一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷IF钢板及其生产方法与流程

一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷if钢板及其生产方法
技术领域
1.本发明属于汽车用钢制造领域，更具体地说，涉及一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷if钢板及其生产方法。


背景技术：

2.随着汽车工业对防腐性能要求的提高，镀锌高强if钢因具有优异的耐蚀性、强度及深冲性能广泛应用于汽车工业。高强if钢是以超低碳钢成分为基础，通过复合添加微合金化元素 nb、ti、v来消除c、n固溶原子，并通过加入si、mn、p元素实现固溶强化以达到相应的强度级别。当钢中加入p元素可能会导致钢板出现二次加工脆性，现有技术是通过添加b元素来改善含磷if钢的二次加工脆性。但当钢中加入b元素后，可能会在退火后热浸镀之前以氧化物的方式偏析在钢板表面，同时还会诱导mn、p氧化物在钢表面的偏析，导致热浸镀锌表面产生漏镀缺陷，无法满足汽车外板对板面质量的要求。另一方面，也可能因在晶界偏聚的b重新扩散到晶内与位错钉扎，发生时效，造成钢板在冲压之前发生了室温时效。目前的技术方案，限制了镀锌高强if钢在汽车外板上的进一步应用。亟待需要一种既能解决热浸镀锌含磷if钢的二次加工脆性问题，同时兼具优异的表面质量和深冲性能。
3.经检索，中国专利申请号为201210119462.6的申请案，公开了一种含p的if汽车面板用钢及其生产方法，该申请案中通过添加b来改善钢的二次脆性，但b在退火炉中在表面偏析，容易造成漏镀缺陷，因此该方法比较适用冷轧外板，当生产热镀锌外板时有一定的局限性。
4.又如，中国专利申请号为201810684401.1的申请案，公开了一种if钢薄带的制备方法，该申请案中的if钢薄带的成分按质量百分比为：c：0.0005～0.008％，mn：0.15～0.8％，si： 0.02～0.1％，b：0.01～0.02％，v：0.04～0.09％，p：0.005～0.08％，n：≤0.005％，o≤ 0.002％，s≤0.002％，余量为fe。该制备方法用于生产连续退火卷，其添加si元素高达0.1％，可能会恶化钢板表面对锌液的浸润性，而导致表面缺陷。同时c含量最高为0.008％，可能会导致成品的强度过高，不适用于深冲性能要求高的外板。
5.又如，中国专利申请号为202011344974.3的申请案，公开了一种220mpa级热镀锌高强 if钢及其制备方法，该申请案中，if钢的化学成份重量百分比为：c：0.0008～0.003％；si： 0.07～0.10％；mn：0.35～0.45％；p：0.048～0.058％；nb：0.01～0.02％；ti：0.015～0.025％； als：0.020～0.045％；限制元素s：0.003％以下；n：0.003％以下，余量为fe。该申请案中，通过控制nb、ti的添加量，以避免feptinb的析出，解决了或部分解决了现有技术中高强if钢的抗二次加工脆性不佳的技术问题。但该申请案中p在晶界偏析造成二次脆性的问题没有从根本上解决，其应用具有局限性。


技术实现要素：

6.1、要解决的问题
7.针对以上现有技术中存在的至少一些问题，本发明提供了一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷if钢板及其生产方法，采用本发明的技术方案有效解决钢的二次加工脆性，同时兼具优异的表面质量和深冲性能。
8.2、技术方案
9.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
10.本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷if钢板，所述if钢板的化学成份重量百分比为c：0.0010～0.0030％，si：≤0.02％，mn：0.24～0.70％，p：0.02～0.06％，s≤0.009％， als：0.03～0.04％，nb：0.006～0.020％，n≤0.003％，其余为fe和不可避免的杂质；且nb与 c还需满足，1ppm≤c-nb/7.74≤5ppm。
11.进一步地，所述if钢板的二次加工脆性swet≤-50℃，钢表面漏镀缺陷程度为2级及以上。
12.进一步地，所述if钢的r≥1.8，δr≤0.25，n≥0.2，ai为0，ra为0.7～1.5μm。
13.本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷if钢板的生产方法，包括以下工艺步骤：炼钢——连铸——热轧——酸洗+冷轧——连续退火+热浸镀锌——光整轧制，其中，炼钢结束出钢的化学成分以重量百分比计，c：0.0010～0.0030％，si：≤0.02％，mn：0.24～0.70％， p：0.02～0.06％，s≤0.009％，als：0.03～0.04％，nb：0.006～0.020％，n≤0.003％，其余为fe 和不可避免的杂质，且nb和c满足，1ppm≤c-nb/7.74≤5ppm。
14.进一步地，所述的连铸步骤中，对铸坯进行火焰清理，清理深度≥2mm。
15.进一步地，所述的热轧步骤中，热轧出炉温度1230～1260℃、终轧温度ar3+30℃、卷取温度640～680℃，除鳞水状态为全开，除鳞水压力≥150bar。
16.进一步地，所述的酸洗+冷轧步骤中，冷轧总压下率为75％～85％。
17.进一步地，所述的连续退火+热浸镀锌步骤中，退火段rtf和sf温度为770～800℃，锌锅温度为450～460℃，锌锅温度＜带钢入锅温度＜锌锅温度+10℃，露点温度≤-50℃；锌锅中al：0.20～0.30％；
18.进一步地，对于锌铁合金镀层钢板，合金化温度520～550℃。
19.进一步地，所述的光整轧制步骤中，光整机工作辊粗糙度1.5～2.5μm，轧制延伸率 1.1～1.4％。
20.3、有益效果
21.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
22.(1)本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷if钢板，在不添加b元素条件下，钢成分中的c和nb满足，1ppm≤c-nb/7.74≤5ppm；钢中有1个ppm以上，5个 ppm以下的固溶c时，该固溶c，在退火过程中优先偏析到晶界，减小晶界的畸变能，抑制 p元素在晶界的偏析，从而解决因p的添加而引起的二次加工脆性问题；另一方面，在生产方法上采取高温出炉+临界ar3附近的终轧温度+低温卷取+低温退火的工艺，保证最终的组织为细小的铁素体组织，细小的晶粒在受到外力时，塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小，此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展，最终使得含磷if钢板的二次加工脆性swet≤-50℃。
23.(2)本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷if钢板，在不添加b元素
条件下，使用固溶原子c替代固溶原子b时，富集在表面的c会变成co或co2气体，钢板退火过程中不会因b元素析出导致的热浸镀后钢板表面漏镀缺陷，此外，在生产上对铸坯进行火焰清理控制内部质量缺陷，热轧阶段通过控制除鳞水来避免压氧，使用低温卷取减少氧化铁皮的生成，在退火阶段控制退火炉露点≤-50℃，以控制mn、p元素在表面析出，并对锌锅温度、al含量，带钢入锅温度进行限定，从而获得质量优良的镀层，最终获得的钢表面漏镀缺陷程度为2级及以上。
24.(3)本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷if钢板的生产方法，在 770～800℃温度范围内退火，该温度下nbc颗粒不会溶解，即钢中固溶c的含量不会增加，由于基体中仅含有1～5个ppm的固溶c，常温下不会发生位错钉扎作用，使得钢板生产之后 6个月不发生室温时效。
25.(4)本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷if钢板的生产方法，相比于传统技术方案的if高强钢，本发明钢不添加b、ti元素，且经过对固溶c的精准控制，nb 的添加量也比传统的if高强钢少，成本较低。
附图说明
26.图1为本发明的工艺流程图；
27.图2为本发明的钢板基体的金相组织示意图；
28.图3为本发明的实施例在-55℃条件下产品状态示意图；
29.图4为本发明的对比例在-50℃条件下产品状态示意图；
30.图5为本发明的对比例中漏镀缺陷的示意图；
31.图6为本发明的实施例中无漏镀缺陷的示意图。
具体实施方式
32.本发明的一种抗二次加工脆性及优良表面质量的含磷if钢板，以重量百分比计，钢的化学成分c：0.0010～0.0030％，si：≤0.02％，mn：0.24～0.70％，p：0.02～0.06％，s≤0.009％， als：0.03～0.04％，nb：0.006～0.020％，n≤0.003％，其余为fe和不可避免的杂质，且nb和 c满足公式，1ppm≤c-nb/7.74≤5ppm。其中，
33.c：0.0010～0.0030％，当c含量小于0.0010％时，rh炼钢深脱碳时间增长，脱碳时间＞ 25min，影响生产效率。当c含量＞0.0030％时，为满足公式，1ppm≤c-nb/7.74≤5ppm，需要添加更多的nb，不利于成本的控制，也可能会恶化材料的深冲性能。
34.si：≤0.02％，si元素是钢的合金元素之一，在本发明中，严格控制si添加量，将si元素的上限定为0.02％，添加超过0.02％的si可能会导致热浸镀锌钢板表面缺陷。
35.mn：0.24～0.70％，mn是高强if钢重要的固溶强化元素，当mn含量＜0.24％时，钢的强度有可能达不到要求，当mn含量＞0.7％时，有可能导致钢的屈服强度过高，且过多的mn 会发生明显的表面偏析，从而恶化热浸镀锌钢板的表面质量。
36.p：0.02～0.06％，p是高强if钢重要的固溶强化元素，且p固溶强化对钢的抗拉强度增量大于对钢屈服强度的增量，这对钢的深冲性能是有力的，为充分发挥p的固溶强化效果，p 的最小添加量定为0.02％。但钢中有过多的p时，即使钢中有一定量的固溶c，由于p的浓度过大导致晶界偏析趋势增加，也可能会导致钢的冷脆，同时导致钢的强度过高，恶化钢
的深冲性能，因此本发明的p含量上限定为0.06％。
37.s：≤0.009％，s是钢中的有害元素，s和mn、fe元素形成的化合物会造成钢在热轧过程中的出现边裂缺陷，且硫化物夹杂也会恶化钢板的深冲性能，对于本发明钢，须将s限制 0.009％以下。
38.酸溶铝(als)：0.03～0.04％，该发明钢中als起到固定n原子的重要作用，酸溶铝(als) ＜0.03％时，als不能完全固定n原子，容易引起室温时效，恶化钢板的深冲性能，当als＞ 0.04％时，过多的als可能会引起钢基体存在较多夹杂物，可能造成冲压开裂缺陷。
39.nb：0.006～0.020％，nb元素是发明钢的关键元素，一方面，nb作为强碳化物形成元素，在热轧过程中nb与c形成的nbc析出物，该析出物在随后的退火过程中，可以抑制再结晶晶粒的无序长大，有利于退火后的钢板获取均匀的组织，即对钢板性能的各向同性有利。另一方面，nb与c的关系满足公式，1ppm≤c-nb≤5ppm，通过该方法，即使钢中不添加b 元素，也能明显改善含磷if钢的二次加工脆性。因此，为达到有上述效果nb添加量的下限为0.006％，另一方面，当nb的添加量超过0.020％时，可能会抑制对再结晶晶粒长大，恶化钢板的深冲性能。
40.n：≤0.003％，在本发明钢种，n为限制性元素，在可能的条件下，将n控制的越低越好，但更低的n会增加炼钢成本，因此将n含量的上限限制为0.003％，同时配合0.03％～0.04％的als，可以有效地将n原子转变为aln析出物，这样就有利于热轧过程的平稳轧制和降低再结晶退火温度。
41.此外本发明不添加ti，因添加ti的高强if钢或仅仅添加ti的if钢，成品的各向异性较添加nb高强if钢大，同时添加ti的高强if钢在退火时，ti元素会在钢表面偏析，影响热浸镀锌钢的质量。对于锌铁合金化镀层的钢板，添加过量的ti会引起合金化镀层出现合金化条纹，使得产品不能用于外板。
42.本技术提供了发明钢的生产方法包括以下工艺步骤：炼钢——连铸——热轧——酸洗+ 冷轧——连续退火+热浸镀锌——光整轧制。
43.炼钢：通过炼钢，以重量百分比计，钢的化学成分c：0.0010～0.0030％，si：≤0.02％， mn：0.24～0.70％，p：0.02～0.06％，s≤0.009％，als：0.03～0.04％，nb：0.006～0.020％，n≤ 0.003％，其余为fe和不可避免的杂质，且nb和c满足公式，1ppm≤c-nb/7.74≤5ppm。
44.在铁水预处理工序进行脱硫处理，保证铁水预处理终了成分s≤0.009％。通过转炉冶炼和rh炉冶炼，将钢中c含量控制在0.0010～0.0030％，且nb和c满足公式，1ppm≤c-nb/7.74 ≤5ppm，确保在钢中有1～5ppm的过剩c。c原子与b原子为同周期相邻元素元素，c与b 的原子半径相当，电负性相当，固溶在钢中时，可起到相似的作用，可用一定量的过剩c来替代b优先在晶界，并起到抑制p在晶界偏析，进而改善钢的二次加工脆性。
45.连铸：对铸坯表面进行≥2mm深度的火焰清理，因铸坯表面2mm深度范围内，易存在夹渣、夹杂、气孔等缺陷，在经过后续的热轧、冷轧工序后，缺陷被放大，并带到成品表面，可能会造成表面质量不良和冲压开裂。
46.热轧：采用较高的出炉温度1230～1260℃时，铸坯中的碳化物、氮化物能够充分溶解，不会在后续热轧轧制阶段为动态再结晶提供形核质点，可控制轧制过程中奥氏体晶粒异常长大；采用终轧温度ar3+30℃，在此临界ar3温度附近终轧时会发生应变诱导析出第二
相，起到细化晶粒的作用；采用较低的卷取温度640～680℃时，有利于获得细小的晶粒，且获得的热卷具有较薄的氧化铁皮厚度。同时在粗轧、精轧时除鳞水全开且压力≥150bar，可最大程度的避免压氧缺陷。
47.酸洗+冷轧：热轧卷酸洗后进行冷轧，冷轧总压下率为75％～85％，当总压下率＜75％时，退火后不容易获得较强的{111}有利织构和高的r值，当总压下率＞85％时，设备负荷较大，不利于生产的连续稳定。
48.连续退火+热浸镀：钢的退火rtf和sf温度为770～800℃，当温度＜770℃时，冷轧组织再结晶长大不充分，可能会导致深冲性能恶化，当温度＞800℃时，nbc有可能发生溶解，钢中nbc颗粒减少，导致再结晶晶粒长大失衡，有可能导致钢板的各向异性变大，即钢板的δr≥0.20。另一方面，钢中的固溶c原子若增加，超过一定量时，有可能在使用前发生室温时效，造成钢板表面缺陷。控制露点温度≤-50℃，在极低的露点下氧分压极小，有利于抑制 mn、p的氧化物在表面的析出，为热浸镀镀锌提供表面质量优异基板。锌锅温度为450～460 ℃，锌锅温度《带钢入锅温度＜锌锅温度+10℃，锌锅中的al：0.20～0.30％，进行上述限定目的是保证钢带在锌锅运行时，带钢基板表面形成均匀的fe2al5抑制层，使带镀层与基体之间有良好的粘附性，同时可确保锌锅中不会生成fe-zn化合物底渣，此外，可以避免fe-zn反应剧烈，对于获得高表面质量是有利的。对于锌铁合金镀层钢板，在热浸镀锌完成后进行合金化处理，合金化温度为520～550℃。
49.光整轧制：工作辊粗糙度为1.5～2.5μm，轧制延伸率1.0～1.4％，对所述工艺的限定，一方面可保证经光整轧制后带钢的ra为0.7～1.5μm，同时可以获得良好的板形，另一方面经过光整轧制后可以消除成品钢的屈服平台，且可以提高钢板的rp0.2，提升钢板深冲性能。
50.钢板的二次加工脆性指标是swet温度，即钢的韧脆转变温度，温度越低代表钢抗二次加工脆性的能力越强，因汽车用钢有可能会在极寒的条件下服役，一般情况下swet温度≤
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50℃，即可满足其普遍要求，本发明钢的swet≤-50℃，具有良好的抗二次加工脆性的能力。
51.钢板的深冲性能指标有塑性应变比即r值和应变硬化指数即n值来表征，r值和n值越大说明钢的深冲性能越好，本发明钢的r值≥1.8，n值≥2.0满足当前汽车含磷if钢外板的要求。
52.评价钢板的抗室温时效性能的指标为时效指数ai，时效指数ai为0时，说明钢板不会发生室温时效。本发明钢虽然有一定量的固溶c，但在nb和c的满足公式，1ppm≤c-nb/7.74 ≤5ppm时，可确保钢板的ai＝0，不会发生室温时效。
53.镀锌板漏镀缺陷的尺寸为0.2mm～0.8mm。根据钢带上任一规定的面积内的漏镀缺陷个数，对漏镀缺陷进行评级，本发明钢的漏镀缺陷级别≥2级。其中，钢板表面漏镀缺陷级别的标准见表1。
54.表1钢板表面漏镀缺陷级别的判定方法
55.3m2面积漏镀缺陷个数钢板表面漏镀缺陷级别≤11级≤32级≤53级
≤104级＞104级及以上
56.下面通过实施例对本发明进行更为具体的说明，但是，下述的实施例仅用于示例本发明而进行具体的说明，并不限制本发明的权利范围。
57.表2为实施例及对比例中钢坯的化学成分，其中，实施例5和实施例6属于合金化热浸镀锌钢板，其余为热浸镀锌钢板。
58.表2钢坯的化学成分
[0059][0060]
下表为实施例及对比例钢生产的主要工艺参数，其中，实施例5和实施例6属于合金化热浸镀锌钢板，其余为热浸镀锌钢板。
[0061]
表3实施例及对比例的主要工艺参数
[0062][0063]
利用具有表2成分的钢坯，表3的生产工艺下制造钢板，钢板的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及深冲性能指标r值、n值及δr值，抗时室温效性能指标ai值，二次加工脆性swet 温度、表面粗糙度以及表面质量等级的评价结果如表4所示。
[0064]
表4钢的各项性能指标
[0065][0066]
实施例1～6按照本发明方法实施，满足本发明所要求的全部特性，所述钢板依据gb/t 24173-2016《钢板二次加工脆化实验方法》标准测试的swet≤-50℃。实施例和对比例的实验结果可参考图3、图4。其中，图3为实施例产品在-55℃条件下进行，图4为对比例产品在-50℃条件下进行。
[0067]
所述钢板表面漏镀缺陷程度为2级及以上，钢板表面漏镀缺陷级别的判定方法见表1。
[0068]
所述钢板依据gb/t5027《金属材料薄板和薄带塑性应变比(r值)的测定》标准，测得的r值≥1.8，δr≤0.25。
[0069]
所述钢板依据gb/t5028《金属薄板和薄带拉伸应变硬化指数(n值)的测定》，测得的 n值≥0.2。所述钢的时效指数ai(100℃保温60min)为0，所述钢的粗糙度为ra 0.7～1.5μ m。
[0070]
对比例1～6因不满足本发明的方法，不满足本发明中所需特性中的任一种及以上。其中，对比例1～2中c和nb的关系不符合公式，1ppm≤c-nb/7.74≤5ppm，且c-nb/7.74＜1ppm，所得到的swet＞-50℃，不满足发明钢要求的swet＜-50℃。对比例3中c和nb的关系不符合公式，1ppm≤c-nb/7.74≤5ppm，且c-nb/7.74＞5ppm，其室温时效指数ai＞0，可能发生室温时效，不满足发明钢ai＝0要求。对比例4的退火rtf和sf温度为825℃，因在该温度下nbc发生溶解，增加了钢中的固溶c，即使钢坯中的c和nb的关系式满足1ppm≤ c-nb/7.74≤5ppm，ai指数也＞0。同时，因退火温度过高，导致mn、p元素在表面的析出，会恶化表面质量。对比例5、6钢坯中的mn和p含量超出本发明钢的上限，因此导致强度过高，r值低于发明钢的下限值1.8，深冲性能不能满足发明钢的要求，且由于mn、p含量较高，在退火时发生表面偏析，恶化了钢板的表面质量。
[0071]
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。