一种高强高延伸率的镀锡原板及其二次冷轧方法

一种高强高延伸率的镀锡原板及其二次冷轧方法
【专利摘要】一种高强高延伸率的镀锡原板及其二次冷轧方法，其镀锡原板成分质量百分比为：C：0.065～0.12％，Mn：0.2～0.8％，Al：0.01～0.08％，N：0.003～0.015％，其余为Fe和不可避免杂质；该原板需经二次冷轧，二次冷轧压下率控制在5～13％，轧制张力50～100MPa。本发明镀锡原板可保证钢板烘烤后RD、45°和TD三个方向仍具有较高的屈服强度和延伸率，其烘烤硬化后屈服强度RP0.2≥520MPa，轧制方向RD、45°方向、垂直方向TD的延伸率A均大于等于10％。本发明镀锡原板适用于易开盖和标准盖等部件的加工成形。
【专利说明】
一种高强高延伸率的镀锡原板及其二次冷轧方法
技术领域
[0001] 本发明涉及镀锡板制造技术，特别涉及一种高强高延伸率的镀锡原板及其二次冷 车L(DCR)方法，该镀锡原板烘烤硬化后屈服强度RPo. 2彡520MPa，在三个方向（乳制方向RD、 45°方向、垂直方向TD)上延伸率A彡10%。
【背景技术】
[0002] 二次冷乳(DCR)目前被大量应用在镀锡板的制造中，相较于一次冷乳(SCR)方法获 得的镀锡板，DCR获得的镀锡板具有更高的强度、更薄的厚度，从而能有效地实现食品、饮 料、化工用罐、盖材料的减薄、降低成本。不过，DCR方法相较于SCR往往导致钢板延伸率更 低，特别是45°方向和垂直方向TD的延伸率。在用于一些对各向延伸率有较高要求的部件如 易开盖、标准盖生产时，冲制成形前往往还需要表面涂漆并烘烤处理(烘烤温度约200°C，时 间10~30min)，这导致基板因烘烤硬化而各向延伸率进一步降低，从而使得易开盖、标准盖 更容易在基板延伸率最低方向上冲制开裂。如何能控制DCR环节，在提高镀锡板强度的同 时，保证烘烤硬化后基板RD、45°和TD这三个方向的延伸率，是拓展DCR镀锡板市场应用的主 要课题。
[0003] 目前国内外公开的相关DCR方法的专利如下：
[0004] 美国专利US7501031B2公开了一种成分质量百分比为C:0.003%~0.005%，Si彡 0.04%，Mn彡0·6%，Ρ:0·005~0.03%，S彡0.02%，A1 彡0.005~0·1%，Ν彡0.005%的钢种， 该钢种适用于SCR、DCR两种方法，能获得硬度61 ± 3到76 ± 3 (HR30T)的不同钢板，且保证Δ r 较小。
[0005] 中国专利CN102234736A公开了一种高强度、优良各向同性二次冷乳镀锡原板的制 造方法，通过对一种合金成分为：(： :0.02%~0.06%，5丨彡0.03%，]\111:0.10~0.30%，？彡 0.015%，S彡0.015%，A1:0.03~0.10%低碳钢进行热乳控制：加热温度彡1180°C，终乳温 度Ar3以上，卷取温度620~750 °C、一次冷乳控制:压下率75~90 %、连续退火控制：退火温 度:640~700°C，退火时间50~150s、二次冷乳控制：压下率15~35%，获得HR30T60~80、制 耳率< 5 %的DCR镀锡原板。
[0006] 以上专利二次冷乳率大，往往导致最终钢板各向异性变大，横向上延伸率会大大 降低。
[0007] 中国专利CN101649381A公开了一种DCR镀锡原板的生产方法，对一种低碳钢进行 一次冷乳控制:乳下率85~90%，罩式退火控制:退火温度510~560 °C、二次冷乳控制:乳下 率30~40%，获得了具有厚度薄、硬度高、耐腐蚀性能好、深冲加工性能好等优点的钢板。
[0008] 罩式退火往往获得较低强度加较高延伸率的配合，且以上专利二次冷乳段压下率 大。
[0009] 国际专利W02008/018531A1公开了一种DCR镀锡原板的制造方法，通过对一种成分 为C: 0.02~0.06%，Si彡0.03%，Mn :0.05~0.5%，P彡0.02%，S彡0.02%，A1:0.02~ 0.1 %，N: 0.008~0.015%的低碳钢进行生产控制：加热温度彡1200°C，卷取温度<600°C， 一次冷乳压下率彡80%，二次冷乳压下率6~15%，获得了RD方向延伸率达到10%、TD方向 延伸率达到5%以上的DCR板。
[0010] 美国US7169243B2公开了连续退火阶段冷却速度100°C/s以上时，获得的DCR材的 抗拉强度Rm与乳向延伸率A%的对应关系式：（640~Rm)/10彡A%彡（700~Rm)/ll。

【发明内容】

[0011] 本发明的目的在于提供一种高强高延伸率的镀锡原板及其二次冷乳方法，通过该 方法获得的镀锡原板可保证钢板烘烤后RD、45°和TD三个方向仍具有较高的屈服强度和延 伸率，其烘烤硬化后屈服强度RP〇. 2$520MPa，乳制方向RD、45°方向、垂直方向TD的延伸率A 均大于等于10%，该镀锡原板适用于易开盖和标准盖等部件的加工成形。
[0012] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0013] -种高强高延伸率的镀锡原板，其成分质量百分比为:C:0.065~0.12%，Μη:0.2 ~0.8%，A1:0.01~0.08%，N:0.003~0.015%，其余为Fe和不可避免杂质；该原板需经二 次冷乳，二次冷乳压下率控制在5~13%，乳制张力50~IOOMPa。
[0014] 进一步，所述镀锡原板成分还含有：B: 0 · 001 %~0 · 005 %，Cr: 0 · 01~0 · 05 %，Ti : 0.001 ~0.1%，Nb:0.001~0.2%，Cu:0.01~0.03%，Μ〇:0·002%~0.008% 中一种或一种 以上，以质量百分比计。
[0015] 又进一步，所述镀锡原板烘烤硬化后屈服强度RPQ.2$520MPa，在乳制方向RD、45° 方向、垂直方向TD的延伸率均大于等于10%。
[0016] 所述镀锡原板的显微组织为铁素体+带状分布的颗粒状渗碳体。
[0017] 在本发明钢的成分设计中：
[0018] C元素在材料中以间隙原子形式固溶或以渗碳体形式析出在基体中，对钢板起到 固溶强化和析出强化从而提高钢板屈服强度的作用，其他成分不变的情况下，越高的C含量 对钢板的强化效果越强，因此本发明镀锡原板C含量控制在0.065%以上。但C含量过高容易 导致塑性降低，对产品最终加工性能、各向同性，尤其是材料抗时效性能均有不利影响，因 此本发明镀锡原板C含量上限控制在0.12%以下。
[0019] Mn元素是钢中的强化元素、脱硫，但含量过高对材料冲压加工性能不利。本发明适 用钢的Mn含量控制在0.2~0.8%。
[0020] Al元素在钢中主要起脱氧剂的作用，同时钢中N元素与Al形成AlN析出，消除N元素 对钢的时效性能的影响，本发明适用钢的Al含量控制在0.01~0.08% ;N元素的固溶能大大 提高钢的强度，同时N含量太高导致钢的时效性能差、各向同性也会受到影响，本发明适用 钢的N含量控制在0.003%~0.015%。
[0021] 进一步，所述镀锡原板成分还含有：B: 0 · 001 %~0 · 005 %，Cr: 0 · 01~0 · 05 %，Ti : 0.001 ~0.1%，Nb:0.001~0.2%，Cu:0.01~0.03%，Μ〇:0·002%~0.008% 中一种或一种 以上，以质量百分比计。其中，B元素的添加进一步减少钢板烘烤时效时延伸率的损失，Cr、 1^、他、〇!、1〇的添加均起到进一步提高钢板强度的作用。根据实际应用中对烘烤时效后强 度和延伸率的具体要求，可添加以上成分对钢板性能进行微调。
[0022] 另外，本发明镀锡原板需经二次冷乳，二次冷乳压下率控制在5~13%，乳制张力 50~lOOMPa。
[0023]二次冷乳往往被用于提高钢板的屈服强度。一般二次冷乳压下率15%以上，此时 组织乳制成带状，晶粒内存在更高的位错密度，位错在运动时相互交割加剧，使得阻力增 大，引起变形抗力增大，塑性变形困难，最终导致钢板强度提高，延伸率降低;二次冷乳压下 率的提高尤其使得钢板各向异性也增大，垂直乳制方向上的延伸率会急剧恶化。因此为保 证对钢板强化的同时，各方向上也保证一定延伸率，本发明的二次冷乳方法中二次冷乳压 下率控制在5~13 %的范围内。
[0024]二次冷乳中张力的主要作用在于控制乳钢板形。一般二次冷乳张力110~150MPa。 较大的张力相当于给钢板一个乳向的拉伸变形，因此往往会进一步提高钢板的各向异性， 尤其对二次冷乳钢板烘烤时效后的各向异性有显著影响：张力越大，烘烤后垂直于乳制方 向上延伸率降低越明显;而张力太小，无法保证钢带板形良好，因此本发明中二次冷乳的乳 制张力控制范围为50~lOOMPa。
[0025]本发明中合金成分与二次冷乳工艺相互匹配，且唯一。为保证镀锡原板二次冷乳 后屈服强度指标，成分设计时添加合金成分进行合金强化，如C、Mn两种典型的钢中强化元 素;考虑到镀锡原板在用于制罐或盖前需要经过烘烤，因此钢中添加了适量的N以此使得时 效后镀锡原板的屈服强度能进一步提高；同时为消除钢中添加 N带来的对时效后延伸率的 不利印象，同时为保证钢的纯净度，钢中添加了适量的Al。其他元素 B、Cr、Ti、Nb、Cu、Mo的适 量添加可进一步调节钢的强化能力及烘烤时效特性。
[0026]成分决定了该钢的"潜力"，本发明的二次冷乳方法发挥了其"潜力"。
[0027] 本发明的二次冷乳方法一方面采用对钢板的变形进一步提高钢板的屈服强度，但 同时控制压下率在较低的范围，防止了因压下率过大时钢板延伸率降低的问题;二次冷乳 方法中对张力的控制是本发明的一大创新，我们发现，张力太大烘烤时效后钢板横向上延 伸率会大大降低。当张力50~IOOMPa时，结合5~13%的二次冷乳压下率，才能保证该二次 冷乳方法能提高钢板屈服强度，但不消弱钢板延伸率，尤其是横向延伸率。
[0028] 基于以上两关键技术的结合最终获得镀锡原板组织为铁素体加未固溶的带状分 布渗碳体颗粒。该镀锡原板最终烘烤硬化后屈服强度RPo.2彡520MPa，在乳制方向RD、45°方 向、垂直方向TD的延伸率均大于等于10%。
[0029] 另外，本发明的一种高强高延伸率的镀锡原板的二次冷乳方法，该镀锡原板的成 分质量百分比为：(：：0.065~0.12%，]\111 :0.2~0.8%，厶1:0.01~0.08%小：0.003~ 0.015%，其余为Fe和不可避免杂质;该原板经二次冷乳，二次冷乳压下率控制在5~13%， 乳制张力50~lOOMPa。
[0030] 进一步，所述镀锡原板成分还含有：B: 0 · 001 %~0 · 005 %，Cr: 0 · 01~0 · 05 %，Ti : 0.001 ~0.1%，Nb:0.001~0.2%，Cu:0.01~0.03%，Μ〇:0·002%~0.008% 中一种或一种 以上元素，以质量百分比计。
[0031]优选的，所述镀锡原板二次冷乳前的生产步骤为:转炉炼钢、连续铸坯、热乳、酸 洗、一次冷乳及连续退火。
[0032]优选的，所述钢板二次冷乳前的热乳步骤为：板坯加热至多1120°C，终乳温度多 840°(：，卷取温度<650°(：。
[0033]优选的，所述镀锡原板二次冷乳前的一次冷乳的压下率为85%~90%。
[0034]优选的，所述镀锡原板二次冷乳前的连续退火步骤中，退火温度为620~680°C。
[0035] 本发明所述镀锡原板烘烤硬化后烘烤硬化后屈服强度RPq.2彡520MPa，在乳制方向 RD、45°方向、垂直方向TD的延伸率均大于等于10%。
[0036] 本发明所述镀锡原板的显微组织为铁素体+带状分布的颗粒状渗碳体。
[0037]本发明钢在二次冷乳前：
[0038] 热乳工序中，加热温度太低会导致钢中奥氏体无法完全再结晶，从而影响热乳后 晶粒的细化;C、N元素无法有效固溶，可能影响最终二次冷乳后钢的屈服强度，本发明适用 钢热乳加热温度彡1120 °C。
[0039] 热乳终乳温度过低导致进入铁素体+奥氏体两相区乳制，容易导致终乳晶粒不均 匀，最终影响二次冷乳后钢板的性能均匀性，本发明适用钢热乳终乳温度多840°C;热乳卷 取温度太高，导致碳化物聚集长大或者形成粗大珠光体组织，这样导致最终二次冷乳钢的 强度降低，本发明适用钢热乳卷取温度<650°C。
[0040] 热乳后进行第一次冷乳，选取冷乳压下率较低会导致最终二次冷乳钢的屈服强度 偏低，压下率过高对各向同性不利，且设备要求会更高，本发明适用钢一次冷乳压下率范围 为85%~90%;冷乳后的退火是有效消除钢中内应力，调整钢的各向同性，促进钢中晶粒再 结晶的一个阶段。过高导致钢的强度会降低，过低导致再结晶不充分，影响钢的各向同性。 本发明适用钢的连续退火温度为620~680°C。
[0041 ]与现有技术相比，本发明的有益效果明显：
[0042]相较美国专利US7501031B2公开的超低碳成分钢种，本发明中公开钢种合金成分 与之差别很大，尤其C含量高一个数量级，作为一种钢中强化元素，C的差异必然导致两种钢 相同工艺下屈服强度会有很大差异，且以上专利发明的这种超低碳钢对炼钢、夹杂控制要 求较为严格，本发明成分炼钢成本低，夹杂易于控制。
[0043]相较于中国专利CN102234736A对大的二次冷乳率要求，本发明与之合金成分也存 在很大不同，且本发明公开的二次冷乳方法压下率明显小于以上专利，低乳制张力能耗更 低。这种大二次冷乳率往往导致最终钢板各向异性变大，横向上延伸率会大大降低。
[0044]相较于中国专利CN101649381A采用罩式退火的连退工艺，本发明公开镀锡原板退 火段采用的是连续退火，与以上专利的罩式退火方式获得钢板存在根本不同：罩式退火往 往获得较低强度加较高延伸率的配合，连退相比而言强度更高，延伸率更低。且二次冷乳段 压下率也差异很大。且本发明采用连退工艺获得钢板性能稳定性更强，且能耗及成本较低。
[0045]且以上三专利与本发明获得钢板最终性能指标不同，以上专利未做对烘烤时效后 各向高延伸率的保证要求。
[0046]相较国际专利W02008/018531A1，本发明公开镀锡原板合金成分与以上专利存在 很大差异。本发明镀锡原板烘烤硬化后TD方向延伸率仍能保持大于10%，性能更优。本发明 通过除了控制二次冷乳乳下率:5~13 %，还控制了乳制张力范围：50~IOOMPa，获得的镀锡 原板烘烤硬化后屈服强度RPq.2彡520MPa，在乳制方向RD、45°方向、垂直方向TD的延伸率均 大于等于10%，比以上专利性能更加优异。
[0047]相较美国US7169243B2,本发明采用方法完全不同，且美国专利中发明这种高冷速 退火方法对设备要求较高，且在薄板的生产中很容易带来板型不好的问题，不利于生产较 宽规格镀锡原板。本发明镀锡原板连续退火段温度620~680°C，冷却段按照常规冷却，无快 速冷却的要求，上述专利与本发明生产方法完全不同。
【附图说明】
[0048]图1为二次冷乳率变化对钢板烘烤硬化后三方向上的屈服强度Rpo.2和延伸率A% 的影响规律的示意图。
[0049]图2为乳制张力对钢板烘烤硬化后三方向上的屈服强度Rpo.2和延伸率A%的影响 规律的示意图。
【具体实施方式】
[0050]下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
[0051 ]表1列出了本发明实施例1~7和对比例1~2的合金成分。表2说明了本发明实施例 1~7和对比例1~2二次冷乳前钢板的工艺。
[0052]表3~5说明了本发明实施例和比较例烘烤硬化后的性能:表3为对实施例1的钢板 不同压下率二次冷乳获得的钢板(实施例1~I、1~2、1~3，对比例1~I、1~2)烘烤硬化后 性能;表4为对实施例2的钢板不同张力下二次冷乳获得的钢板(实施例2~1，对比例2~1) 烘烤硬化后性能;表5为对实施例3~7,对比例1~4的钢板进行不同压下率、张力下二次冷 乳获得钢板的烘烤硬化后性能。
[0053] 表1单位:质量百分比
[0056]表2

[0060] 注：二次冷乳获得的钢板经200°C保温30min进行烘烤硬化后测定力学性能，力学 性能按照JIS5标准加工拉伸样测定，RpO. 2为以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服强度 值，A%为断裂延伸率，测量标距为50mm。
[0061] 表 4
[0063]注：二次冷乳获得的钢板经200°C保温30min进行烘烤硬化后测定力学性能，力学 性能按照JIS5标准加工拉伸样测定，RpO. 2为以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服强度 值，A%为断裂延伸率，测量标距为50mm。
[0064]表 5
[0066]图1说明了二次冷乳率变化对钢板烘烤硬化后三方向上的屈服强度RpO. 2和延伸 率A%的影响规律。其依据实施例1~1、1~2、1~3,比较例1~1、1~2。图中实线为RpO. 2变 化曲线，虚线为A%变化曲线。二次冷乳率升高，强度升高，三方向上延伸率降低。
[0067]图2说明了乳制张力对钢板烘烤硬化后三方向上的屈服强度RpO.2和延伸率A%的 影响规律。其依据实施例1~3、2~1，比较例2~1。图中实线为RP0.2变化曲线，虚线为A%变 化曲线。当乳制张力增大，影响最明显的是TD方向上延伸率会急剧降低。
【主权项】
1. 一种高强高延伸率的镀锡原板，其成分质量百分比为:c:0.065~0.12%，Μη:0.2~ 0.8%，A1:0.01~0.08%，N:0.003~0.015%，其余为Fe和不可避免杂质；该原板需经二次 冷乳，二次冷乳压下率控制在5~13 %，乳制张力50~1 OOMPa。2. 如权利要求1所述的高强高延伸率的镀锡原板，其特征在于：其成分还含有：B: 0.001%~0.005%，Cr:0.01~0.05%，Ti:0.001~0.1%，Nb:0.001~0.2%，Cu:0.01~ 0.03%，Mo:0.002%~0.008%中一种或一种以上，以质量百分比计。3. 如权利要求1或2所述的高强高延伸率的镀锡原板，其特征在于:所述镀锡原板烘烤 硬化后屈服强度RPq.2彡520MPa，在乳制方向RD、45°方向、垂直方向TD的延伸率均大于等于 10%〇4. 如权利要求1或2或3所述的高强高延伸率的镀锡原板，其特征在于:所述镀锡原板的 显微组织为铁素体+带状分布的颗粒状渗碳体。5. -种高强高延伸率的镀锡原板的二次冷乳方法，其特征是，该镀锡原板的成分质量 百分比为：C:0.065~0.12%，Mn:0.2~0.8%，A1:0.01 ~0.08%，Ν:0·003~0.015%，其余 为Fe和不可避免杂质；该原板经二次冷乳，二次冷乳压下率控制在5~13%，乳制张力50~ 100MPa〇6. 如权利要求5所述的高强高延伸率的镀锡原板的二次冷乳方法，其特征是，所述镀锡 原板成分还含有：Β:0·001%~0.005%，Cr:0.01~0.05%，Ti:0.001~0.1%，Nb:0.001~ 0.2%，Cu:0.01~0.03%，Mo:0.002%~0.008%中一种或一种以上元素，以质量百分比计。7. 如权利要求5所述的高强高延伸率的镀锡原板的二次冷乳方法，其特征是，所述镀锡 原板二次冷乳前的生产步骤为:转炉炼钢、连续铸坯、热乳、酸洗、一次冷乳及连续退火。8. 如权利要求7所述的高强高延伸率的镀锡原板的二次冷乳方法，其特征是，所述钢板 二次冷乳前的热乳步骤为:板坯加热至多1120°C，终乳温度多840°C，卷取温度<650°C。9. 如权利要求7所述的高强高延伸率的镀锡原板的二次冷乳方法，其特征是，所述镀锡 原板二次冷乳前一次冷乳的压下率为85 %~90 %。10. 如权利要求7所述的高强高延伸率的镀锡原板的二次冷乳方法，其特征是，所述镀 锡原板二次冷乳前的连续退火步骤中，退火温度为620~680°C。11. 如权利要求5所述的高强高延伸率的镀锡原板的二次冷乳方法，其特征是:所述镀 锡原板烘烤硬化后屈服强度RPq.2彡520MPa，在乳制方向RD、45°方向、垂直方向TD的延伸率 均大于等于10%。12. 如权利要求5所述的高强高延伸率的镀锡原板的二次冷乳方法，其特征是:所述镀 锡原板的显微组织为铁素体+带状分布的颗粒状渗碳体。
【文档编号】C21D8/02GK106086643SQ201610466945
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】连福亮, 班必俊, 梁高飞
【申请人】宝山钢铁股份有限公司