阅读说明：本技术 一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板及其生产方法 (Hot-dip galvanized steel plate with yield strength of 550MPa and production method thereof ) 是由 王占业 王滕 李雄杰 杨平 孙霖 李伟刚 张百勇 李超 周红兵 张喜秋 何峰 于 2020-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板及其生产方法,属于金属材料技术领域。本发明的热镀锌钢板化学成分重量百分比为：C 0.006％～0.010％、Si≤0.01％、Mn 0.10～0.30、P≤0.015％、S≤0.040％、Als 0.005％～0.070％、Ti 0.001％～0.080％、Nb 0.001％～0.060％、N≤0.0030％、O≤0.0020％、Cu 0.030％～0.060％、Cr 0.010％～0.040％,其余为铁和其他杂质。通过控制钢板中C元素含量,并添加Mn、Cr、Al、Cu等元素,并对添加元素的含量进行控制,提高钢的强度。还在钢中添加Ti和Nb,并使两种元素含量满足公式0.050％≤Ti+Nb≤0.120％。两种元素既可提高强度,又使韧性变好,是最经济、最有效改善钢性能的方法。通过两种元素的复配,能够进一步的细化铁素体晶粒尺寸,同时提高钢板的强度和韧性,使钢的强度和韧性能够良好的匹配,同时满足屈服强度和延伸率的要求。(The invention discloses a hot-dip galvanized steel plate with a yield strength of 550MPa and a production method thereof, belonging to the technical field of metal materials. The hot dip galvanized steel sheet comprises the following chemical components in percentage by weight: 0.006-0.010% of C, less than or equal to 0.01% of Si, 0.10-0.30% of Mn, less than or equal to 0.015% of P, less than or equal to 0.040% of S, 0.005-0.070% of Als, 0.001-0.080% of Ti, 0.001-0.060% of Nb, less than or equal to 0.0030% of N, less than or equal to 0.0020% of O, 0.030-0.060% of Cu, 0.010-0.040% of Cr, and the balance of iron and other impurities. The strength of the steel is improved by controlling the content of C element in the steel plate, adding Mn, Cr, Al, Cu and other elements and controlling the content of the added elements. Ti and Nb are also added into the steel, and the contents of the two elements meet the formula of 0.050 percent to 0.120 percent. The two elements can improve the strength and the toughness, and are the most economical and effective method for improving the performance of the steel. By compounding the two elements, the ferrite grain size can be further refined, the strength and the toughness of the steel plate can be improved, the strength and the toughness of the steel can be well matched, and the requirements of yield strength and elongation are met.)

一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，更具体地说，涉及一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板及其生产方法。

背景技术

镀锌钢板是表面有热浸镀或电镀锌层的焊接钢板，一般广泛用于建筑、家电、车船、容器制造业、机电业等。按生产及加工方法可分为以下几类：(1)热浸镀锌钢板，将薄钢板浸入熔解的锌槽中，使其表面粘附一层锌的薄钢板。(2)合金化镀锌钢板，同样使用热浸法制造，出槽后，立即加热到500℃左右，生成锌和铁的合金薄膜。(3)电镀锌钢板。(4)单面镀和双面差镀锌钢板。(5)合金、复合镀锌钢板。

高强热镀锌钢板可以应用于汽车家电结构件及建筑行业，提高钢板的强度，通过提高强度，并将钢板减薄，可以减轻钢构件重量，降低最终产品的成本，同时提高安全等级。而钢板的高韧性可以提高产品的加工性能和抗疲劳能力，增加其使用寿命，随着安全等级要求的提高，钢板逐步向高强高韧性方向发展。但现有的镀锌钢板仅能提高其中一方面的性能，当提高钢板强度时，其延伸率就会降低；延伸率达到要求时，其强度又达不到要求。同时在生产现有的镀锌钢板时，钢板的强度经常会产生较大的波动，会导致产品产出不稳定，增加了成本。

经检索，中国专利申请号：ZL201710994660.X，申请日为2017年10月23日，发明名称为：550Mpa级结构用热镀铝锌钢板及其制备方法，涉该申请案的热镀铝锌钢板的化学成分为：C 0.02％～0.07％，Si≤0.03％，Mn 0.15％～0.30％，P≤0.020％，S≤0.020％，Nb0.015～0.035％，Als 0.020～0.070％，余量为Fe和不可避免杂质。制备方法为采用低的冷轧压下率55～65％进行冷轧。其得到的钢板具有优良的力学性能，屈服强度为550MPa以上，抗拉强度560MPa以上，伸长率A80为10％左右。但该申请案的热镀铝锌钢板采用低碳成分，Nb强化提高强度，导致其延伸率较低。

授权公告号：CN102796949B，授权公告日为2014年9月10日，发明名称为：一种屈服强度≥550MPa级热镀锌钢板及其制造方法，该申请案的热镀锌钢板成分配比，按质量百分比计：C 0.05～0.12％，Si≤0.08％，Mn：0.3％～0.9％，Als：0.020％～0.060％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述屈服强度≥550MPa级热镀锌钢板的制造方法，包括钢板CSP连铸连轧-钢板酸洗冷轧-钢板连续镀锌工艺。该申请案通过降低CSP卷取温度，减小铁素体晶粒尺寸，提高产品强度；通过控制酸轧压下率，提高产品的强度；通过控制镀锌退火温度、速度及氢气含量，保证产品的屈服强度。但该申请案的热镀锌钢板采用低碳铝镇静钢成分，通过退火工艺的控制提高钢板的强度，同样会导致其延伸率较低，不能同时满足强度和延伸率的要求。

授权公告号：CN104195434B，授权公告日为：2016年8月17日，发明名称为：抗拉强度390MPa级轿车内部结构件用热镀锌高强钢及其生产方法，该申请案的钢的化学成分按重量百分比计为：C：0.0027～0.0035％，Si：0.071～0.095％，Mn：0.78～0.95％，P：0.060～0.075％，S≤0.003％，Als：0.015～0.030％，Nb：0.040～0.045％，Ti：0.039～0.045％，B：0.0008～0.0014，N≤0.003％，O≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。其生产方法，依次包括以下步骤：铁水脱硫，转炉冶炼，炉外精炼，连铸，精整，板坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，酸洗，冷连轧，连续退火+热镀锌，光整，精整。该钢具有高强度的力学性能和良好的成形性、高的有利织构含量、良好的耐蚀性及较好的表面质量要求。但该申请案采用Si、P元素对钢进行强化，Si元素对热镀锌钢板表面不利，P元素会恶化钢板的韧性。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

鉴于现有的热镀锌钢板不能同时满足高强度和延伸率的要求，不能适应高强高韧性的使用要求；同时现有的生产方法会使得镀锌钢板强度产生较大的波动，导致产品产出不稳定的问题，本发明提供了一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板及其生产方法，通过控制钢板中C元素含量，并添加Mn、Ti、Nb、Cu等元素强化钢板，尽量减少P、S等对韧性不利的元素，减少Si等对表面质量不利的元素，配合合理的炼钢、热轧、冷轧和热镀锌工艺，使热镀锌钢板既有高的强度，又有高的高延伸和高塑性应变比，同时高表面质量的要求；并通过对工艺的控制，使产出的钢板强度不会产生较大的波动，提高了产品产出率，降低了成本。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板，该热镀锌钢板的化学成分重量百分比为：C 0.006％～0.010％、Si≤0.01％、Mn 0.10～0.30、P≤0.015％、S≤0.040％、Als0.005％～0.070％、Ti 0.001％～0.080％、Nb 0.001％～0.060％、N≤0.0030％、O≤0.0020％、Cu 0.030％～0.060％、Cr 0.010％～0.040％，其余为铁和其他杂质。

更进一步地，所述的热镀锌钢板的化学成分配比满足公式：0.050％≤Ti+Nb≤0.120％。

本发明的一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板的生产方法，其步骤为：

步骤一、铁水预处理；

步骤二、转炉冶炼并微调合金；

步骤三、RH炉精炼；

步骤四、连铸；

步骤五、热轧、冷轧；

步骤六、镀锌。

更进一步地，所述的步骤一中，控制预处理后的铁水中，元素S≤0.0015％，扒渣亮面≥80％。

更进一步地，所述的步骤二中，在出钢时按顺序添加合金辅料：预脱氧碳粉、高碳锰铁、增碳剂、渣料、铝铁，对钢进行脱氧；同时挡渣，防止下渣回磷。

更进一步地，所述的步骤三中，RH采用轻处理工艺，根据温度和氧位在前中期吹入氧气；破空前保证净循环时间不小于6min。

更进一步地，所述的步骤四中，钢水镇静时间不小于20min，塞棒吹氩流量控制在4～6NL/min；中包目标温度控制在液相线温度以上15～30℃；投用动态轻压下，保持恒拉速浇铸，液面波动范围控制在±3mm；铸坯出炉温度控制在1200℃～1230℃。

更进一步地，所述的步骤五中，热轧粗轧的出口和入口高压除鳞，热轧精轧入口设置边部加热器，精轧出入口高压除鳞水全开；终轧温度控制在870℃～910℃；卷取温度控制在580℃～630℃；冷轧总压下率控制80％～95％。

更进一步地，所述的步骤六中，控制RTF段的退火温度T与时间t满足关系式1.3≤T/100-100/t≤4，同时控制光整延伸率L1和拉矫延伸率L2满足公式0.6％≤L1+L2≤1.2％。

更进一步地，所述的RTF段退火温度控制在600℃～630℃，时间为20s～50s；光整延伸率L1控制为0.5％～1.0％，拉矫延伸率L2控制为0.1％～0.5％。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板，通过对钢中成分及元素百分比进行优化设计，从而可以使热镀锌钢板既有高的强度，又有高的高延伸和高塑性应变比，满足镀锌钢板在多种条件下的使用。

(2)本发明的一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板，具体的，通过控制钢板中C元素含量，并添加Mn、Cr、Al、Cu等元素，并对添加元素的含量进行控制，细化了钢中铁素体晶粒尺寸，提高了钢的强度和韧性；另外，还在钢中添加Ti和Nb，并使两种元素含量满足公式0.050％≤Ti+Nb≤0.120％，通过两种元素的复配，有利于进一步细化铁素体晶粒尺寸，同时提高钢板的强度和韧性，使钢的强度和韧性能够良好的匹配，同时满足屈服强度和延伸率的要求。

(3)本发明的一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板的生产方法，通过对钢板的组分、组分含量及具体的生产工艺进行优化设计，有效的保证了钢板的强度和韧性，使其能够同时满足屈服强度和延伸率的要求。所得镀锌钢板的屈服强度≥550MPa，A50延伸率≥15％，同时具有较好的屈服强度和延伸率。

(4)本发明的一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板的生产方法，通过控制镀锌工艺，对RTF段退火温度T和退火时间t进行控制，使退火温度T和退火时间t满足公式1.3≤T/100-100/t≤4，减少退火温度T和退火时间t的双重作用造成的钢的屈服强度波动，将钢板的屈服强度控制在550MPa～650MPa之间，屈服强度的波动范围控制在100MPa之内，使产品性能稳定，产品产出率高，降低了生产成本。同时控制光整延伸率L1和拉矫延伸率L2满足公式0.6％≤L1+L2≤1.2％，能够有效保证产出的钢板延伸率的稳定。

附图说明

图1为本发明中实施例1的金相组织照片；

图2为本发明中对比例1的金相组织照片；

图3为本发明中实施例和对比例的生产工艺参数表；

图4为本发明中实施例和对比例的产品力学性能表。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

本发明的一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板，其化学成分重量百分比为：C0.006％～0.010％、Si≤0.01％、Mn 0.10～0.30、P≤0.015％、S≤0.040％、Als 0.005％～0.070％、Ti 0.001％～0.080％、Nb 0.001％～0.060％、N≤0.0030％、O≤0.0020％、Cu0.030％～0.060％、Cr 0.010％～0.040％，其余为铁和其他杂质。

本发明通过对钢中成分及元素百分比进行优化设计，并配合合理的炼钢、热轧、冷轧和热镀锌工艺，使热镀锌钢板既有高的强度，又有高的高延伸和高塑性应变比，满足镀锌钢板在多种条件下的使用。

具体地，通过控制钢板中C元素含量，并添加Mn、Cr、Al、Cu等元素，并对添加元素的含量进行控制，细化了钢中铁素体晶粒尺寸，提高了钢的强度。

另外，还在钢中添加Ti和Nb，并使两种元素含量满足公式0.050％≤Ti+Nb≤0.120％。常温时，Ti和Nb在钢中大部分以碳化物、氮化物、碳氮化物形式存在。两种元素既可提高强度，又使韧性变好，是最经济、最有效改善钢性能的方法。通过两种元素的复配，能够进一步的细化铁素体晶粒尺寸，同时提高钢板的强度和韧性，使钢的强度和韧性能够良好的匹配，同时满足屈服强度和延伸率的要求。

本发明的一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板的生产方法，通过控制镀锌工艺，对RTF段退火温度T和退火时间t进行控制，使退火温度T和退火时间t满足公式1.3≤T/100-100/t≤4，减少退火温度T和退火时间t的双重作用造成的钢的屈服强度波动，将钢板的屈服强度控制在550MPa～650MPa之间，屈服强度的波动范围控制在100MPa之内，使产品性能稳定，产品产出率高，降低了生产成本。同时控制光整延伸率L1和拉矫延伸率L2满足公式0.6％≤L1+L2≤1.2％，保证产出的钢板延伸率的稳定。通过对钢板的组分、组分含量及具体的生产工艺进行优化设计，有效的保证了钢板的强度和韧性，使其能够同时满足屈服强度和延伸率的要求。所得镀锌钢板的屈服强度≥550MPa，A50延伸率≥15％，同时具有较好的屈服强度和延伸率。

钢板中各元素作用如下：

C：C是提高强度最经济且最有效的固溶强化元素，C含量增加，形成的珠光体增加，强度增加，但钢的塑性和成形性降低，且对焊接性不利。为保证提高镀锌钢板强度的同时，使其延伸率也达到要求，发明人通过大量研究和总结，最终确定C百分含量控制为0.006％～0.010％，既提高了钢板的强度，又不会使钢板的延伸率降低。

Si：Si含量过高，钢板表面氧化铁皮不易去除，表面容易形成由于氧化物压入的微裂纹，进而作为裂纹源易导致钢板在冷成形过程中开裂，因此本发明中Si百分含量控制范围为≤0.01％。

Mn：Mn能降低奥氏体转变成铁素体的相变温度(正好可以弥补因C元素含量降低带来的奥氏体转变成铁素体的相变温度升高)，扩大热加工温度范围，有利于细化铁素体晶粒尺寸，但Mn含量过高，铸坯在连铸过程中Mn偏析程度增大，钢板厚度中心部位易形成珠光体或贝氏体的带状组织，对塑性、焊接性能、疲劳性能都不利。

P：P在γ-Fe和α-Fe中的扩散速度小，易形成偏析，对钢板成形性能、低温冲击韧性和焊接性能不利。因此本发明中P百分含量控制范围为≤0.015％。

S：S在通常情况下也是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，影响镀锌钢板表面质量，要求S含量尽可能低，因此本发明尽量将钢种的S百分含量控制在0.010％以下。

Al：Al作为主要脱氧剂，同时铝对细化晶粒也有一定作用。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

Ti：Ti是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力，提高钢的强度，改善焊接性能。

Nb：Nb能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，可改善焊接性能。

N：N能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。本发明中N百分含量控制范围为≤0.0030％。

Cu：Cu能提高强度和韧性，但铜含量过高会导致塑性显著降低。

Cr：Cr是强碳化物形成元素，Cr作为合金元素加入，可降低钢中碳的活度，提高钢的强度，显著提高钢的淬透性。

本发明的一种屈服强度550MPa级热镀锌钢板的生产方法的具体步骤如下：

步骤一、铁水预处理：控制预处理后的铁水中S≤0.0015％，扒渣亮面≥80％，提高钢水纯净度。

步骤二、转炉冶炼并微调合金：强化转炉脱磷，同时使钢水出钢脱氧合金化(合金辅料加入顺序为：预脱氧碳粉→高碳锰铁→增碳剂→渣料→铝铁)；加强挡渣操作，防止下渣回磷，并进行钢包顶渣改质，减少钢中Al₂O₃夹杂。

步骤三、RH炉精炼：RH采用轻处理工艺，如需吹氧，则根据温度和氧位在前中期吹入氧气；破空前保证净循环时间不小于6min。减少有害夹杂物生成，提高最终产品的成形性能。

步骤四、连铸：钢水镇静时间不小于20min，塞棒吹氩流量控制在4～6NL/min；中包目标温度控制在液相线温度以上15～30℃；投用动态轻压下，保持恒拉速浇铸，液面波动范围控制在±3mm；并对铸坯表面进行清理检查。出炉温度过低，则不能保证终轧温度；而出炉温度过高，会导致轧制时氧化铁皮压入严重，因此控制铸坯出炉温度为1200℃～1230℃。

步骤五、热轧、冷轧：热轧时，热轧粗轧的出口和入口高压除鳞，在热轧精轧入口设置边部加热器，精轧出入口高压除鳞水全开。为避免两相区轧制，控制终轧温度为870℃～910℃。为保证成品的力学性能和表面质量，控制卷取温度为580℃～630℃。冷轧时，控制冷轧总压下率为80％～95％。

步骤六、镀锌：因为退火温度T和退火时间t对钢的强度的影响呈反相关，退火温度T提高会降低钢的屈服强度，退火时间t延长也会降低屈服强度，退火温度T和退火时间t双重作用会加大钢的屈服强度的波动，因此需要对钢的退火温度T和退火时间t进行约束匹配，退火温度T偏高时退火时间t要减小，退火温度T偏低时退火时间t要延长，退火温度T与退火时间t的匹配使减小力学性能波动减小。因此控制退火温度T与时间t的关系符合公式1.3≤T/100-100/t≤4，具体地，RTF段退火温度T控制在600℃-630℃，时间t为20s～50s。同时，为保证钢板的延伸率，光整延伸率L1和拉矫延伸率L2满足公式0.6％≤L1+L2≤1.2％，具体为光整延伸率L1为0.5％-1.0％，拉矫延伸率L2为0.1％-0.5％。

实施例1

本实施例的钢板化学成分组成为：C 0.008％、Si≤0.009％、Mn 0.19％、P0.012％、S 0.016％、Als 0.022％、Ti 0.032％、Nb 0.043％、N 0.0028％、O 0.0019％、Cu0.030％、Cr 0.010％，其余为铁和其他杂质。热轧终轧温度为874℃，卷取温度为581℃；冷轧下压率为82％；镀锌时，RTF段退火温度T为607℃，退火时间t为43s，光整延伸率0.5％，拉矫延伸率0.5％。

实施例2

本实施例的钢板化学成分组成为：C 0.010％、Si≤0.006％、Mn 0.10％、P0.008％、S 0.010％、Als 0.005％、Ti 0.001％、Nb 0.060％、N 0.0026％、O 0.0016％、Cu0.045％、Cr 0.022％，其余为铁和其他杂质。热轧终轧温度为892℃，卷取温度为599℃；冷轧下压率为86％；镀锌时，RTF段退火温度T为612℃，退火时间t为32s，光整延伸率0.7％，拉矫延伸率0.3％。

实施例3

本实施例的钢板化学成分组成为：C 0.006％、Si≤0.008％、Mn 0.30％、P0.009％、S 0.005％、Als 0.070％、Ti 0.080％、Nb 0.001％、N 0.0015％、O 0.0017％、Cu0.060％、Cr 0.040％，其余为铁和其他杂质。热轧终轧温度为909℃，卷取温度为612℃；冷轧下压率为91％；镀锌时，RTF段退火温度T为624℃，退火时间t为46s，光整延伸率0.9％，拉矫延伸率0.1％。

对比例1

本实施例的钢板化学成分组成为：C 0.004％、Si≤0.015％、Mn 0.05％、P0.010％、S 0.007％、Als 0.049％、Ti 0.045％、Nb 0.080％、N 0.0026％、O 0.0022％、Cu0.009％、Cr 0.008％，其余为铁和其他杂质。热轧终轧温度为912℃，卷取温度为694℃；冷轧下压率为85％；镀锌时，RTF段退火温度T为630℃，退火时间t为19s，光整延伸率1.5％，拉矫延伸率0.4％。

对比例2

本实施例的钢板化学成分组成为：C 0.085％、Si≤0.039％、Mn 0.82％、P0.011％、S 0.006％、Als 0.045％、Ti 0.025％、Nb 0.010％、N 0.047％、O 0.0036％、Cu0.018％、Cr 0.006％，其余为铁和其他杂质。热轧终轧温度为860℃，卷取温度为710℃；冷轧下压率为69％；镀锌时，RTF段退火温度T为650℃，退火时间t为55s，光整延伸率0.2％，拉矫延伸率0.1％。

对比例3

本实施例的钢板化学成分组成为：C 0.082％、Si≤0.033％、Mn 0.84％、P0.009％、S 0.010％、Als 0.038％、Ti 0.016％、Nb 0.024％、N 0.0038％、O 0.0024％、Cu0.005％、Cr 0.007％，其余为铁和其他杂质。热轧终轧温度为872℃，卷取温度为650℃；冷轧下压率为54％；镀锌时，RTF段退火温度T为557℃，退火时间t为23s，光整延伸率0.1％，拉矫延伸率0.1％。

结合图1和图2，图1为实施例1的金相组织照片，存在拉长晶粒，保留部分冷轧态的形貌，晶粒度为13.5，图2为对比例1的金相组织照片，组织为铁素体，晶粒度级别9.5。结合图3和图4，分别将对比例与实施例所得镀锌钢板进行力学性能测试，图3为控制的工艺参数，最终测试结果见图4。

三个实施例所得钢的化学成分均满足本发明的含量控制，而对比例中的Ti、Nb、Mn、Cr等成分的含量则不满足本发明所设定的含量范围，尤其是Ti和Nb的含量不满足公式。对比例1中，Ti和Nb的含量过高导致其延伸率高，但其余含量的不足导致其强度不能达到要求。对比例2和3的强度虽然达到要求，但其延伸率较低，不能达到使用要求。

从上述实施例与对比例可以看出，本发明所生产的镀锌钢板，屈服强度≥550MPa，A50延伸率≥15％，强度与韧性兼备。同时控制其镀锌工艺，使实施例产出的钢板的屈服强度波动较小，产品合格率高。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。