CN100547104C

CN100547104C - 一种热轧高强度搪瓷钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN100547104C
Application number: CNB2006100308319A
Authority: CN
Inventors: 孙全社; 郑建忠; 陈锐红; 王骏飞; 梅冰; 陶素勤; 顾卫伟
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2026-09-05
Also published as: CN101139684A

Abstract

本发明提供了一种热轧高强度搪瓷钢板及其制造方法。本发明的钢板主要成分以重量比计包括：C：0.02～0.1%、Si≤0.1%、Mn：0.6～1.5%、P：≤0.035%、S≤0.035%、Al：0.01～0.1%、N：0.001～0.01%、Ti：0.01～0.1%、Nb：0.001～0.1%、余量为铁和不可避免杂质。所述钢板组织由铁素体和珠光体组成，铁素体的平均晶粒直径不大于11μm。本钢板的制造方法为将连铸坯或钢坯经1100～1250℃加热后进行一道次或多道次轧制，总压下率≥50%，终轧温度≥800℃，然后分段冷却至卷取温度，卷取温度为550～700℃，最后进行平整。所述热轧高强度搪瓷钢板具有较高的强度和良好的塑性，特别是具有优良的抗鳞爆性和密着性，专门用于制造搪瓷制品如热水器内胆、贮液罐、水斗等。

Description

一种热轧高强度搪瓷钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种搪瓷专用钢板，具体地说是涉及一种热轧高强度搪瓷钢板及其制造方法。

背景技术

搪瓷制品的加工工艺是，对加工成形后的钢板制胚表面进行搪瓷，然后进行高温烧结。钢板经搪瓷后，表面的瓷釉具有耐高温、耐蚀性好、外观美观等特点。但是，普通的钢板很难用于搪瓷用途，原因是经常产生鳞爆。鳞爆是搪瓷制品的主要缺陷。鳞爆产生的机理主要是搪瓷制胚在高温烧结时，瓷浆内的结晶水与钢板表面的铁、碳反应生成原子氢。反应式见下式：

H₂O+Fe→FeO+2H

H₂O+C→CO+2H

原子氢向钢中扩散，以原子或分子的形式溶解于铁，或吸附在钢中的组织孔隙、晶界位错、基体与非金属夹杂物之间的空位处等等。当制品冷却时，氢在钢中的溶解度急剧下降，如果钢中没有足够的吸氢场所，氢原子则会大量逸出，在钢板表面积聚，至一定程度以很大压力冲破瓷釉表面，产生鳞爆剥落。鳞爆的产生就是因为氢气在涂搪冷却时释放所引起的。

导致搪瓷制品产生鳞爆的因素很多，但是搪瓷钢板本身的质量会产生很大的影响。为了提高钢板的抗鳞爆性能，改善钢板内部组织和提高钢板的质量是非常重要的。要防止鳞爆，钢中必须含有足量的夹杂物和空穴。夹杂物有利于提高抗鳞爆性能，原因在于在夹杂物周围存在微小空洞，这些微小空洞起着捕捉氢的作用，成为氢陷阱。但是夹杂物会损害钢板的成形性能，不同类型的夹杂物以及不同尺寸分布的夹杂物的影响也不尽相同，因此，对于夹杂物的特性要有所选择。

热轧高强度搪瓷钢板，既要兼顾提高钢板的强度，更重要的是要提高钢板

为了提高钢板的强度和抗鳞爆性，主要采取在低碳钢中提高锰和钛含量的方法，还有的增加硼或稀土元素。其中，锰主要起着强化作用，钛与碳、氮和硫结合形成化合物不仅起到强化作用而且能提高钢的抗鳞爆性能，还有的补充添加硼或稀土也同样达到提高抗鳞爆性能的目的。目前已有不少相关专利和专利申请，这些专利中所述的钢板主要用于双面湿法等搪瓷工艺，因而如何提高其抗鳞爆性能成为了关键问题。为了提高钢板的抗鳞爆性，通常在钢中加入很高的合金元素(如钛、硼和稀土等)以在钢中形成足够的化合物，这些化合物能有效地吸收搪瓷过程中产生的氢，防止鳞爆。在一些专利公开文本(如昭55-152127、昭56-248、昭58-1013、昭60-100622、昭62-151546)中，均在钢中添加很高的钛(如0.1～0.5％)以在钢中生成足量的氮化钛和碳化钛，除此之外有的还辅助添加稀土、硼和铜元素，也有的依赖析出氮化铝来提高钢板的抗鳞爆性(如昭60-221520、US Patent 4,801,341)。但在钢中加入很高的合金元素后，不仅提高了成本，而且由于在钢中形成氮化钛时的析出温度较高，颗粒也较粗大，易损害钢板的成形性和表面质量。

本发明通过在钢中加入适量的合金元素如钛和铌，并通过控制轧制工艺和冷却工艺来实现铁素体细晶强化，在钢中产生一定大小、形状和数量的夹杂物和析出物，实现了钢板具有高强度、良好的成形性、优良的密着性和抗鳞爆性，满足热水器内胆等搪瓷制品的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热轧高强度搪瓷钢板。

本发明的另一目的在于提供所述热轧高强度搪瓷钢板的制造方法。

本发明的目的通过以下措施来实现：

本发明所述热轧高强度搪瓷钢板的主要成分以重量比计包括：C：0.02～0.1％、Si≤0.1％、Mn：0.6～1.5％、P：≤0.035％、S≤0.035％、Al：0.01～0.1％、N：0.001～0.01％、Ti：0.01～0.1％、Nb：0.001～0.1％、余量为铁和不可避免杂质。

本发明的一个优选方案为：主要成分中C：0.02～0.05％、Ti：0.05～0.10％、Nb：0.001～0.05％。

本发明的另一优选方案为：主要成分中C：0.02～0.05％、Ti：0.01～0.05％、Nb：0.05～0.10％。

本发明的另一优选方案为：主要成分中C：0.05～0.10％、Ti：0.05～0.10％、Nb：0.05～0.10％。

所述钢板的主要成分中，氮的优选范围为0.005～0.010％，硫的优选范围为0.015～0.035％。

所述钢板组织由铁素体和珠光体组成，其中铁素体的平均晶粒直径不大于11μm。

本发明所述热轧高强度搪瓷钢板的制造方法包括以下步骤：

(1)钢水经真空脱气处理后进行连铸或模铸，模铸后需经初轧成钢坯；

(2)连铸坯或钢坯于1100～1250℃加热后，在奥氏体再结晶温度范围内经多道次轧制，总压下率不低于50％，然后在奥氏体未再结晶区温度范围内经一道或多道次轧制成钢板，总压下率不低于50％，终轧温度不低于800℃，然后分段冷却至卷取温度，卷取温度为550～700℃；

(3)将钢板进行平整，平整压下率不大于5％。

其中，步骤(2)中分段冷却可以两段水冷进行，并且水冷前后允许空冷。第一段水冷速度不小于50℃/s，第二段水冷速度不小于20℃/s。总体平均冷却速度不小于15℃/s。

步骤(2)中分段冷却也可以多段水冷进行，并且水冷前后允许空冷。第一段水冷速度不小于50℃/s，其它段的水冷速度不小于20℃/s。总体平均冷却速度不小于15℃/s。

下面，将对本发明的主要化学成分作用及制造工艺过程对本发明产品的影响作详细叙述。

主要化学成分作用：

碳：确保钢板所定强度的关键元素。碳量增加，强度上升，塑性下降。碳还与钛生成化合物。为确保钢板的成形性、焊接性以及涂搪性，碳的含量必须低于0.10％。

锰：提高钢的强度。锰的加入量主要取决于钢的强度级别。但锰含量过高会严重降低钢的塑性，锰的含量宜控制在0.6～1.5％。锰在钢中还和铝一起共同起到脱氧的作用，锰的脱氧作用促进了钛的有效作用。

钛：提高钢板强度、改善涂搪性。钛在钢中分别与碳、氮和硫化合，生成TiC、TiN、TiS、Ti₄C₂S₂等，它们以夹杂物和第二相粒子的形式存在。钢中钛的化合物的总量可以下式进行理论计算：

钛的化合物的总量＝5C+2.5S+4.43N(％)

式中，碳、氮和硫的含量为与钛化合的有效含量。

各化合物的生成温度依据各元素的浓度，可以通过溶度积公式计算。计算可知，在上述生成的钛的化合物中TiN的生成温度最高，且随着钛和氮的浓度的提高而提高，TiN有时甚至在钢液中就会生成。一般来说，TiN的生成温度越高，其粒子越粗大。而且，由于高温生成的TiN粒子在钢中多呈方形或长方形，因此粗大的TiN粒子会严重地损害钢的塑性，也不能发挥其对提高钢的抗鳞爆性的作用。为此，需要控制钛和氮的含量，但由于钛还与硫和碳化合，所以首先必须控制氮的含量。本发明钢中钛为0.01～0.10％、氮为0.0010～0.010％，这样TiN的含量在0.004～0.050％的范围内。如果钛高于0.10％或氮高于0.010％，要么由于钛和氮的化学剂量不匹配，钛或氮的过量太多，要么生成的TiN量太大且颗粒过于粗大，都会严重地降低钢板的塑性。反之，如果钛低于0.01％或氮低于0.0010％，则TiN量太少，达不到本发明中对钢板的抗鳞爆性的要求。

除了与氮化合外，剩余的钛与碳、硫反应生成TiC、TiS、Ti ₄C₂S₂等粒子。虽然钢中的硫会损害钢的塑性属于杂质元素，但适量的硫与钛生成的TiS或硫、碳与钛生成的Ti₄C₂S₂也是良好的贮氢陷阱，能够提高钢的抗鳞爆性。

钛还可以球化，通常在传统纲中呈塑性长条状的MnS夹杂，这种塑性长条状的MnS夹杂会给钢板的横向塑性造成不利影响。在本发明钢中，当硫高于0.035％时，由于与硫化合的钛的量相对不足，硫与锰生成长条状的MnS夹杂，因此硫的含量应控制在0.005～0.035％。

铌：根据钢中的碳、氮成分差异，铌可与碳、氮形成NbC、NbN或者NbCN，也有部分铌呈固溶状态。它不仅有利于提高钢板的抗鳞爆性，也有利于细化铁素体晶粒。在经过高温搪烧(一般830℃以上保温10min以上)后，由于铌的细化晶粒作用仍使钢板具有较高的强度。

铝：强脱氧元素。为了保证钢中的氧含量尽量地低，铝的含量控制在0.01～0.10％。

制造工艺过程对本发明产品的影响：

转炉吹炼和真空处理：目的是确保钢液的基本成分要求，去除钢中的氢等有害气体，并加入钛等必要的合金元素，进行合金元素的调整。

连铸或模铸：保证铸坯内部成分均匀和表面质量良好，模铸的钢锭需轧制成钢坯。

热轧和冷却：连铸坯或钢坯在1100～1250℃的温度下加热，一方面获得均匀的奥氏体化组织，另一方面使钛的化合物部分溶解。在奥氏体再结晶温度范围内经一道或多道软轧制，总压下率不低于50％，然后在奥氏体未再结晶区温度范围内经一道或多道次轧制成钢板，总压下率不低于50％，终轧温度不低于800℃；然后采用分段冷却至卷取温度为550～700℃。分段冷却可以两段水冷进行，也可以多段水冷进行，并且水冷前后允许空冷。由于在分段冷却过程中，高温区采用较大的冷却速度，低温区允许适当降低冷却速度以获得细化的铁素体晶粒，因此第一段水冷速度不小于50℃/s，其它段的水冷速度不小于20℃/s，总体平均冷却速度不小于15℃/s。在热轧和冷却过程中，部分的钛和铌会以化合物的形式析出，重新析出的化合物呈细小弥散状态均匀地分布，同时钢中的铁素体组织得到细化，其平均晶粒直径不大于11μm，相当于ASTM晶粒度10级及以上，从而可强化钢板、提高钢板抗鳞爆性。

平整：可在拉矫机或平整机上进行，它不仅能消除钢板的屈服现象，改善钢板的表面质量，而且钢中的夹杂物和析出相颗粒经平整后，其周围产生的微小空洞会更加有利于提高钢板的密着性和抗鳞爆性。但是，如果平整压下率过高，钢板的屈服强度显著提高，延伸率显著下降，因此本钢板的平整压下率不得超过5％。

本发明利用析出强化，铌的固溶强化以及采用控制轧制和分段冷却工艺实现铁素体细晶强化，从而提高钢板的强度和抗鳞爆性。提高抗鳞爆性主要依赖提高钢中的夹杂物和析出相数量。在高强度搪瓷钢中，细化铁素体晶粒不仅有利于提高钢的强度和塑性，而且由于铁素体晶粒细化，铁素体的晶粒面积提高，钢中铁素体的晶界也起着贮氢陷阱的作用，即晶粒越细晶界面积越大则贮氢容量越大，从而提高钢板的抗鳞爆性。

采用上述成分设计和工艺控制方法制造的热轧高强度钢板，用于以静电搪瓷工艺制造的压力容器如热水器内胆等，具有较高的强度、良好的塑性、良好的抗鳞爆性和密着性，而且经过搪烧以后的制品仍然保持较高的强度，更好地满足热水器内胆的耐压要求。

附图说明

图1(a)是实施例1中所得热轧高强度钢板的金相组织照片。

图1(b)是实施例2中所得热轧高强度钢板的金相组织照片。

具体实施方法

以下用实施例和附图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。实施例中所得钢板的制造工艺条件及其性能见表1和表2。

实施例1

钢的主要成分以重量比计包括：C：0.05％、Si：0.02％、Mn：0.86％、P：0.011％、S：0.005％、Al：0.039％、N：0.004％、Ti：0.05％、Nb：0.030％、余量为铁和不可避免杂质。

将按上述配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，所得连铸坯于1150℃加热后，在奥氏体再结晶温度范围内经多道次轧制，总压下率不低于50％，然后在未再结晶区温度范围内经一道或多道次轧制成钢板，总压下率不低于50％，终轧温度为875℃。然后分两段冷却至卷取温度，第一段的水冷速度为90℃/s，第二段的水冷速度不小于20℃/s，总体平均冷却速度为22℃/s，卷取温度为600℃，轧后钢板厚度为2.5mm，最后将钢板进行平整，平整压下率为0.8％。

本实施例的钢板金相组织如图1(a)所示。

实施例2

钢的主要成分以重量比计包括：C：0.10％、Si：0.04％、Mn：0.80％、P：0.035％、S：0.032％、Al：0.010％、N：0.007％、Ti：0.04％、Nb：0.050％、余量为铁和不可避免杂质。

实施方法同实施例1，其中冷却过程分为三段，轧后钢板厚度为1.5mm。

本实施例的钢板金相组织如图1(b)所示。

实施例3

钢的主要成分以重量比计包括：C：0.04％、S i：0.06％、Mn：0.85％、P：0.011％、S：0.035％、Al：0.042％、N：0.007％、Ti：0.10％、Nb：0.005％、余量为铁和不可避免杂质。

实施方法同实施例1，其中轧后钢板厚度为2.5mm。

实施例4

钢的主要成分以重量比计包括：C：0.03％、S i：0.10％、Mn：1.03％、P：0.015％、S：0.029％、Al：0.040％、N：0.001％、Ti：0.01％、Nb：0.100％、余量为铁和不可避免杂质。

实施方法同实施例1，其中轧后钢板厚度为2.0mm。

实施例5

钢的主要成分以重量比计包括：C：0.02％、Si：0.03％、Mn：1.49％、P：0.009％、S：0.009％、Al：0.034％、N：0.004％、Ti：0.003％、Nb：0.010％、余量为铁和不可避免杂质。

实施方法同实施例1，其中轧后钢板厚度为1.5mm。

实施例6

钢的主要成分以重量比计包括：C：0.04％、Si：0.03％、Mn：0.20％、P：0.025％、S：0.018％、Al：0.041％、N：0.003％、Ti：0.05％、Nb：0.004％、余量为铁和不可避免杂质。

实施方法同实施例1，其中轧后钢板厚度为1.5mm。

实施例7

钢的主要成分以重量比计包括：C：0.07％、Si：0.05％、Mn：0.60％、P：0.011％、S：0.008％、Al：0.095％、N：0.010％、Ti：0.10％、Nb：0.005％、余量为铁和不可避免杂质。

实施方法同实施例1，其中轧后钢板厚度为1.5mm。

表1本发明钢板的制造工艺条件

实施例	加热温度℃	终轧温度℃	第一段水冷速度/平均冷却速度℃/s	卷取温度℃	平整压下率％
实施例	加热温度℃	终轧温度℃	第一段水冷速度/平均冷却速度℃/s	卷取温度℃	平整压下率％	1	1150	875	90/22	600	0.8
2	1250	877	110/25	640	1	1	1150	875	90/22	600	0.8
2	1250	877	110/25	640	1	3	1220	860	57/17	640	1
4	1200	880	55/18	620	0.9	3	1220	860	57/17	640	1
4	1200	880	55/18	620	0.9	5	1200	850	100/22	600	2.3
6	1220	820	85/15	580	1.5	5	1200	850	100/22	600	2.3
6	1220	820	85/15	580	1.5	7	1100	830	93/17	580	3

表2本发明钢板的性能

实施例	A<sub>50</sub>％	R<sub>m</sub>MPa	R<sub>p0.2</sub>MPa	鳞爆	密着性
实施例	A<sub>50</sub>％	R<sub>m</sub>MPa	R<sub>p0.2</sub>MPa	鳞爆	密着性	1	34	545	425	无	良好
2	35	560	450	无	良好	1	34	545	425	无	良好
2	35	560	450	无	良好	3	38	460	380	无	良好
4	40	526	410	无	良好	3	38	460	380	无	良好
4	40	526	410	无	良好	5	34	470	375	无	良好
6	41	450	350	无	良好	5	34	470	375	无	良好
6	41	450	350	无	良好	7	33	505	415	无	良好

从以上实施例可以看出，采用上述的成分和工艺参数进行加工，其成品钢板的延伸率大于30％，钢板表层和芯部的铁素体晶粒均匀，平均晶粒度达11至13级，如图1(a)和图1(b)所示，并且具有较高的屈服强度和抗拉强度。经过单面施釉和830℃烧结试验，结果表明钢板均无鳞爆现象发生，密着性能良好。钢板用于冲制热水器内胆，然后经静电搪瓷和烧结，没有鳞爆现象发生，且具有良好的瓷釉密着性，完全满足耐压试验和循环疲劳试验，实施效果十分良好。

Claims

1、一种热轧高强度搪瓷板，其主要成分以重量比计包括：C：0.02～0.1％、Si≤0.1％、Mn：0.6～1.5％、P：≤0.035％、S≤0.035％、Al：0.01～0.1％、N：0.001～0.01％、Ti：0.01～0.1％、Nb：0.001～0.1％、余量为铁和不可避免杂质。

2、根据权利要求1所述的热轧高强度钢板，其中C：0.02～0.05％、Ti：0.05～0.10％、Nb：0.001～0.05％。

3、根据权利要求1所述的热轧高强度钢板，其中C：0.02～0.05％、Ti：0.01～0.05％、Nb：0.05～0.10％。

4、根据权利要求1所述的热轧高强度钢板，其中C：0.05～0.10％、Ti：0.05～0.10％、Nb：0.05～0.10％。

5、根据权利要求1所述的热轧高强度钢板，其中氮为0.005～0.010％。

6、根据权利要求1所述的热轧高强度钢板，其中硫为0.015～0.035％。

7、根据权利要求1所述的热轧高强度钢板，所述钢板组织由铁素体和珠光体组成，其中铁素体的平均晶粒直径不大于11μm。

8、权利要求1所述热轧高强度钢板的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

(3)将钢板进行平整，平整压下率不大于5％。

9、根据权利要求8所述的制造方法，其中，步骤(2)中所述分段冷却包括两段水冷，水冷前后允许空冷，第一段水冷速度不小于50℃/s，第二段水冷速度不小于20℃/s，总体平均冷却速度不小于15℃/s。

10、根据权利要求8所述的制造方法，其中，步骤(2)中所述分段冷却包括多段水冷，水冷前后允许空冷，第一段水冷速度不小于50℃/s，其它段的水冷速度不小于20℃/s，总体平均冷却速度不小于15℃/s。