一种高强度表面质量好的全硬热镀锌钢板及其生产方法 【技术领域】
本发明属于热浸镀锌技术领域，特别涉及一种高强度表面质量好的全硬热镀锌钢板及其生产方法。
背景技术
全硬热镀锌钢板是世界各国现有标准(ASTM A653/A653M-2005，EN10326-2004，JIS G3302-2005)中的结构级连续热镀锌钢板和钢带中强度级别最高的。作为高强度钢种，各标准中除对其强度有较高要求外，对其成型性能、伸长率等指标没有过高要求，甚至没有要求。这样，就可以通过将冷轧板不经过再结晶处理直接浸入锌液中的方法来生产。国内外现有技术的全硬热镀锌板普遍采用低碳钢+低温退火(不充分再结晶，加热温度不超过550℃)技术生产，因低碳钢化学成分的限制，退火温度高于550℃时易产生再结晶，造成强度降低，不能满足钢板力学性能的要求。公开号为特开平10-176253，名为“在连续热镀锌线上未再结晶热镀锌系钢板的制造方法”的日本专利，除了采用低碳钢(化学成分一般为C0.05wt％～0.10wt％，Mn0.2wt％～0.5wt％，其余为Fe和不可避免的杂质)+低温退火(550℃)的技术以外，还在冷却段后部的均衡段采用感应加热带钢的方式，以解决薄规格带钢入锌锅温度低，易产生锌渣、沉没辊印缺陷以及沉没辊寿命低的问题。该技术应用于如图1所示的NOF卧式炉连续热镀锌线。该热镀锌线主要由无氧化加热炉1，喉口2，均热段3，冷却段4，缓冷段5，快冷段6，均衡段7，锌鼻8，锌锅9，沉没辊10，稳定辊11，钢板12，感应加热装置13，感应加热线圈14，高频电源15，钢板温度测定装置16和气刀17等设备组成。
随着热镀锌工艺技术的进步，立式炉由于生产效率高、表面质量好、板形好等优点，已逐渐取代了落后的卧式炉，其具体结构见附图2。NOF立式炉连续热镀锌线的主要设备由预热段21、无氧化加热段22、辐射管加热段23、保温/缓冷段24、冷却段25(没有均衡段)等组成。图中带钢依次经过上述各段，最后经在气体保护条件下进入锌锅完成热镀锌。在辐射管加热段23、保温/缓冷段24、冷却段25内使用5％～20％H2-N2混合气体，无氧化加热段22使用直燃式烧嘴，使用焦炉煤气、天然气或高炉煤气等做为燃料，为保持无氧化段22的弱氧化气氛，一般要求空燃比小于1，无氧化段22产生的烟气进入预热段21，充分利用烟气的余热预热带钢。在NOF立式炉连续热镀锌生产线上，采用上述现有技术生产全硬热镀锌板存在以下问题：
(1)易产生表面质量缺陷：普通CQ级镀锌钢板退火温度一般在700℃左右，与之相比较，采用低碳钢+低温退火工艺生产全硬热镀锌板，为防止钢板强度下降过多，退火温度较低(不高于550℃)，造成无氧化加热段炉温和烟气温度均较低，烟气到达预热段后温度进一步降低，烟气中的水易在钢板表面结露；尤其在使用焦炉煤气、天然气作为燃料气体时，烟气中水含量较多，露点最高可达80℃，水蒸汽在钢板表面结露现象更为严重；当带钢厚度较薄、宽度较窄、工艺速度较低时，要求无氧化加热段的热输出更小，无氧化加热段的烟气温度更低，烟气中的水蒸汽在带钢表面结露几乎无法避免。带钢表面结露后，会造成钢板表面局部严重氧化，生成的氧化膜无法被辐射管加热段、保温段、冷却段的H2+N2混合气体还原，会造成钢板表面局部镀不上锌，也称为漏铁缺陷。
(2)采用低碳钢+低温退火(不高于550℃)生产全硬热镀锌板，由于无氧化加热段的热输出小，煤气、空气流量低，难以保证炉子对环境的正压力，环境中空气易进入炉内，无法保证无氧化加热段的弱氧化气氛，造成带钢表面氧化，产生漏铁或脱锌。当带钢厚度较薄、宽度较窄、工艺速度较低时，漏铁或脱锌现象较为严重。
(3)当带钢厚度较薄、宽度较窄、工艺速度较低时，带钢经过冷却段时的温度损失较大，带钢入锌锅时的温度较低，易产生脱锌、锌渣、沉没辊印等缺陷。特开平10-176253就是在冷却段后部采用感应加热带钢的方式来提高带钢的入锌锅温度的。但这需要增加额外的设备投入，而且在全硬热镀锌板和普通镀锌板转换时势必会增加操作的复杂程度。
(4)在非NOF立式炉连续镀锌线生产带钢厚度较厚(＞1.0mm)的全硬镀锌板时，由于冷轧压下率较小和退火时间较长等原因，钢的屈服强度不能达到550MPa，根据AS1397-2001热浸镀锌或铝锌合金镀层钢板和钢带，厚度介于1.0～1.5mm的全硬热镀锌板的屈服强度只能达到500MPa以上，厚度≥1.5mm的全硬热镀锌板的屈服强度只能达到450MPa以上，只有厚度≤1.0mm的全硬热镀锌板的屈服强度才能达到550MPa以上。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术所存在的缺陷，提供一种适用各种类型(包括NOF立式炉)连续热镀锌线生产的高强度表面质量好的全硬镀锌钢板及其生产方法，。
本发明是这样实现的：该高强度表面质量好的全硬热镀锌钢板的化学成分(重量百分比)为C：0.02％～0.15％、Mn：0.15％～1.50％、Si≤0.05％、Ti和/或Nb：0.02％～0.10％，其余为铁和不可避免的杂质。
本发明成分设计理由：
C元素的存在可起到固溶强化和形成珠光体强化钢板的作用，与Ti、Nb形成第二相粒子，提高再结晶温度。C元素含量高于0.15％，钢板的可焊性不好，还将造成再结晶温度的下降；C含量低于0.02％，将延长VD、RH等真空处理时间，而增加工艺成本。
Mn含量低于0.15％，不能够起到提高钢板强度的目的，高于1.50％，将造成成型、焊接性能的严重恶化。
Si含量高于0.05％时，镀层附着力不良，易产生针孔、漏镀等表面缺陷。
微合金元素Ti和Nb，可以显著提高再结晶激活能，从而提高再结晶温度，可以使带钢在较高地退火温度下不发生再结晶，保持较高的强度。铌钛含量低于0.02％时，形成的第二相数量较少，不能达到有效提高再结晶温度的目的；铌钛含量高于0.10％时，成本增加过多。
本发明高强度表面质量好的全硬热镀锌钢板的生产方法包括冶炼、铸造、轧制和热镀锌工艺，其特点：1)冶炼：采用转炉冶炼和炉外精炼，精确控制各合金元素含量，限制杂质含量，C含量≥0.04％时，可采用普通炉外精炼工艺，C含量≤0.05％时，可采用VD、RH等真空炉外精炼工艺，C含量介于0.04％～0.05％时，可根据操作经验任意选择精炼工艺。2)轧制：热轧加热温度为1150～1260℃，精轧温度为850～1100℃，轧后采用层流快速集中冷却，卷取温度550～700℃；冷轧压下率控制在60～80％，严格控制板型，减少边浪、中浪等缺陷。3)热镀锌：连续退火温度控制在600～710℃，带速可高于生产普通CQ级镀锌板时的正常速度。
本发明冶炼过程中应控制钢中P、S、O、N等的含量，限制Si的含量，钢中钛含量可用普通钛铁调整，也可以使用高钛钛铁，虽然使用普通钛铁对钢中钛含量的控制精度低于高钛钛铁，但普通钛铁价格低，可以降低成本。
热轧加热温度低于1150℃时，铌、钛的C、N化物溶解不充分；高于1260℃时，能耗较大，且氧化烧损严重。
精轧温度低于850℃时，在精轧阶段会因形变诱导析出而析出大量第二相粒子，在这一阶段析出大量二相粒子，对于提高钢板的再结晶温度是及其不利的；精轧温度高于1100℃，工作辊磨损大。轧后快速集中冷却可缩短带钢在相变区停留时间，减少第二相粒子的析出数量。卷取温度低于550℃时，易产生贝氏体，带钢硬度大，冷轧困难；卷取温度高于700℃时，铌、钛的析出量过多，在卷取后易长大，不利于再结晶温度的提高。热轧可采用半连轧、中薄板坯连铸连轧工艺，也可以采用CSP薄板坯连铸连轧工艺。
冷轧压下率低于60％时，需要降低热轧钢板的厚度，冷轧效率较低，成本较高，尤其是当冷轧板厚度较薄时，热轧原板的生产变得十分困难，另外，冷轧压下率过低，冷轧变形量不够，不能很好的通过加工硬化来强化钢板；冷轧压下率超过80％时，冷轧轧制力过大，易造成轧机超负荷，给冷轧带来较大困难，尤其热轧原板厚度较大时更为明显。
如果连续退火温度低于600℃，就需要在冷却段增加加热装置，以保证带钢入锌锅温度，本发明的效果不明显；如果连续退火温度高于710℃，带钢易发生回复、再结晶，强度会降低。
本发明高强度表面质量好的全硬热镀锌钢板及其生产方法适用于各种类型的连续热镀锌线，能提高全硬热镀锌板的强度。即便在NOF立式炉连续热镀锌线上生产，而且冷却段不增加再加热设备，仍能有效解决采用常规方法生产该钢时所产生的漏铁和脱锌等缺陷。
【附图说明】
图1为NOF卧式炉连续热镀锌线的示意图。
图2为NOF立式炉连续热镀锌线的示意图。
【具体实施方式】
下面通过实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
钢的化学成分(重量百分比)C：0.15％，Mn：1.00％，Si：0.04％，Ti：0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。
其工艺流程为：转炉冶炼+炉外精炼→连铸→热轧→酸洗冷连轧→连续热浸镀。
使用高钛钛铁控制钢中的钛含量；热轧加热温度1200℃，精轧开轧温度1000℃，终轧温度860℃，轧后层流冷却，卷取温度550℃；冷轧板厚度规格为0.6mm，冷轧压下率为70％；在NOF立式炉连续热镀锌线生产，连续热浸镀退火温度为600℃，无氧化加热段的加热气体燃料为焦炉煤气。
得到的镀锌钢带表面质量满足FA级表面要求，钢的屈服强度为700MPa。
实施例2
钢的化学成分(重量百分比)C：0.02％，Mn：0.30％，Si：0.05％，Ti：0.08％，余量为铁和不可避免的杂质。
其工艺流程为：转炉冶炼+炉外精炼→连铸连轧→酸洗冷连轧→连续热浸镀
使用普通钛铁控制钢中的钛含量；热轧加热温度1260℃，精轧开轧温度1100℃，终轧温度900℃，轧后快速集中冷却，卷取温度600℃；冷轧板厚度规格为0.4mm，冷轧压下率为80％；在NOF立式炉连续热镀锌线生产，连续热浸镀退火温度710℃，无氧化加热段的加热气体燃料为天然气。
得到的镀锌钢带表面质量满足FB级表面要求，钢的屈服强度为650MPa。
实施例3
钢的化学成分(重量百分比)C：0.10％，Mn：0.15％0，Si：0.03％，Nb：0.04％，余量为铁和不可避免的杂质。
其工艺流程为：转炉冶炼+炉外精炼→连铸连轧→酸洗冷连轧→连续热浸镀
热轧加热温度1150℃，精轧开轧温度1050℃，终轧温度为850℃，轧后快速集中冷却，卷取温度650℃；冷轧板厚度0.8mm，冷轧压下率为60％；在NOF立式炉连续热镀锌线生产，连续热浸镀退火温度690℃，无氧化加热段的加热气体燃料为焦炉煤气。
得到的镀锌钢带表面质量满足FB级表面要求，钢的屈服强度为680MPa。
实施例4
钢的化学成分(重量百分比)C：0.06％，Mn：1.50％，Si：0.01％，Nb：0.05％，Ti：0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。
其工艺流程为：转炉冶炼+炉外精炼→连铸→热轧→酸洗冷连轧→连续热浸镀
热轧加热温度1230℃，精轧开轧温度1080℃，终轧温度880℃，轧后快速集中冷却，卷取温度620℃；冷轧板厚度为0.3mm，冷轧压下率为80％；在NOF立式炉连续热镀锌线生产，连续热浸镀退火温度650℃，无氧化加热段的加热气体燃料为焦炉煤气。
得到的镀锌钢带表面质量满足FB级表面要求，钢的屈服强度为720MPa。
实施例5
钢的化学成分(重量百分比)C：0.08％，Mn：0.80％，Si：0.01％，Nb：0.02％，Ti：0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。
其工艺流程为：转炉冶炼+炉外精炼→连铸→热轧→酸洗冷连轧→连续热浸镀
热轧加热温度1220℃，精轧开轧温度1050℃，终轧温度890℃，轧后快速集中冷却，卷取温度650℃；冷轧板厚度为2.0mm，冷轧压下率为60％；在RTF连续热镀锌线生产，连续热浸镀退火温度650℃，炉内保护气为5％H2+95％N2的混合气。
得到的镀锌钢带表面质量满足FB级表面要求，钢的屈服强度为640MPa。
实施例6
钢的化学成分(重量百分比)C：0.10％，Mn：0.80％，Si：0.01％，Ti：0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。
其工艺流程为：转炉冶炼+炉外精炼→连铸→热轧→酸洗冷连轧→连续热浸镀
热轧加热温度1240℃，精轧开轧温度1050℃，终轧温度870℃，轧后快速集中冷却，卷取温度700℃；冷轧板厚度为1.2mm，冷轧压下率为68％；在NOF立式炉连续热镀锌线生产，连续热浸镀退火温度660℃，无氧化加热段的加热气体燃料为焦炉煤气。
得到的镀锌钢带表面质量满足FB级表面要求，钢的屈服强度为660MPa。