专利名称：一种超高强度表面活性钢板制造方法及其钢板的制作方法
技术领域：
本发明涉及带钢连续退火、带钢表面处理及热处理技术领域，特别涉及一种超高强度表面活性钢板制造方法及其钢板。
背景技术：
为满足节能环保以及提高制品寿命的需要，钢铁产品不断向高强度、深加工、高附加值的方向发展，表现在冷轧带钢上，就是镀层化、涂层化的水平不断提高，涂镀比在冷轧钢板上的比例逐年提高。但是，随着钢板强度的不断提高，在钢板高强化和镀锌工艺之间的矛盾也就越来越大。在对冷轧钢板进行表面处理的过程中，钢板的表面状态对于后处理的效果有着直接的影响。宝钢史良权等人的研究表明，其高强度冷轧裸板易锈蚀的原因主要是钢中易氧化元素在连续退火的过程中存在选择性氧化从而造成这些元素的氧化物在钢板表面的富集，氧化物与钢板之间构成了腐蚀微电池，提高了钢板表面Fe原子的活性及以其催化作用来加速钢板的腐蚀过程。秦鹤年等人从轧制乳化液的角度研究了冷轧板表面状态，王冰、易炳生等人从连续退火炉气氛的角度研究冷轧板表面的影响因素，证明连续退火气氛能够影响钢板的表面组织结构及特征。肖丽俊、Xiang Shu L1、Ivana Cvijovic等人研究了高强钢中B、S1、Mn等元素在不同露点条件下的选择性氧化行为以及钢板表面氧化物形成的规律。发明专利“使用连续退火的罐用表面处理钢板的原板的制造方法(CN99801104.5) ”、“待进行表面处理的且不产生拉伸度形花纹的基底薄钢板的加工方法(CN85104306)”均提到了基底薄 钢板对后续表面处理的重要性。发明专利(CN101287854B)含Si钢板的连续退火热浸镀方法及连续退火热浸镀装置论述了含硅钢板在连续退火条件下通过控制露点可以改善钢板的热浸镀工艺性，但是不能解决钢板表面的氧化物附着问题。CN101370954B,具有优良化成处理性的高强度冷轧钢板，描述了具有优良后处理性能的冷轧钢板的表面特征，强调了冷轧钢板的表面特征对于后处理的重要性，但其主要强调的是表面粗糙度等参数对后处理的影响。找到一种方法，既不影响向钢中添加强化元素、热处理工艺等手段提高强度，又可以得到利于后续表面处理的活性表面，就成为了急需解决的问题。
发明内容
为了克服现有退火工艺易于在表面产生选择性氧化的问题，本发明提供一种超高强度表面活性钢板制造方法及其钢板，大大提高了钢板的表面活性，同时具有高的强度，该产品可以满足电镀、热镀、表面化学处理等后处理工艺的要求。为解决上述问题，发明具体方案如下:一种超高强度表面活性钢板制造方法，包括冶炼-连铸-热轧-冷轧-退火，其特征在于，退火过程为将冷轧钢带进行氧化性气氛退火处理后，再进行还原性气氛退火处理。所述退火过程是在同时具体氧化段和还原段的连续退火炉完成的。所述氧化性气氛退火处理是在具有氧化性气氛的罩式退火炉或连续退火炉完成的，所述还原性气氛退火处理是在具有还原性气氛的罩式退火炉或连续退火炉完成的。所述氧化性气氛可以是在氮气、氢气或者氮气氢气的混和气氛中加入空气、氧气、水蒸汽、二氧化碳一种或几种。所述连续退火炉氧化性气氛可以是煤气、天然气、高炉煤气、焦炉煤气一种或几种在过量的空气或氧气条件下燃烧所产生的氧化性气氛。所述冷轧钢带在罩式退火炉中氧化性气氛中的最高退火温度为600°C。所述冷轧钢带在连续退火炉氧化性气氛中的最高退火温度为750°C。所述氧化性气氛罩式退火炉中退火可在松卷的条件下进行。由于在氧化性气氛中退火时，钢板表面迅速生成一层氧化膜，阻止了选择性氧化的继续进行，从而保证了活性表面，在随后的还原性气氛退火过程中，表面的氧化膜被还原。钢卷在罩式炉中氧化性气氛中的最高退火温度为600°C，原因在于如果高于此温度，将会在钢板表面生成一层过厚的氧化铁，在随后的还原过程中很难完全还原，即使能够还原也会在钢板表面残留大量的铁粉，对后续处理产生不良影响；钢卷在连续退火炉氧化性气氛中的最高退火温度为750°C，原因与罩式炉一致。一种超高强度表面活性钢板，含有如下重量百分比含量元素:0.001% -0.5% C ；^ 2.0 % Si ；0.1 % -5 % Mn ； ^ 0.05 % P ； ^ 0.02 % S ；0.02 % -2.0 % Al ； ^ 1.5Cr % ；(1.0% Mo 2.0Ni% 0.5% Nb 0.5% Ti 1.0% V, ^ 0.01% B，其余为铁和不可避免的杂质元素。钢中C、S1、Mn保证强度，P、Al、Cr、Mo、N1、Nb、T1、V起到固溶强化或析出强化的
作用，同时调整钢的相变温度及相变速度的要求，达到调整钢中组织配比的目的，具体详细阐述如下。C:碳在高强钢中不以固溶强化为主，但影响所有的相变过程，并控制最终的组织和力学性能。不同的组织转变对于碳含量的要求差异很大，如为保证有较大的铁素体转变区，需控制其在较低含量；为保证马氏体转变的顺利进行，需要一定的碳含量；为保证过冷奥氏体的稳定性，需要其有较高的碳含量；为保证焊接性能，要求限制碳含量，碳含量会控制在0.5%以下，太高会恶化焊接性能。Mn:锰是典型的奥氏体稳定化元素，可提高钢的淬透性，并起到一定的固溶强化作用，Mn作为扩大Y相区的元素，会降低A3、Al临界点，可推迟珠光体转变并降低贝氏体转变温度，但同时也推迟并延长铁素体转变，使贝氏体区右移，从而使钢种对控冷工艺条件的敏感性略为减小。高的Mn含量易在双相组织中引起强化相带状分布，因此本发明要求低于
5.0%。Si是非碳化物形成元素，具有较高的固溶强化效果，可促进C向奥氏体富集，对铁素体中的固溶C有“清除”和“净化”作用，Si不溶于渗碳体，因此能够阻碍通过碳扩散反应的奥氏体-渗碳体转变，稳定奥氏体，使得残余奥氏体在室温下得以稳定存在。此外，Si对低碳低合金钢连续冷却过程中贝氏体转变产物形态有显著影响，可抑制贝氏体铁素体板条间碳化物的析出，从而有利于获得铁素体块或板条间分布MA岛的粒状贝氏体或板条贝氏体组织。但是Si含量过高会给热轧表面质量和涂镀带来严重问题。与锰类似，在钢板连续退火过程中Si会优先于铁被氧化，以结晶态和无定型态两种状态在钢板表面形成氧化物薄膜,这些薄膜有单纯的Si的氧化物，也有S1-Mn的复合氧化物。这些氧化物很难被氢气还原，进入锌锅的时候阻碍钢板与锌液的反应，形成漏镀等镀层缺陷，因此将其含量限制在
2.0%以下。Cr是中 强碳化物形成元素，可明显提高亚稳奥氏体的稳定性和淬透性，增大奥氏体的过冷能力，推迟铁素体和珠光体转变，并可显著推迟贝氏体转变，有利于铁素体转变区和贝氏体转变区之间的亚稳奥氏体区的出现。Cr的固溶强化效果较弱，多用于双相钢。但是含量过高可使钢的淬透性过好，以至得到的钢马氏体含量过高，影响塑性，控制其含量低于 1.5%。Mo也是中强碳化物形成元素，Mo具有很强的溶质拖拽作用，对珠光体转变的抑制作用非常明显，可以显著降低贝氏体开始转变温度，因此对于铁素体区和贝氏体区之间亚稳奥氏体稳定化过程具有显著影响。加入Mo可使钢种对控冷工艺参数的敏感性明显降低，从而使DP、TRIP钢的生产工艺控制变的相对简单。但是Mo价格太高，含量过高成本增加明显，控制其含量在1.0%以下。Nb对晶粒细化、相变行为、奥氏体中C富集发挥显著作用。固溶状态的Nb延迟热变形过程中静态和动态再结晶和奥氏体向铁素体的相变，从而扩大动态再结晶终止温度和Ac3之间的温度范围，为在未再结晶区轧制提供了便利。Nb与C和N结合形成细小的碳氮化物也可延迟再结晶，阻止铁素体晶粒长大，从而具有强的细晶强化效果和较强的析出强化效果。T1、V具有析出强化的作用。但含量过高影响钢的塑性，将其含量分别限制在:(0.5% Nb 0.5% Ti 1.0% V,Al对奥氏体形态的影响与Si相似，也是作为非碳化物形成元素，促进C向奥氏体富集并抑制渗碳体的析出。Al还可形成AlN析出，起到一定的细化晶粒作用。对于热浸镀钢板来说，为避免Si对热浸镀工艺的不良影响，多采用以Al来取代Si，在实际的应用中取得了良好的效果，但是同时也带来了一系列的问题，如:连铸过程中的水口阻塞，奥氏体化温度升高，二次加工性能下降等，将其含量限制在2%以下。Ni可以提高钢的塑性，细化晶粒，同时起到固溶强化的作用，但含量太高增加钢的成本，将其含量限制在2.0 %以下。B主要起到固溶强化和提高淬透性的作用，同时可提高钢板得二次加工性能，但含量过高易于形成粗大的析出物，同时增加成本，将其含量限制在0.01%以下。钢中的各种组织组成物，包括奥氏体、珠光体、铁素体、贝氏体、马氏体以及各种金属化合物，由于结构上的不同导致了性能上的巨大差别，另外即使是同一种相，由于元素含量上的差异，性能上的差别也很大。设计一个钢种，首先要考虑的就是根据性能目标选择组织组成物，如果需要强度，就选择马氏体、贝氏体等强度、硬度较大的相，如果需要塑性，就选择塑韧性较好的相如铁素体、奥氏体，如果同时要求强度和塑性指标，就需要不同性能相的相互搭配，铁素体和马氏体搭配的双相钢，铁素体、贝氏体和残余奥氏体搭配的相变诱导塑性钢，马氏体和残余奥氏体搭配的Q&P钢等新型钢种都属于此类。再有需要确定的就是各相的比例。钢的组织可以通过成分和工艺的配合得到。本发明解决了现有退火工艺易于在表面产生选择性氧化的问题，大大提高了钢板的表面活性，为下一步工序如电镀、热镀、表面化学处理提供了良好的基础，同时具备良好的综合力学性能。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明进一步说明:实施例1:钢中C0.06%、Si0.20%、Mn0.50%, A10.05%, Ti0.05%,其余为铁和其它不可避免的杂质。钢带在具有氧化段和还原段的连续退火炉中进行退火处理，氧化段的氧化性气氛为氮气和空气的比例为98: 2的混合气体，氧化段退火温度为500°C，还原段的气氛为氮气和氢气的比例为95: 5的混合气体,退火温度为750°C。钢板的性能为:屈服强度410MPa，抗拉强度530MPa，伸长率31%。完成退火后，钢带表面无选择性氧化物，适于电镀、热镀、磷化等后续处理。实施例2:钢中C0.20 %、Si0.40 %、Mnl.3 %、A10.04 %、Cr0.2 %、Nb0.04 %、Ti0.02 %、B0.003%，其余为 铁和其它不可避免的杂质。钢带先在具有氧化性气氛的罩式炉中进行退火，出炉后，再在还原性气氛的连续退火炉中完成最终退火。罩式炉的退火气氛为氮气、氢气和氧气比例为99: 0.5: 0.5的混合气体，退火温度最高为400°C，连续退火炉的退火气氛为氮气和氢气比例为97: 3的混合气体，退火温度最高为800°C。钢板的性能为:屈服强度640MPa，抗拉强度870MPa，伸长率26%。完成退火后，钢带表面无选择性氧化物，适于电镀、热镀、磷化等后续处理。实施例3:钢中C0.30%,Si0.50%,Mnl.5%,P0.01%,S0.01%,A10.8%,Cr0.4%,Mo0.3%,Nb0.02%, Ti0.02%, B0.004%，其余为铁和其它不可避免的杂质。钢带先在具有氧化性气氛的罩式炉中进行退火，出炉后，再在还原性气氛的连续退火炉中完成最终退火。罩式炉的退火气氛为氮气和水蒸汽、二氧化碳比例为98: I: I的混合气体，退火温度最高为500°C，连续退火炉的退火气氛为氮气和氢气比例为97: 3的混合气体，退火温度最高为850°C。钢板的性能为:屈服强度720MPa，抗拉强度990MPa，伸长率24%。完成退火后，钢带表面无选择性氧化物，适于电镀、热镀、磷化等后续处理。实施例4:钢中C0.4 %、Sil.0 Μη2.0 %、P0.015 S0.015 A10.07 Cr0.5Nil.0%, Ti0.05%, V0.1%，其余为铁和其它不可避免的杂质。钢带在具有氧化段和还原段的连续退火炉中进行退火处理，氧化段的氧化性气氛为焦炉煤气在空气过剩系数为1.02的条件下燃烧获得的气 氛，氧化段退火温度为600°C，还原段的气氛为氮气和氢气的比例为95: 5的混合气体，退火温度为820°C。钢板的性能为:屈服强度790MPa，抗拉强度llOOMPa，伸长率22%。
完成退火后，钢带表面无选择性氧化物，适于电镀、热镀、磷化等后续处理。实施例5:钢中C0.10%, Si0.4%,Mn0.6%,P0.02%, S0.01%,Ti0.08%、A10.05%，其余为
铁和其它不可避免的杂质。钢带在罩式退火炉中进行退火处理，先进行氧化性处理，然后进行还原性处理，氧化性气氛为氮气和空气的比例为98: 2的混合气体，氧化段退火温度为400°C，氧化处理完成后用氮气吹扫退火炉，吹扫完全后再进行还原性退火，还原性气氛为氢气，退火温度为720°C。钢板的性能为:屈服强度310MPa，抗拉强度470MPa，伸长率37%。完成退火后，钢带表面无选择性氧化物，适于电镀、热镀、磷化等后续处理。实施例6:钢中C0.15 Sil.2 Mn4.8 P0.01 S0.008 %、All.5 Cr0.40Mo0.15%, Ni0.5%，其余为铁和其它不可避免的杂质。钢带在具有氧化段和还原段的连续退火炉中进行退火处理，氧化段的氧化性气氛为氮气和水蒸汽，露点为+40°C，氧化段退火温度为650°C，还原段的气氛为氮气和氢气的比例为90: 10的混合气体，退火温度为880。。。钢板的性能为:屈服强度880MPa，抗拉强度1340MPa，伸长率14%。完成退火后，钢带表面无选择性氧化物，适于电镀、热镀、磷化等后续处理。实施例7:钢中C0.5%, Sil.8%,Mn2.5%,P0.01%, S0.015%,A10.5%,Crl.1%,Μο0.1%,Ni2.0%,V0.15%，其余为铁和其它不可避免的杂质。钢带在具有氧化段和还原段的连续退火炉中进行退火处理，氧化段的氧化性气氛为氮气和水蒸汽，露点为+50°C，氧化段退火温度为750°C,还原段的气氛为氮气和氢气的比例为85: 15的混合气体,退火温度为830°C。钢板的性能为:屈服强度730MPa，抗拉强度1280MPa，伸长率21 %。完成退火后，钢带表面无选择性氧化物，适于电镀、热镀、磷化等后续处理。实施例8:钢中C0.2%, Si2.0%, Mn4%, P0.012%, S0.02%, All.0%, Cr0.4%, Mo0.2%,Ni0.5%,Nb0.06%,Ti0.03%,V0.04%,B0.001 %，其余为铁和其它不可避免的杂质。钢带在具有氧化段和还原段的连续退火炉中进行退火处理，氧化段的氧化性气氛为高炉煤气和焦炉煤气的混合气体空气过剩系数为1.03的条件下燃烧获得的气氛，氧化段退火温度为740°C，还原段的气氛为氮 气和氢气的比例为85: 15的混合气体，退火温度为850°C。钢板的性能为:屈服强度1190MPa，抗拉强度1430MPa，伸长率10%。完成退火后，钢带表面无选择性氧化物，适于电镀、热镀、磷化等后续处理。
权利要求
1.一种超高强度表面活性钢板制造方法，包括冶炼-连铸-热轧-冷轧-退火，其特征在于，退火过程为将冷轧钢带进行氧化性气氛退火处理后，再进行还原性气氛退火处理。
2.根据权利要求1所述的超高强度表面活性钢板制造方法，其特征在于所述退火过程是在同时具体氧化段和还原段的连续退火炉完成的。
3.根据权利要求1所述的超高强度表面活性钢板制造方法，其特征在于所述氧化性气氛退火处理是在具有氧化性气氛的罩式退火炉或连续退火炉完成的，所述还原性气氛退火处理是在具有还原性气氛的罩式退火炉或连续退火炉完成的。
4.根据权利要求1所述的超高强度表面活性钢板制造方法，其特征在于所述氧化性气氛可以是在氮气、氢气或者氮气氢气的混和气氛中加入空气、氧气、水蒸汽、二氧化碳一种或几种。
5.根据权利要求3所述的超高强度表面活性钢板制造方法，其特征在于所述连续退火炉氧化性气氛可以是煤气、天然气、高炉煤气、焦炉煤气一种或几种在过量的空气或氧气条件下燃烧所产生的氧化性气氛。
6.根据权利要求3所述的超高强度表面活性钢板制造方法，其特征在于所述冷轧钢带在罩式退火炉中氧化性气氛中的最高退火温度为600°C。
7.根据权利要求3所述的超高强度表面活性钢板制造方法，其特征在于所述冷轧钢带在连续退火炉氧化性气氛中的最高退火温度为750°C。
8.根据权利要求3所述的超高强度表面活性钢板制造方法，其特征在于所述氧化性气氛罩式退火炉中退火可在松卷的条件下进行。
9.一种权利要求1-8任意一项所述的超高强度表面活性钢板制造方法制得的钢板，其特征在于含有如下重量百分比含量元素:0.001% -0.5% C 2.0% Si ；0.1 % -5% Mn ；(0.05% P 0.02% S ；0. 02% -2.0% Al 1.5Cr%；^ 1.0% Mo 2.0Ni%；^ 0.5%Nb 0.5% Ti 1.0% V，< 0.01% B，其余为铁和不可避免的杂质元素。
全文摘要
本发明公开一种超高强度表面活性钢板制造方法及其钢板。包括冶炼-连铸-热轧-冷轧-退火，退火过程为将冷轧钢带进行氧化性气氛退火处理后，再进行还原性气氛退火处理。超高强度表面活性钢板含有如下重量百分比含量元素0.001％-0.5％C；≤2.0％Si；0.1％-5％Mn；≤0.05％P；≤0.02％S；0.02％-2.0％Al；≤1.5Cr％；≤1.0％Mo；≤2.0Ni％；≤0.5％Nb；≤0.5％Ti；≤1.0％V，≤0.01％B，其余为铁和不可避免的杂质元素。本发明解决了现有退火工艺易于在表面产生选择性氧化的问题，大大提高了钢板的表面活性，同时具备良好的综合力学性能。
文档编号C22C38/38GK103160654SQ201110419190
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者吕家舜, 刘仁东, 李锋, 杨洪刚, 陈义庆 申请人:鞍钢股份有限公司