一種用于鋼鋁復(fù)合板的熱軋基板及生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種用于鋼鋁復(fù)合板的熱軋基板，其組分及wt%為：C：0.001～0.015%，Si：0.001～0.015%，Mn：0.1～0.8%，P：<0.015%，S：<0.010%，Al：0.003～0.010%，O：<0.005%；生產(chǎn)步驟：轉(zhuǎn)爐冶煉并經(jīng)RH真空處理；出鋼后連鑄；對鑄坯加熱；粗軋，控制粗軋結(jié)束溫度在1040～1120℃；根據(jù)抗拉強度級別進行柔性化工藝。本發(fā)明形成了鋼鋁復(fù)合用熱軋基板系列，其工藝窗口覆蓋能力強、實物質(zhì)量及生產(chǎn)控制穩(wěn)定，并可根據(jù)不同強度需求、采用統(tǒng)一的冶煉工藝進行柔性化工業(yè)生產(chǎn)，極大地降低了冶煉成本、提高了產(chǎn)品冶煉效率和合同交付效率?？蓮V泛用于汽車水箱用冷卻基管材料以及防腐、裝飾、傳熱材料等領(lǐng)域。
【專利說明】一種用于鋼鋁復(fù)合板的熱軋基板及生產(chǎn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復(fù)合板的基板鋼及生產(chǎn)方法，具體地屬于一種用于鋼鋁復(fù)合板的 熱軋基板及生產(chǎn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)對材料的性能要求越來越高、對材料結(jié)構(gòu)的 改進要求也越來越強烈，單一金屬材料已無法滿足這些需求。于是，集合不同材料的物理、 化學(xué)、力學(xué)性能和價格差別于一體的新型復(fù)合材料，隨之應(yīng)運而生。這將更有效的利用材料 的特性，并克服和彌補單一材料性能的不足，獲得具有更優(yōu)異的綜合性能的材料。
[0003] 雙金屬復(fù)合材料是將兩種或兩種以上的不同物理、化學(xué)性能的金屬利用各自的性 能優(yōu)勢進行分層組合而形成的一類金屬材料，得到的復(fù)合板所具有的綜合性能是任一組元 所無法具備的。
[0004] 鋼鋁復(fù)合材料為雙金屬材料應(yīng)用最為廣泛的品種之一。鋼材是廣泛使用的工程 材料，具有強度及硬度高，耐磨性及延展性好等優(yōu)點。而鋁及鋁合金具有導(dǎo)電性好、導(dǎo)熱性 好、耐蝕性好、吸震隔音、比重?。ㄖ挥袖摰? / 3)、表面光潔與美觀等優(yōu)點，但其強度較低， 耐磨性差。由這兩種材料制成的層疊復(fù)合材料兼?zhèn)淞虽X和鋼的雙重優(yōu)點，克服了兩者的一 些不足，是一種綜合性能好、性能價格比高、具有廣闊的發(fā)展前途及應(yīng)用前景的新型復(fù)合材 料，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛，特別是在汽車、電站空冷系統(tǒng)、炊具、化工等制 造業(yè)得到了大量的應(yīng)用。
[0005] 作為鋼鋁復(fù)合板用基板，經(jīng)過檢索，目前國內(nèi)外研究多集中在以超低碳成分設(shè)計 為主的超深沖冷軋板或烘烤硬化冷軋板方面，以冷軋板作為鋼鋁復(fù)合板用基板必然帶來成 本升高和復(fù)合板厚度規(guī)格小于Imm的不利影響。
[0006] 熱軋鋼板研究的有：陳宇發(fā)表的"超低碳熱軋深沖鋼板的研究"碩士學(xué)位論文 (1998:1-49)，其報道了采用熱模擬機Gl eele2000研究熱軋深沖鋼板坯加熱、熱軋和卷取 生產(chǎn)的各個工藝，運用透射電子顯微鏡和能譜儀觀察和分析第二相粒子和種類、形態(tài)、數(shù) 量、大小、分布及析出位置，找出了含Ti超低碳鋼第二相粒子的組成和析出規(guī)律及沖深性 能優(yōu)良的金相組織要求。研究還發(fā)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的熱軋深沖鋼在α區(qū)終軋并進行退火的 組織和性能變化規(guī)律。退火溫度越高，再結(jié)晶越充分，晶粒尺寸越大，則屈服強度越低，延伸 率越高，而r值略微升高。由于工業(yè)生產(chǎn)在α區(qū)軋制溫度較高，變形組織發(fā)生回復(fù)，積累的 儲存能較小，最終發(fā)展的有利織構(gòu)較弱，相應(yīng)的r值增加有限。其存在成分無法滿足鋼鋁復(fù) 合材料鋼鋁結(jié)合性能要求，且由于通過添加 Ti等合金元素勢必增加原料成本和生產(chǎn)工藝 成本的不足。
[0007] 軋制復(fù)合法可實現(xiàn)金屬復(fù)合材料的批量穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)，但難于生產(chǎn)或不可能生產(chǎn) 兩種金屬的熔點相差懸殊、熱膨脹系數(shù)以及硬度相差很大的復(fù)合材料。如不銹鋼和鋁的復(fù) 合，由于兩金屬熔點相差很大，若采用常規(guī)的軋制方法進行生產(chǎn)，則無法通過熱處理消除不 銹鋼在軋制過程中產(chǎn)生的加工硬化，而影響復(fù)合板的進一步深加工。在現(xiàn)有設(shè)備裝備條件 和技術(shù)水平條件下，不銹鋼在鋼鋁復(fù)合材料的批量應(yīng)用受到限制。
[0008] 冷軋軋制復(fù)合除了對軋機要求相對較高外，退火溫度過高或釬焊過程中局部高 溫，界面也會形成Fe/Al金屬間化合物使材料分層失效。故采用普碳鋼進行鋼鋁復(fù)合，必然 帶來軋機負(fù)荷超載和因金屬間化合物產(chǎn)生惡化復(fù)合結(jié)合性能，因此，針對高復(fù)合結(jié)合性能、 無殘余應(yīng)力與長壽命、耐蝕性能等要求，普碳鋼無法勝任鋼鋁復(fù)合材料鋼基材需求。
[0009] 日本三菱鋁業(yè)提供熱軋等工藝生產(chǎn)的熱交換器用鋁合金復(fù)合板及生產(chǎn)方法(專利 號P2004-59939A、P2005-161383A)，其復(fù)合板材料為含F(xiàn)e不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Al合金，并未選 用鋼基板材料，由此帶來復(fù)合板剛度的不足。
[0010] 中國專利號為：ZL 201010201733. 3、ZL 201010201724. 4、ZL 201010201720. 6 專 利文獻，提出了不同抗拉強度級別的鋼鋁復(fù)合熱軋鋼的生產(chǎn)方法，但其不同抗拉強度級別 對應(yīng)相應(yīng)的成分體系，這必然給冶煉、乳鋼生產(chǎn)計劃帶來組織困難，并產(chǎn)生大量的冶煉帶出 品、導(dǎo)致資源及能耗的嚴(yán)重浪費，并增加生產(chǎn)成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在保證滿足用戶對鋼鋁層疊復(fù)合材料的工 藝復(fù)合性能、彎管成型性能、焊接性能的前提下，用同一種成分而生產(chǎn)出不同抗拉強度級 另IJ，以滿足用戶需求，并有效合理利用資源，減少甚至消除帶出品，且利于鋼鐵冶煉生產(chǎn)組 織的用于鋼鋁復(fù)合板的熱軋基板及生產(chǎn)方法。
[0012] 實現(xiàn)上述目的的措施： 一種用于鋼鋁復(fù)合板的熱軋基板，其組分及重量百分比含量為：C :0. 001?0. 015%， Si :0· 001 ?0· 015%，Mn :0· 1 ?0· 8%，P :〈0· 015%，S :〈0· 010%，Al :0· 003 ?0· 010%，0 : 〈0. 005%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；金相組織為鐵素體，其中鐵素體體積不低于總量的 97%。
[0013] 生產(chǎn)一種用于鋼鋁復(fù)合板的熱軋基板的方法，其步驟： 1) 轉(zhuǎn)爐冶煉并經(jīng)RH真空處理，真空脫碳后根據(jù)鋼種成分目標(biāo)值加錳合金，并常規(guī)進行 二次成分微調(diào)； 2) 出鋼后進行連鑄，其間采用超低碳連鑄保護渣； 3) 對鑄坯加熱，加熱溫度控制在：1200?1300°C ; 4) 進行粗軋，控制粗軋結(jié)束溫度在1040?1120°C ; 5) 根據(jù)抗拉強度級別進行柔性化工藝： 當(dāng)抗拉強度Rm在34(T 370MPa時，控制精軋終軋溫度在850?小于880°C;采用層流冷 卻至卷取溫度；卷取溫度在520?550°C ;卷取后空冷至室溫； 當(dāng)抗拉強度Rm在31(Γ小于340MPa時，控制精軋終軋溫度在880?910°C;采用層流冷 卻至卷取溫度；卷曲溫度在560?590°C進行卷??；卷取后空冷至室溫； 當(dāng)抗拉強度Rm在28(Γ小于310MPa時，控制精軋終軋溫度在910?940°C;采用層流冷 卻至卷取溫度；卷曲溫度在600?630°C ;卷取后空冷至室溫。
[0014] 本發(fā)明中各元素及主要工序的作用 C :碳是最有效的間隙固溶強化元素，因此隨著碳含量的增加，鋼種強度明顯增加，但其 韌性、塑性性能惡化。隨著鋼種碳含量的增加，其屈服強度和抗拉強度也相應(yīng)增大，特別是 碳在組織中以滲碳體(或珠光體)形式存在時能產(chǎn)生很大的相變強化作用。各種試驗結(jié)果表 明，鋼中每增加0. 1%碳含量，其屈服強度平均提高28MPa、抗拉強度平均提高70MPa。Al為 非碳化物形成元素，C元素抑制Al在鋼中的擴散，抑制Fe/Al金屬間化合物的形成。
[0015] Mn:錳是鐵素體置換固溶元素，通過固溶強化提高鋼的強度。根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對力學(xué) 性能的要求，采取低錳合金化設(shè)計。
[0016] Si :硅為置換固溶強化元素。Si對Fe和Al的化學(xué)親合力均大于Al對Fe的化學(xué) 親和力，在擴散退火中，Si會優(yōu)先與Fe和Al結(jié)合，一定程度上阻礙了 Fe、Al的結(jié)合，減少 了 FeAl化合物的生成數(shù)量。由于合金元素的添加量極少，只是固溶到鋼基體和鋁基體中， 從而使兩者的晶格變的緊密，也會阻礙Fe、Al互擴散，減少Fe-Al化合物的生成。但高硅含 量易在表面選擇氧化生產(chǎn)Si02,富集在鋼板表面，這些在表面形成的氧化物會妨礙熱軋卷 酸洗表面質(zhì)量，進而影響鋼鋁復(fù)合性能。
[0017] P :-般情況下，磷作為殘余元素存在于鋼中，當(dāng)磷原子取代鐵原子形成置換固溶 體時，鋼得到強化，在諸多置換固溶體形成元素中，磷的強化能力最大，其強化效應(yīng)7倍于 Si, 10倍于Μη。但磷含量較多時，容易發(fā)生成分偏析、在晶界處偏聚，鋼容易發(fā)生冷脆。
[0018] S :硫是鋼中的有害元素，錳的添加可以與硫形成具有塑性的MnS夾雜，減輕硫的 有害影響，但MnS會引起熱軋鋼板橫向韌性差的問題。并且鋼種采用低錳合金設(shè)計，必須嚴(yán) 格限制硫含量。
[0019] Al :鋁的加入是鋼最有效的脫氧方式。鋁與鋼中氮形成Α1Ν，彌散的AlN阻止奧氏 體再結(jié)晶，細化了轉(zhuǎn)變后的晶粒。但對于超低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，用Al線脫氧，鋼中氧及氧化物夾 雜最少。隨著Al的增加，鋼中夾雜物數(shù)量增多，夾雜物尺寸也將變大，鋼質(zhì)變差，惡化鋼的 沖壓加工性能。更為重要的是，為盡量減少鋼基與覆鋁層界面反應(yīng)，應(yīng)控制鋼基中Al含量。
[0020] 本發(fā)明之所以根據(jù)抗拉強度級別進行柔化工藝，即： 當(dāng)抗拉強度Rm在34(T 370MPa時，控制精軋終軋溫度在850?小于880°C;采用層流冷 卻至卷取溫度；卷取溫度在520?550°C ;卷取后空冷至室溫； 當(dāng)抗拉強度Rm在31(Γ小于340MPa時，控制精軋終軋溫度在880?910°C;采用層流冷 卻至卷取溫度；卷曲溫度在560?590°C進行卷??；卷取后空冷至室溫； 當(dāng)抗拉強度Rm在28(Γ小于310MPa時，控制精軋終軋溫度在910?940°C ;采用層流 冷卻至卷取溫度；卷曲溫度在600?630°C;卷取后空冷至室溫，是由于利用控制熱軋軋制 奧氏體再結(jié)晶過程和Y - α相變過程，即通過柔性化軋制工藝獲得不同鐵素體晶粒度和 一定的碳氮化物析出進而得到不同的抗拉強度級別產(chǎn)品。通過控制終軋溫度影響奧氏體動 態(tài)再結(jié)晶過程，在上述工藝范圍內(nèi)，隨著終軋溫度降低原始奧氏體晶粒細化；通過控制卷取 溫度影響碳氮化物的析出過程，在上述工藝范圍內(nèi)，隨著卷曲溫度下降，抑制了碳氮化物析 出，使碳氮間隙固溶于鋼中提高其強度。
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，形成了鋼鋁復(fù)合用熱軋基板系列，其工藝窗口覆蓋能力 強、實物質(zhì)量及生產(chǎn)控制穩(wěn)定，并可根據(jù)不同強度需求、采用統(tǒng)一的冶煉工藝進行柔性化工 業(yè)生產(chǎn)，極大地降低了冶煉工藝成本、提高了產(chǎn)品冶煉效率和合同交付效率，具有可觀的經(jīng) 濟效益和生產(chǎn)貢獻價值?？蓮V泛用于汽車水箱用冷卻基管材料以及防腐、裝飾、傳熱材料等 領(lǐng)域，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的金相組織圖(鐵素體晶粒度為10級）； 圖2為本發(fā)明的金相組織圖(鐵素體晶粒度為9級）； 圖3為本發(fā)明的金相組織圖(鐵素體晶粒度為8級）； 說明：圖1至圖3為在同一化學(xué)成分下鋼鋁復(fù)合用熱軋基板采用不同柔性化軋制的金 相組織。

【具體實施方式】
[0023] 下面對本發(fā)明予以詳細描述： 表1為本發(fā)明各實施例及對比例的取值列表； 表2為本發(fā)明各實施例及對比例的主要工藝參數(shù)和性能檢測情況列表。
[0024] 本發(fā)明各實施例按照以下步驟生產(chǎn)： 1) 轉(zhuǎn)爐冶煉并經(jīng)RH真空處理，真空脫碳后根據(jù)鋼種成分目標(biāo)值加錳合金，并常規(guī)進行 二次成分微調(diào)； 2) 出鋼后進行連鑄，其間采用超低碳連鑄保護渣； 3) 對鑄坯加熱，加熱溫度控制在：1200?1300°C ; 4) 進行粗軋，控制粗軋結(jié)束溫度在1040?1120°C ; 5) 根據(jù)抗拉強度級別進行柔性化工藝： 當(dāng)抗拉強度Rm在34(T 370MPa時，控制精軋終軋溫度在850?小于880°C;采用層流冷 卻至卷取溫度；卷取溫度在520?550°C ;卷取后空冷至室溫； 當(dāng)抗拉強度Rm在31(Γ小于340MPa時，控制精軋終軋溫度在880?910°C;采用層流冷 卻至卷取溫度；卷曲溫度在560?590°C進行卷?。痪砣『罂绽渲潦覝?； 當(dāng)抗拉強度Rm在28(Γ小于310MPa時，控制精軋終軋溫度在910?940°C;采用層流冷 卻至卷取溫度；卷曲溫度在600?630°C ;卷取后空冷至室溫。
[0025] 表1本發(fā)明各實施例及對比例化學(xué)成分（wt%)

【權(quán)利要求】
1. 一種用于鋼鋁復(fù)合板的熱軋基板，其組分及重量百分比含量為：c :0. 001?0. 015%， Si :0· 001 ?0· 015%，Μη :0· 1 ?0· 8%，P :〈0· 015%，S :〈0· 010%，A1 :0· 003 ?0· 010%，0 : 〈0. 005%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；金相組織為鐵素體，其中鐵素體體積不低于總量的 97%。
2. 生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的一種用于鋼鋁復(fù)合板的熱軋基板的方法，其步驟： 1) 轉(zhuǎn)爐冶煉并經(jīng)RH真空處理，真空脫碳后根據(jù)鋼種成分目標(biāo)值加錳合金，并常規(guī)進行 二次成分微調(diào)； 2) 出鋼后進行連鑄，其間采用超低碳連鑄保護渣； 3) 對鑄坯加熱，加熱溫度控制在：1200?1300°C ; 4) 進行粗軋，控制粗軋結(jié)束溫度在1040?1120°C ; 5) 根據(jù)抗拉強度級別進行柔性化工藝： 當(dāng)抗拉強度&在34(T 370MPa時，控制精軋終軋溫度在850?小于880°C;采用層流冷 卻至卷取溫度；卷取溫度在520?550°C ;卷取后空冷至室溫； 當(dāng)抗拉強度Rm在31(Γ小于340MPa時，控制精軋終軋溫度在880?910°C;采用層流冷 卻至卷取溫度；卷曲溫度在560?590°C進行卷??；卷取后空冷至室溫； 當(dāng)抗拉強度Rm在28(Γ小于310MPa時，控制精軋終軋溫度在910?940°C;采用層流冷 卻至卷取溫度；卷曲溫度在600?630°C ;卷取后空冷至室溫。
【文檔編號】C22C33/04GK104294146SQ201410560878
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】劉祥東, 陳宇, 王立輝, 田德新, 胡寬輝, 林承江, 潘立波 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司