低碳加磷高屈服强度冷轧钢板及其制造方法 【技术领域】
本发明属于高强钢生产技术领域，具体涉及一种低碳加磷高屈服强度冷轧钢板及其制造方法。
背景技术
在汽车用新材料中，为满足车身轻量化，轿车的支架、加强板和连接板等安全结构件的冷轧钢板在要求钢板厚度减薄以及具有优良的冲压成型性的同时，还要求钢材具有足够高的屈服强度以满足轿车的碰撞安全要求。汽车安全结构零件由钢板冲压后焊接涂装制成，为保证汽车的平衡稳定与耐蚀性，冷轧钢板要求具有高屈服强度、高的尺寸精度、表面质量、焊接性和高涂装性。因此，在化学成分简单、工艺操作性强、生产成本低的前提下，开发一种具备高屈服强度、高成型性、高精度、高焊接性和高涂装性为主要质量特征的冷轧高强度钢板产品，是市场不断增长的需要。
低碳含磷高屈服强度冷轧钢板主要适用于以平面应变和浅拉延变形为主的汽车结构件及冲压件，例如汽车的顶盖弧形左右端板等较复杂安全结构件。目前汽车制造企业常用260MPa级超低碳含磷高强度冷轧钢板冲压制作汽车结构件及冲压件。260MPa级超低碳含磷高强度冷轧钢是在超低碳钢中通过添加一定量的铌、钛等沉淀强化元素来提高强度，这种钢同时又具有较好的成形性能，适用于制造较复杂的轿车安全结构件。但是由于添加了贵重金属元素，原料成本高，而且冶炼时需要增加真空处理炉外精炼工序，工艺成本又增加许多，另外因铌、钛等元素收得率低，工艺控制难，沉淀强化作用不明显。因此，一种生产成本低，生产工艺容易控制的低碳含磷高屈服强度的钢材及其制备方法成为炼钢企业急需解决的问题。
【发明内容】
本发明的目的就是要提供一种低碳加磷高屈服强度冷轧钢板及其制造方法。通过在钢的冶炼过程中添加适量廉价的磷和锰使该钢板具备高屈服强度、高成型性、高精度、高焊接性和高涂装性能；该制造方法具有生产成本低、生产工艺容易控制的特点。
为实现上述目的，本发明所设计的低碳加磷高屈服强度冷轧钢板，其特殊之处在于：该钢板中各组分的重量百分比为：C：0.03～0.08，Si：0.10～0.25，Mn：0.40～0.70，P：0.06～0.10，S≤0.010，Als：0.03～0.07，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明的低碳加磷高屈服强度冷轧钢板的制造方法，包括铁水脱硫、转炉复合吹炼、吹氩、连铸、热连轧、层流冷却、卷取、酸洗、冷连轧、罩式退火、平整和精整的步骤，其中：
所述吹氩步骤中，向钢水中添加磷铁、中碳锰铁和硅铁进行合金化处理，使钢中组分满足所述重量百分比的要求；
所述热连轧步骤中，终轧温度控制在870～900℃；
所述层流冷却步骤中，采用后段冷却方式进行层流冷却；
所述卷取步骤中，卷取温度控制在550～580℃；
所述冷连轧步骤中，压下率控制在60～70％；
所述罩式退火步骤中，钢卷的冷点控制温度为650～670℃，加热控制温度为700～720℃；
所述平整步骤中，延伸率控制在0.8～1.2％。
进一步的，所述罩式退火时使用全氢炉罩式退火。
本发明的低碳加磷高屈服强度冷轧钢板中各化学成分的作用机理如下：
碳(C)：碳对钢材的性能有巨大的影响，对强度和硬度起主要控制作用，它还会结合钢中残余的氮，并与微合金元素结合形成碳氮化物，在很大范围内调节着钢材的性能，本发明把碳限定在0.03～0.08％之间是为了兼顾基本强度和微合金化效果。
硅(Si)：硅虽然能脱氧并通过固溶强化提高强度，但超过一定量则会明显降低镀层附着力，从而影响涂镀性能和钢板表面质量。
铝(Al)：铝能提高强度，还结合钢中残余的氮形成AlN，促进有利织构的形成以提高成型性，但过量的酸溶铝(Als)显著恶化塑性和韧性。
本发明的低碳加磷高屈服强度冷轧钢板添加微合金元素磷(P)的作用机理：钢板中的P超过一定量后，则会在晶界显著偏析而引起低温脆性在低碳钢中，但是适量的P可溶解于铁素体中，形成间隙固溶体，通过点阵畸变增加位错和畸变能，导致固溶强化而提高强度，但几乎不降低钢板塑性。本发明控制P的重量百分含量在0.06～0.10％之间能很好的控制钢材具有很高的屈服强度同时又有很好的成型性。
添加固溶强化元素锰(Mn)的作用机理：Mn是奥氏体形成元素，扩大奥氏体相区。Mn能较明显地提高奥氏体向铁素体转变温度，增加渗碳体的稳定性，其过冷奥氏体在分解时，由于Mn的扩散速度很慢，退火时不易发生软化。
本发明的低碳加磷高屈服强度冷轧钢板的制造方法的各步骤技术参数设计原理如下：
(1)添加合金元素工艺：在转炉复合吹炼后，到吹氩站时，通过向钢水中喂铝线脱氧，并添加适量的磷铁、中碳锰铁和硅铁进行合金化处理，从而控制钢材中Mn重量百分含量在0.40～0.70％，P的重量百分含量在0.06～0.10％。
(2)冷轧压下率：如果采用大的冷轧压下率就会增加轧机的负荷，甚至超出轧机的轧制能力。而采用的冷轧压下率过小时，冷轧板中不能充分集聚变形畸变能，再结晶驱动力过小，从而使再结晶后的钢板强度指标不能恢复到与热轧带坯强度相近的水平。本发明设计各规格的冷轧高强度钢冷轧压下率为60～70％，成品厚度1.0mm地钢板热轧来料厚度为2.8mm，成品厚度2.0mm的钢板热轧来料厚度为5.5mm。
(3)退火：本发明采用罩式退火工艺生产，相对于连续退火工艺而言，对于钢材的化学成分设计及各工艺的匹配要求低，更经济适用。同时，对轿车厂来说对低碳加磷冷轧高屈服强度钢板的规格要求多，每种规格的钢材批量相对较小，采用罩式退火工艺生产，正好适合小批量合同的组织生产。罩式退火时钢卷的冷点控制温度控制为650～670℃，加热控制温度控制为700～720℃。本发明的退火优选全氢罩式炉退火，退火时要求严格控制全氢炉温度并通入纯度为99.9％的氢气，以达控制再结晶晶粒尺寸的目的。
(4)平整：冷轧板进行平整是为了保证钢板板形，且有利于消除屈服平台、减少回弹，从而提高冷轧高强度钢板的冲压性能。在保证板形质量的前提下，适当提高轧制压力对于提高钢板的强度有一定作用，所以设计单机湿平整轧制压力为300～400吨，平整延伸率控制在0.8～1.2％的水平。
本发明钢材成分与生产工艺的设计主要根据罩式退火炉的设备特点，寻求化学成分、热轧、冷轧、退火及平整工艺的匹配，生产出高质量高性能的冷轧高强度钢产品，该钢化学成分易于控制，生产成本低，生产工艺简单，明显具有生产成本低廉的优势和成材率高的特点，可以增强生产企业的竞争实力，并带来较大经济效益。经钢板实物机械性能检测可证实，本发明所生产的钢材的屈服强度：ReL＝240～310MPa，抗拉强度：Rm＝400～460MPa，延伸率：A80mm＝30～36％，成型性能：r90值＝1.50～1.84，加工硬化指数n90值＝0.18～0.21，满足用户的技术要求。此钢还可用于制作建筑用钢结构材料，市场前景巨大。
【具体实施方式】
下面结合几个具体实施例来对本发明的低碳加磷高屈服强度冷轧钢板及其制造方法作进一步详细说明：
实施例1：钢板的成分为：C：0.03，Si：0.25，Mn：0.40，P：0.10，S：0.010，Als：0.07，余量为Fe及不可避免的杂质。
制造方法：
铁水脱硫经转炉复合吹炼、添加适量的中碳锰铁、硅铁和磷铁进行合金化处理，控制成品钢中Mn重量百分含量为0.40％，P的重量百分含量为0.10％，吹氩后连铸，连铸钢坯厚度为250mm，再进行热轧，热轧工艺的终轧温度控制在870～890℃，终轧后采用后段冷却的方式冷却，卷取温度控制在550～570℃，热连轧时钢板厚度控制为2.8mm。用10％的稀盐酸酸洗后用清水冲洗干净。冷连轧时总压下率控制为64％，成品厚度为1.0mm的钢板。罩式退火时钢卷的冷点控制温度为650℃，加热控制温度700℃。退火时通入氮氢气，控制再结晶晶粒尺寸。单机湿平整轧制时压力控制为300吨，平整延伸率控制在0.8％的水平，后经精整得到成品。
对成品的机械性能(横向试样)测试结果如下：屈服强度ReL＝310MPa，抗拉强度Rm＝460MPa，延伸率A80mm＝30％，成型性能r90值＝1.5，加工硬化指数n90值＝0.18。
实施例2：
钢板的成分为C：0.07，Si：0.10，Mn：0.70，P：0.06，S：0.010，Als：0.03，余量为Fe及不可避免的杂质。
制造方法：
铁水脱硫经转炉复合吹炼、添加适量的中碳锰铁、硅铁和磷铁进行合金化处理，控制成品钢中Mn重量百分含量为0.70％，P的重量百分含量为0.06％，吹氩后连铸，连铸钢坯厚度为250mm，再进行热轧，热轧工艺的终轧温度控制在880～900℃，终轧后采用后段冷却的方式冷却，卷取温度控制在560～580℃，热连轧时钢板厚度控制为5.5mm。用10％的稀盐酸酸洗后用清水冲洗干净。冷连轧时总压下率控制为60％，成品厚度为2.0mm的钢板。罩式退火时钢卷的冷点控制温度为670℃，加热控制温度720℃。同时要求严格控制全氢炉温度并通入纯度为99.9％的氢气，以达到控制再结晶晶粒尺寸的目的。单机湿平整轧制时压力控制为400吨，平整延伸率控制在1.2％的水平，后经精整得到成品。
对成品的机械性能(横向试样)测试结果如下：屈服强度ReL＝240MPa，抗拉强度Rm＝400MPa，延伸率A80mm＝36％，成型性能r90值＝1.84，加工硬化指数n90值＝0.21。
实施例3：
钢板的成分为C：0.08，Si：0.15，Mn：0.50，P：0.08，S：0.005，Als：0.02，余量为Fe及不可避免的杂质。
制造方法：
铁水脱硫经转炉复合吹炼、添加适量的中碳锰铁、硅铁和磷铁进行合金化处理，控制成品钢中Mn重量百分含量为0.50％，P的重量百分含量为0.08％，吹氩后连铸，连铸钢坯厚度为250mm，再进行热轧，热轧工艺的终轧温度控制在870～890℃，终轧后采用后段冷却的方式冷却，卷取温度控制在560～580℃，热连轧时钢板厚度控制为2.8mm。用12％的稀盐酸酸洗后用清水冲洗干净。冷轧时总压下率控制为70％，成品厚度1.0mm的钢板。罩式退火时钢卷的冷点控制温度为660℃，加热控制温度710℃。同时要求严格控制全氢炉温度并通入纯度为99.9％的氢气，以达控制再结晶晶粒尺寸的目的。单机湿平整轧制时压力控制为350吨，平整延伸率控制在1.0％的水平，后经精整得到成品。
对成品的机械性能(横向试样)测试结果如下：屈服强度ReL＝280MPa，抗拉强度Rm＝430MPa，延伸率A80mm＝35％，成型性能r90值＝1.66，加工硬化指数n90值＝0.19。
实施例4：
钢板的成分为C：0.05，Si：0.20％，Mn：0.55，P：0.08，S：0.007，Als：0.06，余量为Fe及不可避免的杂质
制造方法：
铁水脱硫经转炉复合吹炼、添加适量的中碳锰铁、硅铁和磷铁进行合金化处理，控制成品钢中Mn重量百分含量为0.55％，P的重量百分含量为0.08％，吹氩后连铸，连铸钢坯厚度为250mm，再进行热轧，热轧工艺的终轧温度控制在880～890℃，终轧后采用后段冷却的方式冷却，卷取温度控制在560～570℃，热连轧时钢板厚度控制为5.5mm。用12％的稀盐酸酸洗后用清水冲洗干净。冷轧时总压下率控制为60％，成品厚度2.0mm的钢板。罩式退火时钢卷的冷点控制温度为670℃，加热控制温度710℃。同时要求严格控制全氢炉温度并通入纯度为99.9％的氢气，以达控制再结晶晶粒尺寸的目的。单机湿平整轧制时压力控制为325吨，平整延伸率控制在0.9％的水平，后经精整得到成品。
对成品的机械性能(横向试样)测试结果如下：屈服强度ReL＝300MPa，抗拉强度Rm＝450MPa，延伸率A80mm＝33％，成型性能r90值＝1.75，加工硬化指数n90值＝0.20。