CN103147015B

CN103147015B - 具有优良磷化性能的热轧酸洗板

Info

Publication number: CN103147015B
Application number: CN201110405045.3A
Authority: CN
Inventors: 陈义庆; 吕家舜; 徐小连; 肖宇; 钟彬; 艾芳芳; 李琳; 高鹏
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: CN103147015A

Abstract

本发明公开一种具有优良磷化性能的热轧酸洗板，其化学成分按质量百分比，含有：C：0.020～0.070％；Si：≤0.020％；Mn：0.20～0.50％；Al：0.005～0.040％；还含有Cr、Ti、Nb、V、Ni、Mo元素中至少一种元素，Cr：0.30％以下；Mo：0.5％以下；Ni：0.5％以下，Ti：0.1％以下；Nb：0.1％以下；V：0.2％以下，余量为铁和不可避免的杂质。本发明的优点及效果在于，提高热轧酸洗板的磷化效果，使“以热代冷”在技术上得以实现，可以为企业节约成本，降低用户采购成本；提高生产企业的知名度，扩大生产企业产品的市场占有率和竞争力，为生产企业创造最大利益。

Description

具有优良磷化性能的热轧酸洗板

技术领域

本发明涉及一种具有优良磷化性能的热轧酸洗板，该热轧酸洗板主要应用于汽车车身上使用的热轧酸洗板。

背景技术

随着轧钢工艺技术的不断进步，热轧薄板的性能在部分领域能够达到冷轧板的性能，使“以热代冷”在技术上成为可能。热轧酸洗板是介于冷轧板和热轧板之间的性价比较高的一种产品，是部分热轧板和冷轧板的理想、经济的替代产品，更是国民经济建设各行业需要的、直接应用的板带产品，可以为企业节约成本，有着良好的市场发展前景。

热轧酸洗板以优质热轧板卷为原料，在酸洗机组上，主要经酸洗去掉带钢表面的氧化铁皮、切边、平整及涂油等工序处理后得到的。热轧酸洗板包括冷成型用钢、结构用钢、汽车结构用钢、深冲用钢、搪瓷钢等系列，主要用于汽车及压缩机、通用机械等行业及其他使用热轧酸洗板的领域。

与热轧板相比，酸洗板的优势主要在于：

1、表面质量好，由于热轧酸洗板去除了表面氧化铁皮，提高了钢材的表面质量，便于焊接、涂油和上漆；

2、尺寸精度高，平整后，可使板型发生一定变化，从而减少不平度的偏差；

3、提高了表面光洁度，增强了外观效果；

4、能减少用户分散酸洗造成的环境污染。

与冷轧板相比，酸洗板的优势在于：在保证表面质量和使用要求的前提下，使用户有效的降低采购成本。

目前，许多企业对钢材的高性能、低成本提出越来越高的要求。一些汽车厂家也陆续开始研究使用热轧酸洗板代替冷轧汽车板，以此来降低汽车生产厂家的生产成本。热轧酸洗板在汽车行业上使用也逐渐从汽车行走部件向车身上发展，如广州东风日产决定2011年11月在下一代逍客汽车车身上开始招标使用热轧酸洗板。

热轧酸洗板在汽车生产厂家使用过程中，在采用电泳涂装等对钢板表面进行涂漆时，作为基底处理通常进行磷化处理，从而谋求提高在该化学转化膜上涂覆的涂膜的附着力和耐蚀性，这就需要使用的热轧酸洗板具有良好的磷化性能。

关于热轧酸洗板的制造方法，在现有技术中已经提出了如下方案。例如公开号为CN1875123A专利，公开一种化学转化膜性能优良的热轧钢板及其制造方法；公开号为CN1732281A的专利，公开了一种扩孔性、延展性以及化学转化成膜处理性能优良的高强度薄钢板及其制造方法。上述这两种专利均是适用于汽车行走部件的高强度和高加工性的热轧钢板，由于磷化性能与钢板的化学成分、金相组织、表面形貌等性能均有密切的联系，因此这两项专利不适于在汽车车身上使用的热轧酸洗板上应用。

公开号为CN1064320A专利，公开了一种具有优异冲压成型性和磷化处理性的镍合金电镀冷轧钢薄板及其制造方法，该专利适用于在钢板表面电镀了一层镍合金的冷轧薄板，该专利的内容不适于在热轧酸洗板上实现。

公开号为CN101370954B专利，公开了一种高强度冷轧钢板的制造方法，该方法适用于即使是为了实现高强度化而添加了Mo，也具有稳定的优良的化成性能的高强度冷轧钢板的制造方法，但该专利的内容不适于在热轧酸洗板上使用。

公开号为CN102011054A专利，公开了一种热轧酸洗板及其低钛强化生产工艺，该发明通过低碳低锰低钛成分设计和轧钢过程温度控制而生产出表面质量好、加工性能优越的热轧酸洗板，但该专利没有涉及热轧酸洗板磷化性能的内容。

目前关于热轧酸洗板磷化性能的专利与文献都集中在汽车结构件上使用的热轧酸洗板，而关于汽车车身上使用的热轧酸洗板磷化性能的专利与文献还没有检索到。由于汽车结构件用热轧酸洗板需要较高的强度，一般需要通过添加一定数量的强化元素如Mo元素等或是通过热处理改变热轧酸洗板的金相组织如双相钢(F+M)等，这与汽车车身用热轧酸洗板的成分与金相组织上有着较大区别，吴纯素在“化学转化膜”(吴纯素.化学转化膜[M].北京：化学工业出版社，1988)第136～137页中介绍，基板成分与金相组织对钢板的磷化性能有着较大的影响，钢板中Mo等元素能与碳生成有碍于磷酸盐膜完整覆盖的碳化物，使磷化膜孔隙率增大，而马氏体是碳在α-铁中的固溶体，磷酸盐处理溶液对它的腐蚀作用十分微弱，只能在其表面形成十分薄的劣质膜，如果用现有汽车车身用钢板的磷化工艺对其进行磷化处理，将会出现磷化膜结晶粗大、磷化膜膜重轻、P比值低以及耐蚀性能差等磷化缺陷，无法满足现有的汽车生产工艺。

终上所述，现有关于热轧酸洗板磷化性能的专利与文献无法适用于汽车车身用热轧酸洗板。而用于汽车车身上使用的热轧酸洗板，是热轧酸洗板在现有汽车上使用的一种延伸，也是轧钢工艺技术的不断进步、使“以热代冷”在技术上成为可能的一个象征，该技术的实现可以为企业节约成本，有着良好的市场发展前景，因此需要一种用于汽车车身上使用的、具有优良磷化性能的热轧酸洗板来满足现有的汽车磷化生产工艺，以解决现有汽车结构件用热轧酸洗板在现有汽车磷化生产工艺中出现的磷化膜结晶粗大、磷化膜膜重轻、P比值低以及耐蚀性能差等磷化缺陷。

发明内容

本发明目的在于提供一种用在汽车车身上的具有优良磷化性能热轧酸洗板，解决现有汽车结构件用热轧酸洗板在现有汽车磷化生产工艺中出现的磷化膜结晶粗大、磷化膜膜重轻、P比值低以及耐蚀性能差等磷化缺陷。

本发明钢板在不影响热轧酸洗板及其它性能的基础上，其基本成分质量百分比，含有：C：0.020～0.070％；Si：≤0.020％；Mn：0.20～0.50％；Al：0.005～0.040％。另外，还含有Cr、Ti、Nb、V、Ni、Mo元素中至少一种元素，余量为铁和不可避免的杂质元素构成。

对规定本发明使用的热轧酸洗板的化学成分组成的理由进行说明：

C：0.020～0.070％，C含量过低渗碳体数量少，热轧酸洗板表面不易形成均匀腐蚀，不易形成优良磷化膜；C含量过高，组织中易形成大量的珠光体，同时渗碳体容易在铁素体晶界析出，严重时形成网状渗碳体，使磷化膜质量劣化。

Si：≤0.020％，Si含量过高，容易在热轧酸洗板表面发生选择性氧化，在热轧酸洗板表面形成Si氧化物(Si_XO_Y)，该Si_XO_Y在磷化过程中阻碍磷酸盐结晶的生成反应，使磷化反应无法进行，无法生产磷化膜。

Mn：0.20～0.50％，Mn元素可以有效的和Si元素发生结合反应，生成Mn₂SiO₄抑制Si氧化物的生成，提高磷化膜的良好质量，Mn含量过低，无法发挥Mn元素抑制Si氧化物的生成，只有当Mn/Si比达到7以上时，才能发挥作用，但由于Mn元素易于在热轧酸洗板表面“富集”，含量过高，容易生成Mn氧化物，影响优良磷化膜的形成。

Al：0.005～0.040％，Al元素具有脱氧作用，含量过低，脱氧变得不足，会生成大量的MnO、SiO₂等的氧化物，严重影响磷化质量；含量高，会使磷化膜结晶晶粒粗大，使磷化膜质量劣化。

作为其它的元素，可以列出Cr、Ti、Ni等，但这些元素的含量过多时，可能会使磷化效果劣化，对磷化处理造成不良的影响，因此，应该将它们分别控制为：Cr：0.30％以下；Mo：0.5％以下；Ni：0.5％以下。强碳化物形成元素，可以起到细化晶粒的效果，对于提高热轧板均匀腐蚀是有效果的，但是含量过高易造成钢的硬化，应将它们控制在：Ti：0.1％以下；Nb：0.1％以下；V：0.2％以下。不可避免的杂质。

为了保证本发明热轧酸洗板的磷化性能，上述成分的热轧酸洗板，表面粗糙度要求达到轮廓算术平均偏差(Ra)0.85μm～1.30μm之间、表面粗糙度的峰计数(RPc)为90峰个数/cm～120峰个数/cm之间，且满足Ra×RPc≥95。

上述成分的热轧酸洗板其金相组织为铁素体+少量珠光体+少量渗碳体，其铁素体占95～98面积％，渗碳体占1.5～3.0面积％，晶粒度为8.0～9.0级之间。

对规定本发明使用的热轧酸洗板的金相组织构成的理由进行说明：

当渗碳体在晶粒内部均匀析出时，渗碳体粒子起着活性阴极的作用，其数量在上述规定的范围内所占的面积愈大，磷化处理过程中热轧酸洗板表面就愈易被均匀腐蚀，所成的磷化膜质量愈优良；当渗碳体连续包围铁素体晶粒周边达1/2以上或沿铁素体晶界构成连续或近于连续网状时，磷化质量劣化。

本发明热轧酸洗板具有优良的磷化性能，磷化膜致密、均匀，磷化膜膜重不小于2.10g/m²，P比值大于85％，在5％盐水中浸泡开始生锈时间≥60min。

本发明的优点及效果在于，提高热轧酸洗板的磷化效果，使“以热代冷”在技术上得以实现，可以为企业节约成本，降低用户采购成本；提高生产企业的知名度，扩大生产企业产品的市场占有率和竞争力，为生产企业创造最大利益。

附图说明

图1是表示热轧酸洗板山峦状典型表面形貌示意图；

图2是表示热轧酸洗板龟裂状典型表面形貌示意图；

图3是表示实施例中样板a磷化质量图；

图4是表示实施例中样板b磷化质量图；

图5是表示实施例中样板c磷化质量图；

图6是表示实施例中样板d磷化质量图；

图7是表示实施例中样板e磷化质量图；

图8是表示实施例中样板f磷化质量图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案及产品性能测试进行详细说明：

步骤1、取表1所示a～d本发明成分及对比例e、f的板坯，分别将钢板加热到Ac₃点以上的温度后，在表2所示的条件下，将其热轧到2.8mm厚度为止。冷却到室温后，在表3所示的条件下进行酸洗，然后通过平整辊不同使用时期对样板进行平整，平整工艺见表4、涂油、包装，制成a、b、c、d、e、f六种热轧酸洗板样板。

表1

表2

表3

盐酸浓度(质量％)	酸洗温度	酸洗时间	其它
				10％～18％	75℃	40s	彻底清除残酸

表4

平整辊初期表面粗糙度	延伸率，％
		Ra：2.2μm；RPc：120峰个数/cm	1.8

步骤2、对步骤1中的a、b、c、d、e、f六种热轧酸洗板样板进行清洗后，利用扫描电镜在1000倍的倍率下进行表面形貌的观察，表面形貌观察结果示意图见表5；通过对a、b、c、d、e、f六种热轧酸洗板样板纵进行浸蚀(采用4％质量百分比的HNO₃-CH₃CH₂OH，室温溶液)16s后，利用金相显微镜以100倍和1000倍的倍率进行观察，对晶粒度及截面的组织构成进行鉴别并求出面积率，结果见表6；利用英国TaylorHobson公司生产的From Talysurf Intra波纹度仪对a、b、c、d、e、f六种热轧酸洗板样板的轮廓算术平均偏差(Ra)和峰计数值(RPc)进行测量，测量结果见表7。

表5

样板

a

b

c

d

e

f

表面形貌示意图

图1

图2

图1

表6

样板	晶粒度	铁素体面积率	珠光体面积率	渗碳体面积率
					a	8.5级	98％	-	2％
b	8.5级	98％	-	2％
					c	9.0级	97.5％	0.7％	1.8％
d	8.5级	97.5％	0.5％	2.0％
					e	7.5级	98％	0.5％	1.5％
f	8.0级	95.3％	1.4％	3.3％

表7

样板	轮廓算术平均偏差(Ra)，μm	峰计数值(RPc)，峰个数/cm	Ra×RPc
				a	1.21	114	137.94
b	1.15	104.9	120.64
				c	1.06	105.1	111.41
d	1.04	99	102.96
				e	0.84	103.6	87.02
f	0.88	88	77.44

步骤3、对步骤1中的a、b、c、d、e、f六种热轧酸洗板样板在汽车厂生产现场，按现场生产工艺步骤进行磷化处理工业试验，其步骤为：脱脂→水洗(自来水)→表调→磷化→水洗(自来水)→纯水洗(电导率≤5μs/cm)→干燥(80℃，10min)，进行处理后获得a、b、c、d、e、f六种热轧酸洗板磷化样板，其中脱脂条件见表8，磷化条件见表9。

表8

pH值	温度	时间	方式	其它
					10.0	40℃	2min	浸泡	搅拌，80～150rpm/min

表9

FA	TA	温度	时间	其它
					0.6	2.5	33	120s	搅拌，80～150rpm

步骤4、利用扫描电镜以1000倍的倍率对步骤3获得的a、b、c、d、e、f六种热轧酸洗板磷化样板表面形貌进行观察，观察结果见图3、图4、图5、图6、图7、图8，磷化膜表面形貌评价结果见表10。

表10

样板	评价结果
		a	磷化膜呈银灰色，磷化膜晶粒细小、均匀、致密
b	磷化膜呈银灰色，磷化膜晶粒细小、均匀、致密
		c	磷化膜呈银灰色，磷化膜晶粒致密，但磷化膜晶粒细长、不均匀、略显粗大
d	磷化膜呈银灰色，磷化膜晶粒致密，但磷化膜晶粒细长、不均匀、粗大
		e	磷化膜呈银灰色，磷化膜晶粒细长、均匀，但磷化膜不完整、有缺陷
f	磷化膜呈银灰色，磷化膜晶粒粗大、不均匀，局部区域“磷化不上”

步骤5、依照X线衍射法测定Hopeite(020)面和Phosphophyllite(100)面的衍射线强度，扣除本底、寻峰并定值，按公式P比＝I_P/(I_P+I_H)计算磷化膜P比，其中I_P-Phosphophyllite(100)面的衍射线强度(CPS)，I_H-Hospeite(020)面的衍射线强度(CPS)，P比值计算结果见表11。

表11

样板	a	b	c	d	e	f
							P比，％	91.2	89.5	87.6	86.1	84.3	79.2

步骤6、将步骤3获得的a、b、c、d、e、f六种热轧酸洗板磷化样板加工成7.0cm×15.0cm的样板，然后利用失重法进行磷化膜膜重的测量，测量方法见表12，测量结果见表13。

表12

溶液成分	温度	时间
			三氧化铬：5wt％+水：95wt％	75℃	15min

表13

样板	a	b	c	d	e	f
							膜重，g/m²	2.25	2.11	2.15	2.41	2.03	1.91

步骤7、将步骤3获得的a、b、c、d、e、f六种热轧酸洗板磷化样板加工成10.0cm×50.0cm的样板，然后将其浸泡在5％盐水中，观察其表面开始生锈时间，测量结果见表14。

表14

样板

a

b

c

d

e

f

开始生锈时间，min

88.2

74.4

65.5

62.0

58.7

49.3

通过上述实验测试得出，本发明产品与对比例相比，磷化性能优良，磷化膜致密、均匀，磷化膜膜重大于2.10g/m²，P比值大于85％，在5％盐水中浸泡开始生锈时间≥60min。

Claims

1.一种具有优良磷化性能的热轧酸洗板，其特征在于，化学成分按质量百分比，含有：C：0.020～0.070％；Si：≤0.020％；Mn：0.20～0.50％；Al：0.005～0.040％；还含有Cr、Ti、Nb、V、Ni、Mo元素中至少一种元素，Cr：0.30％以下；Mo：0.5％以下；Ni：0.5％以下，Ti：0.1％以下；Nb：0.1％以下；V：0.2％以下，余量为铁和不可避免的杂质，其热轧酸洗板表面粗糙度要求达到轮廓算术平均偏差(Ra)0.85μm～1.30μm之间、表面粗糙度的峰计数(RPc)为90峰个数/cm～120峰个数/cm之间，且满足Ra×RPc≥95，上述成分的热轧酸洗板其金相组织为铁素体+少量珠光体+少量渗碳体，其铁素体占95～98面积％，渗碳体占1.5～3.0面积％，晶粒度为8.0～9.0级之间。