一种高强度低合金热镀铝锌钢带及其生产方法
【专利摘要】一种高强度低合金热镀铝锌钢带及其生产方法，该热镀铝锌钢带包括钢基板和合金镀层，其中，钢基板的化学成分重量百分比为：C0.02～0.10％，Mn0.5～1.2％，P0.01～0.07％，Nb0.01～0.12％，N≤0.0080％，S≤0.02％，且0.01％≤(Nb-0.22C-1.1N)≤0.1％，8≤Mn/1.7S，其余为Fe和不可避免的杂质；合金镀层的化学成分质量百分比为：Al50～58％，Zn40～45％，Si1.0～2.0％，Ti0.005～0.020％，其余为不可避免的杂质。本发明采用冶炼、铸造、通过热轧轧制、冷轧变形及连续退火后热浸镀铝锌镀层，使铝锌镀层均匀致密地附着在钢基板上，获得的低合金热镀铝锌钢带的屈服强度为410～570MPa，抗拉强度≥470MPa，延伸率≥15％，既具良好的强韧性又具有优良的耐腐蚀性能，该生产方法成本低、成材率高。
【专利说明】一种高强度低合金热镀铝锌钢带及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卷钢板材料生产领域，具体涉及一种高强度低合金热镀铝锌钢带及其 生产方法。
【背景技术】
[0002] 高强度低合金钢因具有较低的成本和良好的强韧性，在全世界引起了普遍重视并 得到应用。一般钢中C成分< 0. 1 %，通过添加 Ti、Nb等合金元素，与基体中的C、N等原子 形成碳氮化物，并依靠这些碳氮化物在基体中微量析出来阻碍位错的移动，从而获得较高 的钢板强度。人们可以选择纯Ti、纯Nb或Ti、Nb复合的成分设计达到预期的性能目标，但 从成本经济和性能稳定性方面考虑，所添加的合金种类和配比是决定材料可制造性的关键 因素。
[0003] 镀铝锌层的化学成分包括一定配比的铝、锌、硅，其中防腐主要是由铝锌合金提 供。但，硅也很重要，它可以把生产过程中脆性层的形成速度降到最小，从而使产品易于加 工成型。镀铝锌层独特的树枝状结构是防腐性能提高的主要原因。当镀铝锌层暴露在大气 中，枝晶间网络中的富锌区先被腐蚀，氧化产物会填充在枝晶间的空隙中，从而降低了腐蚀 速度。
[0004] 中国专利CN200310106261. 3公开了一种热镀铝锌合金钢板及其制造方法，该方 法采用普通冷轧基板生产镀铝锌产品，其屈服强度均大于228MPa，延伸率在20%左右，但 不能满足屈服强度410?570MPa的要求。
[0005] 中国专利CN200610047626. 3公开了一种全硬质镀铝锌钢板及其生产方法，该方 法提供的钢板的屈服强度达到600MPa以上，无断裂延伸率。但，不能满足屈服强度410? 57010^，断裂延伸率大于15%的要求。
[0006] 中国专利CN200710093976. 8公开了深冲用热镀铝锌钢板/带及其生产方法，该方 法是采用IF钢基板生产镀铝锌产品，其屈服强度140?220MPa，抗拉强度达260?350MPa， 延伸率大于30%，但不能满足屈服强度410?570MPa的要求。
[0007] 目前，对材料具有高耐蚀性、高强度、高延伸率要求的家电、电脑机箱、汽车油箱等 领域对镀铝锌产品有很大的需求。但屈服强度410?570MPa，抗拉强度达不小于470MPa， 延伸率大于15%的高强度低合金热镀铝锌产品在国内外为空白。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种高强度低合金热镀铝锌钢带及其生产方法，其具有 410?570MPa的屈服强度、不小于470MPa的抗拉强度及大于15%的延伸率，镀层均匀、致 密、厚度适当，既具良好的强韧性又具有优良的耐腐蚀性能。
[0009] 本发明的设计思路是：选取含Nb成分的板坯，通过热轧轧制、冷轧变形及连续退 火后热浸镀铝锌镀层，使铝锌镀层均匀致密地附着在钢基板上，从而成为高强度低合金热 镀铝锌钢带，且生产成本低、成材率高。
[0010] 为达到上述目的，本发明主要采用如下技术方案：
[0011] 一种高强度低合金热镀铝锌钢带，包括钢基板和合金镀层，其中，钢基板的化学成 分重量百分比为：CO. 02 ?0· 10%，MnO. 5 ?L 2%，PO. 01 ?0· 07%，NbO. 01 ?0· 12%， N 彡 0· 0080%，S 彡 0· 02%，且 0· 01 % 彡（Nb-0. 22C-1. IN)彡 0· 1 %，8 彡 Mn/1. 7S，其余 为Fe和不可避免的杂质；合金镀层的化学成分质量百分比为：Α150?58%，Ζη40?45%， SiL 0?2. 0%，TiO. 005?0. 020%，其余为不可避免的杂质。
[0012] 进一步，所述高强度低合金热镀铝锌钢带的屈服强度为410?570MPa，抗拉强度 彡470MPa，延伸率> 15%。
[0013] 所述高强度低合金热镀铝锌钢带的钢基板为均匀的铁素体+渗碳体组织，钢板表 面为细小均匀的银白色锌花。
[0014] 在本发明的成分设计中：
[0015] Nb :采用添加微量合金元素 Nb, Nb在钢中可以形成NbC，NbN等间隙中间 相。在再结晶过程中，中间相对位错的钉扎及对亚晶界的迁移进行阻止作用，使钢的流 变应力和屈服强度提高，从而起到强化材质的目的。本发明成分设计满足公式〇. 01 % 彡（Nb-0. 22C-1. IN)彡0. 1%时，Nb与C、N形成足够、细小的中间相起到了强化材质的作 用，同时Nb含量也不会过高而提升制造成本。
[0016] C :钢基板中C是最有效，最便宜的强化元素，材料一般随着C含量的增加而趋向硬 质化。同时，如上所述因 Nb的添加形成了细小的NbC也有效地提高了材料的强度。当C含 量小于0. 02 %时，强化效果不显著，当C含量大于0. 1 %时，材料硬化，加工性变差。
[0017] Mn :Mn在钢水中可以无限互溶，近似理想溶液，Mn主要起固溶强化作用，由于钢水 中残留一定量的S元素，S元素增加板坯的热脆性，恶化钢的力学性能，影响钢的抗腐蚀性 等负面作用，为了降低S的负面作用，要提高钢板中的Mn/S值，因此本发明控制Mn含量： 8彡Mn/L 7S，可以有效降低S的负面影响。
[0018] P :由于P是一种价格便宜而且强化能大的元素，每添加0. 01 %的P，强度可提高约 IOMPa左右，所以加入适当的P，可以生产成形性优良的高强钢。随着钢中P含量的增加，屈 服强度和抗拉强度增加，断裂延伸率，η值，r值降低。
[0019] S :钢中常见元素，可以改善钢的切削性能，但是S对钢的危害作用非常显著，使钢 具有一定的热脆性，并影响钢的抗腐蚀性能。所以，对于钢水必须经过脱硫处理。
[0020] 本发明所述高强度低合金热镀铝锌钢板/带的生产方法，包括如下步骤：
[0021] 1)冶炼、铸造
[0022] 高强度低合金热镀铝锌钢板的成分重量百分比为：C0. 02?0.10%，MnO. 5? 1. 2 %，PO. 01 ?0· 07 %，NbO. 01 ?0· 12 %，N 彡 0· 0080 %，S 彡 0· 02 %，且，0· 01 % 彡（Nb-0. 22C-1. IN)彡0. 1%，8彡Mn/1.7S，其余为Fe和不可避免的杂质；按上述化学成 分经冶炼、铸造后得铸坯。
[0023] 2)热轧
[0024] 加热出炉温度1200?1260°C，热轧终轧温度800?900°C，热轧卷取温度500? 650。。。
[0025] 3)冷轧
[0026] 冷轧压下率50?90%，形成钢带。
[0027] 4)冷轧退火
[0028] 在直接燃烧无氧化连续退火炉内进行，退火处理包括预热处理、加热处理、均热处 理和冷却处理；预热时间10?50秒；加热温度600?700°C，加热时间15?65秒；均热温 度750?850°C，均热时间40?120秒；冷却温度550?650°C，冷却时间5?40秒。
[0029] 5)热镀
[0030] 将钢带浸入锌锅中进行热镀处理，镀液成分重量百分比为：A150?58%，Zn40? 45%，SiL 0?2. 0%，TiO. 005?0. 020%，其余为不可避免的杂质；锌锅温度500?600°C， 制备得到高强度低合金热镀铝锌钢带，其屈服强度为410?570MPa，抗拉强度> 470MPa，延 伸率彡15%。
[0031] 本发明的生产方法中：
[0032] 本发明所述的加热出炉温度为：1200?1260°C。当出炉温度低于1200°C时，NbC 等中间相无法在奥氏体中彻底固熔，导致后续不能析出细小的中间相，材料强度达不到设 计要求；出炉温度高于1260°C时，可能导致板坯晶粒尺寸大，乳制时易开裂。
[0033] 本发明所述的热轧终轧温度为：800?900°C。当终轧温度低于800°C时，出现两 相区轧制，乳制力不均匀，出现断面混晶，导致材料的屈服、抗拉强度达不到设计要求，且在 加工使用中易出现开裂；当终轧温度高于900°C时，氧化铁皮增加，影响表面质量。
[0034] 本发明所述的热轧卷取温度为：500?650°C。对于高强度低合金钢，一般选取较 低的卷取温度，当卷取温度过高时（高于650°C )，晶粒平均尺寸大，促使中间相粒子粗化， 不够细小，不利于材料强化，达不到设计强度；卷取温度低于500°C时，中间相粒子析出不 充分，材料力学性能分布不均匀，钢卷头尾强度相差大。
[0035] 所述的冷轧压下率为：50?90%。在适当的成分和热轧工艺后只有保证合适的冷 轧压下，才能获得较理想的金相组织。当冷轧压下量低于50%时，变形储能小，后续退火时 不易发生再结晶；而因轧机设备能力限制，变形量很难高于90%。
[0036] 本发明所述的冷轧退火处理包括预热处理、加热处理、均热处理和冷却处理；预热 时间10?50秒；加热温度600?700°C，加热时间15?65秒；均热温度750?850°C，均 热时间40?120秒；冷却温度550?650°C，冷却时间5?40秒。本发明采用热轧和冷轧 的匹配工艺，尤其由于合金的加入，使得高强度低合金钢对退火温度相当敏感，所以退火段 各段的温度和保温时间要严格控制。当退火段温度过高或保温时间过长时，晶粒和析出物 粗大，材料的强度低，屈服、抗拉强度达不到设计要求。反之当退火段温度低或保温时间不 够时，材料强度过高，断裂延伸率难以达到15%的设计要求。
[0037] 本发明研究表明，当镀层中铝、锌和硅的配比满足：A150?58%，Zn40?45%， SiL 0?2. 0%，TiO. 005?0. 020%，Ti的添加使得形成的镀层表面锌花更细小均匀，更加 美观。
[0038] 经检测，本发明制造的高强度低合金热镀铝锌钢带的屈服强度为410?570MPa， 抗拉强度> 470MPa，断裂延伸率> 15%。基板为均匀的铁素体+渗碳体组织，钢板表面为 细小均匀的银白色锌花。
[0039] 本发明的有益效果：
[0040] 1)本发明中钢基板成分添加微量合金元素 Nb,从经济和有效性方面给出了其合 适的质量组分。Nb化物形成了细小的中间相粒子，强化了材料强度，获得了较好的延伸率和 较小的屈强比，具体是屈服强度为410?570MPa，抗拉强度彡470MPa，断裂延伸率彡15%。 [0041] 2)本发明中镀层中添加了 Ti,Ti的加入使得钢板经镀浴并冷却后，形成细小均匀 的锌花，产品表面更加美观。
[0042] 3)与现有技术比较，本发明无须改造设备，制造工艺简单，可以制造出既具有高耐 蚀性、耐高温性又具有优良强韧性能的热镀铝锌产品，而且本发明的产品镀层均匀、致密、 厚度适当，可广泛地应用于家电、汽车等行业，为镀铝锌产品的应用拓展了广阔的领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0043] 图1为本发明实施例钢基板的金相照片。
[0044] 图2为本发明实施例钢基板表面的照片。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。
[0046] 表1为本发明实施例的钢带钢基板和镀层的化学成分，余量为不可避免杂质。表 2为本发明实施例热轧和冷轧工艺条件，表3为本发明实施例连续退火工艺条件，表4为本 发明实施例钢带的力学性能。
[0047] 实施例1
[0048] 按表1所示的化学成分经冶炼、铸造后得铸坯，然后在热轧加热炉内进行热轧出 炉，热轧终轧和热轧卷取在热轧轧线进行，再进行冷轧，热轧和冷轧工艺条件如表2所示。 [0049] 在进入连续退火炉前，先将上述基板带钢送入清洗装置，以清除带钢表面上油脂、 铁粉和灰尘。再将经清洗处理的带钢经挤干辊挤干和热风干燥。清洗后的带钢进入连续退 火炉内进行退火处理。退火处理包括预热、加热、均热及冷却四个过程，炉内保护气体成分 为：氢气30%，氮气70%。退火处理的工艺条件如表3所示。
[0050] 将退火后的钢基板在盛有配比如表1所示镀层原料的锌锅中进行热镀处理：锌锅 内溶液温度为550°C，钢基板在锌锅内的浸浴时间为4秒，通过气刀控制系统使镀层厚度达 到设定值。带钢经锌锅热镀铝锌后进入冷却塔的风冷系统进行冷却，冷却速度40°C /秒。 经吹风冷却后的带钢再进入水淬槽内进行最终冷却。然后进入辊涂机进行涂油、钝化或涂 膜等后处理，得到本发明的产品。
[0051] 本发明制造的热镀铝锌钢带经剪裁可得深冲用热镀铝锌钢板。
[0052] 本发明制造的热镀铝锌钢带基板为均匀的铁素体+渗碳体组织（如图1所示），钢 板表面为细小均匀的银白色锌花（如图2所示）。
[0053] 实施例2
[0054] 实施方式同实施例1，其中，连续退火炉内保护气体成分为：氢气25%，氮气75%。 热镀时锌锅内溶液温度为600°C，钢基板在锌锅内的浸浴时间为5秒，通过气刀控制系统使 镀层厚度达到设定值。带钢经锌锅热镀铝锌后进入冷却塔的风冷系统进行冷却，冷却速度 45°C / 秒。
[0055] 实施例3
[0056] 实施方式同实施例1，其中，炉内保护气体成分为：氢气35%，氮气65%。热镀时 锌锅内溶液温度为570°C，钢基板在锌锅内的浸浴时间为6秒，通过气刀控制系统使镀层厚
【权利要求】
1. 一种高强度低合金热镀铝锌钢带，包括钢基板和合金镀层，其中，钢基板的化学成 分重量百分比为：C0. 02 ?0· 10%，ΜηΟ· 5 ?1. 2%，P0. 01 ?0· 07%，NbO. 01 ?0· 12%， N 彡 0· 0080 %，S 彡 0· 02 %，且，0· 01 % 彡（Nb-0. 22C-1. 1N)彡 0· 1 %，8 彡 Mn/1. 7S，其余 为Fe和不可避免的杂质；合金镀层的化学成分质量百分比为：Α150?58%，Ζη40?45%， Sil. 0?2. 0%，TiO. 005?0. 020%，其余为不可避免的杂质。
2. 根据权利要求1所述的高强度低合金热镀铝锌钢带，其特征在于，所述高强度低合 金热镀铝锌钢带的屈服强度为410?570MPa，抗拉强度彡470MPa，延伸率> 15%。
3. 根据权利要求1或2所述的高强度低合金热镀铝锌钢带，其特征在于，所述高强度低 合金热镀铝锌钢带的钢基板为均匀的铁素体+渗碳体组织，钢板表面为细小均匀的银白色 锌花。
4. 一种高强度低合金热镀铝锌钢带的生产方法，其特征是，包括如下步骤： 1) 冶炼、铸造 高强度低合金热镀铝锌钢板的成分重量百分比为：C0. 02?0. 10%，MnO. 5? 1. 2 %，P0. 01 ?0· 07 %，NbO. 01 ?0· 12 %，N 彡 0· 0080 %，S 彡 0· 02 %，且，0· 01 % 彡（Nb-0. 22C-1. 1N)彡0. 1%，8彡Mn/1.7S，其余为Fe和不可避免的杂质；按上述化学成 分经冶炼、铸造后得铸坯； 2) 热轧 加热出炉温度1200?1260°C，热轧终轧温度800?900°C，热轧卷取温度500?650°C; 3) 冷轧 冷轧压下率50?90%，形成钢带； 4) 退火 在直接燃烧无氧化连续退火炉内进行，退火处理包括预热处理、加热处理、均热处理和 冷却处理；预热时间10?50秒；加热温度600?700°C，加热时间15?65秒；均热温度 750?850°C，均热时间40?120秒；冷却温度550?650°C，冷却时间5?40秒； 5) 热镀 将钢带浸入锌锅中进行热镀处理，镀液成分重量百分比为：A150?58 %，Zn40?45 %， Sil. 0?2. 0%，Ti0. 005?0. 020%，其余为不可避免的杂质；锌锅温度500?600°C;得到 高强度低合金热镀铝锌钢带。
5. 根据权利要求4所述的高强度低合金热镀铝锌钢带的生产方法，其特征是，所述高 强度低合金热镀铝锌钢带的钢基板为均匀的铁素体+渗碳体组织，钢板表面为细小均匀的 银白色锌花。
6. 根据权利要求4或5所述的高强度低合金热镀铝锌钢带的生产方法，其特征是，所 述高强度低合金热镀铝锌钢带的屈服强度为410?570MPa，抗拉强度> 470MPa，延伸率 彡 15%。
【文档编号】C23C2/12GK104264041SQ201410505907
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】马雪丹, 顾进荣, 田新芳 申请人:宝山钢铁股份有限公司