專利名稱：一種碳素結構鋼板及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種碳素結構鋼板及其制備方法。
背景技術：
近年來，國內汽車工業得到快速發展，對冷軋鋼板的品種和質量提出了更高的要求。目前，冷軋汽車板的發展呈現二種趨勢，一是向雙相鋼、誘導相變塑性鋼等高端產品發展，二是向低成本高性能化發展。St37-2G是從德國引進的抗拉強度為360MPa級的碳素結構鋼板品種，按 DIN1623(2)標準，其化學成分滿足=C ^ 0. 17%, P, S ^ 0. 035%，力學性能滿足屈服強度 (Rpa2或RJ大于等于215Mpa，抗拉強度為360 510Mpa，斷后伸長率(A8tl)大于等于20%， 適用于汽車、自行車等行業的一些簡單成形結構件。由于M37-2G冷軋鋼板具有低成本的特點，所以在國內微型汽車制造行業得到之泛應用，主要用于車架、立柱、后橫梁等結構件。 雖然其屈服強度、抗拉強度以及斷后伸長率等力學性能較好，但其成形性能一般，僅能用于簡單變形的零件。但是對于一些需要通過深拉延方式成形的零部件，現有的碳素結構鋼冷軋板的成形性并不能充分滿足要求。表征冷軋板成形性能的主要力學性能指標為塑性應變比r值、 拉伸應變硬化指數η值和斷后伸長率，這些參數的值越大，成形性能越好。一般認為，碳素結構鋼板中隨著碳含量的提高，塑性應變比加權平均值(？值)和拉伸應變硬化指數加權平均值([值)顯著降低，因此為了提高碳素結構鋼的成形性能，一般都從提高斷后伸長率入手，常用的技術措施有(1)降低磷、硫等殘余元素含量，提高鋼的純凈度，如將磷、硫含量降低到0.01%以下；( 降低碳、錳含量。采取第一種方案會增加煉鋼工序生產成本；采取第二種方案時，為了保證強度，需采用連續退火方式生產，由于強化主要由細晶強化實現的，導致屈強比較高，不利于成形，且為了達到較高的細晶強化作用，冷軋時需采用高的冷軋壓下率，對冷軋機的能力要求較高。因此，為了滿足汽車用戶低成本化的需求，需要開發一種能夠在現有的冷軋生產線上采用普通碳素結構鋼生產低成本且成形性能優良的冷軋薄板的工業生產技術，制造的鋼板在保證強、塑性的同時，具有高的塑性應變比加權平均值(？值)，滿足深拉延方式成形的一些零部件的使用要求。
發明內容
本發明是為了解決現有技術中碳素結構鋼成形性較低的問題，目的在于提供一種生產成本低且成形性能良好的碳素結構鋼板及其制備方法。現有技術中，在保證碳素結構鋼板的屈服強度、抗拉強度和斷后伸長率等常規力學性能的前提下，塑性應變比加權平均值(卩值)只能維持在1.0左右，為了提高碳素結構鋼板的成形性，主要從提高斷后伸長率的方面考慮，其技術措施主要有提高鋼的純凈度和降低碳、錳含量，前者會增加煉鋼工序生產成本，后者需采用連續退火方式生產。雖然通過提高斷后伸長率后可以提高彎曲等成形性，但不能明顯提高深拉延成形性能。本發明的發明人經過研究發現，通過調節冷軋碳素鋼板的冷軋壓下率和退火工藝制度，可以得到高塑性應變比加權平均值(卩值)的碳素結構鋼板，顯著提高碳素結構鋼板的深拉延成形性能， 從而打破了現有技術只能將塑性應變比(!^值)維持在1.0左右的常規。本發明提供了一種碳素結構鋼板，以該碳素結構鋼板的總量為基準，該碳素結構鋼板含有0. 12-0. 17重量％的C、0. 70-1. 00重量％的Μη、0· 015-0. 070重量％的Als和 98. 77-99. 16重量％的!^e，所述Als表示酸溶鋁，其中，根據GB/T5027-2007規定的測試方法，所述碳素結構鋼板的塑性應變比加權平均值(卩值)為1.3-1.8。本發明還提供了一種上述碳素結構鋼板的制備方法，該方法包括制備鋼板坯，將上述得到的鋼板坯依次進行熱軋、成卷、冷軋和退火，其中，冷軋壓下率為40-60%，退火溫度為650-700°C，在450°C至退火溫度之間的退火升溫速度為30_45°C /小時。在現有的碳素結構鋼板的生產工藝中，通常在1200-800°c進行熱軋、在 580-680°C下成卷(冷軋機軋制能力較大時，采用接近下限的卷取溫度；冷軋機軋制能力較低時，采用接近上限的卷取溫度)、在室溫下冷軋以及在610-650°C下進行退火，冷軋的壓下率通常根據冷軋機的軋制能力來確定，一般采用盡可能大的冷軋壓下率以降低再結晶溫度，本發明通過控制冷軋壓下率為45-55%，退火溫度為660-680°C，在450°C至退火溫度之間的退火升溫速度為30-40°C /小時，能夠將普通碳素結構鋼加工成塑性應變比加權平均值G值)高達1. 3-1. 8的碳素結構鋼板，顯著提高了碳素結構鋼板的深拉延成形性能。并且，本發明的碳素結構鋼板具有優良的常規力學性能屈服強度為220-280MPa，抗拉強度為380-440MPa，斷后伸長率(A8tl)為27_35%。另外，本發明提供的高塑性應變比加權平均值(？值)的碳素結構鋼板不需要對鋼中磷、硫含量進行嚴格控制，可以在緊卷罩式退火和普通平整機的冷軋板的設備條件下進行生產，且對冷軋機的能力沒有嚴格要求，從而降低了生產難度。因此，本發明的碳素結構鋼板及其制備方法能夠在現有的煉鋼、熱連軋、冷軋、 罩式退火、平整的工藝條件下實現工業批量生產，且具有高塑性應變比加權平均值(卩值)。
具體實施例方式根據本發明提供的碳素結構鋼板，以該碳素結構鋼板的總量為基準，該碳素結構鋼板含有0. 12-0. 17重量％的C、0. 70-1. 00重量％的Μη、0· 015-0. 070重量％的Als和 98. 77-99. 16重量％的!^e，所述Als表示酸溶鋁，其中，根據GB/T5027-2007規定的測試方法，所述碳素結構鋼板的塑性應變比加權平均值(卩值)為1.3-1. 8，優選為1.4-1.6。塑性應變比是指金屬薄板試樣在單軸拉伸應力作用下，試樣寬度方向真實塑性應變和厚度方向真實塑性應變之比，而塑性應變加權平均值是指不同取向試樣的塑性應變比 (分別為鋼板的軋向^、與軋向成45°方向的1~45和橫向的r9(l)的加權平均值，按以下公式計算(r0+2r45+r90) /4。碳(C)是穩定奧氏體的代表元素，碳的含量對碳素鋼的組織和性能具有明顯的影響。本發明從保證碳素結構鋼板的屈服強度、抗拉強度和斷后伸長率等常規力學性能的角度出發，對碳的含量進行控制，碳含量為0. 12-0. 17重量％，優選為0. 13-0. 16重量％。錳(Mn)是脫氧和脫硫的有效元素，可以作為脫氧劑使用，在熱處理時還可以提高碳素鋼的強度。但是，如果錳的含量過高，會使碳素結構鋼板成形性變差。因此，本發明控制錳的含量為0. 70-1重量％，優選為0. 75-0. 90重量％。酸溶鋁(Als)指鋼中可以被酸溶解的鋁。鋼中的鋁分為兩種，一種是來不及上浮到渣中的脫氧產物Al2O3中的鋁，由于Al2O3不能溶于酸中，所以將與氧結合的鋁稱為酸不溶鋁，將其余可被酸溶解的鋁稱為酸溶鋁，酸溶鋁常用“Als”表示，鋼中酸溶鋁和酸不溶鋁之和稱為全鋁，常用“Al”或“Alt”表示。本發明所稱的酸溶鋁指如以上所描述的存在于鋼中可以被酸溶解的鋁(Als)，所涉及的對酸溶鋁的量的表述也指上述可以被酸溶解的酸溶鋁中鋁元素的量。鋼中加入鋁的目的主要有兩個，其一為脫除鋼中的氧，避免在凝固過程中形成非金屬夾雜物，其二為以氮化鋁(AlN)的形式固定鋼中的氮。本發明中將酸溶鋁控制為 0. 015-0. 070 重量 ％，優選為 0. 03-0. 06 重量 ％。根據本發明提供的碳素結構鋼板中，除了上述必要成分外，通常還含有一些不可避免的雜質，這些不可避免的雜質可以為制備碳素結構鋼板的原料如鐵水中通常含有的各種雜質，其種類和含量已為本領域技術人員所公知，例如，對于碳素鋼，常見的雜質包括Si、 P和S。由于過量的磷(P)和硫(S)將對碳素結構鋼板的韌性和塑性產生不利影響，因此本發明控制碳素結構鋼板中磷的含量不超過0. 025重量％，硫的含量不超過0. 015重量％。 另外，硅含量過高時會導致碳素鋼的塑性和韌性降低，并導致酸軋聯合機組生產時閃光焊接困難以及酸洗性能下降，且易形成夾雜物因而對鋼的抗疲勞性能產生不利影響。因此，本發明控制碳素結構鋼板中硅的含量不超過0. 10重量％。也即，本發明提供的碳素結構鋼板中，以該碳素結構鋼板的總量為基準，所述碳素結構鋼板中Si的含量不超過0. 10重量％， P的含量不超過0. 025重量％，S的含量不超過0.015重量％。根據本發明的碳素結構鋼板的制備方法，該方法包括制備鋼板坯，將上述得到的鋼板坯依次進行熱軋、成卷、冷軋和退火，其中，冷軋壓下率可以為40-60%，優選為 45-55% ；退火溫度可以為650-700°C，優選為660-680°C ；在450°C至退火溫度之間的退火升溫速度可以為30-45°C /小時，優選為30-40°C /小時。通過在上述條件下制備得到的碳素結構鋼板具有良好的屈服強度、抗拉強度和斷后伸長率，并且碳素結構鋼板的塑性應變比加權平均值G值)較高，具有良好的成形性能。制備鋼板坯的方法一般包括冶煉和鑄造兩個步驟。在冶煉階段將鋼水的組成調整為與本發明的碳素結構鋼板的組成一致，所述的冶煉采用常規的、已為本領域人員公知的冶煉技術進行，例如轉爐冶煉，所述的鋼板坯可以采用公知的鑄造工藝制備，如連鑄工藝或鑄錠工藝，并沒有特殊的限制，這里不再贅述。通常鑄造得到的鋼板坯的厚度與鑄造設備的尺寸有關，可以為100-200mm，在本發明的實施例中均采用的為200mm厚的連鑄板坯。根據本發明的碳素結構鋼板的制備方法，為了使鋼板坯中的AlN完全固溶，在優選情況下，可以在熱軋前將鋼板坯加熱至1200°C以上，優選為1200-1250°C。除此之外，為了進一步細化鋼板坯的組織，所述熱軋的終軋溫度可以為840-890°C，熱軋壓下率可以為 95.0-98.5%。所述壓下率是指在軋制過程中，軋制后軋件高度的減少量與原始高度的比值。本發明提供的碳素結構鋼板的制備方法中，所述成卷是指將熱軋后的產品進行卷取以形成鋼板卷。為了得到更高的卩值，所述成卷采用低溫卷取，在優選的情況下，所述成卷時的卷取溫度可以為580-630°C。在上述溫度內進行卷取時，既可以得到較高的；值，又能保證得到鐵素體和珠光體的金相組織。成卷后的熱軋板卷采用本領域技術人員熟知的方法冷卻至室溫，通常采用的冷卻方式為空氣條件下的自然冷卻。優選的情況下，本發明的碳素結構鋼板的制備方法還包括在冷軋之前，將成卷后的產品進行酸洗，所述酸洗的目的是要消除熱軋鋼板表面的氧化物等雜質，提高冷軋板的表面質量。本發明中的酸洗可以采用已公知的酸洗技術即可。本發明實施例酸洗所用的酸為1.6-2. 7摩爾/升的鹽酸。本發明中，所述冷軋可以在各種冷軋機上進行冷軋，只需控制冷軋壓下率在上述范圍內即可，對于冷軋的其它工藝流程采用本領域技術人員熟知的技術參數即可，例如，冷軋的溫度通常為室溫。根據本發明提供的方法，所述退火只要保證退火溫度以及在450°C至退火溫度之間的退火升溫速度在上述范圍內即可，退火的方式可以采用本領域常規的退火方式，例如可以是全氫罩式退火，也可以是氮氫罩式退火。由于全氫罩式退火的溫度均勻性好、退火時間短，因此本發明具體實施例中的退火方式為全氫罩式退火。冷軋鋼板罩式退火的工藝流程包括將待退火的鋼板卷裝爐、堆垛并安裝內罩和加熱罩，然后依次進行加熱、保溫、冷卻和出爐。本發明的方法只是對退火溫度以及在450°C至退火溫度之間的退火升溫速度進行了改進，對于加熱方式和保溫時間等退火過程中的其它工藝參數，可以采用本領域技術人員熟知的技術參數即可。根據本發明提供的方法，優選情況下，該方法還包括將退火后的產品進行平整，所述平整可以在平整機進行，平整機為本領域常用的普通平整機即可。在保證鋼卷板形和表面的前提下，可以適當提高平整延伸率，在本發明中，平整的延伸率可以為1_2%，優選為 1.5-1.8%。其它的平整工藝參數可以參照公知的參數，這里不再詳細描述。本發明通過在現有的碳素結構鋼板的生產工藝中，控制冷軋壓下率為45-55%，退火溫度為660-680°C，在450°C至退火溫度之間的退火升溫速度為30_40°C /小時，能夠使所得碳素結構鋼板的塑性應變比加權平均值(卩值)提高至1.3-1. 8，從而能夠顯著提高碳素結構鋼板的深拉延成形性能。下面將結合實施例進一步詳細闡述本發明。實施例1-4本實施例用于說明本發明提供的碳素結構鋼板及其制備方法。用通過連續鑄造的方法制備的具有表1所示的化學組成的鋼板坯作為原料；將制得的連鑄板坯在熱連軋機組上經加熱、熱軋、冷卻后卷取；制得的熱軋卷冷卻至室溫后進行酸洗，然后在冷連軋聯合機組(CDCM機組)上生產冷軋卷，將制得的冷軋鋼板卷置于HUGF 185-530HPH全氫罩式退火爐中進行退火，退火后的冷軋鋼板在冷卻至室溫后在單機架平整機組上進行平整，制備工藝的主要參數如表2所示。對比例1-2采用與實施例1相同的鋼板坯并按照實施例1的方法制備碳素結構鋼板，不同的是碳素結構鋼板的制備過程中采用表2所示的工藝參數。表 權利要求
1.一種碳素結構鋼板，以該碳素結構鋼板的總量為基準，該碳素結構鋼板含有 0. 12-0. 17 重量％的 C、0. 70-1 重量％的 Μη、0· 015-0. 07 重量％的 Als 和 98. 77-99. 16 重量％的狗，所述Als表示酸溶鋁，其特征在于，根據GB/T5027-2007規定的測試方法，所述碳素結構鋼板的塑性應變比加權平均值;:為1. 3-1. 8。
2.根據權利要求1所述的碳素結構鋼板，其中，根據GB/T5027-2007規定的測試方法， 所述碳素結構鋼板的塑性應變比加權平均值卩為1. 4-1. 6。
3.根據權利要求1或2所述的碳素結構鋼板，其中，以該碳素結構鋼板的總量為基準， 所述碳素結構鋼板中Si的含量不超過0. 1重量％，P的含量不超過0. 025重量％，S的含量不超過0. 015重量％。
4.一種權利要求1-3中任意一項所述的碳素結構鋼板的制備方法，該方法包括制備鋼板坯，以該鋼板坯的總量為基準，該鋼板坯含有0. 12-0. 17重量％的C、0. 70-1重量％的Mn、 0. 015-0. 07重量％的Als和98. 77-99. 16重量％的Fe，所述Als表示酸溶鋁；將上述得到的鋼板坯依次進行熱軋、成卷、冷軋和退火，其特征在于，冷軋壓下率為40-60 %，退火溫度為650-700°C，在450°C至退火溫度之間的退火升溫速度為30-45°C /小時。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其中，冷軋壓下率為45-55%，退火溫度為 660-680°C，在450°C至退火溫度之間的退火升溫速度為30_40°C /小時。
6.根據權利要求4或5所述的制備方法，其中，在熱軋前將鋼板坯加熱至 1200-1250°C。
7.根據權利要求4或5所述的制備方法，其中，所述熱軋的終軋溫度為840-890°C，熱軋壓下率為95. 0-98. 5%。
8.根據權利要求4或5所述的制備方法，其中，所述成卷時的卷取溫度為580-630°C。
9.根據權利要求4或5所述的制備方法，其中，該方法還包括在冷軋之前，將成卷后的鋼板坯進行酸洗。
10.根據權利要求4或5所述的制備方法，其中，該方法還包括將退火后的鋼板坯進行平整，平整的延伸率為1_2%。
全文摘要
本發明提供了一種碳素結構鋼板及其制備方法，以該碳素結構鋼板的總量為基準，該碳素結構鋼板含有0.12-0.17重量％的C、0.70-1重量％的Mn、0.015-0.07重量％的Als和98.77-99.16重量％的Fe，所述Als表示酸溶鋁，其中，根據GB/T5027-2007規定的測試方法，所述碳素結構鋼板的塑性應變比加權平均值為1.3-1.8。本發明通過控制冷軋壓下率為45-55％，退火溫度為660-680℃，在450℃至退火溫度之間的退火升溫速度為30-40℃/小時，能夠將普通碳素結構鋼加工成塑性應變比加權平均值(值)高達1.3-1.8的碳素結構鋼板，顯著提高了碳素結構鋼板的深拉延成形性能。
文檔編號C21D8/02GK102337454SQ20101023579
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月21日 優先權日2010年7月21日
發明者劉慶春, 梁英, 王平利, 王敏莉, 鄭之旺 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司, 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司, 攀鋼集團研究院有限公司, 攀鋼集團鋼鐵釩鈦股份有限公司