專利名稱：氧化層附著牢固的熱軋黑皮表面鋼板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種熱軋鋼板，特別是表面氧化層結合牢固的熱軋黑皮表面鋼板及其制造方法。
背景技術：
熱軋鋼板表面在熱軋后產生的鐵銹由Fe3O4、Fe2O3和FeO構成，一般需采用酸洗方法去除。但隨著環保及節能的需求，汽車廠家要求鋼廠提供免酸洗的可直接沖壓鋼板，對鋼板表面質量提出了更高的要求。汽車廠家應用普通熱軋鋼板在不經酸洗直接沖壓汽車大梁等零件，會出現氧化鐵皮脫落或變成粉塵，造成環境污染，同時影響沖壓模具的使用壽命，且不經濟，嚴重影響汽車零件的下步工序生產。為此，希望能有沖壓成形時鐵皮不脫落的鋼板來替代現有的普通熱軋鋼板。
日本特開昭62-4820號專利公開了一種氧化層附著性能良好的熱軋鋼板的生產方法，該方法將含(重量％)C0.03％～0.25％、Si0.04％～0.5％、Mn0.2％～2.0％、P≤0.025％、S≤0.025％、Al≤0.08％、Cr0.1％～0.5％，剩余部分為Fe及不可避免的雜質的鑄坯在小于(Ar3+50℃)溫度下熱軋后，5秒鐘內以40℃/秒的速度冷卻至600℃～360℃進行卷取。應用該方法可生產出氧化層密著性良好的沖壓用熱軋鋼板。但該方法軋后冷速太大，360℃卷取溫度過低，要求設備的卷取能力較高，一般的軋制生產線難以實現。
日本特開2000-87185號專利也公開了一種氧化層附著性能良好的熱軋鋼板的生產方法，該方法對含(重量％)C0.01％～0.2％、Si≤0.05％、Mn0.1％～1.0％、P≤0.02％、S≤0.02％、Al≤0.08％、Ni0.05％～0.2％、Cu:13Ni<Cu<23Ni,]]>剩余部分為Fe及雜質的鑄坯進行熱軋，可得到表面氧化層結構Fe3O4達80％，氧化層厚度在10μm以下的鋼板。該鋼板主要用于制管、制圓桶及冷彎角型件等。按該方法生產的鋼板氧化層結構含Fe3O4為80％，而一般若能滿足耐蝕性好的氧化層結構需含Fe3O490％以上。
日本特開2004-244680號專利同樣公開了一種氧化層附著性能良好的熱軋鋼板及其生產方法，該方法將含(重量％)C0.01％～0.2％、Si0.1％～1.0％、Mn0.1％～1.50％、P≤0.1％、S≤0.1％、Al0.001％～0.10％，剩余部分為Fe及雜質的鑄坯再加熱至1170℃以上，經粗軋及除鱗后，在880℃以上保溫1s以上，再開始精軋，精軋開軋溫度在880℃以上，終軋溫度在800～880℃之間，軋后以10℃/s以上冷速冷卻，然后進行卷取。通過這個過程控制鋼板表面粗糙度，Ra在0.5μm以上，PPI(每平方英寸上的峰值數)在250以上，氧化層平均厚度在10μm以下。該鋼板主要應用于建筑領域。該專利在粗軋除鱗后需待溫一段時間，這樣勢必會影響生產效率。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種不經酸洗直接沖壓生產各種汽車結構件時，氧化層不脫落的熱軋鋼板及其生產方法。
本發明是通過下述方式實現的本發明氧化層附著牢固的熱軋黑皮表面鋼板以重量％計，含有C0.01～0.30％、Si≤1.0％、Mn0.10～1.80％、P≤0.1％、S≤0.1％、Al≤0.1％，剩余部分為Fe及不可避免的雜質。該鋼板表面氧化層的平均厚度＜10μm，氧化層中Fe3O4的含量＞90％。
本發明黑皮表面鋼板還可含有(以重量％計)Nb0.01～0.09％和/或Ti0.01～0.20％。也可含有以下一種或兩種以上元素(以重量％計)Cr0.1％～1.0％、Ni0.1％～1.0％、Mo0.1％～1.0％和Cu0.1％～1.0％。
本發明氧化層附著牢固的熱軋黑皮表面鋼板的制造方法主要包括連鑄-板坯加熱-粗軋-除鱗-精軋-層流冷卻-卷取，其特點在于將鑄坯加熱至1200～1270℃，保溫2～5小時后進行粗軋，用＞10Mpa的高壓水除鱗2～6次，精軋開軋溫度為900～1100℃，終軋溫度為800～950℃，軋后以8～30℃/s冷卻速度冷卻，然后在450～650℃進行卷取。
本發明熱軋黑皮表面鋼板的制造方法還可在軋后冷卻用的冷卻水中添加緩蝕劑。緩蝕劑以鉬酸鹽、鎢酸鹽和亞硫酸氫鹽作為主劑，復配以硅系消泡劑。所述的鉬酸鹽、鎢酸鹽和亞硫酸氫鹽可以是鉬酸鈉、鎢酸鈉和亞硫酸氫鈉，也可以是鉬酸鉀、鎢酸鉀和亞硫酸氫鉀。所述鉬酸鹽的使用濃度為0.1～1.0％，優選為0.2～0.4％，鎢酸鹽的使用濃度為0.05～0.50％，優選為0.1～0.3％，亞硫酸氫鹽的使用濃度為0.05～0.50％，優選為0.1～0.3％，硅系消泡劑的使用濃度0.005～0.050％，優選為0.01～0.03％，緩蝕劑的使用溫度為30～60℃，優選為40～50℃，冷卻水的pH值為3～9，優選為7～8。
本發明之所以選擇以上的成分設計主要在于C0.3％以上加工性能變壞，降低C沒有特別要求，不影響發明效果，但考慮到較低的C會提高鋼板生產成本，因此下限定為0.01％。針對汽車大梁用鋼C含量的最佳范圍為0.08％～0.15％；Si在鋼中起強化作用，硅高會影響加工性，同時鋼板表面易產生紅銹，因此下限不設定，在可能的情況下應達到較低含量；Mn為強化元素，過多時加工性能不好，過低時會增加生產成本，同時會影響鋼板性能，選擇為0.1％～1.50％；Nb可作為微合金強化元素，起細化晶粒、彌散強化作用，含量過低作用不明顯，過高不必要且增加成本，選擇范圍為0.01％～0.09％；Ti可作為微合金強化元素，起細化晶粒、彌散強化作用，與硫結合改善硫化物夾雜形態，過低作用不明顯，過高不必要且增加成本，選擇范圍為0.01％～0.20％；S、P為對性能影響不良元素，在生產可能的情況下，越低越好，都不應大于0.1％；Al為脫氧元素，過高會導致氧化物夾雜增加，不應大于0.1％。
Cr、Ni、Mo、Cu可作為強化元素加入，同時起到氧化層牢固的目的，選擇范圍為0.1％～1.0％。每種元素的加入根據生產廠的實際情況而定，加入量太高，會造成鋼板成本增加，在鋼板表面質量滿足要求的情況下，也可以不加入。
本發明生產工藝說明鑄坯加熱溫度1200～1270℃，保溫2～5小時主要目的是首先要滿足鋼板的性能要求使合金元素固溶充分，其次為使氧化鐵皮易于去處，加熱要充分；普通鋼板軋制高壓水除鱗一般為3次，為使鋼坯表面氧化鐵皮除凈除鱗次數盡量多些，太多又會降低鋼坯溫度影響軋制，因此上限為6次；為得到理想的Fe3O4表面氧化層，軋制溫度應盡量低，但太低會影響鋼板性能，太高會出現Fe2O3及FeO，因此將本發明精軋溫度設為精軋開軋溫度900～1100℃，終軋溫度800～950℃；采取快速冷卻可使鋼板表面產生Fe3O4，考慮到Fe3O4形成溫度為450～600℃，太低則產生Fe2O3，太高則生成FeO，同時還要兼顧鋼板的性能及軋機的能力，所以將本發明軋后冷速設為8～30℃/s，將卷取溫度設為450～650℃。
為使鋼板表面的氧化層更加致密，根據生產的需要可在軋后冷卻用的冷卻水中加入緩蝕劑對鋼板表面進行處理，也可以不加緩蝕劑。所述緩蝕劑采用鉬酸鹽、鎢酸鹽和亞硫酸氫鹽作為主劑，復配以硅系消泡劑等。鉬酸鹽、鎢酸鹽和亞硫酸氫鹽作為氧化還原體系參與熱軋鋼板氧化鐵皮的生成過程，通過氧化還原體系改變熱軋鋼板氧化鐵皮的組成，使氧化層致密性良好。鉬酸鹽、鎢酸鹽和亞硫酸氫鹽可以是鉬酸鈉、鎢酸鈉和亞硫酸氫鈉，也可以是鉬酸鉀、鎢酸鉀和亞硫酸氫鉀，鈉鹽和鉀的作用相同。
本發明緩蝕劑中鉬酸鹽的使用濃度為0.1％～1％，最佳使用濃度0.2％～0.4％；鎢酸鹽使用濃度為0.05％～0.5％，最佳使用濃度0.1％～0.3％；亞硫酸氫鹽使用濃度為0.05％～0.5％，最佳使用濃度0.1％～0.3％；硅系消泡劑使用濃度為0.005％～0.05％，最佳使用濃度0.01％～0.03％。緩蝕劑的使用溫度應控制在30～60℃，最佳溫度控制在40～50℃。冷卻水pH值應控制在3～9，最佳pH值控制在7～8。
本發明通過以上成分設計和軋制制度，附以適當鎢鉬酸鹽類緩蝕劑冷卻生產出的氧化層附著牢固的熱軋黑皮表面鋼板，其表面氧化層含Fe3O4達90％以上；氧化層平均在10μm以下。2a，B＝35mm，180°冷彎氧化層不脫落。a為鋼板厚度；B為鋼板試樣寬度。用該鋼板直接沖壓汽車大梁及其它汽車結構件時，氧化層完好，無脫落現象發生，完全可以滿足汽車廠家進行無酸洗工序生產汽車大梁以及其它汽車結構零件。采用本發明技術既能起到環保效果又能節約能源，同時還能提高沖壓模具的使用壽命，從而為生產廠家和汽車制造廠家帶來巨大的經濟效益。該鋼板具有很強的市場競爭力，還可用來生產其它類似產品。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發明作進一步的說明。首先按本發明的成分范圍設計鋼種，本發明實施例提供了8個鋼種成分，具體成分見表1。然后對不同成分的鋼坯按規定的軋制制度進行加熱、保溫、粗軋、除鱗、精軋、冷卻、卷取。本發明提供了14個軋制制度的實施例，具體內容見表2。與各實施例相對應的鋼板性能及氧化層情況見表3。從表3可以看出本發明實施例鋼板的機械性能完全滿足鋼板供貨性能標準要求，其表面氧化層的厚度和Fe3O4的含量均達到設計要求。對于需加緩蝕劑處理的，按規定的比例配制，以配制20t冷卻水為例優選為，鉬酸鈉60kg(0.3重量％)、鎢酸鈉40kg(0.2重量％)、亞硫酸氫鈉40kg(0.2重量％)、硅系消泡劑4kg(0.02重量％)。待緩蝕劑混合溶解后，將軋鋼層流冷卻水的溫度控制在40～50℃，pH值控制在7～8，使緩蝕劑隨冷卻水一起噴淋到鋼板表面參與氧化鐵皮的生成，鋼板卷取冷卻后即可得到致密性良好的表面氧化層。
表1 本發明鋼種的熔煉成分(wt，％)
表2 本發明鋼種的軋制制度
注×為未加緩蝕劑，∨為加入緩蝕劑。
表3 本發明鋼種鋼板性能及表面氧化層情況
注氧化層結構除Fe3O4外，其余為Fe2O3及FeO
權利要求
1.一種氧化層附著牢固的熱軋黑皮表面鋼板，其特征在于，以重量％計，含有C0.01～0.30％、Si≤1.0％、Mn0.10～1.80％、P≤0.1％、S≤0.1％、Al≤0.1％，剩余部分為Fe及不可避免的雜質，鋼板表面氧化層的平均厚度＜10μm，氧化層中Fe3O4的含量＞90％。
2.根據權利要求1所述的熱軋黑皮表面鋼板，其特征在于，以重量％計，還含有Nb0.01～0.09％和/或Ti0.01～0.20％。
3.根據權利要求1或2所述的熱軋黑皮表面鋼板，其特征在于還含有0.1～1.0重量％的Cr、Ni、Mo和Cu中的一種或兩種以上。
4.根據權利要求1或2所述的熱軋黑皮表面鋼板，其特征在于所述C的含量為0.08～0.15重量％。
5.一種權利要求1、2、3或4所述的氧化層附著牢固的熱軋黑皮表面鋼板的制造方法，其工藝流程為連鑄-板坯加熱-粗軋-高壓水除鱗-精軋-層流冷卻-卷取，其特征在于將鑄坯加熱至1200～1270℃，保溫2～5小時后進行粗軋，用＞10Mpa的高壓水除鱗2～6次，精軋開軋溫度為900～1100℃，終軋溫度為800～950℃，軋后以8～30℃/s冷卻速度冷卻，然后在450～650℃進行卷取。
6.根據權利要求5所述的熱軋黑皮表面鋼板的制造方法，其特征在于在軋后冷卻用的冷卻水中添加緩蝕劑，緩蝕劑以鉬酸鹽、鎢酸鹽和亞硫酸氫鹽作為主劑，復配以硅系消泡劑。
7.根據權利要求6所述的熱軋黑皮表面鋼板的制造方法，其特征在于所述的鉬酸鹽、鎢酸鹽和亞硫酸氫鹽可以是鉬酸鈉、鎢酸鈉和亞硫酸氫鈉，也可以是鉬酸鉀、鎢酸鉀和亞硫酸氫鉀。
8.根據權利要求6或7所述的熱軋黑皮表面鋼板的制造方法，其特征在于所述鉬酸鹽的使用濃度為0.1～1.0％，鎢酸鹽的使用濃度為0.05～0.50％，亞硫酸氫鹽的使用濃度為0.05～0.50％，硅系消泡劑的使用濃度0.005～0.050％，緩蝕劑的使用溫度為30～60℃，冷卻水的pH值為3～9。
9.根據權利要求8所述的熱軋黑皮表面鋼板的制造方法，其特征在于所述鉬酸鹽的使用濃度為0.2～0.4％，鎢酸鹽的使用濃度為0.1～0.3％，亞硫酸氫鹽的使用濃度為0.1～0.3％，硅系消泡劑的使用濃度為0.01～0.03％，緩蝕劑的使用溫度為40～50℃，冷卻水pH值為7～8。
全文摘要
本發明提供了一種氧化層附著牢固的熱軋黑皮表面鋼板及其制造方法，該鋼板以重量％計，含有C0.01～0.30％、Si≤1.0％、Mn0.10～1.80％、P≤0.1％、S≤0.1％、Al≤0.1％，剩余部分為Fe及不可避免的雜質。該鋼板表面氧化層的平均厚度＜10μm，氧化層中Fe
文檔編號B21B37/74GK1978688SQ200510047958
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月6日 優先權日2005年12月6日
發明者時曉光, 董恩龍, 徐世帥, 武裕民, 劉利群, 關菊, 張紫茵, 王銳 申請人:鞍鋼股份有限公司