屈服强度550MPa级热镀铝锌或锌铝镁复相钢及其制造方法与流程

屈服强度550mpa级热镀铝锌或锌铝镁复相钢及其制造方法
技术领域
1.本发明属于材料快速热处理技术领域，具体涉及一种屈服强度550mpa级热镀铝锌或锌铝镁复相钢及其制造方法。


背景技术：

2.热镀钢板的应用由建筑向高层次领域如家电等行业发展，因此对热镀钢板的质量，包括内在质量和表面质量，提出了更高的要求。要求热镀钢板耐蚀性更好、强度更高、表面质量更好、色彩鲜艳多样、成本更低。高强度热镀铝锌和锌铝镁产品具有卓越的抗腐蚀性能、优良的力学性能、优秀的成型性能、良好的热反射性能和极佳的表面抗变暗性能，在建筑和家电领域应用越来越广。
3.目前国内生产的热镀铝锌和锌铝镁产品由于工艺设备的限制，屈服强度和抗拉强度较高的产品其伸长率较低，极大影响了应用范围。而伸长率较好的产品其强度又不能满足目前高强的需求。
4.中国专利200710093976.8公开了“深冲用热镀铝锌钢板及其生产方法”，采用if钢作为基板生产镀铝锌产品，其中c含量≤0.01％，为超低碳钢，屈服强度为140～220mpa，抗拉强度为260-350mpa，伸长率≥30％，虽然该钢板具有较好的拉伸性能和成型性能，但强度级别不够，极大影响适用范围。
5.中国专利201710323599.6公开了“一种屈服强度550mpa级热镀铝锌钢板及其制造方法”，基板化学成分为c：0.05～0.06％，si：0～0.05％，mn：1.0～1.2％，p：0～0.015％，nb：0.061～0.08％，其金相组织为纤维状铁素体-渗碳体及细小的碳化铌析出物，断后伸长率为10～18％，该专利提出的热镀铝锌钢板组织对成型存在不利影响，伸长率不高，同时nb添加较多，生产成本较高。
6.中国专利201710994660.x公开了“550mpa级结构用热镀铝锌钢板及其制备方法”，化学成分为c：0.02～0.07％，si≤0.03％，mn：0.15～0.30％，p≤0.020％，si≤0.020％，nb：0.015-0.030％，als：0.020～0.070％，采用55～60％的低冷轧压下率进行冷轧，屈服强度在550mpa以上，抗拉强度为560mpa，伸长率在10％左右，此专利提出的钢板存在有伸长率较低，而屈强比较高的问题，会对后续加工过程产生影响。
7.中国专利cn102363857b公布了“一种屈服强度550mpa结构用彩涂板的生产方法”，其中ti、nb分别最多为0.05％和0.045％，其屈服强度rp
0.2
达到550～600mpa；抗拉强度rm为560～610mpa，断后伸长率a
80
mm≥6％，强化方式主要通过低温退火保持大部分未再结晶的带状组织来提高强度，但塑性较差，同样对成型产生影响。
8.中国专利cn100529141c公开了“一种全硬质镀铝锌钢板及其生产方法”，该方法提出制备的钢板屈服强度达到600mpa以上，断裂延伸率≤7％，其ti、nb总含量为0.15～0.100％，退火温度控制在630～710℃，获得全硬质钢板，但该方法获得钢板伸长率过低，不能有效满足目前的加工对成型性能要求。
9.中国专利cn104060165a公开了“一种热镀铝锌合金钢板”，其成分为c：0.04～
0.12％，mn：0.2～0.6％，p：0.02～0.1％，s≤0.015％，ti：0.01～0.05％，al：0.02～0.07％，si≤0.05％，经过轧制工艺：热轧精轧入口温度为950～1100℃，终轧温度为820～900℃，卷取温度为600～700℃，冷轧总压下率为50～80％，连续退火：退火温度为680～820℃，热镀铝锌工艺，该发明采用的微钛工艺，强度级别有限，同时强度波动较大，稳定生产难度大。
10.而相关热镀锌铝镁专利基本集中在于镀层成分及工艺上，如中国专利cn103361588a公布了“低镁低铝系锌铝镁镀层钢板生产方法及其镀层钢板”，该方法表明钢板退火后浸入锌液，镀液温度为锌合金熔点+40～200℃，钢板进入温度为镀液温度～镀液温度+50℃，浸镀时间为2～10s，镀后冷却速度为10～50℃/s，镀液的化学成分al：1.0～2.4％，mg：1.0-2.0％，al/mg≥1。
11.中国专利cn106811686a公布了“表面质量好的高强锌铝镁镀层钢板及其制造方法”，钢板的化学包含c：0.09～0.18％，si：0.40～1.60％，mn：0.80～2.10％，s：0.001～0.008％，还可加入cr：0.01～0.60％，和/或mo：0.01～0.30％。镀层的化学成分为al：1～14％，mg：1.0～5.0％，其余为锌和不可避免杂质。该专利虽然提出了一种高强锌铝镁镀层钢板的生产方法，但生产成本高，而且si含量过高易出现表面质量问题，屈服强度过高，伸长率较低，影响后续加工和成型。
12.综上所述，目前热镀铝锌和锌铝镁产品存在成本高，表面质量较差，强度或伸长率匹配不佳导致后续加工成型存在问题等。


技术实现要素：

13.本发明的目的在于提供一种屈服强度550mpa级热镀铝锌或锌铝镁复相钢及其制造方法，所得热镀铝锌或锌铝镁复相钢的屈服强度≥550mpa，抗拉强度≥600mpa，伸长率≥14％，具有良好的高抗风揭性、高耐蚀性、高强度和高延伸性，可用于屋顶、墙面等钢结构建筑，以及家电等电气设备。
14.为达到上述目的，本发明的技术方案是：
15.屈服强度550mpa级热镀铝锌或锌铝镁复相钢，其成分重量百分比为：c：0.075～0.12％，si：0.05～0.30％，mn：1.2～1.8％，p≤0.015％，s≤0.012％，n≤0.04％，cr：0.25～0.50％，还含有ti或nb中的一种或两种，nb：0～0.045％，ti：0～0.045％，其余为fe和其他不可避免的杂质；且需同时满足：
16.0.30≤(c+mn/6)≤0.40；
17.mn/s≥150；
18.不含ti时，nb满足0.01％≤(nb-0.22c-1.1n)≤0.03％；
19.不含nb时，ti满足0.4≤ti/c≤0.6；
20.ti、nb复合加入时，0.05％≤(ti+nb)≤0.07％；
21.并通过下述工艺获得：
22.1)冶炼、铸造
23.按上述所述的化学成分冶炼并铸造成板坯；
24.2)热轧、冷却
25.热轧出炉温度1170～1250℃，热轧终轧温度850～890℃，卷取温度550～680℃，轧
后采用层流冷却，层流前段快速冷却速度为80～120℃/s；
26.3)酸洗、冷轧
27.冷却后酸洗，将带钢表面氧化铁皮清洗干净，冷轧累计压下率为60～80％；
28.4)连续退火、热镀铝锌或热镀锌铝镁
29.在无氧化连续退火镀铝锌或锌铝镁炉内进行连续退火，退火处理依次包括加热段、均热段、镀前冷却段，其中，加热段采用一段式或两段式加热；
30.采用一段式快速加热时，加热速率为30～300℃/s；
31.采用两段式快速加热时，第一段以10～300℃/s的加热速率从室温加热至550～620℃，第二段以30～300℃/s的加热速率从550～620℃加热至770～850℃；
32.之后进行均热；均热温度770～850℃，均热时间1～20s；随后以30～150℃/s冷却速度快速冷却至550～600℃，进行热镀铝锌或热镀锌铝镁；
33.热镀铝锌之后以30～200℃/s的冷却速率冷却至室温，获得热镀铝锌az产品；或者，
34.热镀锌铝镁之后以30～180℃/s的冷却速率冷却至室温，获得热镀锌铝镁am产品；
35.5)光整、拉矫
36.平整率为0.25％
±
0.2，拉矫率为0.2％
±
0.2。
37.优选的，所述c含量为0.08～0.10％。
38.优选的，所述si含量为0.15～0.30％。
39.优选的，所述mn含量为1.2～1.6％。
40.优选的，所述连续退火、热镀铝锌或热镀锌铝镁全过程用时22～80s。
41.优选的，步骤2)中，所述热轧出炉温度为1180～1220℃。
42.优选的，步骤2)中，所述热轧终轧温度为860～880℃。
43.优选的，步骤2)中，所述卷取温度为570～620℃。
44.优选的，步骤2)中，所述层流前段快速冷却速度为100～120℃/s。
45.优选的，步骤3)中，所述冷轧累计压下率为60～70％。
46.优选的，步骤4)中，所述快速加热采用一段式加热时加热速率为50～300℃/s。
47.优选的，步骤4)中，所述快速加热采用两段式加热时，第一段以30～300℃/s的加热速率从室温加热至550～620℃，第二段以50～300℃/s的加热速率从550～620℃加热至770～850℃。
48.本发明所述热镀铝锌或锌铝镁复相钢的显微组织为包括铁素体、马氏体、贝氏体、微米级析出物、变形的带状晶粒中至少三种组织的复相组织。
49.本发明所述热镀铝锌或锌铝镁复相钢的屈服强度≥550mpa，抗拉强度≥600mpa，伸长率≥14％。
50.本发明所述热浸镀铝锌或锌铝镁复相钢表面为均匀的银白色锌花，锌花大小控制在0.1～6.0mm范围。
51.在本发明钢的成分设计中：
52.碳(c)：碳是钢中最常见的强化元素，碳使钢的强度增加，塑性下降，故碳含量不宜过高。碳含量对钢的力学性能影响十分大，随着含碳量的升高，珠光体的数量会增加，使钢的强度与硬度大幅提高，但是其塑性与韧性会明显下降，若含碳量过高，钢中便会出现明显
的网状碳化物，而网状碳化物的存在会使其强度、塑性与韧性都明显下降，钢中含碳量的升高所产生的强化效果也会显著减小，使钢的焊接和成型工艺性能变差，所以在保证强度的前提下应尽量降低碳含量，因此，本发明中将c含量控制在0.075～0.12％。
53.硅(si)：硅在铁素体或奥氏体中形成固溶体，从而增强钢的屈服强度与抗拉强度，而且硅可增大钢的冷加工变形硬化率，是合金钢中的有益元素。另外硅在硅锰钢的沿晶断口表面有着明显的富集现象，硅在晶界位置的偏聚能够减缓碳与磷沿晶界的分布，进而改善晶界的脆化状态。硅可以提高钢的强度、硬度与耐磨性，而且不会使钢的塑性明显下降。硅脱氧的能力较强，是炼钢时常用的脱氧剂，硅还能够增大钢液的流动性，所以一般钢中都含硅，但是当钢中硅的含量过高时，其塑性与韧性会显著下降，过高会在表面形成氧化铁皮缺陷，同时严重影响带钢热镀时的表面浸润行为，因此，本发明中将si含量控制在0.05～0.30％。
54.锰(mn)：锰是典型的奥氏体稳定化元素，显著提高钢的淬透性，降低贝氏体和马氏体形成的临界冷却速度，从而有效的降低退火过程中快冷段的冷却速度，有利于得到贝氏体或马氏体组织。mn是一种廉价的稳定奥氏体与强化合金元素。锰主要是通过固溶强化降低γ-α相变温度促使晶粒细化，改变相变后的微观组织。锰作为扩大γ相区的元素，会降低a3、al临界点，但高的锰含量(＞2.0％)在推迟珠光体转变的同时，也推迟贝氏体转变，使“工艺窗口”变小，贝氏体区右移，使钢对工艺条件的敏感性变大，不利于稳定批量生产。锰含量太低易引起珠光体转变，组织中难于形成足够量的贝氏体。
55.材料的强度便通过大量实验数据的统计简单以碳当量来表示，因此本发明要求0.30≤(c+mn/6)≤0.40。此外，mn在钢中可以无限互溶，mn主要起固溶强化效果，由于钢水中残留有一定量的s元素，s元素有增加板坯热脆性，恶化钢的力学性能等负面作用，为了降低s的负面作用，提高钢板中的mn/s比值，mn/s≥150，可以有效降低s的负面影响。因此本发明将锰含量限定在1.2～1.8％。
56.铬(cr)：铬在复相钢中的作用主要体现在其可增加奥氏体的稳定性和钢的淬透性，这两个相反作用共同影响制约着含铬钢中马氏体的体积分数。在较低的冷却速度下铬以影响过冷奥氏体的稳定性为主；在较高的冷却速度铬以影响奥氏体的体积分数为主。铬元素的加入一方面起到了固溶强化的作用，另一方面可通过改变钢的相变温度来改变马氏体的形态和分布，来提高钢的强度和塑性。但是铬是推迟贝氏体转变最有效的元素，它推迟贝氏体相变的作用要比推迟珠光体相变的作用大得多。因此钢中应加入适量的铬。因此，本发明将铬含量限定在0.25～0.50％。
57.钛(ti)：钛是强碳化物形成元素，在钢中加入微量的钛有利于固定钢中的n，所形成的tin能使钢坯加热时奥氏体晶粒不过分长大，从而起到细化原始奥氏体晶粒的目的。钛在钢中还可分别与碳和硫生成tic、tis、ti4c2s2等化合物，它们以夹杂物和第二相粒子的形式存在。钛的这些碳氮化析出物在焊接时可阻止热影响区晶粒长大，进而改善成品钢板的焊接性能；同时在钢中可以起到析出强化的作用。单纯添加ti时，成分设计为0.4≤ti/c≤0.6，可大量形成特殊碳化物tic，是良好的弥散强化增强体。
58.铌(nb)：铌能显著提高钢的再结晶温度并实现晶粒细化。在热轧过程中铌的碳化物应变诱导析出能阻碍形变奥氏体的回复和再结晶，经控轧和控冷后的形变奥氏体组织得到细小的相变产物。同时在退火过程中，细小的碳氮化铌析出能起到析出强化的作用，因
此，在钢中应加入少量的铌。不含ti时，为保证nb元素能够得到较好的析出强化效果，同时避免添加过多的nb元素析出效果变差，需要满足不含ti时，nb满足0.01％≤(nb-0.22c-1.1n)≤0.03％。
59.本发明采用复合添加微量合金元素ti、nb时，可形成nb(c，n)、tic、tin、(ti、nb)(c、n)等具有强化作用细小析出物，强化基体。碳化物、氮化物、碳氮化物形式存在，可以阻止奥氏体晶粒长大，提高钢的粗化温度。碳、氮化物弥散的小颗粒能对奥氏体晶界起固定作用，阻碍奥氏体晶界的迁移，提高奥氏体再结晶温度，可扩大未再结晶区，亦即阻止了奥氏体晶粒长大。在钢中添加微量的nb、ti，一方面，可在减少碳当量含量的同时提高强度，从而提高钢的焊接性能；另一方面，将不纯物质如氧、氮、硫等固定起来，从而改善钢的可焊性。ti、nb复合加入时，为保证最好的强化效果，控制0.05％≤(ti+nb)≤0.07％。
60.本发明所述的屈服强度550mpa级热镀铝锌或锌铝镁复相钢的制造方法，包括如下步骤：
61.1)冶炼、铸造
62.按上述化学成分冶炼并铸造成铸坯；
63.2)热轧、冷却
64.热轧出炉温度1170～1250℃，热轧终轧温度850～890℃，卷取温度550～680℃，轧后采用层流冷却，层流前段快速冷却速度为80～120℃/s；
65.3)酸洗、冷轧
66.冷却后酸洗，将带钢表面氧化铁皮清洗干净，冷轧累计压下率为60～80％；
67.4)连续退火、热镀铝锌或热镀锌铝镁
68.a.连续退火
69.在无氧化连续退火镀铝锌或锌铝镁炉内进行连续退火，退火处理依次包括加热段、均热段、镀前冷却段，其中，加热段采用一段式或两段式加热；
70.采用一段式快速加热时，加热速率为30～300℃/s；
71.采用两段式快速加热时，第一段以10～300℃/s的加热速率从室温加热至550～620℃，第二段以30～300℃/s的加热速率从550～620℃加热至770～850℃；
72.之后进行均热；均热温度770～850℃，均热时间1～20s；随后以30～150℃/s冷却速度快速冷却至550～600℃；
73.b.热镀铝锌或热镀锌铝镁
74.退火后进行热镀铝锌，热镀铝锌温度550～600℃；之后由550～600℃快速冷却至室温，获得热镀铝锌az产品，冷却速率为30～200℃/s；或者，
75.退火后进行热镀锌铝镁，热镀锌铝镁温度550-600℃；之后由550～600℃快速冷却至室温，获得热镀锌铝镁am产品，冷却速率为30～180℃/s；
76.5)光整、拉矫
77.平整率为0.25％
±
0.2，拉矫率为0.2％
±
0.2。
78.优选的，所述连续退火、热镀铝锌或热镀锌铝镁全过程用时22～80s。
79.优选的，步骤2)中，所述热轧出炉温度为1180～1220℃。
80.优选的，步骤2)中，所述热轧终轧温度为860～880℃。
81.优选的，步骤2)中，所述卷取温度为570～620℃。
82.优选的，步骤2)中，所述所述层流前段快速冷却速度为100～120℃/s。
83.优选的，步骤3)中，所述冷轧累计压下率为60～70％。
84.优选的，步骤4)中，所述快速加热采用一段式加热时加热速率为50～300℃/s。
85.优选的，步骤4)中，所述快速加热采用两段式加热时，第一段以30～300℃/s的加热速率从室温加热至550～620℃，第二段以50～300℃/s的加热速率从550～620℃加热至770～850℃。
86.优选的，步骤4)均热过程中，带钢或钢板加热至所述奥氏体和铁素体两相区目标温度后，保持温度不变进行均热。
87.优选的，步骤4)均热过程中，带钢或钢板在均热时间段内进行小幅度升温或小幅度降温，升温后温度不超过850℃，降温后温度不低于770℃。
88.优选的，所述均热时间为10～20s。
89.本发明制造方法中，采用直火快速加热、短时保温以及快速冷却方式实现快速热处理，细化组织，提高强度和延伸率。
90.本发明采用直火加热，提高加热速度，同时缩短保温时间至1～20s，抑制晶粒长大，可实现快速热处理，细化晶粒。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，所以退火段各段温度和保温时间要严格控制。
91.在退火热镀铝锌和锌铝镁过程中，细小的析出物对位错的钉扎及对亚晶界的迁移起到阻碍作用，抑制再结晶晶粒长大，细化晶粒，使钢的屈服强度和抗拉强度提高，从而起到强化材质的目的，同时保持良好的塑形。
92.镀后采用快速冷却：喷冷喷气雾冷却方式，细化晶粒并获得强化相。气雾冷却是在喷气冷却的保护气中加入微细液滴水雾，以一定角度和射速喷射到带钢表面，使带钢表面热交换效率大大提高。
93.由于加热速率的显著提高和均热时间的缩短，使得热镀锌基体材料在高温下的停留时间大幅度缩短，因此高强钢合金元素表面富集减少，可镀性增强，表面质量提高。另外，机组炉子长度的缩短(较传统连续退火炉至少能缩短三分之一)、炉辊减少使得产生炉内辊印、麻点、擦划伤等表面缺陷的概率明显降低，产品表面质量提高。
94.控制冷轧压下率在60～80％，适当的成分和热轧工艺后只有保持合适的冷轧压下，才能获得较为理想的金相组织。由于冷轧压下量较低时，变形储能小，后续退火时不易发生再结晶，可适量保持一点冷轧组织，提高强度。采用60～80％的较大压下率，可加快再结晶进行，提高塑性。
95.经检测，本发明屈服强度550mpa级热镀铝锌和锌铝镁复相钢板的屈服强度为550～615mpa，抗拉强度为615～700mpa，延伸率14～17％，热镀铝锌或锌铝镁基板为铁素体+马氏体+贝氏体+带状晶粒+微米级析出物中至少三种的复相组织，钢板表面为细小银白色锌花。
96.本发明的有益效果：
97.本发明在成分上进行精确配比，控制0.30≤(c+mn/6)≤0.40；mn/s≥150；不含ti时，nb满足0.01％≤(nb-0.22c-1.1n)≤0.03％；不含nb时，ti满足0.4≤ti/c≤0.6；ti、nb复合加入时，0.05％≤(ti+nb)≤0.07％，并配以快速热处理工艺，得到的产品具有强度高、塑性好特点，相比传统的镀铝锌或锌铝镁高强钢，其强韧性更好，成形性能也更好，具有较
大的市场竞争优势。
98.同时，由于加热速率的显著提高和均热时间的缩短，使得热镀锌基体材料在高温下的停留时间大幅度缩短，因此高强钢合金元素表面富集减少，可镀性增强，表面质量提高。机组炉子长度的缩短(较传统连续退火炉至少能缩短三分之一)、炉辊减少使得产生炉内辊印、麻点、擦划伤等表面缺陷的概率明显降低，产品表面质量提高。
99.本发明无需改造设备，制造工艺简单，可以制造出既有高耐蚀性、耐热性又有优良强韧性能的热镀铝锌或锌铝镁产品。另外，本发明钢板镀层均匀、致密、厚度适当，可广泛地应用于建筑、家电等行业，为镀铝锌、锌铝镁及彩涂产品的应用拓展了广阔的领域。
附图说明
100.图1是本发明试验钢a按本发明实施例1所生产的钢基板显微组织图片。
101.图2是本发明试验钢a按传统工艺1所生产的钢基板显微组织图片。
102.图3是本发明试验钢a按本发明实施例7所生产的钢基板显微组织图片。
103.图4是本发明试验钢e按本发明实施例11所生产的钢基板显微组织图片。
104.图5是本发明试验钢f按本发明实施例12所生产的钢基板显微组织图片。
具体实施方式
105.下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
106.表1为本发明试验钢的成分，表2为本发明按照一段式快速加热工艺的具体参数，表3为本发明按照两段式快速加热工艺的具体参数，表4为本发明试验钢按照表2工艺获得钢板的力学性能，表5为本发明试验钢按照表3工艺获得钢板的力学性能。
107.通过实施例可以发现，本发明产品屈服强度为550～615mpa，抗拉强度为615～700mpa，延伸率14～17％，通过成分精确配比，并配以快速热处理工艺，得到高强高延伸热镀铝锌或锌铝镁产品，具有较大的市场竞争优势。
108.图1和图3为本发明试验钢a分别按照本发明实施例1(一段式快速加热)和本发明实施例7(两段式快速加热)所产生的复相钢的组织图片，图4为本发明试验钢e按照本发明实施例11(两段式快速加热)所产生的复相钢的组织图片、图5为本发明试验钢f按照本发明实施例12(两段式快速加热)所产生的复相钢的组织图片，图2为本发明试验钢a按照传统工艺获得的复相钢组织图片。
109.从图1、图3、图4、图5可以看出，经过本发明处理后的复相钢组织明显具有晶粒细小、各相组织及碳化物分布均匀等特点。这对提高材料的强韧性及材料的成型性能都是非常有利的。
110.111.112.113.114.115.