[0001] 本发明涉及一种方法，具体涉及一种解决薄规格镀铝锌建筑结构钢开裂的方法，属于热轧和冷轧控制技术领域。

[0002] 镀铝锌建筑行业同质化竞争较为激烈，用户对高强度减薄规格的这种冷轧钢卷需求日益上升，因为减薄可以多出料，利于用户降低成本。因此，用户希望对常规牌号如DC51\S300用途材料的厚度由0.6‑0.7毫米减薄到0.5‑0.6毫米，可明显降低建筑用钢成本。但因该材料在冷轧减薄时，强度不能得到保证，因此就一直没有开发，而是使用牌号为S550的镀铝锌建筑结构冷轧钢，虽然可以减薄，但延伸性能不能满足要求，用户使用时经常发生基板开裂情况，造成材料报废。因此，开发强度高，且有一定塑性(即延伸率得到保证)的薄规格镀铝锌建筑结构冷轧钢越来越重要。

[0003] 因此，为了开发既能保性能(保强度和延伸率)，又能减薄而不开裂的镀铝锌建筑结构冷轧钢，本技术从化学成分、热轧热处理和冷轧热处理三个角度进行了研究。在化学成分上，把锰含量由0.7％‑0.9％提高到1.40％‑1.55％，另外增加了铌成分，其含量在0.035％‑0.045％。热轧热处理终轧温度控制在840℃‑880℃，卷取温度控制在620℃‑660℃，并采用前段冷却方式。冷轧热镀退火热处理温度控制在790℃‑830℃，并采用前段超快冷方式。

[0004] 本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种解决薄规格镀铝锌建筑结构钢开裂的方法，该技术方案在研究过程中出现三个难度。难度之一：材料减薄后，使用时承载能力差，需要用强度(屈服和抗拉强度)来弥补。即既要材料比原先的薄(由0.6‑0.7毫米减薄到0.5‑0.6毫米)，又要强度比原先的厚材高(根据用户要求，屈服和抗拉强度各比原先高出50MPa，延伸率至少保持原先水平)。采取的措施是增加合金锰与铌，优化热轧和冷轧热处理的冷却工艺。难度之二：在成分设计中，最理想的成分设计是添加并提高铌含量，以此解决材料的强度和延伸率不够的问题，据此，铌含量拟设计到0.07％，但由于铌合金成本高，会带来产品成本高利润低的问题，因此单纯靠提高铌含量来改善性能不是可行的方法。为了既能改善性能，又能降低成本，采取的成分设计方案是“高锰中铌”，而不是“低锰高铌”。经研究，发现锰与铌含量的关系在Mn％＝(40‑45)*Nb％时，既能保证性能，又能保证成本。
难度之三：提高材料强度(抗拉和屈服强度)后的热卷在冷轧时，出现轧不动(即难轧制)的问题，造成冷轧卷出现浪形缺陷。解决此问题的措施是在热轧时，把热轧卷成品厚度由原来的2.0毫米调整到1.8毫米，即降低热轧卷的压缩比，然后再送往冷轧轧制到0.5毫米的规格，但在送往热镀工序时，由于轧硬卷的压缩比低，使得材料的再结晶温度提高了20℃，经研究发现材料的再结晶温度提高多少，则冷轧退火温度在原先的基础上就增加多少，即：冷轧热处理的退火温度＝改进前材料的退火温度+材料在压缩比降低时再结晶温度的增加值。如果温度过高，则会多消耗能源并增加设备的损耗。如果按再结晶温度的增加值作为退火温度的增加值，既能达到目的，又能节能降耗。因此在冷轧退火时，退火温度相应提高20℃。最终把冷轧卷厚度轧制到0.5‑0.6毫米的减薄规格。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种解决薄规格镀铝锌建筑结构钢开裂的方法，其特征在于，所述方法如下：

[0006] 步骤1：合理控制薄规格镀铝锌建筑结构冷轧钢的化学成分，

[0007] 步骤2：合理控制薄规格镀铝锌建筑结构冷轧钢的热轧热处理工艺。

[0008] 其中，步骤1：合理控制薄规格镀铝锌建筑结构冷轧钢的化学成分，具体如下：按照质量百分数，C：0.066％‑0.094％，Si：0.1％‑0.2％，Mn：1.4％‑1.55％，Nb：0.035％‑0.045％，Alt：0.035％‑0.045％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，其余为不可避免的杂质元素。

[0009] 其中，步骤1中，锰与铌含量具备这样的关系：Mn％＝(40‑45)*Nb％。

[0010] 步骤2中，卷取温度在620℃‑660℃，为了能保证所需的强度在允许的标准范围，其终轧温度控制在840℃‑880℃，冷却方式采用前段冷却，其目的是提高钢材的强度，热镀退火温度控制在790℃‑830℃，并采用前段超快冷冷却方式，其目的是提高钢材的强度。如前所述，材料在热轧工序轧制时需要减薄轧制，使得冷轧轧制压缩比降低来减少冷轧轧制负荷，但会提高材料的再结晶温度，经研究，冷轧退火温度与再结晶温度存在这样的关系：冷轧退火温度＝改进前材料的退火温度+材料在压缩比降低时再结晶温度的增加值。

[0011] 在热轧工艺热处理过程中，总是希望热轧温度在727℃以上，因为在这样的温度下，材料组织是奥氏体，具有塑性好，利于成材等优点。而温度低于727℃时，材料中的奥氏体会转变为脆性大的珠光体(这种转变叫共析转变)，不便于轧制成材。温度高虽然好，但如果过高，则材料中的晶粒粗大，会降低材料强度。因此，希望在终轧这个热轧最后阶段，实现低温下的奥氏体轧制，但低温下材料中的奥氏体很容易转变为脆性大的珠光体(由铁素体与渗碳体组成)。

[0012] 为了实现较低的终轧温度，阻止珠光体产生，改进思路是推迟材料中的奥氏体向珠光体转变的时间和实现低温轧制。这样在终轧时，钢卷中的大多数组织仍处于奥氏体区，奥氏体晶粒又细，确保钢卷轧制质量(不会开裂、保证强度等)。采取的措施是在钢产品的成分设计中采用“高锰中铌”合金含量。如前所述，在轧制过程中材料随着温度的下降，奥氏体会转变为珠光体，但材料中的铌，与碳的结合能力强，阻碍了碳的析出，推迟了渗碳体的形成，从而延缓了材料中的珠光体形成，使得材料有充分时间处于奥氏体轧制。另外，材料中的锰，其特点是容易与材料中的渗碳体结合，形成锰合金渗碳体(Fe,Mn)3C，该组织进一步阻碍了发生珠光体的共析转变(因为渗碳体被合金锰化合，减缓了珠光体的形成)。故在铌和锰这两种合金的作用下，使得钢卷在低于珠光体形成的温度(即共析转变温度，727℃)，继续保持奥氏体组织下的轧制。这是本专利的一个亮点，未发现有其它专利或文献报道。

[0013] 另外，通过实验，发现锰铌含量保持在Mn％＝(40‑45)*Nb％，既能实现以上措施，又能尽最大可能地降低生产成本。

[0014] 至于在热轧时采用前段冷却方式，其目的是控制奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒、提高强度的作用。

[0015] 本方案提出一种薄规格镀铝锌建筑结构冷轧钢的冷轧热处理(热镀退火)工艺，其热镀退火温度控制在790℃‑830℃，并采用前段超快冷冷却方式。其目的是提高钢材的强度。在冷轧退火处理过程中，采用790‑830℃退火温度，属于低温退火。目的是能够延迟退火时材料的晶粒长大时间，从而保持退火过程的晶粒细小。同行的退火温度控制较高，在880‑920℃，原因是成分设计没有采取锰铌合金,在这样的情况下，如果实现低温退火，则会发生珠光体共析转变，不利于轧制成才。钢卷退火后，就要进行镀锌，这时要求钢卷的温度接近锌锅温度，因此在冷却工艺上，需要进行前段超快冷却，另外也起到细化晶粒的作用。如前所述，材料在热轧工序轧制时需要就需要减薄轧制(在冷轧时再减薄到0.5毫米)，以免冷轧时出现轧不动问题。但在热轧减薄轧制时，会提高材料在后续冷轧时的再结晶温度，经研究，冷轧退火温度与再结晶温度存在这样的关系：冷轧退火温度＝改进前材料的退火温度+材料在冷轧时再结晶温度的增加值。

[0016] 相对于现有技术，本发明具有如下优点，采用上述方案后，有效的方案解决了薄规格镀铝锌建筑结构钢开裂的技术问题，之所有采用上述范围，原因如下：

[0017] 碳成分0.066％‑0.094％：属于低碳钢范围，原因是避开包晶钢碳范围，以防炼钢板坯发生角裂缺陷。另外，把碳控制在低碳范围，能改善材料的韧塑性，这是该钢种必须要有的指标。但如果一味地把碳往低处控制，则会增加炼钢成本，不可取，再说目前的碳控制范围，已经满足要求。

[0018] 硅：其在材料中的作用是提高强度，但如果过高，则会增加材料的脆性。经研究，发现把硅控制在本发明要求的范围，比较适合。

[0019] 锰成分1.4％‑1.55％：属于强化材料强度的元素，在材料中形成硫化锰、氮化锰等锰的化合沉淀物，沉淀在铁素体晶界处，阻碍晶体之间的滑移，则提高了材料的强度。另外，这些沉淀物也会聚集在材料晶体的位错缺陷中，使得材料在拉伸过程中，位错绕过沉淀物，增加了材料的延伸率。在本专利材料成分设计中综合考虑性能和成本，其与铌的含量存在这样的关系：Mn％＝(40‑45)*Nb％。

[0020] 铌成分0.035％‑0.045％：铌在本发明材料中有三个作用：一是在热轧时，阻碍奥氏体在结晶，使得材料在轧制时奥氏体越轧越细，从而保证了轧制完成后奥氏体转变成的铁素体晶体的细小化，以保证材料的强度。二是铌的化合物(碳化铌、氮化铌等)沉淀物沉淀在铁素体晶界中，阻碍晶体之间的滑移，保证材料的强度。三是冷轧退火时，延缓了铁素体再结晶，进一步细化铁素体晶粒，由于晶粒细化，既增加材料的强度，又增加了其延伸率(增加塑性)。铝，这里的铝是钢中的全铝0.035％‑0.045％：在材料的炼钢过程中起到脱氧作用，脱去钢水中的氧原子，减少氧化物夹杂。如果控制过低，则会脱氧不足，材料中的氧化物多，如果控制过高，则会增加材料的生产成本。

[0021] 磷、硫和不可避免的杂质，磷(P)≤0.015％，硫(S)≤0.005％。这些元素在材料中属于杂质，越少越好。

[0022] 热轧热处理温度和冷却机制的控制机理：选择终轧温度在840℃‑880℃这个范围，主要考虑在AR3(奥氏体动态转变铁素体的相变温度点)温度线以上略高一些，确保在奥氏体单相区轧制，但不宜过高，因为终轧温度过高导致奥氏体组织粗大且影响表面质量。如果温度过低，会出现两相区轧制，进而导致粗晶、混晶等组织不良，造成材料性能均匀性较差。选择卷取温度在620℃‑660℃范围，是因为能保证所需的强度在允许的标准范围。过高或过低的卷取温度，都不能保证强度在标准范围。选择前端冷却主要考虑精轧最后机架轧制后到层流冷却过程中，奥氏体易长大，使用前段冷却可缩短此段时间，进一步控制原始奥氏体晶粒组织尺寸，提高材料强度。

[0023] 冷轧热处理热镀退火温度和冷却机制的控制机理：通过模拟退火试验发现其再结晶温度范围为：740‑780℃，则退火温度必须要超出该再结晶温度。通过试验优化发现，选择790‑830℃的低温退火温度为宜(如前所述，同行选择880‑920℃)。选择退火温度要考虑材料中合金化合物对铁素体再结晶过程起到的延缓作用的影响，低退火温度不仅起到细化铁素体的作用，而且还减少合金化合物的回溶(即如果选择较高的退火温度，则会引起合金化合物熔化)，从而造成铁素体晶粒粗大，降低了材料强度。可见，较高的退火温度不可取，但也不是退火温度越低越好。如果退火温度过低，则会导致材料组织中的部分铁素体未发生再结晶，引起组织不良，造成性能不合。如前所述，使用前段超快冷工艺，能使钢卷温度提前快速并均匀冷却至入锌锅温度，从而缩短再结晶完成后带钢的高温段时间，减少铁素体晶粒的长大，保证了材料的高强性。

[0024] 为了加深对本发明的理解，下面结合实施例做详细的说明。

[0025] 实施例：一种解决薄规格镀铝锌建筑结构钢开裂的方法，相关成为配比如下该镀铝锌建筑用钢的化学成分见表1。其余为铁(Fe)和不可避免的杂质。

[0026] 表1.本发明实施例的化学成分(单位：重量百分比)

[0027] 元素 C Si Mn Nb p S本发明 0.066‑0.094 0.1‑0.2 1.4‑1.55 0.035‑0.045 ≤0.015 ≤0.005实施例1 0.066 0.1 1.4 0.035 0.013 0.002
实施例2 0.076 0.14 1.45 0.039 0.013 0.0031
实施例3 0.084 0.11 1.48 0.043 0.011 0.003
实施例4 0.088 0.13 1.46 0.042 0.010 0.002
实施例5 0.094 0.2 1.55 0.045 0.014 0.003

[0028] 本发明的热轧工艺参数实施情况见表2。

[0029] 表2.本发明的热轧工艺参数实施情况

[0030]

[0031] 本发明冷轧工艺参数实施情况见表3。

[0032] 表3.本发明的冷轧工艺参数实施情况

[0033]

[0034] 本发明材料的性能见表4。

[0035] 表4.本发明材料的产品性能

[0036]

[0037] 本发明与原先技术相比的效果。表5是原先材料的性能

[0038] 表5.改进前材料的产品性能

[0039]

[0040] 由表4本发明材料的产品性能和表5改进前材料的产品性能可见，改进后材料的延伸率保持不变，在原标准内波动，而材料的屈服强度和抗拉强度则分别比原先有显著提高，都至少比原先提高50MPa，从而轧制成的薄规格冷轧板卷(厚度由0.7毫米减薄为0.5毫米)，满足了用户的使用。彻底解决了规格薄、强度低；合金多、成本高；强度高、轧不动等难题。

[0041] 需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。