一种含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种冷乳硬质镀锡钢板，特别涉及一种含磷低碳冷乳硬质镀锡钢板及 其生产方法，属于铁基合金技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，冷乳电镀锡薄钢板的中国国家标准《GB/T 2520-2008冷乳电镀锡薄钢板》按 调质度区分钢材的硬度级别，其中一次冷乳材范畴的硬质镀锡板T-5硬度为65±3HR30Tm， 主要用于食品行业和制作饮料罐头的行业。其厚度规格一般在〇. 15mm~0. 50_，通常以表 面硬度作为材料的评价指标。镀锡板的力学性能影响因素主要有，晶粒尺寸和晶粒取向、第 二相粒子的强化、碳化物的固溶强化等。
[0003] 现有冷乳硬质镀锡板提高硬度的方法，主要是通过增加碳的质量百分含量来提高 最终的硬度要求。镀锡板T-4硬度为61 ±3HR30Tm，其碳含量一般在0. 05-0. 07%，为提高其 硬度至65±3HR30Tm的T-5级别，需增加碳含量，或同时增加Mn的含量。增加碳含量主要 目的是为了达到碳的固溶强化的目的，但是这也造成了在冷乳乳制时其变形抗力的增加， 降低了生产效率。
[0004] 中国专利申请200910063099. 9的专利申请公开了一种适用于冲压加工的硬质镀 锡板及生产工艺，原板添加了 0. 08-0. 13%C和0. 47-0. 65%Mn，硬度能达到60-70 ;退火方式 为罩式炉，该设计硬度波动范围为65±5 ;由0. 08-0. 13%C和0. 47-0. 65%Mn可推算冷乳来 料的变形抗力为280-340MPa，经过五机架冷连乳80-90%变形后变形抗力为900-1100MPa， 乳制速度最高800-900m/min，超过此速度冷乳产生振动，无法保证板形，甚至断带，只能低 速维持生产，生产效率低。
[0005] 另外，现有的硬质镀锡板采用C元素强化，随着C含量的增加，钢中渗碳体析出量 增加，此项属于脆性相，故延展性能变差。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种含磷低碳冷乳硬质镀锡钢板及其生产方法，主要解决现 有冷乳硬质镀锡板因含碳量高、材料的变形抗力大导致生产效率低和延展性差的技术问 题。
[0007] 本发明采用的技术方案是： 一种含磷低碳冷乳硬质镀锡钢板，化学成分重量百分比：c :0. 05%~0. 07%， Si 彡 0? 034%，Mn :0? 20% ~0? 40%，P :0? 04% ~0? 06%，S 彡 0? 0164%，Alt :0? 012% ~0? 047%， 余量为Fe及不可避免的杂质元素。
[0008] 本发明所述的含磷低碳冷乳硬质镀锡钢板的化学成分限定在上述范围内的理由 如下： 碳：C在钢材中以间隙原子和渗碳体的形态存在，在钢中具有较强的强化作用，为了强 化材料，需要在材料中保留一定量的碳来提高强度，但该元素过高，材料的塑性变形抗力增 加，乳制力升高。另外，碳处于包晶区内容易产生板坯裂纹，比如申请号CN 200910063099. 9 的专利申请公开的碳含量为〇. 08~0. 13%，处于包晶区内，钢水连铸工序生产困难；但碳太 低，提高了材料Ar3温度，如果材料薄更容易在二相区乳制产生混晶组织。因此，本发明的C 含量范围设定为〇. 05%~0. 07% ; 硅：Si是使钢材强度提高的元素，但Si容易在热乳时产生氧化铁皮，在热乳用高压水 难以消除，从而残留在热乳钢板上呈红色氧化铁皮，这种氧化铁皮深深的咬合在热乳钢板 上难以酸洗洗掉，因而产生冷乳后钢板表面不良，影响外观，甚至导致冲压开裂。因此，本发 明中Si的含量越低越好，本发明的设定硅含量在0. 034%以下； 锰：Mn和C 一样是钢材的强化元素，适当在钢中添加Mn有利于强度的提高，同时加入 少量Mn可以和S结合生成MnS，减少表面热脆，避免表面质量问题，但加入过多会提高材料 的塑性变形抗力，增加乳制力。本发明技术方案设定Mn含量范围为0? 20%~0? 40% ; 磷：P是一种固溶强化较强，且便宜的元素，当P原子进入铁原子晶格内，与铁置换形成 固溶体，但由于P原子与Fe原子半径不同，使得Fe的基体点阵畸变，从而达到固溶强化效 果。P 的强化效果高于碳，经验公式为：6 s=27+22d 1/2+165%C+470%P+3000%N+60%Si-665%S ; 6b=150+d 1/2+355%C+600%P+4505%N+77%Si-845%S ;同时，与 C 强化相比，在同一抗拉强 度级别条件下，加P钢的塑性下降不明显，但P加入过多，可导致在晶界偏析，引起钢的脆 化。另外，P的置换比C的间隙固溶引起基体点阵畸变程度小，所以材料的变形抗力小制， 冷乳乳力低。综合考虑，本发明设定P含量范围为〇. 04%~0. 06% ; 硫：硫在钢中形成硫化物夹杂，使其延展性和韧性降低。钢乳制时，由于MnS夹杂随着 乳制方向延伸，使钢的各向异性加重，严重时导致钢板分层，含量元素越低越好，但考虑到 实际工艺控制能力，本发明技术方案设定S < 0. 0164%; 铝：铝在炼钢时作为脱氧剂添加，钢中铝含量小于0. 01%时材料的脱氧效果不好，钢中 会产生大量的A1203夹杂；钢添加过量的铝多会促进氮的析出，材料强化不利。因此，本发明 的Alt含量范围设定为0. 012%~0. 047%。
[0009] -种含磷低碳冷乳硬质镀锡钢板的生产方法，该方法包括： 钢水经真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的重量百分比为： C :0? 05% ~0? 07%，Si 彡 0? 034%，Mn :0? 20% ~0? 40%，P :0? 04% ~0? 06%，S 彡 0? 0164%，Alt : 0. 012%~0. 047%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
[0010] 连铸板坯经加热炉加热至1160°c~1200°C后进行热乳，所述的热乳为两段式乳 制工艺，粗乳为5道次连乳，精乳为7道次连乳，精乳结束温度为850°C~890°C ;精乳后钢 板厚度为2~3. 5mm，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为640°C~680°C卷取获得热乳钢 卷； 热乳钢卷重新开卷后经酸洗、冷乳、立式连续退火炉退火、平整、电镀锡，卷取得到厚度 为0. 18mm~0. 30mm成品钢板，所述冷乳压下率为85%~92%，经过冷乳后的乳硬状态带钢 在立式连续退火炉退火的均热段温度为600°C~620°C，带钢在均热段的退火时间为60s~ 95s，过时效段开始温度为350°C~400°C;平整延伸为率1. 0%~2. 0%。
[0011] 本发明采取的生产工艺的理由如下： 1、连铸板坯加热温度的设定 板坯加热温度避开P的偏析温度，使得P能够充分固溶在Fe的基体里，保证固溶强化 的效果。因此本发明设定连铸板坯加热温度为1160°C~1200°C。
[0012] 2、精乳结束温度设定 进行热乳时，材料是完全奥氏体再结晶乳制，为了避免材料进入两相区乳制导致混晶， 冷乳乳制过程中又无法消除，终乳温度要高于Ar3相变点，经研究和试验测定本发明加P的 低碳钢的静态相变点温度在850°C，动态温度下降10°C~15°C。因此，综合考虑，本发明精 乳结束温度设定为850°C~890°C。
[0013] 3、热乳冷却方式和卷取温度设定 本发明采用热乳卷取温度中高温卷取，这样使Fe3P部分析出，有利于抑制Fe3C的析出 和P向晶界偏聚，能充分发挥其阻碍晶粒长大的作用；冷乳后钢板在退火时，在热乳工序析 出的Fe3P将阻碍Fe 3C的析出，使C更多的以间隙原子的形式存在，保证固溶强化的效果；同 时，热乳卷取温度也不能太低，以保证晶粒适度增大，降低冷乳乳制的变形抗力。综合考虑， 本发明层流冷却采用前段冷却，卷取温度为640°C~680°C。
[0014] 4、冷乳压下率设定 本发明采用6辊UCM (万能凸度带中间辊窜动)5机架冷连乳机进行冷乳生产。冷乳变 形量的增加，能够促进连续退火的再结晶，缩短退火时间，再结晶退火后的晶粒细化，强度 提高，但变形量提高到一定程度，乳机的负荷聚集上升。综合考虑，本发明优选冷乳的压下 率为85%~92%。
[0015] 5、退火温度设定 冷变形时，基体组织晶粒的形状发生变化，晶体内部也会产生各种结构缺陷，包括位 错、空位等等。这些