一种高表面质量的免酸洗热轧带钢及其制造方法

摘要

本发明公开了一种高表面质量的免酸洗热轧带钢，其中：免酸洗热轧带钢的表面具有氧化层，氧化层包括表面氧化层和紧邻表面氧化层并位于表面氧化层内侧的内氧化层，表面氧化层包括相对位于外层的纯铁层和相对位于内层的氧化铁层。其外观和表面质量与冷轧板相近；成形性优良，冲压过程中不会有氧化层脱落。此外，还公开了上述带钢的制造方法：(1)冶炼和铸造；(2)热轧：加热温度为1100‑1300℃，保温1‑5h，终轧温度≥850℃，精轧后以1‑10℃/s的速度冷却，在600‑750℃下卷取热轧板；(3)精整。其可在现有热轧产线上实现，不用酸洗，成本低、质量高，具有替代酸洗板和部分冷轧板的应用前景。

权利要求

1.一种高表面质量的免酸洗热轧带钢，其特征在于：所述免酸洗热轧带钢的表面具有氧化层，所述氧化层包括表面氧化层和紧邻表面氧化层并位于表面氧化层内侧的内氧化层，所述表面氧化层包括相对位于外层的纯铁层和相对位于内层的氧化铁层；

所述免酸洗热轧带钢基板的化学元素质量百分含量为：C：0.1～0.5％，Si：1.5～

3.0％，Mn：1.0～3.0％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的免酸洗热轧带钢，其特征在于，所述纯铁层的厚度为0.5-5μm。

3.如权利要求1所述的免酸洗热轧带钢，其特征在于，所述纯铁层的厚度小于等于表面氧化层厚度的二分之一。

4.如权利要求1所述的免酸洗热轧带钢，其特征在于，所述纯铁层在氧化铁层上的覆盖率≥70％。

5.如权利要求1所述的免酸洗热轧带钢，其特征在于，所述表面氧化层的厚度≤20μm。

6.如权利要求1所述的免酸洗热轧带钢，其特征在于，所述内氧化层中含有Si的氧化物和/或Mn的氧化物。

7.如权利要求1所述的免酸洗热轧带钢，其特征在于，所述内氧化层的厚度≤30μm。

8.如权利要求1所述的免酸洗热轧带钢，其特征在于，其微观组织为铁素体+珠光体+马氏体。

9.如权利要求1所述的免酸洗热轧带钢，其特征在于，其延伸率≥15％，抗拉强度为

700-1100MPa，屈服强度为450-750MPa。

10.如权利要求1-9中任意一项所述的免酸洗热轧带钢的制造方法，其特征在于，包括步骤：(1)冶炼和铸造；

(2)热轧：加热温度为1100-1300℃，保温1-5h，终轧温度≥850℃，精轧后以1-10℃/s的速度冷却，在600-750℃下卷取热轧板；

(3)精整。

11.如权利要求10所述的免酸洗热轧带钢的制造方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，将卷取后的钢卷放入保温坑中保温。

12.如权利要求10所述的免酸洗热轧带钢的制造方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，切除带钢带头、带尾的长度为5-10m，带钢的切边量最小为30mm。

说明书

一种高表面质量的免酸洗热轧带钢及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种热轧带钢及其制造方法，尤其涉及一种免酸洗热轧带钢及其制造方法。

背景技术

[0002] 热轧带钢是对加热后的板坯在高温下进行轧制后卷取形成的，其表面在热轧后会形成由Fe2O3、Fe3O4、FeO构成的氧化皮，外观呈红色或黑色，表面外观质量较差，因此一般需要采用酸洗的方法去除。

[0003] 虽然目前广泛应用的酸洗方法能去除氧化皮，但是产生的废酸等污染严重，制造成本较高。因此有的用户希望直接使用带氧化皮的热轧板进行零件冲压，但由于氧化铁的成形性较差，冲压过程会导致热轧带钢表面的氧化皮脱落并变成粉末，不仅恶化生产环境，也影响冲压模具和零件质量，对后续加工工序产生不利影响。

[0004] 公开号为CN102172622A，公开日为2011年9月7号，名称为“一种510L汽车大梁用黑皮钢的生产方法”的中国专利文献公开了一种黑皮钢的生产方法，其主要通过成分与轧制工艺的控制，获得的板卷表层氧化铁皮结构中Fe3O4比例达到80％以上，氧化铁皮厚度<10μm。

[0005] 公开号为CN101906584A，公开日为2010年12月8号，名称为“环保型高表面质量免酸洗汽车大梁钢的生产方法”的中国专利文献公开了一种环保型高表面质量汽车大梁钢的生产方法，其关键是通过优化汽车大梁钢的化学成分和加热制度和轧制工艺，控制汽车大梁钢表面氧化铁皮的结构，生产高表面质量的免酸洗汽车大梁钢。该专利采用的是高温加热、高温轧制、低温卷取的工艺思想，板坯加热温度为1200-1300℃，加热时间为3-3.5h，终轧温度为860-1000℃，卷取温度为540-600℃。

[0006] 公开号为CN101856669A，公开日为2010年10月13号，名称为“热轧带钢表面氧化铁皮柔性化控制方法”的中国专利文献公开了一种热轧带钢表面氧化铁皮柔性化控制方法，该发明针对不同氧化铁皮结构提出了热轧工艺调整方案，控制冷却速度和卷取温度，通过控制FeO的共析反应程度来达到氧化铁皮结构的合理控制，如获得的热轧带钢表面氧化铁皮中Fe3O4的重量含量在70％以上，或者获得的热轧带钢表面氧化铁皮中Fe3O4的重量含量为40-70％，以适应不同的需求。

[0007] 以上专利的目的都是提高氧化铁皮附着性，实现免酸洗，其要点都是通过优化控制钢板表面氧化铁皮结构和氧化铁皮厚度，形成以黑色Fe3O4为主的氧化铁皮，因此这类钢称为“黑皮钢”。虽然黑皮钢中氧化铁皮的Fe3O4含量增加后，其附着性提高了，能减少冲压脱落，但并不能完全避免冲压脱落，并且带氧化铁的热轧板始终无法达到酸洗板和冷轧板的表面质量。同时，其外观和酸洗板、冷轧板的颜色也有明显差异。

发明内容

[0008] 本发明的目的之一在于提供一种高表面质量的免酸洗热轧带钢，其表面的氧化层具有比黑皮钢表面的氧化铁皮更高的附着性和更优的成形性，从而能有效避免冲压过程中的氧化层脱落，达到与酸洗板和冷轧板相近的表面质量。

[0009] 为了实现上述目的，本发明提出了一种高表面质量的免酸洗热轧带钢，其中：所述免酸洗热轧带钢的表面具有氧化层，所述氧化层包括表面氧化层和紧邻表面氧化层并位于表面氧化层内侧的内氧化层，所述表面氧化层包括相对位于外层的纯铁层和相对位于内层的氧化铁层。

[0010] 本发明所述的高表面质量的免酸洗热轧带钢，由于其表面的纯铁层成形性好(优于氧化铁)，从而达到高表面质量，同时大大提高了氧化层的附着性和成形性，使得其表面的氧化层具有比黑皮钢表面的氧化铁皮更高的附着性和更优的成形性，从而能有效避免冲压过程中的氧化层脱落，达到与酸洗板和冷轧板相近的表面质量。

[0011] 进一步地，本发明所述的免酸洗热轧带钢中，所述纯铁层的厚度为0.5-5μm。

[0012] 上述方案中，当纯铁层厚度<0.5μm时，纯铁层的连续性较差，不能达到高表面质量，当纯铁层厚度>5μm时，形成时间较长，对表面质量的进一步提高有限。因此，该方案中限定纯铁层的厚度为0.5-5μm。

[0013] 进一步地，本发明所述的免酸洗热轧带钢中，所述纯铁层的厚度小于等于表面氧化层厚度的二分之一。

[0014] 上述方案中，将纯铁层的厚度限定为小于等于表面氧化层厚度的二分之一，也能达到与纯铁层的厚度小于5μm相似的效果。

[0015] 进一步地，本发明所述的免酸洗热轧带钢中，所述纯铁层在氧化铁层上的覆盖率≥70％。

[0016] 由于当纯铁层在氧化铁层上的覆盖率<70％时，未被纯铁层覆盖的氧化铁层露出较多，会影响外观，也会影响成形过程中表面氧化层的附着性。因此，上述方案限定纯铁层在氧化铁层上的覆盖率≥70％。

[0017] 进一步地，本发明所述的免酸洗热轧带钢中，所述表面氧化层的厚度≤20μm。

[0018] 为了在成型过程中保证表面氧化层有足够的结合力，上述方案限定表面氧化层的厚度≤20μm。若表面氧化层的厚度＞20μm，且纯铁层覆盖率较低，则进行冲压成型时，会出现少量表面氧化层脱落。

[0019] 进一步地，本发明所述的免酸洗热轧带钢中，所述内氧化层中含有Si的氧化物和/或Mn的氧化物。

[0020] 上述方案中，所述内氧化层是在卷取之后形成的。在进行卷取之后，带钢内部的层与层之间处于缺氧状态，由于卷取温度较高，或者卷取后进入保温坑进行保温，在卷取后自然冷却或保温的过程中，带钢钢基板表层的Si和/或Mn和表面氧化层中的O进行反应形成了所述内氧化层。内氧化层的形成促使了纯铁层的形成。

[0021] 进一步地，本发明所述的免酸洗热轧带钢中，所述内氧化层的厚度≤30μm。

[0022] 由于内氧化层对带钢的性能和表面质量并无有利的影响，因此上述方案优选内氧化层厚度≤30μm。

[0023] 进一步地，本发明所述的免酸洗热轧带钢中，其微观组织为铁素体+珠光体+马氏体。

[0024] 进一步地，本发明所述的免酸洗热轧带钢中，所述钢基板的化学元素质量百分含量为：C：0.1～0.5％，Si：1.0～3.0％，Mn：1.0～3.0％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

[0025] 在上述免酸洗热轧带钢中，不可避免的杂质主要是S和P元素，其中可以控制P≤0.015％，S≤0.012％。

[0026] 上述免酸洗热轧带钢中的各化学元素的设计原理为：

[0027] C：C是钢种最基本的强化元素，但是较高的C含量会恶化钢材的焊接性能。因此，C含量需要控制在一个合适的范围。上述方案控制C含量范围为0.1～0.5％。

[0028] Si：Si是抑制碳化物形成元素，能够有效抑制或者推迟碳化物的形成。为了在卷取后利用钢基板中的Si置换表面氧化层中的O，Si含量不能太低，否则置换效果不明显。但是较高的Si含量会降低高温塑性，增加炼钢、连铸和热轧过程的缺陷发生率。因此同样需要把Si控制在合适的范围。因此上述方案的Si含量控制为1.0～3.0％。

[0029] Mn：Mn是有效的奥氏体稳定化元素，Mn的作用与C类似，可有效提高材料层错能，降低马氏体转变温度Ms，提高奥氏体稳定性。此外Mn是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利。但是过高的Mn含量会导致钢材的淬透性过高，不利于材料组织的精细控制。因此上述方案的Mn含量控制为1.0～3.0％。

[0030] 更进一步地，上述免酸洗热轧带钢中，其延伸率≥15％，抗拉强度为700-1100MPa，屈服强度为450-750MPa。

[0031] 上述方案使得带钢具有优良的成形性能。

[0032] 本发明的另一目的在于提供一种高表面质量的免酸洗热轧带钢的制造方法，通过该方法可以制造得到上述任意一项免酸洗热轧带钢。

[0033] 为了实现上述目的，本发明提出了如上述任意一项免酸洗热轧带钢的制造方法，其包括步骤：

[0034] (1)冶炼和铸造；

[0035] (2)热轧：加热温度为1100-1300℃，保温1-5h，终轧温度≥850℃，精轧后以1-10℃/s的速度冷却，在600-750℃下卷取热轧板；

[0036] (3)精整。

[0037] 本发明所述的免酸洗热轧带钢的制造方法中：

[0038] 步骤(2)中卷取温度是保证获得带钢的纯铁层的重要参数。当卷取温度低于600℃时，带钢钢基板中的Si和/或Mn置换表面氧化层中的O的能力较弱，因此很难形成纯铁层。当卷取温度高于750℃时，虽然Si和/或Mn置换表面氧化层中的O的能力较强，但是表面氧化层厚度会增加，内氧化层厚度也会增加，表面氧化层的附着性会变差。因此，本发明方法将卷取温度范围限定为600-750℃。更优地，卷取温度范围可以限定为650-750℃。

[0039] 此外，由于通过本发明方法制造的带钢化学成分中Si和C含量较高，因此强度较高，在步骤(2)中，若热轧时的加热温度过低，在除鳞、轧制过程中，板坯温度降得过低，轧制力要求过高，因此选择加热温度下限为1100℃。另一方面，若热轧时的加热温度过高，会严重粗化原始奥氏体晶粒，不利于最终的性能，因此选择加热温度上限为1300℃。此外，由于带钢化学成分中Si含量较高，在加热过程中，会在板坯表面形成粘性较大的熔融态的Fe2SiO4，若加热温度选择不合理，熔融态的Fe2SiO4会影响除鳞效果，从而在轧制后出现严重的红铁皮缺陷。因此，本发明方法将加热温度范围限定为1100℃-1300℃。更优地，加热温度范围可以限定为1200℃-1300℃。

[0040] 步骤(2)中，保温时间设定为1-5h的目的是为了使板坯充分奥氏体化，若保温时间低于1h，可能板坯中部加热不均匀，保温时间超过5h，板坯表面的表面氧化层增厚，会加大除鳞的难度，同时也会粗化板坯组织，不利于最终的性能。

[0041] 步骤(2)中，选择终轧温度≥850℃的理由主要是考虑对轧制力的影响，当终轧温度<850℃时，会使变形抗力明显增加，从而会大幅增加轧制负荷；另外，当终轧温度过低时，较难保证卷取温度控制在600-750℃。

[0042] 步骤(2)中，选择精轧后以1-10℃/s的速度冷却有利于增加细小析出相得量，从而改善组织性能。

[0043] 优选地，本发明所述的免酸洗热轧带钢的制造方法中，在所述步骤(2)中，将卷取后的钢卷放入保温坑中保温，以进一步促进纯铁层的形成。

[0044] 上述方案中，卷取后的带钢在缓慢冷却或保温过程中发生表面氧化层转变，形成处于表面氧化层外层的纯铁层、处于表面氧化层内层的氧化铁层和处于带钢钢基板表层的内氧化层的组织分布。由于Si和/或Mn和O结合形成氧化物的吉布斯自由能高于Fe和O结合形成氧化物的吉布斯自由能，因此带钢钢基板表层的Si和/或Mn夺取表面氧化层中的O，形成了内氧化层。在卷取之后的缓慢冷却或保温过程中，表面氧化层和带钢钢基板表层形成了一定的O含量分布梯度，导致O向带钢钢基板表层扩散，而氧化铁被Si和/或Mn还原。由于表面氧化层表面处于缺氧状态，还原得到的铁无法再被氧化，因此最终纯铁层在表面氧化层的表面形成。由于纯铁层是纯铁，其外观与冷轧板接近，且成形性优于氧化铁。

[0045] 进一步地，本发明所述的免酸洗热轧带钢的制造方法中，在所述步骤(3)中，切除带钢带头、带尾的长度为5-10m，带钢的切边量最小为30mm。

[0046] 由于带钢卷取之后，外圈和内圈和空气接触的部分，不是缺氧状态，因此不会形成纯铁层；此外，卷取之后的带钢边部以及接近内圈和外圈的位置，由于存在少量空隙，也会有氧气补充，所以这些位置也不会形成纯铁层。因此，在步骤(3)精整工序，切除带钢的带头、带尾，并进行切边。上述方案中，限定步骤(3)中切除带头、带尾的长度为5-10m；切边量最小30mm。

[0047] 本发明所述的高表面质量的免酸洗热轧带钢，其具有以下优点和有益效果：

[0048] (1)外观和表面质量与冷轧板相近。

[0049] (2)成形性优良，表面氧化层附着性优于黑皮钢，冲压过程中不会有表面氧化层脱落。

[0050] (3)可只通过热轧，不用酸洗得到。

[0051] 本发明所述的高表面质量的免酸洗热轧带钢的制造方法，其可用于制造本发明所述的高表面质量的免酸洗热轧带钢，只要通过成分设计和工艺调整，即可在现有热轧产线上实现，不用酸洗，成本低、质量高，具有替代酸洗板和部分冷轧板的应用前景。

附图说明

[0052] 图1为本发明所述的高表面质量的免酸洗热轧带钢的结构示意图。

[0053] 图2为实施例A1的表面扫描电镜照片。

[0054] 图3为对比例B1的表面扫描电镜照片。

[0055] 图4为实施例A1的截面光学显微镜照片。

[0056] 图5为对比例B1的截面光学显微镜照片。

[0057] 图6为实施例A1的截面扫描电镜照片。

[0058] 图7为图6局部A的放大照片。

[0059] 图8为实施例A1的截面金相能谱线扫描结果。

具体实施方式

[0060] 下面将结合附图说明和具体的实施例对本发明所述的高表面质量的免酸洗热轧带钢及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

[0061] 图1示意了本发明所述的高表面质量的免酸洗热轧带钢的结构。

[0062] 如图1所示，本发明所述的高表面质量的免酸洗热轧带钢包括钢基板1和氧化层，其中氧化层包括表面氧化层2和紧邻表面氧化层2并位于表面氧化层2内侧的内氧化层3，该表面氧化层2包括相对位于外层的纯铁层21和相对位于内层的氧化铁层22。

[0063] 带钢实施例A1-A12、对比例B1-B5

[0064] 表1列出了实施例A1-A12的高表面质量的免酸洗热轧带钢以及对比例B1-B5的带钢的结构数据。

[0065] 表1.

[0066]

[0067] 从表1可以看出，实施例A1-A12的高表面质量的免酸洗热轧带钢其纯铁层的厚度为0.5-5μm，纯铁层的厚度小于表面氧化层厚度的二分之一，纯铁层在氧化铁层上的覆盖率大于70％，表面氧化层的厚度小于20μm，内氧化层的厚度小于30μm。

[0068] 图2显示了实施例A1的表面形貌。图3显示了对比例B1的表面形貌。图4显示了实施例A1的截面金相结构。图5显示了对比例B1的截面金相结构。图6显示了实施例A1的截面形貌。图7放大显示了图6中局部A的截面形貌。图8显示了实施例A1的截面金相能谱线扫描结果。

[0069] 如图2，从实施例A1的表面形貌可以观察到覆盖在氧化铁层22a(相对深色)表面的纯铁层21a(相对浅色)和未被完全覆盖的氧化铁层22a。采用图像软件对纯铁层21a的覆盖率进行计算，得到纯铁层21a覆盖率为90％。如图3，从对比例B1的表面形貌可以观察到表面被完整的氧化铁层22b覆盖，无纯铁层。如图4，从实施例A1的截面金相结构可以观察到纯铁层21a厚度为1.9μm，表面氧化层2a厚度5.6μm，钢基板1a表层的内氧化层3a厚度8.4μm，微观组织为铁素体+珠光体+马氏体。如图5，从对比例B1的截面金相结构可以观察到表面被完整的氧化铁层22b覆盖，无纯铁层。如图6和图7，从实施例A1的截面形貌可以观察到纯铁层21a，氧化铁层22a，内氧化层3a以及钢基板1a。内氧化层3a中可以观察到分别位于晶内和晶界位置的Si、Mn氧化物。如图8，实施例A1的截面金相能谱线扫描结果包括Mn、Si、O以及Fe。

[0070] 表2列出了实施例A1-A12的高表面质量的免酸洗热轧带钢以及对比例B1-B5的带钢的测试性能数据。

[0071] 表2.

[0072]

[0073]

[0074] 从表2可以看出，实施例A1-A12的高表面质量的免酸洗热轧带钢其延伸率≥15％，抗拉强度为700-1100MPa，屈服强度为450-750MPa。表面氧化层附着性良好。

[0075] 表1中的实施例A1-A12和对比例B1-B5的带钢按照下述方法步骤制得(对比例的某些参数不在相应限定范围内)：

[0076] (1)按照表4中相应成分的化学元素质量百分比进行冶炼和铸造。

[0077] (2)热轧：加热温度为1100-1300℃，保温1-5h，终轧温度≥850℃，精轧后以1-10℃/s的速度冷却，在600-750℃下卷取热轧板；将卷取后的钢卷放入保温坑中保温。

[0078] (3)精整，切除带钢的带头、带尾，并进行切边。其中，切除带钢带头、带尾的长度为5-10m，带钢的切边量最小为30mm。

[0079] 表3列出了上述步骤中的具体工艺参数。

[0080] 表3.

[0081]

[0082] 表4列出了表3中所列成分的化学元素质量百分含量。

[0083] 表4(wt％，余量为Fe)

[0084]成分 C Si Mn P S
I 0.18 1.5 2.8 0.011 0.000
II 0.16 1.8 2.2 0.013 0.000
III 0.30 2.2 1.5 0.011 0.001
IV 0.20 0.5 1.2 0.008 0.001
V 0.01 0.2 1.0 0.010 0.001

[0085] 从表4可以看出，成分I、II、III中化学元素质量百分含量范围控制在：C：0.1～0.5％，Si：1.0～3.0％，Mn：1.0～3.0％。成分IV的Si含量为0.5％，小于成分I、II、III中Si含量的下限；成分V的Si含量更低，为0.2％，且C含量仅0.01％，为超低碳成分设计。

[0086] 结合参考表1-表4，对比例B1-B3虽然采用成分I，但卷取温度低于600℃，在卷取之后，无法进行置换反应，从而无法形成纯铁层。对比例B4-B5中，即使卷取温度在600-750℃范围内，由于Si含量过低，没有足够的Si元素置换表面氧化层中的O元素，因此不会或者很少出现纯铁层。

[0087] 需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。