CN106319329A - 一种冷轧硬质镀锡钢板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷轧硬质镀锡钢板的生产方法，主要解决现有制造冷轧硬质镀锡钢板过程中对立式连续退火炉的冷却能力要求较高、带钢板形难以控制的技术问题。本发明提供的一种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钢坯；连铸钢坯经加热炉加热至1150℃～1270℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，精轧结束温度为840℃～870℃；卷取温度为500℃～540℃时卷取获得热轧钢卷；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，平整延伸率为4.0％～7.0％。本发明主要用于食品罐、饮料罐、化工罐等包装领域。
Description
技术领域
本发明属于铁基合金技术领域，涉及一种冷轧镀锡板，特别涉及一种冷轧硬质镀锡钢板的生产方法。
背景技术
镀锡板俗称“马口铁”，是指两面镀有商业纯锡的冷轧低碳薄钢板或钢带，它将钢的强度和成型性与锡的耐蚀性、易焊性和美观的外表结合于一种材料之中，具有耐腐蚀、无毒、高强度和良好的延展性，广泛应用于食品罐、饮料罐、气雾罐、化工罐等包装领域。
目前提高镀锡硬度主要有二种方法：一种提高C、Mn成分元素的含量，通过这类元素起到固溶强化的作用，中国专利申请200910063099.9的专利文件公布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HR30T能达到60-70；退火方式为罩式炉，该设计硬度波动范围 HR30T为 65±5, 已远远不能满足用户的交货要求和制罐行业向高速化发展的要求；另外，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，经过五机架连轧80-90%变形后变形抗力为900-1100MPa，轧制速度最高为800-900m/min，超过此速度轧制产生振动，无法保证板形，甚至断带，只能低速维持生产，生产效率低。另一种方法是通过退火后进行二次轧制，通过加工硬化达到提高硬度的目的，中国专利申请201010204967.3公布了一种高硬度镀锡原板用钢及其制造方法，成分设计上采用低碳、低锰，在连续退火后，需要进行15-28%较大变形的二次冷轧，硬度提高明显，但同时会造成延伸率急剧下降，当二次冷轧压下率为18%时，断后伸长率为2.5-3.0%，影响材料的冲压性能。另外这种二次冷轧生产方式，需要配备二次冷轧机组，增加了生产成本。
申请人申报中国专利申请201410515355.4，一种冷轧硬质镀锡钢板及其生产方法，公开了应用立式连续退火炉通过极大的快冷速度（60℃/S），过时效段在较低的温度进行，使Fe3C来不及析出，进而提高材料的硬度，这种方法对设备的冷却能力要求较高，对0.17-0.18mm极薄的冷轧带钢在此高冷速下带钢容易发生飘曲变形，对带钢板形控制要求高，存在一定的运行风险。
因此，现有已公开的有关硬质镀锡板材料及制造方法的技术方案存在碳、锰等元素含量高，提高了材料本身的强度的同时也增加了塑性变形抗力，增加了轧制难度，使轧制速度受到限制，轧制故障率高；或者硬度提高，塑性指标急剧下降，影响冲压性能；或者对退火炉快冷段冷却能力有严格的要求，且存在运行风险等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷轧硬质镀锡钢板的生产方法，主要解决现有制造冷轧硬质镀锡钢板过程中对立式连续退火炉的冷却能力要求较高、带钢板形难以控制的技术问题。
本发明采用的技术方案是：
一种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钢坯，其中所述钢水成分的质量百分比为：C：0.051%～0.079%，Si≤0.1%，Mn：0.20%～0.40%，P≤0.020%，S≤0.020%，Alt：0.010%～0.060%，N≤0.0060%，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
连铸钢坯经加热炉加热至1150℃～1270℃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840℃～870℃；精轧后钢板厚度为2.0～3.5mm，层流冷却采用前段冷却，卷取温度为500℃～540℃时卷取获得热轧钢卷；
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冷轧硬质镀锡钢板，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575℃～590℃，带钢在均热段的退火时间为60s～95s，平整延伸率为4.0％～7.0％。
本发明所述的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CN 200910063099.9的碳0.08~0.13%正处于包晶区内，连铸生产困难。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0.051%～0.079%。
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0.1%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%。
磷和硫：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。磷可以提高材料的强度，但会增加钢的冷脆性。两种元素越低越好，但考虑到实际工艺控制能力，本发明技术方案设定P≤0.020%，S≤0.020%。
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Al含量范围设定为0.010%～0.060%。
氮：氮是间隙强化元素，氮升高强度会上升，但同时材料的塑性变形抗力随之增加；本发明在强度和塑性变形抗力间取得平衡，本发明的N含量设定为N≤0.0060%。
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
板坯加热温度对AlN的溶解、析出影响较大，加热温度小于1150℃时AlN基本不溶解，因此加热温度最好大于1150℃，材料中C、N原子溶解较充分，C、N间隙强化作用得以发挥，但加热温度过高材料表面容易出现缺陷。因此本发明设定连铸板坯加热温度为1150℃～1250℃。
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，轧制温度不能过高，如果过高，粗大的奥氏体经过快冷会产生塑性较差的魏氏组织，经过测定静态相变点温度在840℃，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840℃～870℃。
3、层流冷却方式和热轧卷取温度设定
热轧终轧后奥氏体迅速向铁素体发生转变，转变后铁素体晶粒会长大，所以采用轧后立即冷却的方式，本发明层流冷却采用前段冷却方式，抑制铁素体晶粒长大，提高强度。
热轧卷取温度如果大于580℃，AlN析出物较多，N的强化效果变差，导致冷轧板成品硬度降低。同时，较快的冷速和较低的卷取温度可以抑制晶粒的长大，细化晶粒，起到细晶强化的作用。如果卷取温度小于500℃，热轧钢带的强度提高，对卷取机的设备能力以及轧后的层流冷却的能力要求都比较高。综合考虑，本发明设定卷取温度为500～540℃。
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机架冷连轧机进行一次冷轧生产，与二次冷轧相比具有生产组织方便、成本低、产量高、钢板表面缺陷发生率小等优点。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
金属在冷轧过程中，晶粒被拉长，晶粒取向改变，形成一定类型的织构，晶体内的缺陷也会增加，反映到机械性能上的改变。因此，再结晶退火是冷轧后控制和改变金属材料组织、织构和性能的必要手段。冷轧后的轧硬钢在退火过程中经历的回复、再结晶和晶粒长大三个过程都影响到成品的性能。退火温度对材料的冲压性能影响较大，退火温度过低虽然能显著提高硬度，但会由于未完全再结晶而产出纤维状组织，加工性变差。退火温度过高会使晶粒长大，硬度偏低。本发明设定钢带在立式连续退火炉均热段的退火温度为575℃～590℃，在均热段的时间设定为60s～95s。
6、平整延伸率设定
本发明平整主要的目的主要是通过变形使晶粒产生滑移，增加位错密度，适当提高材料的强度。平整量以延伸率的指标来衡量，延伸率过低，材料强度不足，甚至不能消除屈服平台，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。另外，延伸率过大，材料的加工成型性能变差，同时也受设备能力所限。综合考虑，本发明设定平整延伸率为4.0%～7.0%。
本发明得到的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I 10～11.5级，屈服强度为370MPa～410MPa，抗拉强度为420MPa～460MPa，屈强比≤0.91，硬度值为HR30T65±3，断后伸长率A50≥23%。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：
1、本发明对立式连续退火炉的冷却能力要求不高，不增加连退的运行风险，平整变形量不大，无需配备专用的二次冷轧机组，成本较低；本发明通过优化材料组分设计、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、平整工艺的优化组合，降低了冷轧机的轧制力，提高了冷轧机的轧制速度，冷轧速度可达1180m/min～1400m/min，同时降低了生产故障率，提高生产效率，降低了制造成本。
2、本发明通过采用控轧控冷工艺、合理退火温度控制技术和平整工艺进行生产，通过细晶强化、适度增加位错密度的综合作用，使材料在保证硬度的同时，具有良好的塑性。
附图说明
附图为本发明冷轧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200910063099.9、比较例2—中国专利201010204967.3、比较例4—中国专利申请201410515355.4中所公开，比较例3—申请人采用现有常规工艺生产的连续退火板，通过提高平整压下率获得材料性能的试验例；对本发明作进一步说明，如表1~表4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
| 元素 | C | Si | Mn | P | S | Alt | N | Ti |
| 本发明 | 0.051-0.079 | ≤0.10 | 0.20-0.40 | ≤0.020 | ≤0.020 | 0.010-0.060 | ≤0.0060 | |
| 实施例1 | 0.062 | 0.010 | 0.33 | 0.018 | 0.010 | 0.035 | 0.0053 | |
| 实施例2 | 0.078 | 0.070 | 0.22 | 0.014 | 0.009 | 0.030 | 0.0029 | |
| 实施例3 | 0.051 | 0.025 | 0.38 | 0.012 | 0.015 | 0.029 | 0.0034 | |
| 实施例4 | 0.069 | 0.046 | 0.29 | 0.015 | 0.011 | 0.056 | 0.0044 | |
| 比较例1 | 0.08-0.13 | ≤0.025 | ≤0.65 | ≤0.02 | ≤0.020 | SolAl0.02-0.06 | ≤0.005 | Ti≤0.03 |
| 比较例2 | 0.02-0.05 | ≤0.03 | 0.20-0.50 | ≤0.015 | ≤0.015 | 0.010-0.050 | 0.0080-0.0160 | |
| 比较例3 | 0.051-0.070 | ≤0.10 | 0.20-0.30 | ≤0.015 | ≤0.015 | 0.010-0.060 | ≤0.0060 | |
| 比较例4 | 0.051-0.079 | ≤0.10 | 0.20-0.40 | ≤0.020 | ≤0.020 | 0.010-0.060 | ≤0.0060 |
通过转炉熔炼得到符合要求化学成分钢水，钢水经RH炉真空脱气处理后进行连铸得到连铸钢坯，厚度为210～230mm，宽度为800～1300mm，长度为5000～10000mm。
连铸钢坯送至加热炉进行再加热，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，层流冷却采取前段冷却，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
| 热轧参数 | 板坯加热温度/℃ | 粗轧结束温度/℃ | 精轧结束温度/℃ | 精轧压下率/% | 卷取温度/℃ | 热轧板厚度/mm |
| 本发明 | 1150-1250 | - | 840-870 | - | 500-540 | 2.0-3.5 |
| 实施例1 | 1212 | 1020 | 850 | 90 | 506 | 2 |
| 实施例2 | 1184 | 980 | 868 | 90 | 522 | 2.1 |
| 实施例3 | 1155 | 960 | 851 | 88 | 538 | 2.4 |
| 实施例4 | 1245 | 1040 | 843 | 88 | 526 | 2.5 |
| 比较例1 | - | - | - | - | - | - |
| 比较例2 | 1150-1250 | - | 850-950 | - | 550-580 | - |
| 比较例3 | 1150-1250 | - | 850-890 | - | 570-610 | 2.0-3.5 |
| 比较例4 | 1150-1250 | - | 840-870 | - | 500-540 | 2.0-3.5 |
比较例1对热轧参数完全没有具体要求，比较例2、3的精轧结束温度和卷取温度均较本发明高，故比较例的热轧工艺控制参数均不同于本发明。
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575℃～590℃，在均热段的时间为60s～95s。本发明的冷轧工艺控制参数见表3，退火工艺和平整工艺控制参数见表4。
表3 本发明冷轧工艺控制参数
| 冷轧参数 | 冷轧压下率/% | 四机架轧制力/KN | 五机架轧制力/KN | 轧制速度/（m/min） | 冷轧板厚度/mm |
| 本发明 | 85-92 | - | - | 1180-1400 | 0.18-0.30 |
| 实施例1 | 91 | 751.2 | 726.6 | 1230 | 0.18 |
| 实施例2 | 89 | 707.1 | 647.8 | 1290 | 0.23 |
| 实施例3 | 89 | 672.8 | 594.5 | 1310 | 0.26 |
| 实施例4 | 88 | 650.5 | 530.6 | 1380 | 0.30 |
| 比较例1 | 80-90 | - | - | - | 0.20-0.39 |
| 比较例2 | 80-90 | - | - | - | - |
| 比较例3 | 85-92 | 741.3 | 721.5 | 1200-1400 | 0.18-0.30 |
| 比较例4 | 85-92 | 700.4 | 637.7 | 1200-1400 | 0.18-0.30 |
表4 本发明退火工艺和平整工艺控制参数
| 参数 | 均热段温度/℃ | 快冷速度（℃/S） | 退火时间/ s | 平整延伸率/％ |
| 本发明 | 575-590 | 30-40 | 60-95 | 4.0-7.0 |
| 实施例1 | 580 | 32 | 76 | 4.2 |
| 实施例2 | 588 | 37 | 93 | 5.1 |
| 实施例3 | 576 | 35 | 62 | 6.9 |
| 实施例4 | 585 | 36 | 85 | 6.3 |
| 比较例3 | 575-590 | 30-40 | 60-95 | 6-10 |
| 比较例4 | 575-590 | 大于60 | 60-95 | 1.0-2.0 |
比较例1采用罩式退火炉退火，比较例2采用15-28%大变形的二次冷轧的方式，比较例3的平整延伸率要求6-10%，比较例4的连续退火的快冷速度要求60℃/S以上，均不同于本发明。
利用上述方法得到的冷轧硬质镀锡钢板。参照附图，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I 10～11.5级，屈服强度为370MPa-410MPa,抗拉强度为420MPa-460MPa，屈强比≤0.91，硬度值为HR30T65±3，断后伸长率A50≥23%。
将本发明得到的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/ T 230 .1- 2009 ）进行硬度试验。钢板的力学性能见表5。
表5 本发明冷轧硬质镀锡钢板的力学性能
| 性能指标 | 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 硬度/HRT30 | 屈强比 | 断后伸长率A50/% |
| 本发明 | 370-410 | 420-460 | 62-68 | ≤0.91 | ≥23 |
| 实施例1 | 385 | 437 | 64.2 | 0.88 | 26.8 |
| 实施例2 | 409 | 454 | 67.3 | 0.90 | 23.6 |
| 实施例3 | 373 | 429 | 63.5 | 0.87 | 27.7 |
| 实施例4 | 397 | 446 | 65.4 | 0.89 | 24.4 |
| 比较例1 | - | - | 60-70 | - | - |
| 比较例2 | - | - | 70-80 | - | - |
| 比较例3 | 370-410 | 420-460 | 62-68 | ≤0.91 | ≥15 |
表5中比较例1、2的硬度范围值较大，且未提及与冲压性高度相关的塑性指标，比较例3的断后伸长率下限为15%，低于本发明，故均不同于本发明。
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 (3)
1.一种冷轧硬质镀锡钢板的生产方法，其特征是，所述的方法包括：
钢水经真空脱气处理后进行连铸得到连铸钢坯，其中所述钢水成分的质量百分比为：C：0.051%～0.079%，Si≤0.1%，Mn：0.20%～0.40%，P≤0.020%，S≤0.020%，Alt：0.010%～0.060%，N≤0.0060%，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1150℃～1270℃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840℃～870℃；精轧后层流冷却采用前段冷却，卷取温度为500℃～540℃时卷取获得热轧钢卷；
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冷轧硬质镀锡钢板，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均热段的温度为575℃～590℃，带钢在均热段的退火时间为60s～95s，平整延伸率为4.0％～7.0％。
2.如权利要求1所述的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。
3.如权利要求1所述的冷轧硬质镀锡钢板的生产方法，其特征是，所述的0.18mm～0.30mm厚冷轧硬质镀锡钢板的组织为铁素体+游离渗碳体，组织晶粒度为I 10～11.5级，屈服强度为370MPa～410MPa，抗拉强度为420MPa～460MPa，屈强比≤0.91，硬度值为HR30T65±3，断后伸长率A50≥23%。
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