CN105112776A

CN105112776A - 一种含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN105112776A
Application number: CN201510525113.8A
Authority: CN
Inventors: 穆海玲; 何宜柱; 魏宝民; 金澜; 周丽萍; 杨磊
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2015-12-02

Abstract

本发明涉及一种含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板及其生产方法，主要解决现有冷轧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。本发明提供的一种冷轧硬质镀锡钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.05%～0.07%，Si≤0.034%，Mn：0.20%～0.40%，P：0.04%～0.06%，S≤0.0164%，Alt：0.012%～0.047%，余量为铁和不可避免夹杂。本发明主要用于食品罐、饮料罐、气雾罐、化工罐等包装领域。

Description

一种含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧硬质镀锡钢板，特别涉及一种含磷低碳冷轧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

目前，冷轧电镀锡薄钢板的中国国家标准《GB/T2520-2008冷轧电镀锡薄钢板》按调质度区分钢材的硬度级别，其中一次冷轧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0.15mm～0.50mm，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。

现有冷轧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轧轧制时其变形抗力的增加，降低了生产效率。

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可推算冷轧来料的变形抗力为280-340MPa，经过五机架冷连轧80-90%变形后变形抗力为900-1100MPa，轧制速度最高800-900m/min，超过此速度冷轧产生振动，无法保证板形，甚至断带，只能低速维持生产，生产效率低。

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

本发明的目的是提供一种含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板及其生产方法，主要解决现有冷轧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。

本发明采用的技术方案是：

一种含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板，化学成分重量百分比：C：0.05%～0.07%，Si≤0.034%，Mn：0.20%～0.40%，P：0.04%～0.06%，S≤0.0164%，Alt：0.012%～0.047%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明所述的含磷低碳冷轧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，轧制力升高。另外，碳处于包晶区内容易产生板坯裂纹，比如申请号CN200910063099.9的专利申请公开的碳含量为0.08~0.13%，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轧制产生混晶组织。因此，本发明的C含量范围设定为0.05%～0.07%；

硅：Si是使钢材强度提高的元素，但Si容易在热轧时产生氧化铁皮，在热轧用高压水难以消除，从而残留在热轧钢板上呈红色氧化铁皮，这种氧化铁皮深深的咬合在热轧钢板上难以酸洗洗掉，因而产生冷轧后钢板表面不良，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，增加轧制力。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：б_s=27+22d^-1/2+165%C+470%P+3000%N+60%Si-665%S；

б_b=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，冷轧轧力低。综合考虑，本发明设定P含量范围为0.04%～0.06%；

硫：硫在钢中形成硫化物夹杂，使其延展性和韧性降低。钢轧制时，由于MnS夹杂随着轧制方向延伸，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Al₂O₃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%。

一种含磷低碳冷轧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≤0.034%，Mn：0.20%～0.40%，P：0.04%～0.06%，S≤0.0164%，Alt：0.012%～0.047%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

连铸板坯经加热炉加热至1160℃～1200℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，精轧为7道次连轧，精轧结束温度为850℃～890℃；精轧后钢板厚度为2～3.5mm，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为640℃～680℃卷取获得热轧钢卷；

热轧钢卷重新开卷后经酸洗、冷轧、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，所述冷轧压下率为85%～92%，经过冷轧后的轧硬状态带钢在立式连续退火炉退火的均热段温度为600℃～620℃，带钢在均热段的退火时间为60s～95s，过时效段开始温度为350℃～400℃；平整延伸为率1.0％～2.0％。

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℃～1200℃。

2、精轧结束温度设定

进行热轧时，材料是完全奥氏体再结晶轧制，为了避免材料进入两相区轧制导致混晶，冷轧轧制过程中又无法消除，终轧温度要高于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℃，动态温度下降10℃～15℃。因此，综合考虑，本发明精轧结束温度设定为850℃～890℃。

3、热轧冷却方式和卷取温度设定

本发明采用热轧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；冷轧后钢板在退火时，在热轧工序析出的Fe₃P将阻碍Fe₃C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，热轧卷取温度也不能太低，以保证晶粒适度增大，降低冷轧轧制的变形抗力。综合考虑，本发明层流冷却采用前段冷却，卷取温度为640℃～680℃。

4、冷轧压下率设定

本发明采用6辊UCM（万能凸度带中间辊窜动）5机架冷连轧机进行冷轧生产。冷轧变形量的增加，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，轧机的负荷聚集上升。综合考虑，本发明优选冷轧的压下率为85%～92%。

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。这些缺陷的存在导致板材内应力较大，增加了后续加工的难度。所以需要再结晶过程，去消除大部分的冷变形产生的晶体缺陷。要提高材料的硬度，可以通过保留部分冷变形产生的加工硬化，所以再结晶过程必须是部分再结晶。本发明立式连续退火炉退火工艺中的再结晶工艺温度采用部分再结晶热处理过程，经研究和测试，由于Fe₃P的析出，延迟再结晶温度10-15℃，故退火温度比C强化钢高10-15℃。本发明设定钢带在立式连续退火炉均热段的退火温度为600℃～620℃，在均热段的时间设定为60s～95s。

6、时效段工艺参数设定

本发明过时效工艺采用常规的倾斜过时效处理工艺，会有部分C析出，对材料的时效性能有利，损失一些强度，这些损失的强度由P的置换固溶强化弥补，因此，本发明过时效段开始温度为350℃～400℃。

7、平整延伸率设定

平整主要的目的是消除材料屈服平台，以延伸率的指标来衡量，延伸率过低，不能消除屈服平台，冲压时局部容易产生褶皱缺陷。延伸率过高，晶粒被显著拉长，材料的横、纵向性能差异性大，加工性能变差，冲压容易开裂。本发明的平整延伸率1.0%～2.0%。

本发明得到的含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板的显微组织为铁素体+游离渗碳体,晶粒度级别为I9～I10.5级，屈服强度为370MPa～450MPa,抗拉强度为420MPa～510MPa，屈强比≤0.90，硬度为65±3HR30Tm，断后伸长率A₅₀≥22%。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：

（1）本发明通过采用添加P、降低C优化材料组分设计，热轧连铸板坯加热温度控制、终轧温度及卷取温度控制、冷轧压下率控制、立式连续退火炉退火温度及退火时间、过时效段工艺的优化组合，降低了冷轧机的轧制力，提高了冷轧机的轧制速度，解决了现有硬质镀锡板因含碳量高，冷轧轧制力大，生产效率低的技术问题，采用本发明方法生产硬质镀锡板的冷轧轧制速度可达1100m/min～1250m/min，生产故障率低，提高生产效率，降低了生产成本。

（2）本发明的镀锡板在高强度水平下，具有相当高的延展性，强度与延展性有良好的匹配。

附图说明

附图为本发明硬质镀锡钢板实施例1的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例1~4和比较例1—中国专利申请200910063099.9中所公开的技术方案对本发明作进一步说明，如表1~表5所示。

表1本发明化学成分（重量百分比%），余量为Fe及不可避免杂质

通过转炉熔炼得到符合要求化学成分的钢水，钢水经RH炉真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯，厚度为210～230mm，宽度为800～1300mm，长度为5000～10000mm。

炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除磷后送至连续热连轧轧机上轧制。通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制后，层流冷却采用前段冷却，然后进行卷取，产出热轧钢卷，热轧工艺控制见表2。

表2本发明热轧工艺控制参数

比较例1对热轧工艺参数未做具体要求，不同于本发明。

将上述热轧钢卷重新开卷经过酸洗后，在6辊UCM（万能凸度带中间辊窜动）5机架冷连轧机进行一次冷轧，冷轧的压下率为85%～92%，经过冷轧后轧硬状态的钢带经过立式连续退火炉退火、平整、电镀锡，卷取得到厚度0.18mm～0.30mm的成品镀锡钢卷。退火工艺为：钢带在立式连续退火炉的均热段的退火温度范围为600℃～620℃，在均热段的时间为60s～95s，工艺控制参数见表3-4。

表3本发明冷轧工艺控制参数

本发明的轧制力明显较现有硬质技术的轧制力降低，同时轧制速度提高200-300m/min，提高了生产效率，降低了生产成本。

表4本发明退火工艺、时效工艺和平整工艺控制参数

比较例1采用罩式退火炉退火，不同于本发明采用立式连续退火炉连续退火工艺，退火工艺参数无可比性。

利用上述方法得到的含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板。参照附图，含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板的显微组织为铁素体+游离渗碳体，细小的游离渗碳体在碳素体基体上呈弥散状分布，晶粒度级别为I9～I10.5级，屈服强度为370MPa-450MPa，抗拉强度为420MPa-510MPa，屈强比≤0.90，硬度为65±3HR30Tm，断后伸长率A₅₀≥22%。

将本发明得到的含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，按照金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法（GB/T230.1-2009）进行硬度试验，钢板的力学性能见表5。

表5本发明含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板的力学性能

表5中比较例1的硬度范围值较大，现有技术的断后伸长率平均值为18%，本发明大于22%。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板，其特征是化学成分重量百分比为：C：0.05%～0.07%，Si≤0.034%，Mn：0.20%～0.40%，P：0.04%～0.06%，S≤0.0164%，Alt：0.012%～0.047%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

2.如权利要求1所述的含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板，其组织为铁素体+游离渗碳体，所述组织晶粒度为I9～I10.5。

3.如权利要求1或2所述的含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板，其0.18mm～0.30mm厚含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板的屈服强度为370MPa～450MPa,抗拉强度为420MPa～510MPa，屈强比≤0.90，硬度为65±3HR30Tm，断后伸长率A₅₀≥22%。

4.如权利要求1—3任一所述的含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板的生产方法，包括：

钢水经真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯；

连铸板坯经加热炉加热至1160℃～1200℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为5道次连轧，精轧为7道次连轧，精轧结束温度为850℃～890℃；精轧后层流冷却采用前段冷却，卷取温度为640℃～680℃卷取获得热轧钢卷；

5.如权利要求4所述的含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板的生产方法，其特征是，热轧精轧后，控制热轧钢板厚度为2.0～3.5mm。

6.如权利要求4所述的含磷低碳冷轧硬质镀锡钢板的生产方法，其特征是，经过冷轧后的轧硬状态带钢在立式连续退火炉过时效段开始温度为350℃～400℃。