn-P系热轧钢板在连续热镀 锌生产线上加热到Acl相变点以上的温度后，急冷到Ms点以下，使整体或部分产生马氏体， 之后利用热镀锌液和合金化处理炉的热量对马氏体进行回火处理的方法。另外，特开平 7-54051号公报公开的方法是，对Mn-P-Nb (-Ti)系热轧后低温下卷绕的热轧钢板进行热镀 锌处理，向微小的铁素体基质中细微地分散珠光体或渗碳体，以提高延伸性能的方法。中 国专利200710153281. 4提供了一种焊接时不易产生HAZ软化、且加工性优良的高强度热镀 锌钢板，以质量％计，含有 C 0. 03 0. 25%, Si 彡 0. 7%, Mn :1. 4 3. 5%, P 彡 0. 05%, S彡0. 01%, Cr 0. 05 1%、Nb :0. 005 0. 和余量的!^e组成，并且由铁素体和第2 相的复合组织组成，复合组织的平均粒径在IOum以下。中国专利200480028556. 6提供了 一种焊接性和延展性优良的高屈服比高强度薄钢板，以质量％计，含有C :0. 03 0. 1%、 Si 0. 3-0. 8 %、Mn :1· 7 3. 2 P 0. 001-0. 02 S 0. 0001-0. 006 N 0. 0001 0. 007 Al ^ 0. 06 % :Ti :0. 01-0. 055 Nb :0. 012 0. 055 Mo :0. 07-0. 55 B 0. 0005-0. 004%和余量的!^e组成。中国专利00804149. 0提出了一种加工性及锌可镀性均 优良的高强度热浸镀锌钢板及其制造方法，以质量％计，含有C :0. 01 0.2%、Si 1%, Mn :1. 5 3%、P 彡 0. 1%、S 彡 0· 05%、N 彡 0· 01%、A1 彡 0. 1%、选自 Ti、Nb 和 V 中任 何1种或2种以上，其合计含量为0. 01-1%,其余部分为狗和不可避免的杂志组成所构成；同时具有如下金属组织铁素体相的平均结晶粒径小于10um，由第2相构成的带状组织厚 度满足Tb/T ^ 0. 005 (Tb 带状组织板厚方向的平均厚度，T 钢板板厚)。可见，近年来对钢板成型性能的要求日益严格，关于提高这种高强度热镀锌钢板 的加工性能的提案也日渐增多，但对高强度热镀锌钢板的深冲性能研究甚少，几乎没有。而 高强度热镀锌钢板如果兼具有良好的深冲性能，则在汽车和钢铁工业势必具有广阔的市 场。本发明的发明人长期致力于该领域的研究，探索出了一种高Ht、低△ Y值的含铌高强 度热镀锌钢板。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种高^值、低△ Y值的结构用含铌(Nb)高 强度热镀锌钢板其制造方法。本发明的技术方案含铌高强度热镀锌钢板，其组成成分的重量百分比为含C :0. 03 0. 1%，Si 彡 0. 05%，Mn :0. 5 0. 9%，P 彡 0. 025%，S 彡 0. 015%，N 彡 0. 005%，Ti 彡 0. 005%， Nb 0. 03 0. 06%, Al 0. 01% 0. 08%，余量为!^e和不可避免杂质组成。该含铌高强度热镀锌钢板具有如下钢组织以体积百分率计，含有 97. 5% -98. 5%的平均结晶粒径为5um以下的铁素体相和1. 5% 2. 5%的平均结晶粒径为 3um以下的渗碳体相，其中铁素体晶粒度为12. O级。上述含铌高强度热镀锌钢板的制备方法为将钢坯经过热轧工序、卷取工序、酸 洗、冷轧工序和热镀锌工序，从而制得热镀锌钢板，具体步骤为a、热轧工序，将上述所得钢坯加热温度设为1220 1250°C、热轧终轧温度设为 880°C 920°C进行热轧；b、卷取工序，对880°C 920°C的温度范围以50°C /s_70V /s的冷却速率进行冷 却，在550 600°C的温度范围进行卷取；C、酸洗工序，采用1. 6-2. 7摩尔/升的盐酸进行酸洗；d、冷轧工序，卷取后在55 70%的压下率进行冷轧；e、退火工序，Nb含量为0. 03 0. 04% (含0. 04% )时，790 805°C退火30 60s，铌含量为0. 04 0. 06%时，805 820°C退火30 60s ；f、镀锌工序，在连续热镀锌生产线上，在成分为98. 2% Zn-O. 25% A1-1. 5% Si的 镀浴中于455 465°C按不小于85米/分钟的机组速度进行热浸镀，镀层重量控制在80 85克/平方米；g、镀锌后处理工序，镀层冷却到35°C温度以下进行拉矫和辊涂表面处理，卷取后 获得成品。本发明的有益效果本发明含Nb高强度热镀锌钢板^值较高G诠1.3、Δ γ值 较低(Δ γ彡0)，屈服强度(ReL)彡460MPa,抗拉强度(Rm)彡570MPa,断裂伸长率 (A80) ^观％，因此，在保证高强度的同时成型性能优良。另外，本发明是在普通的低碳铝镇静钢成分体系上仅添加Nb，不仅合金成本低，而 且单一添加合金比多次添加合金生产成本低；制造工艺实施难度小；所得钢板表面质量和 综合性能优良，可在连续热镀锌机组在线实现批量生产。
图1是所得产品的显微组织。
具体实施例方式本发明者对高强度热镀锌钢板的特性进行了研究，结果得到以下发现，即 如果在普通的低碳铝镇静钢添加一定量的Nb元素，施加适当的工艺条件，形成含有 97. 5%-98. 5%的平均结晶粒径为5um以下的铁素体相和1. 5% 2. 5%的平均结晶粒径为 3um以下的渗碳体相的复合组织，就可以提高钢板的^值且同时降低钢板的Δ γ，获得优良 的成型性能。以下，将作详细说明。1)钢成分本发明的高强度热镀锌钢板本质上是由下述元素及余量的！^和不可避免的杂质 构成。其中涉及成分的“％”均表示质量％。C :C是实现高强度化的必须元素。碳含量范围的选择主要考虑炼钢工艺的可操 作性和经济性，以及产品的综合性能，如果碳含量低于0. 03%，炼钢时须进行真空处理，增 加生产成本，如果碳含量超过0. 1 %，有时需增碳，亦增加炼钢的生产成本，且钢板的塑性降 低，同时焊接性能恶化。因此，C量要控制在0. 03-0. 1%。Si ≤ 0. 05% ；N≤ 0. 005%, Si和N作为残留元素存在，不特意添加，越低越好。Mn =Mn主要是提高强度并且与硫结合成MnS，防止因FeS所造成的热裂纹，为得到 超过570Mpa的拉伸强度，其含量至少要在0. 5%以上。但是，如果添加量过高，会影响钢的 焊接性能。因此，Mn量要控制在0.5-0.9%。P :P和S作为残留元素存在，考虑到炼钢工序的经济性和Ca处理的效果，要控制 在 P ≤ 0. 025%, S ≤ 0. 015%。Al 主要是作为脱氧元素添加的，要实现完全脱氧，其含量要求在0.015%以上， 但过高的铝将影响钢的焊接性能以及镀层附着力并且不经济，但含量过低，增加生产控制 难度，因此，Al含量选择为0. 01% 0. 08%为宜。Ti ≤ 0.005%钛的主要作用是固定钢中的氮形成TiN，一方面具有细化晶粒的作 用，另一方面可以增加铌的强化作用，为降低控制难度，按< 0. 005%控制。Nb =Nb在钢中起到细晶强化和沉淀强化的作用，有利于阻碍再结晶。Nb是把铁素 体粒径细微化、提高加工性的有效元素，因此其含量要在0. 03%以上，但如果超过0. 06%， 其阻碍再结晶的作用过强，要获得完全再结晶的组织及优良的加工性能就需要采用较高的 退火温度，即对机组的退火能力要求极高。所以，Nb量应控制为0. 03-0. 06%。2)铁素体+微量渗碳体的复合组织该含铌高强度热镀锌钢板具有如下钢组织以体积百分率计，含有95% 99%的 平均结晶粒径为5um以下的铁素体相和 5%的平均结晶粒径为3um以下的渗碳体相， 其中铁素体晶粒度为12. 0级。铁素体所占的体积百分率越高，钢质越清洁，塑性应变^值越高；铁素体粒径越小，
相应的晶粒度越大，强度越高，对塑性应变^的提高具有一定的阻碍作用。渗碳体所占的体
积百分率越高，塑性应变^越低；渗碳体粒径越小，对塑性应变^的提高的阻碍作用越小。
3)制造方法钢坯制备，按通常铁水脱硫、转炉冶炼、LF炉Ca处理，将钢水成分控制在上述钢成 分范围内，经连续铸造法铸成200mm的连铸坯。热轧工序，将上述所得钢坯加热温度设为1220 1250°C、热轧终轧温度设为 880°C 920°C进行热轧，热轧后，以50°C /s-70°C /s的冷却速率快速冷却到550°C 600°C 后空冷12s。其中，均热温度选在1220°C以上为使Nb的析出相完全固溶；终轧温度选在 880°C以上为使Nb的析出相在铁素体区析出，以保证其在冷轧退火过程中的强化作用；以 500C /s-70°C /s的冷却速率冷却到550°C 600°C后空冷12s，是因为在550°C 600°C温 度范围内生成铁素体和珠光体的两者复合；由于冷却后空冷段辊道长度的限制，快冷到卷 取间带钢仅能运行12s。选择该热轧工艺条件，可以促进珠光体转变，降低成品固溶碳含量， 从而降低屈强比，最终有利于塑性应变^值的提高。卷取工序，卷取温度550 600°C为宜，如果不足550°C，会造成晶粒过于细化，屈 强比升高，导致塑性应变^值较低；而如果超过600°C，珠光体转变不充分，成品固溶碳含量 较高，屈强比升高，塑性应变^值亦较低。酸洗，采用1.6-2. 7摩尔/升的盐酸进行酸洗。酸洗的目的是要消除热轧带钢表 面的氧化物等杂质，提高冷轧板的表面质量。如果不酸洗，热轧带钢表面的氧化物等杂质， 一方面会压入带钢，使得带钢表面质量较差，在后续使用过程中可能会导致开裂等缺陷；另 一方面，氧化物等杂质还可能划伤冷轧辊，造成严重的损失。冷轧工序，冷轧压下率根据冷轧机的能力来确定，为55 75%。其它工艺相同 的条件下，冷轧压下率越高，成品的组织越均勻，塑性应变^值越高。压下率不足55%时， 不仅降低了生产效率，而且使塑性应变^值降低；压下率超过75%时，对于添加合金的高强 度钢板来说，冷轧轧机负荷极其大，可能导致轧制故障，影响生产，因此压下率控制在55 75%。退火工序，由于Nb含量对成品性能的影响较大，为了保证成品性能的稳定性，根 据Nb含量来确定退火工艺，当Nb含量为0.03 0.04% (含0.04% )时，790 805°C下 退火30 60s，当Nb含量为0. 04 0. 06%时，805 820°C下退火30 60s。当Nb含量 为0. 030 0. 040%时，退火温度选择790 805°C，使得Nb的析出强化得以充分，以此保证 钢的强度；如果温度低于790°C，成品的组织未能达到完全再结晶，直接影响塑性应变^值； 若温度高于805 °C，使得Nb的析出强化得到削弱，组织软化，强度降低。Nb含量为0.04 0. 06%时，升高退火温度是为了保证伸长率。镀锌工序，连续热镀锌生产线上的锌锅加热温度如果不足455°C，铁-锌合金层以 及粘附层的形成速度受到限制，锌液的流动性变差，使锌液以及镀层的化学成分不均勻，， 会影响镀层的整体性能；而超过465°C，会引起脆性的铁-锌合金层的快速生长，使镀层的 厚度和脆性增加，镀层的延展性下降，易产生裂纹。此外，锌液温度过高，导致铁的溶解速率 增加和锌渣的形成速度加快，降低了锌液的质量，从而影响镀锌的表面质量；所以应控制为 455 465°C。热镀生产线机组速度需保证在不小于85米/分钟的原因是保证得到表面光 滑、美观的镀层；为了兼顾镀层耐腐蚀性能和点焊接性能，镀层重量控制在80 85克/平 方米。
镀锌后处理工序，镀层冷却后进行拉矫和辊涂表面处理，其中拉矫是指使带钢在 小直径辊子上反复弯曲并施加拉力，使带钢产生弹塑性延伸，从而将带钢矫直。辊涂表面处 理的目的是对镀锌后的带钢表面进行钝化处理，使镀锌板的耐蚀性进一步提高。以下通过具体实施例的方式对本发明做进一步详述，但不应理解为是对本发明的 限制。将表1所示成分组成的钢进行熔炼，使其形成钢坯后，在表2所示各种条件下实施 热轧、卷取、冷轧、连续退火及镀锌处理，制造板厚为1.0mm且两面之和的镀层附着量为80 克/平方米的热镀锌钢板。对所得的热镀锌钢板进行如下所示的材料试验，对材料特性进行研究。将所得结 果示于表3和表4。另外，材料试验及材料特性的评价方法如下。(1)钢板的组织通过用光学显微镜或扫描电子显微镜(SEM)观察轧制方向截面、板厚1/4面位置 来进行研究。铁素体相的结晶粒径根据GB/T4335-1984中规定的方法测定结晶粒度并换算 成平均结晶粒径。并且，铁素体相的面积百分比，通过使用倍率为100倍的截面组织照片进 行图像分析，求出在任意设定的10mm*10mm四方的正方形区域内存在的铁素体相的占有面 积比率，将其作为铁素体相的体积百分率。渗碳体的体积百分率，根据与铁素体相相同的方 法求出。(2)拉伸特性根据GB/T 228-2002的拉伸试验来进行评价。轧制方向为0°，试样加工成标距为 50mm或80mm的标准拉伸试样，在室温23°C 士5°C范围内，在拉力试验机作用下拉伸试样至 断裂。(3)塑性应变^值、Δ γ值根据GB/T 5027-2007/IS0 10113 :2006的γ值和Δ y测定来进行评价。Y值 为在单轴拉伸应力作用下，试样宽度方向真实塑性应变和厚度方向真实实塑性应变的比。 在试样0°、45°和90°分别取样，加工成标距为50mm或80mm的标准拉伸试样，在室温 230C 士5°C范围内，在拉力试验机作用下拉伸试样至断裂。分别测出0°、45°和90°的、 值，相应地用、γ 45°和γ 90°表示，通过；值=(Υ0° +2 γ 45° +γ 90° )/4计算
出r值，通过
权利要求
1.一种含铌高强度热镀锌钢板，其组成为以质量％计，含有C 0. 03 0. 10%, Si 彡 0. 05%，Mn :0. 50 0. 90%，P 彡 0. 025%, S ^ 0. 015%, N ^ 0. 005%, Ti 彡 0. 005，Nb 0. 03 0. 06%, Al :0. 01% 0. 08%，余量为!^e及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的含铌高强度热镀锌钢板，其特征在于，所述钢板具有如下 钢组织以体积百分率计，含有97. 5 98. 5%的平均结晶粒径为5um以下的铁素体相和 1. 5% 2. 5%的平均结晶粒径为3um以下的渗碳体相，其中铁素体晶粒度为12级。
3.权利要求1所述含铌高强度热镀锌钢板的制造方法，将钢坯经过热轧工序、卷取工 序、酸洗、冷轧工序、退火工序和热镀锌工序，制得热镀锌钢板，其特征在于，退火工序中，当 0. 03%^ Nb 彡 0. 04%时，于 790 805°C退火 30 60s ；当 0. 04%< Nb 彡 0. 06%时，于 805 820 退火 30 60s。
4.根据权利要求3所述的含铌高强度热镀锌钢板的制造方法，其特征在于，所述热轧 工序中，钢坯加热温度为1220 1250°C、热轧终轧温度为880°C 920°C。
5.根据权利要求3-4任一项所述的含铌高强度热镀锌钢板的制造方法，其特征在于， 所述卷取工序中，以50°C /s-70°C /s的冷却速率冷却至550 600°C的温度范围进行卷取。
6.根据权利要求3-5任一项所述的含铌高强度热镀锌钢板的制造方法，其特征在于， 所述冷轧工序中，冷轧压下率为55 70%。
7.根据权利要求3-6任一项所述的含铌高强度热镀锌钢板的制造方法，其特征在于， 所述热镀锌工序中，在连续热镀锌生产线上，加热到455 465°C温度范围内进行镀锌。
8.根据权利要求7所述的含铌高强度热镀锌钢板的制造方法，其特征在于，所述热镀 锌工序中热镀锌机组速度不小于85米/分钟。
9.根据权利要求7-8任一项所述的含铌高强度热镀锌钢板的制造方法，其特征在于， 热镀锌镀层重量控制在80 85克/平方米。
10.根据权利要求3-9任一项所述的含铌高强度热镀锌钢板的制造方法，其特征在于， 镀锌工序后，进一步施加拉矫和辊涂表面处理工序。
全文摘要
本发明涉及一种含铌高强度热镀锌钢板及其生产方法。本发明提供一种高值低Δγ值的结构用含铌高强度热镀锌钢板其制造方法。含铌高强度热镀锌钢板，其组成为以质量％计，含C0.03～0.1％，Si≤0.05％，Mn0.5～0.9％，P≤0.025％，S≤0.015％，N≤0.005％，Ti≤0.005％，Nb0.03～0.06％，Al0.01％～0.08％，余量为Fe和不可避免杂质。其制备方法为将钢坯经过热轧、卷取、酸洗、冷轧及热镀锌工序。本发明含Nb高强度热镀锌钢板Δγ≤0，屈服强度≥460MPa，抗拉强度≥570MPa，断裂伸长率≥28％，即在保证高强度的同时成型性能优良。
文档编号C23C2/40GK102094149SQ20111005459
公开日2011年6月15日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者周一林, 娄燕, 张功庭, 梁英, 王平利, 王敏莉, 许哲峰, 郑之旺 申请人:攀钢集团攀枝花钢钒有限公司, 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司, 攀钢集团研究院有限公司, 攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司