一种具有高表面清洁度冷轧高耐候钢及其生产方法与流程

本发明属于耐候钢，具体涉及一种具有高表面清洁度冷轧高耐候钢及其生产方法。

背景技术：

1、随着各行各业高速发展，动车、桥梁、集装箱、护栏等行业广泛的应用到冷轧耐候产品。耐候钢主要是在普通碳素钢中添加cu、cr、ni、p、si等合金元素，使其在表层形成致密非晶态氧化物层，可以有效阻止外界空气与水，防止基体的加速腐蚀，尽而提高产品的耐腐蚀性能，增加产品的使用寿命，达到降本降碳的作用。

2、但此类钢种基体中由于添加了大量的合金元素，在实际的生产过程中会出现钢板表面清洁度差、表面氧化色严重等现象，这些现象都将严重影响下游客户使用要求。虽然通过酸洗工艺可以去除钢板表面的去除氧化色，但是在酸洗的过程中容易出现过酸洗和欠酸洗状态，若酸洗不充分，钢板表面仍会存在少量氧化铁皮，致使在后续退火过程中易出现表面氧化色、山水纹等表面缺陷；若过酸洗，钢板表面粗糙增加，经过冷轧后，表面易发黑，清洁度低等问题，同时加上连退工艺控制不佳均会导致冷轧高耐候钢出现表面质量问题。

3、现有技术中虽然公开了一些提升钢板表面质量的方法，但是这些方法均不适用于冷轧高耐候钢。

4、如中国专利cn105648178a公开了一种冷轧连续退火工序双相氧化色控制方法，具体公开了包括以下步骤：对双相钢进行清洗；在清洗过程中，降低双相钢的入口冲套速度；将清洗后的双相钢送入退火炉进行退火处理；退火炉包括：加热段、均热段、缓冷段、快冷段、过时效段及终冷段，加热段的初始温度设定值低于目标值5℃～10℃；终冷段的温度控制在100℃～130℃；将退火后的双相钢进行水淬；水淬过程中循环水的电导率小于20±10μs/cm，ph值8±0.3，水温小于45℃；将水淬后的双相钢进行平整，获得双相钢的成品。此专利中针对的是双相钢，采用的是水冷工序控制双相钢氧化色，但是冷轧高耐候钢在退火过程中采用的是气冷，因此此方法不适用于冷轧高耐候钢，且此专利中没有关注到钢板表面的清洁度。

5、中国专利cn106636576a公开了一种改善连退线启炉卷氧化色差缺陷的方法，所述方法包括：带钢经过碱洗和清洗烘干后进入退火炉，其中，所述退火炉包括高温炉段、保温炉段和冷却炉段，所述带钢在所述退火炉中的参数设定包括：所述高温炉段的升温曲线设定为260-350℃；在所述保温炉段保温5-20小时；调整所述退火炉的炉压差在30-45pa；其中，所述高温炉段还包括预热无氧化加热炉炉段，设定所述预热无氧化加热炉炉段的空气过剩系数为0.90-0.98；其中，所述冷却炉段还包括循环气体喷射冷却段，设定所述冷却炉段根据不同的温度阶段调整循环气体喷射冷却段的冷却风机输出功率。此专利针对的是硅钢产品而非冷轧高耐候钢，解决的是连退炉启炉生产后，前十几卷带钢存在氧化色差的问题，而非连续退火炉启动前后时间产生的氧化色缺陷问题。

6、中国专利cn111218545a公开了一种消除连退机组双相钢热氧化的方法，解决mn、si含量高的钢种在生产过程不易被还原，形成氧化物最终导致的钢板表面氧化色。其主要通过控制炉内气氛氧气含量≤10ppm，以及炉内炉压控制3hpa以上。此专利中双相钢表面氧化色产生的原理与冷轧高耐候钢不同。

7、中国专利cn113522968a公开了提高汽车面板用钢表面清洁度的方法，设定了冷轧机组相关工艺参数，提高钢板表面清洁提，使其轧后反射率由60～70％提升70％以上，连退后清洗后表面反射率由80～90％提升90％以上，可以有效解决汽车涂装薄膜的前处理工艺。但该专利需要采用一系列设备解决汽车板用钢的表面质量问题，而汽车板表面的清洁度低的导致原因与耐候钢完全不同。

8、现有技术中没有针对冷轧高耐候钢，公开过解决其表面清洁度差、表面氧化色严重的方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有高表面清洁度冷轧高耐候钢及其生产方法。该方法能够制备出具有较高的表面清洁度的冷轧高耐候钢，钢板表面反射率≥85％。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种具有高表面清洁度冷轧高耐候钢的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：

4、1)铁水预处理；

5、2)转炉冶炼；

6、3)连铸；

7、4)热轧：铸坯在加热炉内的加热时间为100～120min，出炉后先进行第一次除磷，经过粗轧，再进行第二次除磷，然后进行热连轧，热连轧时开轧温度-终轧温度≤200℃，热连轧时的每道次均进行除鳞；最后进行卷取；

8、5)酸洗冷连轧：酸洗时，6.0≤耐候性能指数i值≤10的钢板所使用的酸洗液浓度小于耐候性能指数i值＞10的钢板；

9、6)连续退火：退火时通入氮气和氢气的混合气；

10、7)平整。

11、步骤1)中，要求前扒渣和后扒渣。

12、步骤2)中，由于合金较高，要加强挡渣操作。

13、步骤3)中，中包目标温度控制在液相线温度以上10～35℃。

14、步骤4)中，铸坯出炉温度为1180～1230℃；除磷水压≥180bar。

15、步骤4)中，热连轧时，开轧温度1030～1070℃，终轧温度850～900℃；卷取温度：≤680℃。

16、步骤4)中，需控制x＝wp/(t/t+δt×0.01)，6.0≤x≤9.0；其中，wp为热连轧时的除磷水压力，单位bar；t为加热炉的加热时间，单位min；t为出炉温度，单位℃；δt为开轧温度-终轧温度，单位℃；计算x值时只需要代入各因素的数值，无需考虑单位。

17、步骤5)中，热卷经过开卷后，先经过拉矫机拉矫，经过小变形，使钢板表面氧化铁皮破碎，便于后续进入酸洗时，酸洗液可迅速进入基体腐蚀掉氧化铁皮。

18、步骤5)中，当6.0≤i值≤10的钢板进行酸洗时，1#酸洗槽中hcl浓度为30～50g/l，2#酸洗槽中hcl浓度为90～110g/l，3#酸洗槽中hcl浓度为100～130g/l，且酸洗速度为150～240mpm；当i值＞10的钢板进行酸洗时，1#酸洗槽中hcl浓度为51～100g/l，2#酸洗槽中hcl浓度为111～150g/l，3#酸洗槽中hcl浓度为131～150g/l，且酸洗速度为50～150mpm。

19、步骤5)中，冷轧总压下率为40％～55％。

20、步骤6)中，退火温度为820～850℃，均热温度820～840℃，退火速度：80～100m/min；氮气和氢气的混合气中，氢气的体积分数为5～20％。

21、步骤7)中，平整延伸率为0.8％～1.4％，优选为1.2％，以消除屈服平台。

22、所述具有高表面清洁度冷轧高耐候钢的化学成分及重量百分比为：c：0.02～0.08％、si：0.20～0.75％、mn：0.15～0.60％、p：0.010～0.15％、s：≤0.030％、ni：≤0.75％、als：0.015～0.055％，以及cu：0.2～0.65％、cr：0.25～6.0％、sb：0.02～0.15、mo：0.01～0.15％中的至少两种，其余为fe和不可避免的杂质，且耐候性能指数i值≥6.0，i＝26.01*cu+3.88*ni+1.2*cr+1.49*si+17.28*p-7.29*cu*ni-9.1*ni*p-33.39*cu2。

23、上述化学成分中，各成分的作用及控制如下：

24、碳c：是钢种最经济的强化元素，主要通过固溶强化和析出强化对提高钢的强度，然而同时在合金钢中过高的碳含量会恶化钢的焊接性能，且c含量过高会降低材料的塑韧性，以及会影响热轧过程中边部脱碳问题，影响产品的影响，因此需控制耐候钢中的c：0.02～0.08％。

25、硅si：在钢中可以起到固溶强化的作用，在冶炼过程中可以作为还原剂和脱氧剂加入钢中，si元素的增加可以降低钢板的整体耐腐蚀速率，与钢中的cu、cr配合可以有效的改善钢的耐候性能，提高耐大气腐蚀性能，但是过高的si含量会降低钢的韧性和焊接性能，因此需控制耐候钢中的si：0.20～0.75％。

26、锰mn：作为常用的脱硫、脱氧元素，可以在铁素体和奥氏体中无限固溶，提高钢板强度，可以结合淬透性元素一起控制c元素的扩散，形成局部珠光体和贝氏体组织。但是mn元素过多会使晶粒粗化，产生回火脆性，同时mn元素含量较高，在连续退火过程中，因高温的环境易与残余氧形成氧化锰，导致钢板表面氧化，发黄，降低钢板表面清洁度，因此需控制耐候钢中的mn：0.15～0.60％。

27、磷p：可有效提高钢板的耐大气腐蚀性能，在实际腐蚀和酸洗环境下，p会在钢板表面的氧化层富集，提高耐腐蚀性能，但是p容易产生偏析，从而降低钢的塑性、低温韧性和焊接性能，因此需控制耐候钢中的p：0.010～0.15％。

28、铜cu：在腐蚀的过程中cu会在氧原子的作用，形成富集，形成cu的富集点，同时cu可以增加基板的电势，提高基板的耐腐蚀性能，因此对钢板的耐候性有着重要作用。但cu添加过多，会引起“cu脆”问题，在热轧过程中cu会在晶界富集，限制了热轧工艺窗口，而氧化铁皮的产生主要是受热轧工艺的影响，因此需控制耐候钢中的cu：0.2～0.65％。

29、铬cr：能够在钢板表面形成致密的氧化膜提高钢板的钝化能力，提高基板的电势，增加钢板的耐腐蚀性能，同时cr在锈层中易形成富集，增加锈层对腐蚀介质的选择透过性，当cr与cu结合在一起，作用更为明显，因此在后续的酸洗过程中，普通酸洗工艺很难将表面的氧化层酸洗完，容易导致酸洗时发生欠酸洗和过酸洗，因此需控制耐候钢中的cr：0.25～6.0％。

30、镍ni：对钢板的固溶强化和提升淬透性有着作用。同时ni可以细化铁素体晶粒，提高钢板的韧性，增加钢板的稳定性，提高钢板的耐蚀性，因此需控制耐候钢中的ni：≤0.75％。

31、sb：sb的添加一般是与cu一起添加在钢中，可以与cu形成复核氧化层，提高基板的耐腐蚀性能，但sb的添加同样容易在高温过程中在晶界聚集，导致在裂纹的存在，因此钢中添加了sb影响了其热轧工艺窗口，同时影响了氧化铁皮的产生，因此需控制耐候钢中的sb：0.02～0.15。

32、钼mo：是一种可以有效提高抗盐酸点蚀的元素，添加微量mo可以使基板的耐腐蚀性能提高，mo在腐蚀过程中可以形成钼的氧化物，氧化钼是及其稳定的氧化物，降低cl离子腐蚀，同时mo在cu和sb成分体系的钢中，可以增加表面氧化层的致密性，可以有效提高基板的整体耐硫酸和耐盐酸腐蚀性能，因此需控制耐候钢中的mo：0.01～0.15％。

33、本发明还提供了所述生产方法生产得到的具有高表面清洁度冷轧高耐候钢，其钢板表面反射率≥85％。

34、申请人在长期的生产过程中发现，针对冷轧高耐候钢，因为基板中存在大量的p、cu、cr、ni以及sb、mo等其他合金元素，大大提高了基板的耐腐蚀性能，然而在热轧过程中易产生大量的氧化铁皮，如果氧化铁皮被压入基板中，在后续的酸洗时，普通的酸洗工艺已无法保证后续清洁表面质量，同时钢板表面在后续的连续退火炉中极容易氧化生产黑黄色，降低表面质量。因此本发明通过合理的热轧工艺，避免大量氧化铁皮压入基板中，同时针对不同耐候性能的冷轧高耐候钢板采用不同的酸洗工艺，最后通过合理的炉内控制气氛获得高表面清洁的冷轧耐候钢板。

35、本发明提供的具有高表面清洁度冷轧高耐候钢的生产方法，通过控制热轧工艺，避免传统的热轧工艺下产生过多的氧化铁，一方面避免后期氧化铁皮厚实难以清除，另一方面避免氧化铁皮压入基体产生表面缺陷。本发明为使氧化铁皮较为酥松，使其在后续工艺中易于破碎和脱落，采取了以下措施：将加热时间控制在100～120min，如果加热时间过长，板坯表面容易脱碳，导致表面氧化铁皮增厚；出炉后先进行第一次除磷，经过粗轧，在进行第二次除磷，且除磷水压≥180bar，将粗轧过程中产生的氧化铁皮处理干净；并在热连轧的过程中控制终轧温度为850℃～900℃，终轧温度不宜过高，因钢种组织中存在大量合金，易发生热脆，同时高温轧制会导致cu、sb等元素会富集晶界，增加轧制风险，且要满足开轧温度-终轧温度≤200℃，因在850℃以上氧化铁皮生长速度较快，需在较短时间内完成轧制，避免氧化铁皮形成较厚而在轧制过程中压入基体，避免后续酸洗酸洗困难。控制卷取温度≤680℃，该温度下，钢板表面氧化铁皮生长较慢，对钢表面质量影响较小。此外，将第一次除磷时的水压wp，加热炉的加热时间t，出炉温度t，开轧温度-终轧温度δt在公式x＝wp/(t/t+δt×0.01)中进行综合控制，控制6.0≤x≤9.0以避免产生的氧化铁皮过厚；因为如果高温长时间加热，容易导致氧化铁皮厚实，如果进行低速轧制会导致厚实氧化铁皮压入基体，导致酸洗难以清除氧化铁皮。而本发明通过采用短时加热高速轧制，一方面可以有效避免氧化铁皮厚实导致后续酸洗困难，同时能够避免厚实的氧化铁皮被压入基体导致后续酸洗困难。更为重要的是，对于耐候钢，由于钢中添加了大量合金，在高温长时间加热保温的条件下，一些合金元素容易在钢板表面富集，导致表面的锈层具有较好的耐腐蚀性能，最终导致在后续的酸洗工序难以清除干净氧化铁皮。

36、本发明在酸洗冷轧工序中，热卷经过开卷后，先经过拉矫机拉矫，经过小变形，使钢板表面氧化铁皮破碎，便于后续进入酸洗时，酸洗液可迅速进入基体腐蚀掉氧化铁皮。并在酸洗工序中，针对不同i值的钢板，使用不同浓度的酸液进行清洗，防止欠酸洗和过酸洗进而有效清洗掉氧化铁皮。针对i值＞10的钢板，由于基板的耐腐蚀性能较高，基板的耐酸难度较大，所需要的酸洗浓度、酸洗时间相较6.0≤i值≤10的钢板要大、要长。酸洗后进行冷轧时，控制轧总压下率为40％～55％，采用低冷轧压下率，使晶粒破碎，同时避免出现较大压下率，避免轧制时出现闪点温度(塑性变形温度)过高，而导致乳化液残留在钢板表面，影响表面质量。

37、本发明在退火工序中，使用氮气和氢气的混合气作为保护气氛，一方面可以有效增加热交换效率，另一方面h2具有还原性，可以有效改善钢板表面质量防止钢板氧化。

38、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

39、本发明提供的生产方法能够获得一种具有高表面清洁度冷轧高耐候钢，其钢板表面反射率≥85％，该冷轧高耐候钢板的耐大气腐蚀性能指数i值≥6，同时产品的屈服强度≥360mpa，抗拉强度≥490mpa，延伸率≥30％，产品便于下游客户进行表面喷涂处理。