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CN118996235A - 一种低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢及其制备方法 - Google Patents

一种低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢及其制备方法 Download PDF

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CN118996235A
CN118996235A CN202411091174.3A CN202411091174A CN118996235A CN 118996235 A CN118996235 A CN 118996235A CN 202411091174 A CN202411091174 A CN 202411091174A CN 118996235 A CN118996235 A CN 118996235A
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韩春鹏
刘岩军
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Abstract

本发明公开了一种低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢及其制备方法，本发明通过合理的化学成分设计，并优化制备工艺参数，以及在带钢表面通过采用锌铝镁Zn‑6％Al‑3％Mg镀层设计，可以得到一种产品屈服强度≥250MPa，抗拉强度≥360MPa，延伸率≥33％的耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢。相较普通镀锌产品耐腐蚀性提升5～10倍，延长钢材使用寿命，降低了钢材使用成本。

Description

一种低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用 钢及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料加工制造技术领域，具体涉及一种低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢及其制备方法。
背景技术
太阳能光伏发电可有效降低碳排放，实现绿色发电。因此，近几年国家大力在推动光伏发电建设项目，光伏发电建设需要配套的钢材设备需求量也在逐年与日俱增，开发高耐腐蚀热镀锌铝镁产品可满足光伏组装件所需的高耐腐蚀性能，且产品市场需求量及利润指标较普通镀锌产品优势明显，在丰富企业产品结构的同时利润也得以提高。随着国内外对制造业产品绿电指标的增加，光伏发电所需配套的热镀锌铝镁产品未来发展前景将更加广阔，具有广泛市场推广前景。
专利文献CN 115181888 A(以下称文献1)公开一种屈服强度450MPa级低碳低合金热镀铝锌或锌铝镁复相钢及其制造方法，其成分设计中采用碳、硅、锰、铬或铌和钛元素固溶强化机理设计达到产品设计要求，锰含量控制较高1.0～1.6％，连退冷却采用低温设计，带钢组织为铁素体、马氏体、贝氏体、微米级析出物、变形的带状晶粒中至少三种组织的复相组织，产品金相组织复杂，产品组织复杂且不稳定；专利文献中虽然涉及热镀锌铝镁方法，但说明书中未提及锌铝镁镀层中各元素占比内容不明确。
专利文献CN 115161542 A(以下称文献2)公开一种屈服强度550MPa级热镀铝锌或锌铝镁复相钢及其制造方法，其成分设计中采用碳、硅、锰、铬或铌和钛元素固溶强化机理设计达到产品设计要求，屈服强度为550MPa，与本申请存在强度级别差异；带钢组织为铁素体、马氏体、贝氏体、微米级析出物、变形的带状晶粒中至少三种组织的复相组织，产品金相组织复杂，产品组织复杂且不稳定；专利文献中虽然涉及热镀锌铝镁方法，但说明书中未提及锌铝镁镀层中各元素占比，内容不明确。
专利文献CN 112680684 A(以下称文献3)公开一种热浸镀锌铝镁合金镀层及其制备方法，其所涉及内容为锌铝镁镀层制备方法，不涉及带钢热镀锌铝镁工艺，涉及到的技术领域与本申请完全不同，所制备的热浸镀锌铝镁合金镀层化学成分百分比中包含本发明中所使用的镀层种类。
发明内容
本发明旨在提供一种低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢的制备方法，其通过采用低碳、低锰化学成分设计实现产品固溶强化，达到产品要求强度设计，屈服强度≥250MPa，抗拉强度≥330MPa，延伸率(L0＝80mm、b0＝20mm)≥17％，产品强度设计满足光伏结构用钢折弯机简单冲压变形的成性性能。满足化学成分设计要求的铸坯经热轧、酸洗酸轧处理得到带钢，带钢经过设定好具有一定温度的存放液态锌铝镁(Zn-6％Al-3％Mg)热熔锅，使带钢表面均匀的涂挂上锌铝镁溶液，根据用户对镀层重量的要求，采用气刀工序操作处理后，达到不同厚度镀层控制，产制出强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢带。其产品强度、成型形、耐腐蚀可达到用户设计要求，并且具有成本低的特点。
本发明一个方面提供一种低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢的制备方法，其包括以下工序：炼钢工序-热轧工序-酸轧酸洗工序-镀锌工序-带钢光整拉矫工序；其中：
在所述炼钢工序中获得铸坯，并控制所述铸坯的化学成分按重量百分比为C：0.05～0.10％、Si≤0.05％、Mn：0.30～0.50％、P≤0.035％、S≤0.025％、Alt：0.015～0.045％、Ca：0.0008～0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述热轧工序包括：铸坯加热→高压水除鳞→定宽压力机→E1R1粗轧机轧制→E2R2粗轧机轧制→(保温罩)→飞剪切头尾→高压水除鳞→F1～F7精轧机轧制→加密型层流冷却→卷取；其中在铸坯加热中根据轧制厚度不同，控制加热温度为1200±40℃，在炉时间为150-230min，均热温度为1210±40℃，均热温度为20-55min，出炉温度为1170-1250℃，在精轧机轧制过程中，控制精轧工序终轧温度890±20℃，并控制卷取温度为550～630℃；
在所述酸轧酸洗工序中根据成品厚度要求，压下率设定范围50％～77％；
所述镀锌工序和带钢光整拉矫工序包括：热镀锌开卷→焊接→入口活套→清洗→退火炉→锌锅→镀后冷却→水淬→中间活套→光整机→拉伸矫直机→辊涂机→烘干机→空气冷却装置→出口活套→(切边)→表面检查→(涂油)→取样、检验→卷取；其中在退火炉中控制带钢加热/均热温度为710～770℃，缓冷温度为610～650℃，带钢快冷/入锌锅温度范围440～480℃，锌锅内锌铝镁溶液温度控制范围430±5℃，锌锅内锌铝镁熔液为Zn-6％Al-3％Mg；带钢光整拉矫工序根据厚度不同要求炉区钢带速度为65～130m/min，延伸率控制为0.6～1.3％，拉矫机延伸率为0.2～0.4％。
在一些实施方式中，所述炼钢工序包括：KR脱硫→转炉冶炼→LF精炼→板坯连铸，得到所述铸坯；其中：所述KR脱硫结束时铁水中硫含量要≤0.010％，铁水罐表面炉渣扒除比例≥90％；转炉出钢温度控制≥1620℃，转炉出钢开始、结束采用滑板挡渣操作，杜绝转炉炉渣下入钢包内；
所述LF精炼钢包就位后造渣脱硫，精炼炉渣要达到白渣效果，及渣中(FeO+MnO)含量小于1.5％，并加入铝铁、锰铁等合金调整到目标成分范围，LF离位保证钢水中S含量≤0.010％，LF处理结束后进行钙处理，钙处理过程喂入高钙线200m，控制合理的氩气流量，防止钢液裸露，钙处理后保证软吹时间≥8分钟；
所述板坯连铸过程中包全程采用氩气保护，大包浇注过程开启下渣检测设备，大包浇注结束时杜绝大包渣流入中包；铸机浇注过程采用恒拉速控制，根据不同浇注断面拉速设置范围1.1m/min～1.8m/min，中包浇注过热度控制在20℃～35℃。
在一些实施方式中，在所述热轧工序中，所述冷却采用层流连续式冷却设备，冷却代码设置11模式，上段冷却喷嘴为隔一开一，下端冷却喷嘴为隔二开一。
在一些实施方式中，所述酸轧酸洗工序包括：酸轧开卷→焊接→拉矫→酸洗→漂洗→烘干→切边→轧制→卷取；其中：在酸轧工序轧辊表面粗糙度采用2.0～3.0μm，轧制结束要保证带钢表面粗糙度大于1.0μm，从而保证带钢与镀锌具备良好的附着性，避免出现带钢表面出现漏镀、镀层脱落、裂纹等缺陷。
在一些实施方式中，在所述炼钢工序中控制所述铸坯的化学成分按重量百分比为C：0.06～0.07％、Si：0.010～0.020％、Mn：0.32％、P：0.009～0.012％、S：0.005～0.006％、Alt：0.029～0.034％、Ca：0.0013～0.0015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在一些实施方式中，所述低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢的力学性能满足：屈服强度≥250MPa，抗拉强度≥360MPa，延伸率≥33％。
本发明另一方面提供一种低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢，其由上述的方法制备得到。
本发明的有益效果为：本发明通过合理的化学成分设计，并采取上述生产方法可以得到一种低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢。本发明带钢表面通过采用锌铝镁Zn-6％Al-3％Mg镀层设计，大大的提高了钢材的耐腐蚀性能，相较普通镀锌产品耐腐蚀性提升5～10倍，延长钢材使用寿命，降低了钢材使用成本。依据本发明提供的化学成分设计和轧制工艺，可产制完全满足设计要求强度和成型性的耐腐蚀锌铝镁带钢，产品屈服强度≥250MPa，抗拉强度≥360MPa，延伸率≥33％，镀层附着性和冷弯性能均满足设计标准要求。本发明的实施和推广，在丰富企业产品结构的同时可大幅提升产品盈利能力，实现产品提质增效，增强企业市场竞争力。相对于上述文献1-3，本发明成分设计采用低碳、低锰合金化固溶强化设计，产品强度与文献1-3存在级别差异，锰含量范围0.30～0.50％，带钢组织为铁素体和珠光体；镀层种类锌铝镁各元素占比分别为：6％的铝、3％的镁、91％的锌，本发明对镀层成分组成进行明确。相比文献2的带钢表面镀纯锌产品耐蚀性，本发明带钢表面镀锌铝镁耐腐蚀镀层，产品耐腐蚀性能可提高5～10倍，大大延长钢材使用寿命，降低产品使用成本。
附图说明
图1为实施例1-3获得的低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢的照片(从左到右的3个带钢依次对应实施例1-3)。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例1
将铁水进行脱硫预处理，脱硫KR离站铁水S含量为0.003％，处理过程脱硫剂加热量1.6吨，搅拌时间15min，扒渣次数大于1次，扒渣率大于90％，铁水离位温度T为1332℃；采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，废钢加入转炉重量为56吨，铁水加入转炉重量255吨，转炉出钢温度1635℃，出钢碳含量0.04％，出钢过程向钢包加入锰铁、铝铁进行脱氧合金化，出钢前后采用滑板挡渣出钢操作，杜绝下渣，脱氧合金化过程加入中碳锰铁600公斤，铝铁1300公斤。然后将转炉冶炼后钢水进行LF炉外精炼，精炼就位温度1557℃，LF精炼造渣脱氧、脱硫，并调整成分温度，LF处理前期进行合金化处理，加入锰铁230公斤，铝铁500公斤，钙处理喂入钙线450米，合金化结束炉渣形成白渣后进行钙处理，软吹时间9min，软吹过程杜绝钢液裸漏，LF精炼离站温度1571℃。按表1所示的化学成分供铸机。铸机浇注过热度27℃，拉速采用1.30m/min，大包浇注结束开启下渣检测自动关闭水口滑板操作，避免中包下渣。在对板坯进行质量检查后装入加热炉，热轧板坯厚度4.0mm，加热温度为1231℃，加热的时间为185min，均热时间34min，出炉温度1203℃，将加热后的板坯进行高压水除磷。通过定宽压力机定宽，采用2机架粗轧(粗轧采用3+5模式)，7机架CVC精轧，精轧终轧温度为896℃。层流冷却采用连续式冷却方式11，卷取温度598℃。酸轧工序压下率设定65％。镀锌工序轧制厚度1.5mm，退火炉加热/均热温度735℃，缓冷温度640℃，快冷温度466℃，锌锅温度432℃，镀层厚度设定275g/m2，炉区钢带速度设定90m/min，平整机延伸率1.2％，拉矫机延伸率0.3％。对应成品力学性能见表2。
实施例2
将铁水进行脱硫预处理，脱硫KR离站铁水S含量为0.001％，处理过程脱硫剂加热量1.4吨，搅拌时间15min，扒渣次数大于1次，扒渣率大于90％，铁水离位温度T为1338℃；采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，废钢加入转炉重量为47吨，铁水加入转炉重量252吨，转炉出钢温度1642℃，出钢碳含量0.06％，出钢过程向钢包加入锰铁、铝铁进行脱氧合金化，出钢前后采用滑板挡渣出钢操作，杜绝下渣，脱氧合金化过程加入中碳锰铁600公斤，铝铁1200公斤。然后将转炉冶炼后钢水进行LF炉外精炼，精炼就位温度1585℃，LF精炼造渣脱氧、脱硫，并调整成分温度，LF处理前期进行合金化处理，加入锰铁190公斤，铝铁330公斤，钙处理喂入钙线500米，合金化结束炉渣形成白渣后进行钙处理，软吹时间10min，软吹过程杜绝钢液裸漏，LF精炼离站温度1576℃。按表1所示的化学成分供铸机。铸机浇注过热度21℃，拉速采用1.10m/min，大包浇注结束开启下渣检测自动关闭水口滑板操作，避免中包下渣。在对板坯进行质量检查后装入加热炉，热轧板坯厚度4.5mm，加热温度为1198℃，加热的时间为165min，均热时间42min，出炉温度1179℃，将加热后的板坯进行高压水除磷。通过定宽压力机定宽，采用2机架粗轧(粗轧采用3+5模式)，7机架CVC精轧，精轧终轧温度为877℃。层流冷却采用连续式冷却方式11，卷取温度561℃。酸轧工序压下率设定60％。镀锌工序轧制厚度1.84mm，退火炉加热/均热温度727℃，缓冷温度625℃，快冷温度456℃，锌锅温度433℃，镀层厚度设定275g/m2，炉区钢带速度设定90m/min，平整机延伸率1.17％，拉矫机延伸率0.3％。对应成品力学性能见表2。
实施例3
将铁水进行脱硫预处理，脱硫KR离站铁水S含量为0.002％，处理过程脱硫剂加热量1.5吨，搅拌时间13min，扒渣次数大于1次，扒渣率大于90％，铁水离位温度T为1339℃；采用顶底复吹转炉冶炼使铁水脱碳、脱磷得到钢水，转炉冶炼全程吹氩，废钢加入转炉重量为55吨，铁水加入转炉重量244吨，转炉出钢温度1623℃，出钢碳含量0.05％，出钢过程向钢包加入锰铁、铝铁进行脱氧合金化，出钢前后采用滑板挡渣出钢操作，杜绝下渣，脱氧合金化过程加入中碳锰铁500公斤，铝铁1100公斤。然后将转炉冶炼后钢水进行LF炉外精炼，精炼就位温度1534℃，LF精炼造渣脱氧、脱硫，并调整成分温度，LF处理前期进行合金化处理，加入锰铁250公斤，铝铁350公斤，钙处理喂入钙线450米，合金化结束炉渣形成白渣后进行钙处理，软吹时间10min，软吹过程杜绝钢液裸漏，LF精炼离站温度1586℃。按表1所示的化学成分供铸机。铸机浇注过热度27℃，拉速采用1.30m/min，大包浇注结束开启下渣检测自动关闭水口滑板操作，避免中包下渣。在对板坯进行质量检查后装入加热炉，热轧板坯厚度5.0mm，加热温度为1185℃，加热的时间为198min，均热时间31min，出炉温度1179℃，将加热后的板坯进行高压水除磷。通过定宽压力机定宽，采用2机架粗轧(粗轧采用3+5模式)，7机架CVC精轧，精轧终轧温度为879℃。层流冷却采用连续式冷却方式11，卷取温度558℃。酸轧工序压下率设定56％。镀锌工序轧制厚度2.5mm，退火炉加热/均热温度718℃，缓冷温度626℃，快冷温度452℃，锌锅温度433℃，镀层厚度设定275g/m2，炉区钢带速度设定70m/min，平整机延伸率1.15％，拉矫机延伸率0.3％。对应成品力学性能见表2。
对比例1
在对实施例1生产的板坯进行质量检查后装入加热炉，热轧板坯厚度4.0mm，加热温度为1231℃，加热的时间为185min，均热时间34min，出炉温度1203℃，将加热后的板坯进行高压水除磷。通过定宽压力机定宽，采用2机架粗轧(粗轧采用3+5模式)，7机架CVC精轧，精轧终轧温度为865℃。层流冷却采用连续式冷却方式11，卷取温度538℃。酸轧工序压下率设定65％。镀锌工序轧制厚度1.5mm，退火炉加热/均热温度802℃，缓冷温度645℃，快冷温度466℃，锌锅温度432℃，镀层厚度设定275g/m2，炉区钢带速度设定90m/min，平整机延伸率1.2％，拉矫机延伸率0.3％。对应成品力学性能见表2。
由表1化学成分实际值和表2成品卷力学性能检测值可知，通过实施例1、2、3和对比例1，产出钢卷化学成分和力学性能满足用户要求，产品成型性、强度、耐腐蚀性均满足使用要求。
表1LF精炼供铸机化学成分(％)
C Si Mn P S Alt Ca
实施例1 0.06 0.010 0.32 0.010 0.006 0.029 0.0014
实施例2 0.07 0.020 0.32 0.012 0.006 0.034 0.0013
实施例3 0.07 0.020 0.32 0.009 0.005 0.032 0.0015
对比例1 0.06 0.010 0.32 0.010 0.006 0.029 0.0014
表2实施例对应成品力学性能
厚度/mm 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/％
实施例1 1.50 274～284 378～383 33.5～35
实施例2 1.84 274～283 372～382 35～38.5
实施例3 2.50 255～273 368～381 34.5～36.5
对比例1 1.50 241～259 344～356 29.0～31.5
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下工序：炼钢工序-热轧工序-酸轧酸洗工序-镀锌工序-带钢光整拉矫工序；其中：
在所述炼钢工序中获得铸坯，并控制所述铸坯的化学成分按重量百分比为C：0.05～0.10％、Si≤0.05％、Mn：0.30～0.50％、P≤0.035％、S≤0.025％、Alt：0.015～0.045％、Ca：0.0008～0.0020％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述热轧工序包括：铸坯加热→高压水除鳞→定宽压力机→E1R1粗轧机轧制→E2R2粗轧机轧制→(保温罩)→飞剪切头尾→高压水除鳞→F1～F7精轧机轧制→加密型层流冷却→卷取；其中在铸坯加热中根据轧制厚度不同，控制加热温度为1200±40℃，在炉时间为150-230min，均热温度为1210±40℃，均热温度为20-55min，出炉温度为1170-1250℃，在精轧机轧制过程中，控制精轧工序终轧温度890±20℃，并控制卷取温度为550～630℃；
在所述酸轧酸洗工序中根据成品厚度要求，压下率设定范围50％～77％；
所述镀锌工序和带钢光整拉矫工序包括：热镀锌开卷→焊接→入口活套→清洗→退火炉→锌锅→镀后冷却→水淬→中间活套→光整机→拉伸矫直机→辊涂机→烘干机→空气冷却装置→出口活套→(切边)→表面检查→(涂油)→取样、检验→卷取；其中在退火炉中控制带钢加热/均热温度为710～770℃，缓冷温度为610～650℃，带钢快冷/入锌锅温度范围440～480℃，锌锅内锌铝镁溶液温度控制范围430±5℃，锌锅内锌铝镁熔液为Zn-6％Al-3％Mg；带钢光整拉矫工序根据厚度不同要求炉区钢带速度为65～130m/min，延伸率控制为0.6～1.3％，拉矫机延伸率为0.2～0.4％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述炼钢工序包括：KR脱硫→转炉冶炼→LF精炼→板坯连铸，得到所述铸坯；其中：所述KR脱硫结束时铁水中硫含量要≤0.010％，铁水罐表面炉渣扒除比例≥90％；转炉出钢温度控制≥1620℃，转炉出钢开始、结束采用滑板挡渣操作，杜绝转炉炉渣下入钢包内；
所述LF精炼钢包就位后造渣脱硫，精炼炉渣要达到白渣效果，及渣中(FeO+MnO)含量小于1.5％，并加入铝铁、锰铁等合金调整到目标成分范围，LF离位保证钢水中S含量≤0.010％，LF处理结束后进行钙处理，钙处理过程喂入高钙线200m，控制合理的氩气流量，防止钢液裸露，钙处理后保证软吹时间≥8分钟；
所述板坯连铸过程中包全程采用氩气保护，大包浇注过程开启下渣检测设备，大包浇注结束时杜绝大包渣流入中包；铸机浇注过程采用恒拉速控制，根据不同浇注断面拉速设置范围1.1m/min～1.8m/min，中包浇注过热度控制在20℃～35℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述热轧工序中，所述冷却采用层流连续式冷却设备，冷却代码设置11模式，上段冷却喷嘴为隔一开一，下端冷却喷嘴为隔二开一。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸轧酸洗工序包括：酸轧开卷→焊接→拉矫→酸洗→漂洗→烘干→切边→轧制→卷取；其中：在酸轧工序轧辊表面粗糙度采用2.0～3.0μm，轧制结束要保证带钢表面粗糙度大于1.0μm，从而保证带钢与镀锌具备良好的附着性，避免出现带钢表面出现漏镀、镀层脱落、裂纹等缺陷。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述炼钢工序中控制所述铸坯的化学成分按重量百分比为C：0.06～0.07％、Si：0.010～0.020％、Mn：0.32％、P：0.009～0.012％、S：0.005～0.006％、Alt：0.029～0.034％、Ca：0.0013～0.0015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢的力学性能满足：屈服强度≥250MPa，抗拉强度≥360MPa，延伸率≥33％。
7.一种低成本屈服强度250MPa级耐腐蚀热镀锌铝镁光伏结构用钢，其由权利要求1-6中任一项所述的方法制备得到。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119824296A (zh) * 2025-01-03 2025-04-15 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种屈服强度500MPa级别锌铝镁高强钢的制造方法
CN120041749A (zh) * 2025-03-31 2025-05-27 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种汽车结构用590MPa级镀锌铝镁双相钢带的生产方法

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