CN101684535A - 直接一次搪瓷用冷轧钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

直接一次搪瓷用冷轧钢板及其制造方法，其包括如下步骤：1)其成分质量百分比为：碳≤0.003，硅≤0.05，锰0.10～0.50，磷0.005～0.05，硫0.005～0.035，铝0.01～0.10，氮0.005～0.015，铜0.02～0.05，铜/磷1.0～4.0，硼0.001～0.008，钒0.01～0.10，其余为铁和不可避免杂质；2)按上述成分冶炼、精炼、浇铸成铸坯；3)铸坯加热，热轧，终轧温度700～950℃，然后冷却至卷取温度，卷取温度为550～750℃；4)钢板经酸洗去除氧化铁皮后进行冷轧，冷轧的总压下率在60％以上；5)退火，退火温度为650～900℃。本发明生产的冷轧钢板具有优良的成型性、抗鳞爆性、密着性和抗针孔缺陷等特点。

Description

直接一次搪瓷用冷轧钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及搪瓷用冷轧钢板及其制造方法，特别涉及用于直接一次搪瓷工艺制作搪瓷制品、具有优良的抗鳞爆性、密着性和无气泡缺陷等的直接一次搪瓷用冷轧钢板及其制造方法。

背景技术

直接一次搪瓷就是不施底釉而直接施面釉并将面釉烧制在钢板上的一种涂搪工艺。与两次涂搪工艺不同之处在于，两次涂搪首先在钢板等制成的底胚上搪底釉进行烧结，然后在底釉上面再搪一层面釉进行烧结(两搪两烧工艺)，或者底釉和面釉分别涂搪完成后一次烧结(两搪一烧工艺)。两次涂搪时不仅底釉与底胚和底釉与面釉之间的结合力好，而且有利于提高抗鳞爆性能，因此相比较而言，一次涂搪对钢板等底胚的密着性和抗鳞爆性的要求更高。

一般认为，鳞爆是涂搪制胚在高温烧结时，瓷浆内的结晶水与钢板表面的铁、碳反应生成原子氢。当冷却时，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，至一定程度以很大的压力冲破瓷釉表面，产生鳞爆剥落。密着性是衡量钢板与瓷层之间结合的牢固程度，密着不良则瓷层很容易从钢板表面剥落。还有一种在涂搪过程中容易产生的缺陷是针孔，针孔的产生是高温时瓷浆内的结晶水与钢中的碳反应生成一氧化碳，气泡穿过瓷层逸出形成针孔状的缺陷。

直接一次搪瓷除了对密着性、抗鳞爆性等方面的要求外，由于瓷层薄容易在烧成过程中产生针孔缺陷，因此一次搪瓷用钢还要求钢板在烧成过程中产生的气泡少，以避免产生针孔缺陷。

直接一次搪瓷工艺具有涂搪工艺简单、瓷层薄且均匀、烧成温度低(通常是830℃)、瓷层的耐热和耐冲击性能好等特点，对钢板的成分和性能要求也高，包括：超低碳，良好的成形性，合适的酸洗减量，优良的抗鳞爆性、密着性和尽量少的气泡缺陷等。

现有专利中比较多的涉及到高氧钢(如CN90102120.2、JP 10102222A、JP 6158174A和JP 5005128A等)，钢中氧含量最高至200～650ppm。该类钢是一种比较传统的钢，高氧含量有利于脱碳，氧在钢中形成大量的氧化物夹杂，这些夹杂物有利于提高钢板的抗鳞爆性和密着性。但是，氧化物夹杂严重损害钢板的塑性和表面质量，过去沸腾钢(高氧钢)均以模铸工艺生产，以连铸工艺生产会产生一系列的问题，上述专利中有的还需要加入贵重金属如铬、镍等。现在，以冶炼和连铸工艺生产的铝镇静钢中氧含量均较低(如低于50ppm)，脱碳能力很强(碳可低至10ppm)，而且工艺易于实施，生产效率高。本专利设计以冶炼和连铸工艺生产超低碳铝镇静钢的方法，通过添加合金元素和控制工艺来实现钢板优良的综合性能。

日本发明JP10102222A公开了“直接一次搪瓷用具有优良深冲性能的冷轧薄板及其制造方法”，其在超低碳钢中加入硼和铬，钢中硼与氮反应生成氮化硼，氮化硼提高钢的抗鳞爆性能，铬与氧反应生成三氧化二铬也有利于提高抗鳞爆性和瓷层的密着性。铬的加入量取决于氧，按含氧量的0.5～1.3倍。研究表明，钢中氧含量高能显著地提高抗鳞爆性和密着性，但是在连铸钢中，氧含量高尤其当形成氧化铬时会极大损害钢板的表面质量和塑性。钢中含铬量高，耐蚀性提高，但在涂搪的前处理过程中酸洗速度会减慢，会影响酸洗表面效果。

日本发明JP5005128A是有关“直接一次搪瓷用具有优良抗气泡和针孔缺陷的冷轧薄板的制造”，这是一种高氧钢，含氧量为0.050～0.065％，并在钢中加入合金镍，镍的作用同铬相似。

日本发明JP2133543A是基于低碳钢及其工艺，然后经过脱碳退火把钢中的碳由0.02～0.08％降至0.003％以下。与通常工艺相比，增加脱碳退火工艺后生产效率会大大降低，在冶炼技术水平日益提高和冶炼装备十分先进的今天，碳等元素的控制水平很高，通过精炼直接可以达到最终碳的控制要求，不需要采取脱碳退火的方法，因而脱碳退火工艺已逐步被淘汰。另外，该专利也是依靠加硼在钢中生成氮化硼的方法提高钢的抗鳞爆性能，最高含硼量为0.007％。

还有的其它专利均用于两次涂搪工艺，并且其成分设计与本发明有较大的差别。

发明目的

本发明的目的是提供直接一次搪瓷用冷轧钢板及其制造方法，生产的冷轧钢板主要用于直接一次搪瓷工艺制造建筑面板和家电产品等搪瓷制品，具有优良的成型性、抗鳞爆性、密着性和抗针孔缺陷。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

本发明在成分设计方面，首先控制钢中的碳在0.003％以下并且尽量地降低，控制钢中一定的含氮和含硫量，加入适量的硼和钒等合金元素，氮在钢中可以和铝、硼和钒形成化合物AlN、BN和VN等。把氮控制在一定的范围，可以控制形成适量的氮化物。加硼的优点还在于提高了超低碳钢铁素体晶界的结合力。加钒的特点在于可以通过采用高的终轧温度，使VN在热轧后期析出，这样不仅轧制负荷低而且VN析出细小弥散。这些析出物在冷轧退火中不会溶解。通过工艺控制确保氮化物形成细小弥散的第二相粒子。这些适量的、呈细小弥散分布的粒子对钢板成型性的损害最小，而且保证了抗鳞爆性。另外，控制钢中的铜、磷的含量和铜/磷比，本发明的铜、磷含量范围和铜/磷比在冶炼过程中更容易实施和稳定控制，控制铜/磷比的目的是确保钢板在涂搪的前处理过程中表面的酸洗速度适当，有利于提高瓷釉和钢板之间的结合力。

在工艺控制方面，通过冶炼和精炼将钢中的碳降至0.003％以下，在精炼时加入适量的合金元素并调整成分；以连铸方式浇铸；在热轧过程中采用控轧控冷工艺使得硼和钒的析出物细小弥散；由于VN的析出温度较高，为了保证VN形成细小弥散的粒子，将热轧终轧温度控制在700～950℃，并尽量采用高温终轧。热轧板经过酸洗后，在冷轧过程中采用较大的冷轧压下率以贮备足够的畸变能；采用连续退火或罩式退火方式，实现冷轧板中铁素体组织的再结晶和晶粒长大。上述方法生产的钢板在用于直接一次搪瓷用途时，不仪具有优良的成型性，而且具有优良的抗鳞爆性、密着性和抗针孔缺陷。

具体地，本发明的直接一次搪瓷用冷轧钢板，其成分质量百分比为：碳≤0.003，硅≤0.05，锰0.10～0.50，磷0.005～0.05，硫0.005～0.035，铝0.01～0.10，氮0.005～0.015，铜0.02～0.05，铜/磷1.0～4.0，硼0.001～0.008，钒0.01～0.10，其余为铁和不可避免杂质。

碳随着碳含量的降低，钢板的成形性提高。碳在直接一次搪瓷用钢中对搪瓷表面质量等起着重要的影响，这是由于碳在搪烧过程中会与水反应生成一氧化碳，钢中碳含量提高时生成较多的一氧化碳形成气泡或针孔缺陷，损害搪瓷质量，因此为了避免这些缺陷，钢中的碳要控制得尽量地低，通常在0.003％以下。

铝是强脱氧元素。为了保证钢中的氧含量尽量地低，含铝量控制在0.01～0.10％。在铝镇静钢中，铝与氮反应生成氮化铝(Al+N→AlN)。氮化铝对提高钢的抗鳞爆性能起着一定的作用。

锰是脱氧元素，锰还与硫反应生成硫化锰。但锰含量不宜过高，通常在0.10～0.50％范围内比较合适，锰含量过高时钢的强度提高，但塑性明显降低。

钒是强碳、氮化物形成元素，在高温热轧后钒首先与氮然后与碳结合析出VN和VC等，反应式如下：

V+N→VN

V+C→VC

V+C+N→V(CN)

在成分设计中采用加钒的优势在于，钒和氮在热轧过程中析出VN，颗粒较细，这些第二相粒子是有效的贮氢陷阱在搪瓷过程中防止鳞爆的发生。加钒的作用还在于钒还与碳化合形成VC或形成复合的V(CN)粒子，可以减少钢中呈固溶状态的碳，有利于减少钢板针孔缺陷的产生。VN一般在热轧后期析出，提高终轧温度，会有大部分VN在热轧后析出，这样析出的VN粒子细小且呈现弥散分布，既避免粗大VN粒子对成形性的损害又有利于提高钢板的抗鳞爆性。

硼硼与钒相同都是强氮化物形成元素，钢中加入硼后它主要与氮反应析出BN粒子(B+N→BN)，通过工艺控制使得这些粒子呈细小弥散状态分布在钢中，对提高钢板的抗鳞爆性能是十分有效的。如果在钢中依靠单加硼时，则需要加入的硼量较高，在冶炼过程中硼是易烧损的合金元素，而且硼含量越高越难控制，硼含量的波动会直接影响成品钢板的性能。

铜和磷的相互作用在于，铜/磷比会影响钢板的酸洗速度，一般铜磷比控制在1～4时特别是在2～4时的酸洗速度较为合适。

本发明的直接一次搪瓷用冷轧钢板的制造方法，其包括如下步骤：

1)其成分质量百分比为：碳≤0.003，硅≤0.05，锰0.10～0.50，磷0.005～0.05，硫0.005～0.035，铝0.01～0.10，氮0.005～0.015，铜0.02～0.05，铜/磷1.0～4.0，硼0.001～0.008，钒0.01～0.10，其余为铁和不可避免杂质；

2)按上述成分冶炼、精炼、浇铸成铸坯；

3)铸坯加热，热轧，终轧温度700～950℃，然后冷却至卷取温度，卷取温度为550～750℃；

4)钢板经酸洗去除氧化铁皮后进行冷轧，冷轧的总压下率在60％以上；

5)退火，退火温度为650～900℃。

进一步，步骤2)冶炼采用转炉吹炼，以及真空精炼处理，浇铸采用连铸。

再有，退火采用连续退火或罩式退火的方式。

在本发明的制造方法中，

冶炼、精炼如转炉吹炼和真空处理，其目的是确保钢液的基本成分要求，脱碳并去除钢中的有害气体，加入硼、钒等必要的合金元素，进行成分调整。特别是要控制氮，因为氮可与硼、铝和钒形成化合物，氮的含量直接影响到生成氮化物的含量，因此稳定控制氮在合适的范围内(0.005～0.015％)是十分必要的。

浇铸如连铸：保证铸坯内部成分均匀和表面质量良好，在连铸过程中要防止增碳。

热轧：连铸坯在加热过程中一方面使奥氏体组织均匀化，另一方面使钒和硼的化合物部分或大部分溶解。热轧的终轧温度控制在700～950℃的温度范围内，然后冷却至卷取温度，卷取温度在550～750℃。在热轧和冷却过程中，钒和硼会以化合物的形式析出，呈细小弥散状态均匀地分布在基体中。同时在轧制和冷却过程中钢的奥氏体组织转变成铁素体组织，并完成铁素体组织的再结晶和晶粒长大。

酸洗和冷轧：钢板经酸洗去除氧化铁皮后进行冷轧，随着冷轧压下率的提高钢板内部的畸变能增加，冷轧的总压下率在60％以上是为了确保在钢中储存足够的畸变能。

退火：退火可以采用连续退火或罩式退火的方式，退火温度为650～900℃，退火工艺确保钢中的铁素体组织完成再结晶及晶粒长大。

本发明的有益效果

采用上述成分设计和工艺控制方法制造的冷轧钢板，用于直接一次搪瓷工艺制造建筑面板和家电产品等搪瓷制品，具有优良的成型性、抗鳞爆性、密着性和抗针孔缺陷。

具体实施方式

本发明的实施例如见表1和表2。

表1实施例的化学成分(除Cu/P外均为wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Al	Cu	V	B	N	Cu/P	Fe
													1	0.003	0.03	0.2	0.05	0.015	0.05	0.05	0.10	0.001	0.015	1.0	余量
2	0.002	0.05	0.1	0.01	0.02	0.1	0.03	0.04	0.008	0.012	3.0	余量
													3	0.002	0.01	0.5	0.01	0.017	0.01	0.02	0.03	0.005	0.009	2.0	余量
4	0.001	0.02	0.14	0.01	0.018	0.04	0.02	0.01	0.007	0.005	2.0	余量
													5	0.002	0.01	0.29	0.02	0.035	0.07	0.03	0.03	0.004	0.008	1.5	余量
6	0.002	0.03	0.3	0.005	0.008	0.03	0.02	0.08	0.006	0.015	4.0	余量

表2实施例的工艺和性能

由表可见，采用上述的成分设计和工艺参数进行冶金加工，其成品钢板的延伸率大于45％。取成品钢板的样板进行脱脂、酸洗、披镍等处理后进行涂搪和烧结，搪瓷试验结果表明没有发生鳞爆现象，钢板和瓷釉的密着性优良，针孔缺陷也在要求的范围内。

本发明钢具有优良的成型性，而且具有优良的抗鳞爆性、密着性和抗针孔缺陷，适用于直接一次搪瓷工艺制造建筑面板和家电产品等搪瓷制品，也可以推广应用到散热板等搪瓷制品中。在具备冶炼和精炼装备时本发明钢的成分易于实现，在连铸时要防止增碳，对轧制和退火工艺的适应性也较强，总体来说该项产品及其技术具有较强的推广应用可行性，应用前景广阔。

Claims (4)

1.直接一次搪瓷用冷轧钢板，其成分质量百分比为：碳≤0.003，硅≤0.05，锰0.10～0.50，磷0.005～0.05，硫0.005～0.035，铝0.01～0.10，氮0.005～0.015，铜0.02～0.05，铜/磷1.0～4.0，硼0.001～0.008，钒0.01～0.10，其余为铁和不可避免杂质。

2.直接一次搪瓷用冷轧钢板的制造方法，其包括如下步骤：

1)其成分质量百分比为：碳≤0.003，硅≤0.05，锰0.10～0.50，磷0.005～0.05，硫0.005～0.035，铝0.01～0.10，氮0.005～0.015，铜0.02～0.05，铜/磷1.0～4.0，硼0.001～0.008，钒0.01～0.10，其余为铁和不可避免杂质；

2)按上述成分冶炼、精炼、浇铸成铸坯；

3)铸坯加热，热轧，终轧温度700～950℃，然后冷却至卷取温度，卷取温度为550～750℃；

4)钢板经酸洗去除氧化铁皮后进行冷轧，冷轧的总压下率在60％以上；

5)退火，退火温度为650～900℃。

3.如权利要求2所述的直接一次搪瓷用冷轧钢板的制造方法，其特征是，步骤2)冶炼采用转炉吹炼，以及真空精炼处理，浇铸采用连铸。

4.如权利要求2所述的直接一次搪瓷用冷轧钢板的制造方法，其特征是，退火采用连续退火或罩式退火的方式。