CN108754343A - 450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板及其制造方法，它的化学成分重量百分比包括：C：0.05～0.08％、Si≤0.005％、Mn：0.70～1.00％、P≤0.005％、S≤0.003％、Als：0.010～0.050％、Cr：0.20～0.40％和Mo：0.05～0.20％；其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过低Si设计，并添加适量的Cr、Mo淬透性元素，通过工艺控制，在较低冷速下，产品实物性能即可达到屈服强度为260～300MPa，抗拉强度为470～520MPa，延伸率A₈₀为32～36％，n值为0.18～0.20，粗糙度为0.5～1.2μm，PC值为100～150个/cm，粉化级别1～2级，且镀层表面色泽均匀无缺陷，抗粉化性能优良，可满足汽车外覆盖件的生产制造。

Description

450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼领域，具体涉及一种450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板及其制造方法。

背景技术

随着汽车轻量化的不断发展以及乘员安全性要求的不断提高，近年来高强钢在汽车白车身中的比例及用量越来越多，双相钢因其具有高强度、低屈强比和良好的成形性，越来越受到汽车工业界的青睐。同时，人们对汽车耐蚀性能的要求也越来越高，因此镀锌双相钢的应用比例也逐年增加。而锌铁合金镀层钢板(简称GA钢板)，相比纯锌板，其具有更优良的耐蚀性、涂装性和焊接性能，已越来越多地应用于汽车上，特别是日本系列轿车，其面板基本上全部采用了GA钢板。然而，在实际生产中，由于成分设计以及镀锌关键工艺控制不当，锌铁合金镀层的双相钢表面质量及抗粉化性能较差，只能用来生产汽车的结构件或加强件，而在汽车外覆盖件上的应用较少。

经检索，专利CN102839329.X公开了“一种抗拉强度450MPa级冷轧双相钢及其制造方法”，其采用C-Si-Mn-Cr成分体系生产450MPa的双相钢，但是由于其Si含量较高，容易在表面富集形成氧化物从而造成漏镀，因而不适用于制造汽车外板用的锌铁合金镀层双相钢。

专利号CN107267726.A公开了一种抗拉强度450MPa级冷轧双相钢的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：热轧、终轧、卷取、冷轧、退火、缓冷、快冷、过时效、平整，九个步骤，其中，热轧加热温度为1220～1280℃，终轧温度840～890℃，卷取温度580～650℃，冷轧压下率60～80％，退火过程退火温度800～840℃，缓冷段结束温度610～650℃，快冷段结束温度290～320℃，过时效温度260～310℃，平整延伸率0.5％～0.6％。其只是生产连退板，而不是日系汽车外板用锌铁合金镀层板。

专利CN105369135.A公开了“一种450MPa级轿车用镀锌双相钢及生产方法”，其采用的为C-Mn-Cr-Mo系成分设计，并添加了Nb元素，同样其Mn含量较高，表面质量控制难度大，不适用于制造汽车外板。并且其存在抑制层，主要生产热镀锌板，而不是日系车要求的锌铁合金镀层板。

由于在热镀锌后还要在460～500℃进行合金化，双相钢冷速难以控制，较纯锌板更难达到双相组织，性能难以实现。同时，冷轧双相钢及热镀锌双相钢主要用在汽车结构件及加强件上，对表面质量要求不高，因此，在成分设计和工艺控制上更多的只是关注产品的力学性能，而对其表面质量的关注度不够。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板及其制造方法；本发明通过低Si成分设计，加上炼钢、热轧、退火、镀锌等工艺控制，得到一种镀层表面结构致密均匀、色泽均匀无缺陷、抗粉化性能优良的，可用于制造汽车外板的锌铁合金镀层双相钢。且生产过程中对冷速要求不高，特别适合锌铁合金镀层双相钢的生产。

为实现上述目的，本发明所设计一种450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板，所述双相钢钢板的化学成分重量百分比包括：C：0.05～0.08％、Si≤0.005％、Mn：0.70～1.00％、P≤0.005％、S≤0.003％、Als：0.010～0.050％、Cr：0.20～0.40％和Mo：0.05～0.20％；其余为Fe和不可避免的杂质。

进一步地，所述双相钢钢板的化学成分重量百分比包括：C：0.06～0.08％、Si≤0.005％、Mn：0.70～0.90％、P≤0.005％、S≤0.003％、Als：0.010～0.050％、Cr：0.20～0.40％和Mo：0.05～0.15％；其余为Fe和不可避免的杂质。

再进一步地，所述双相钢钢板的化学成分重量百分比包括：C：0.0653％、Si：0.002％、Mn：0.879％、P：0.003％、S：0.0027％、Als：0.0348％、Cr：0.286％和Mo：0.127％；其余为Fe和不可避免的杂质。

再进一步地，所述双相钢钢板的屈服强度为260～300MPa，抗拉强度为470～520MPa，延伸率为32～36％，n值为0.18～0.20，粗糙度为0.5～1.2μm，PC值为100～150个/cm，粉化级别1～2级。

本发明还提供了一种上述450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)按上述的化学成分重量百分比经冶炼、精炼及连铸成坯后，对铸坯进行加热，加热温度控制在1250～1280℃；

2)进行粗轧：控制粗轧温度在1060～1110℃；

3)进行精轧：控制精轧终轧温度为900～930℃；

4)进行卷取：控制卷取温度为620～660℃；

5)进行酸洗：酸洗温度要求控制为80～90℃，酸液浓度为70～90g/l；

6)进行冷轧：控制冷轧总压下率为62～75％；

7)进行连续退火：控制其均热温度为760～790℃，炉内退火气氛露点控制在-40℃以下，氧含量≤2ppm；

8)进行热镀锌：控制钢板入锌锅温度为460～480℃；控制锌液成分中Al含量为0.100～0.105wt％；

9)进行合金化：控制其合金化温度为480～500℃，保温时间为10～25s，镀层铁含量为9～11wt％；

10)进行光整：光整率为0.4～0.6％，控制合金化后钢板表面粗糙度为0.5～1.2μm，表面PC值为100～150个/cm，即得到双相钢钢板。本发明中各元素及主要工艺的机理及作用

C：最有效的强化元素，是马氏体的形成元素，C元素的含量决定了马氏体的形貌及双相钢的强度。同时，由于用于汽车外覆盖件，对材料的成形性能、翻边性能及焊接性能要求较高，因此要求较低的碳含量。同时，在热镀锌时，较高的碳含量也会加速锌铁反应，锌铁合金层变厚会恶化材料的抗粉化性能。因此，综合考虑，将C含量控制在0.05～0.08％，优选C：0.06～0.08％；

Si：铁素体的强化元素，可以提高产品的强度。但在热轧过程中Si会促进氧化铁皮的生成，恶化表面质量，并影响到后续酸洗工序的效果。同时，随着Si含量的提高，热镀锌过程中Si富集明显，钢板表面容易产生漏镀点缺陷，严重影响钢板表面质量。因此，为得到高的表面质量，将Si含量控制在0.005％以下；

Mn：奥氏体稳定元素，可延迟珠光体和贝氏体的形成，促进马氏体的形成，提高钢的淬透性。但是Mn也是一种强氧化性元素，在退火过程中会在钢带表面富集并氧化，从而导致在镀锌时出现漏镀缺陷，浸润性变差。因此，在保证强度的情况下，将Mn含量控制在0.70～1.00％的较低范围，优选为Mn：0.70～0.90％；

P：P是钢中的有害元素，容易在晶界偏析，增加钢板脆性，导致钢板的冲压性能变差，可焊性变差。同时镀锌时，P含量过高，会使镀层形成大量的Γ相，镀层抗粉化能力变差。因此，P含量应尽可能降低。但考虑到P也是一种有效地固溶强化元素，优选地，P≤0.005％。

S：S是钢中的有害元素，当S含量过高时，容易形成MnS夹杂，损害钢板塑性，并造成性能的各向异性。并且随着S含量的提高，钢板的耐蚀性能也将变差。因此，需要合理控制S含量，S含量要小于0.003％。

Als：最有效的脱氧元素。但是，随着Als含量的增加，钢中的夹杂物也会增多，夹杂物尺寸将会变大。因此，应该合理控制Als含量，优选地，Als：0.010～0.050％。

Cr、Mo：添加Cr、Mo元素会使CCT曲线明显右移,强烈抑制珠光体和贝氏体转变，有利于在合金化热镀锌生产线中地获得马氏体组织。同时，由于Cr、Mo氧化物的生成吉布斯自由能比Mn、Si、P等氧化物的高，所以在热镀锌退火时不易发生表面氧化，也没有表面偏析现象，因此不会影响锌液的浸润性。在冷轧板和纯锌板中，尽管Mo的淬透性效果更好，但由于Mo合金价格昂贵，通常用Cr元素替代Mo元素。但在锌铁合金镀层板中，由于镀锌后要再加热到480-540℃保温进行锌铁合金反应，正好处于贝氏体反应区，仅仅添加Cr无法有效得到马氏体组织，因此必须添加适量的Mo抑制贝氏体的形成。同时，Mo元素的加入，使本发明钢种可在5-15℃/s即可完成马氏体转变，降低工艺控制难度。因此，综合考虑，Cr含量选为0.20～0.40％，Mo含量选为0.05～0.20％，优选为Mo：0.05～0.15％。

本发明的工艺中：

之所以选择终轧温度为900～930℃，是因为当终轧温度过低时，热轧温度稍微波动就有可能进入两相区轧制，容易产生混晶组织，组织的不均匀性除了会对力学性能的均匀性产生影响外，也会对镀锌表面的均匀性产生影响。

之所以选择卷取温度为620～660℃，是因为卷取温度过高，会导致晶粒粗大，从而影响组织均匀性。同时，热轧基板晶粒细小均匀也会使再结晶晶粒细小均匀，从而提高材料的加工硬化值。

之所以酸洗温度要求控制在80～90℃，酸液浓度要大于70g/l。是因为，酸洗可以有效去除氧化铁皮。酸洗效果不好，会导致氧化铁皮残留，进而在酸轧过程中压入基体，从而造成漏镀表面缺陷。

之所以冷轧压下率设定为62～75％，是因为这样有利于增加钢中变形储能，降低再结晶温度，改善钢板成形性能。而冷轧压下率过大会导致轧机负荷增大，设备损耗会加大。

之所以连续退火均热温度为760～790℃，是因为在此退火温度下，本发明产品能得到最佳的性能匹配。同时，在较低退火温度下，也会减少Mn元素在钢板表面的富集，从而减少二次氧化物的形成。同时，严格控制退火炉内气氛，露点控制在-40℃以下，氧含量≤3ppm，可以保证钢板表面充分还原并提高钢板的浸润性。

之所以带钢入锌锅温度为460～480℃，是为了防止温度过高造成锌液温度升高，底渣增多造成钢板表面锌渣和沉没辊印缺陷。同时，锌液成分有效Al含量控制范围为0.100～0.105％，Fe含量≤0.015％。这是因为，当锌锅有效铝含量低于0.100％时，基板与镀层直接形成的Fe₂Al₅抑制层不够均匀，镀层容易出现过合金化；当锌锅有效铝含量高于0.105％时，Fe₂Al₅抑制层过厚，合金化过程较困难，此时需要提高合金化温度或降低带钢速度，这样容易导致合金化板粉化严重。

之所以合金化温度为480～500℃，保温时间10～25s，镀层铁含量要求控制在10％左右。是因为当合金化温度低于480℃时，镀层较难合金化，镀层含铁量低，在镀层表面容易残留大量的ζ相，产品抗腐蚀性能、焊接性、涂装性能变差；当合金化温度高于500℃，容易形成大量的脆性相Γ，产品抗粉化性能变差。且合金化温度过高，马氏体会回火使强度降低。同时研究表明，当镀层Fe含量在9～11％，其镀层抗粉化性能最佳。

之所以选择0.4～0.6％的光整延伸率，是因为可以改善板形和控制带钢表面粗糙度，从而使镀层表面粗糙度控制为0.5～1.2μm，表面PC值控制为100～150个/cm，以利于汽车外板的涂装。

本发明的有益效果：

本发明通过低Si设计，并添加适量的Cr、Mo淬透性元素，通过工艺控制，在较低冷速下，产品实物性能即可达到屈服强度为260～300MPa，抗拉强度为470～520MPa，延伸率A₈₀为32～36％，n值为0.18～0.20，粗糙度为0.5～1.2μm，PC值为100～150个/cm，粉化级别1～2级，且镀层表面色泽均匀无缺陷，抗粉化性能优良，可满足汽车外覆盖件的生产制造。

附图说明

图1为本发明实施例4的锌铁合金镀层钢板基板截面组织形貌图；

图2为本发明实施例4的锌铁合金镀层钢板镀层表面形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。

面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1)按下述的化学成分重量百分比经冶炼、精炼及连铸成坯后，对铸坯进行加热，加热温度控制在1250～1280℃；

2)进行粗轧：控制粗轧温度在1060～1110℃；

3)进行精轧：控制精轧终轧温度为900～930℃；

4)进行卷取：控制卷取温度为620～660℃；

5)进行酸洗：酸洗温度要求控制为80～90℃，酸液浓度为70～90g/l；

6)进行冷轧：控制冷轧总压下率为62～75％；

7)进行连续退火：控制其均热温度为760～790℃，炉内退火气氛露点控制在-40℃以下，氧含量≤2ppm；

8)进行热镀锌：控制钢板入锌锅温度为460～480℃；控制锌液成分中Al含量为0.100～0.105wt％；

9)进行合金化：控制其合金化温度为480～500℃，保温时间为10～25s，镀层铁含量为9～11wt％；

10)进行光整：光整率为0.4～0.6％，控制合金化后钢板表面粗糙度为0.5～1.2μm，表面PC值为100～150个/cm，即得到双相钢钢板。

表1本发明各实施例及对比例化学成分取值列表(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Als	Cr	Mo
									1	0.0639	0.004	0.887	0.004	0.0021	0.0433	0.236	0.147
2	0.0624	0.002	0.826	0.004	0.0025	0.0376	0.245	0.135
									3	0.0653	0.002	0.879	0.003	0.0027	0.0348	0.286	0.127
4	0.0705	0.004	0.854	0.002	0.0016	0.0213	0.307	0.116
									5	0.0747	0.003	0.823	0.002	0.0018	0.0356	0.389	0.062
6	0.0758	0.003	0.751	0.003	0.0009	0.0198	0.357	0.104
									对比例1	0.061	0.006	1.36	0.009	0.007	0.02	0.20	0.15
对比例2	0.069	0.020	1.300	0.012	0.010	0.0229	0.424	-

表2本发明各实施例及对比例工艺参数列表

表3为本发明各实施例及对比例的性能检测列表

从图1可以看出，基板晶粒分布均匀，为典型的铁素体+马氏体组织；图2可以看出，镀层表面无明显的微裂纹缺陷，镀层具备合适的强度与塑性，光整后表面呈现出明显的光整压痕。

从表3可以看出，本发明的力学性能优良、表面质量好、抗粉化性能优良，对比例1尽管成分与实施例相近，表面质量也较好(C级：面板水平)，但其Mn含量及光整延伸率较高，导致其延伸率偏低，成形性能不及本发明实施例；对比例2中Si含量较高，表面质量(B级：内板水平)不及实施例，无法满足汽车外板的要求。

通过本专利实施，产品实物性能达到屈服强度为260～300MPa，抗拉强度为470～520MPa，延伸率为32～36％，n值为0.18～0.20，粗糙度为0.5～1.2μm，PC值为100～150个/cm，粉化级别1～2级，且镀层表面色泽均匀无缺陷，表面质量优良，抗粉化性能优良，可满足汽车外覆盖件的生产制造。随着汽车高强化的发展，该汽车外板用锌铁合金镀层双相钢具有良好的市场前景。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板，其特征在于：所述双相钢钢板的化学成分重量百分比包括：C：0.05～0.08％、Si≤0.005％、Mn：0.70～1.00％、P≤0.005％、S≤0.003％、Als：0.010～0.050％、Cr：0.20～0.40％和Mo：0.05～0.20％；其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板，其特征在于：所述双相钢钢板的化学成分重量百分比包括：C：0.06～0.08％、Si≤0.005％、Mn：0.70～0.90％、P≤0.005％、S≤0.003％、Als：0.010～0.050％、Cr：0.20～0.40％和Mo：0.05～0.15％；其余为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板，其特征在于：所述双相钢钢板的化学成分重量百分比包括：C：0.0653％、Si：0.002％、Mn：0.879％、P：0.003％、S：0.0027％、Als：0.0348％、Cr：0.286％和Mo：0.127％；其余为Fe和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1或2或3所述450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板，其特征在于：所述双相钢钢板的屈服强度为260～300MPa，抗拉强度为470～520MPa，延伸率为32～36％，n值为0.18～0.20，粗糙度为0.5～1.2μm，PC值为100～150个/cm，粉化级别1～2级。

5.一种权利要求1～3任意一项所述450MPa级汽车外板用锌铁合金镀层双相钢钢板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)按上述的化学成分重量百分比经冶炼、精炼及连铸成坯后，对铸坯进行加热，加热温度控制在1250～1280℃；

2)进行粗轧：控制粗轧温度在1060～1110℃；

3)进行精轧：控制精轧终轧温度为900～930℃；

4)进行卷取：控制卷取温度为620～660℃；

5)进行酸洗：酸洗温度要求控制为80～90℃，酸液浓度为70～90g/l；

6)进行冷轧：控制冷轧总压下率为62～75％；

7)进行连续退火：控制其均热温度为760～790℃，炉内退火气氛露点控制在-40℃以下，氧含量≤2ppm；

8)进行热镀锌：控制钢板入锌锅温度为460～480℃；控制锌液成分中Al含量为0.100～0.105wt％；

9)进行合金化：控制其合金化温度为480～500℃，保温时间为10～25s，镀层铁含量为9～11wt％；

10)进行光整：光整率为0.4～0.6％，控制合金化后钢板表面粗糙度为0.5～1.2μm，表面PC值为100～150个/cm，即得到双相钢钢板。