CN102312167B - 一种高强度双面搪瓷用热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高强度双面搪瓷用热轧钢板钢及制造方法，其熔炼成分重量百分比为：C：0.012％～0.03％，Si：≤0.10％，Mn：0.55％～1.0％，P：0.05％～0.11％，S：≤0.006％，N≤0.005％，Ti：0.08％～0.20％，Als：0.005％～0.055％，；Ti/C：5～15，选择加入V、B、Cu、Cr的一种或二种以上，余量为Fe和不可避免的杂质。通过连铸生产板坯，板坯加热至1180℃～1260℃，均热后经高压水除鳞、粗轧成中间坯、通过5～7道次精轧至目标厚度，通过层流冷却至570～680℃卷取，本发明具有不鳞爆，在800～920℃及厚度大于8mm时搪瓷后的屈服强度280MPa以上，适合于滚压成形、弯曲成形、简单的冲压成型，是双面搪瓷拼装结构的一种可靠的专用钢板材料。

Description

一种高强度双面搪瓷用热轧钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及到低合金热轧钢板的生产制造，具体是一种高强度双面搪瓷用热轧钢板及其制造方法。

背景技术

在大型的水处理设施、化工设施、环保设施、生物质能源工程中，采用搪瓷拼装结构，具有投资成本低、施工周期短、设备使用寿命长等明显的优势。

搪瓷拼装结构的主体材料是具有良好双面搪瓷性能的热轧钢板。为满足结构设计要求，钢板的厚度一般在3.0mm～16mm，搪后屈服强度水平一般要在200MPa以上。

冷轧搪瓷钢板虽然能满足搪瓷性能要求，但由于厚度规格大多在3mm以下，并且C含量低，在0.008％以下，搪烧后屈服强度不足，规格和强度两方面都不能够满足大型搪瓷拼装构件的装配要求。生产成本也高(如日本特公昭58-1170号)。

热轧钢板中，日本专利技术“特开昭55-152127”、“特开平8-269540”等，不是Ti含量高而生产成本高、难度大不适应连铸生产，就是C含量低于0.01％而不足以保障搪后屈服强度。“平2-305926”“昭58-1013”等提出加入B、N、Cu合金化，生产不易控制，且不足以保障双面搪瓷性能要求。

国内公开的专利文献中，公开号为CN200780035777.X、CN200680050708.1、CN03813445.4、CN02821685.7、CN00801729.8、CN90102120.2的各专利文献，其钢板均存在C含量低、搪烧后强度低，达不到大型拼装结构用材的强度要求等问题。

公开号为CN200710093979.1的专利文献，虽然也提出钢板满足双面搪瓷要求，但钢板中C含量高，搪瓷层易于产生气孔缺陷，而且，所使用的主要合金元素是昂贵金属V，成本高。公开号为CN200810047087.2、CN200610030831.9、CN200610026267.3的文献，所提出的钢板，是用于单面搪瓷的，不适合于双面搪瓷。

针对这种用途，本公司在授权专利号为ZL200510047758.1的发明专利中，提出了一种搪烧后屈服强度在280MPa以上的双面搪瓷用热轧钢板。在控制钢板中2.2≤Ti/C≤5的前提下，匹配加入一定量的发泡剂的瓷釉时，能够获得双面搪瓷不鳞爆的搪瓷效果。搪后屈服强度也能够达到280MPa以上。但是，在我国梅雨季节到来的时候，这种钢板仍有出现鳞爆的可能。而当拼装结构用于腐蚀性能强烈的介质时，需要选择致密性更好的瓷釉，这时ZL200510047758.1专利中的钢板仍有发生鳞爆的可能。

综上所述，适合于我国各地的气候、在包括梅雨季节在内的所有季节均可以进行搪瓷作业而不发生鳞爆，并且使用致密型瓷釉也不会发生鳞爆的、搪后强度稳定在280MPa以上的热轧双面搪瓷用钢板，在本发明之前是没有相应产品的。

发明内容

针对冷轧搪瓷专用钢板强度不足及现有的热轧钢板不适应在梅雨季节搪烧作业且酸洗后不适合致密型瓷釉搪瓷的问题，本发明提供了一种双面搪瓷用热轧钢板及制造方法，这种钢板以连铸+热轧方法生产，搪瓷后具有280MPa以上的屈服强度。适合于用致密型瓷釉进行双面搪瓷，适合于包括梅雨季节在内的所有季节的搪瓷作业。

为采用致密类型瓷釉进行搪瓷的大型搪瓷拼装结构的制造提供了一种搪瓷性能可靠、屈服强度不低于280MPa的钢板材料，本发明涉及的技术问题采用下述技术方案解决：

a)钢的熔炼成分(Wt％)为

C：0.012％～0.03％，Si：≤0.10％，Mn：0.55％～1.0％，P：0.05％～0.11％，S：≤0.006％，N≤0.005％，Ti：0.08％～0.20％，Als：0.005％～0.055％。Ti/C：5～15，选择加入V、B、Cu的一种或二种以上，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述的V、B、Cu元素加入的范围，V：0.015％～0.060％，B：0.000％5～0.005％，Cu：0.02％～0.15％，Cr：0.05％～0.20％；

b)上述成分的钢通过连铸生产板坯，采用常规铸机以0.8～1.5m/min的速度连铸成200～230mm厚度的板坯或采用中薄板坯铸机以1.5～4m/min的速度连铸成120～170mm厚度的板坯；

c)上述的板坯经冷装或热装，加热至1180℃～1260℃，均热后经高压水除鳞、粗轧成中间坯、再通过5～7道次精轧至目标厚度，最后通过层流、超快冷装置等以20～80℃/s的冷却速度至低温卷取，卷取温度在570～680℃。

本发明具体方案的理由是

(1)C是促进Ti的粒子析出的元素，低于0.012％，不利于作为氢陷阱的TiCx粒子的沉淀。高于0.03％，在同等Ti含量的前提下，会降低析出相的捕氢活性，对搪瓷性能不利。因此选择在0.012％～0.03％。

(2)Si含量超过0.10％，影响搪瓷密着性能。因此限制Si≤0.10％。

(3)Mn是强化元素，当C含量≤0.030％时，Mn含量提高到0.55％以上，同时P含量提高到0.05％以上，才能使钢板搪烧后的屈服强度达到280MPa以上。当Mn含量超过1.0％以上时，钢的Ac3温度降低幅度大，搪烧时因钢板奥氏体化而导致零件变形过大，所以控制Mn含量范围为0.55～1.0％。

(4)P不降低钢的Ac3温度，且对搪瓷性能没有不利影响。本发明中利用P来补偿因C降低而导致的固溶强化不足，在Mn含量达到0.55％以上时，其含量达到0.05％时就可以使本发明的钢板搪烧后的屈服强度达到280MPa以上。但P含量超过0.11％，易于发生中心偏析，导致连铸坯的分层，对钢板的厚度方向的力学性能造成不利影响，因此控制其含量上限为0.11％。其加入范围为0.05％～0.11％。

(5)S高于0.006％时，其会导致Ti的析出粒子粗大化，降低作为有效氢陷阱的Ti析出粒子的总表面积，所以控制其含量不超过0.006％。

(6)N高于0.005％时，易于导致直径1μm以上的TiN粒子析出过量，一方面影响到铸坯的质量，另一方面也影响到钢板的力学性能，因此控制其上限为0.005％。

(7)Ti/C比是保证搪瓷性能的重要指标。Ti/C在2.2～5时，在热轧卷取及搪烧过程中析出的Ti析出相也具有氢陷阱作用，在相对干燥的季节以及烧成过程中瓷釉会自身产生气泡的情况下，搪瓷后也不会发生鳞爆。但是，当在湿度大的梅雨季节以及烧成过程中瓷釉自身生成气泡很少的情况下，Ti/C比控制在这个范围已经不足以抑制鳞爆现象的发生了。Ti/C高于5，Ti与C的原子比将大于1.25，所形成的析出相具有更大的捕氢活性。这时存在过剩的Ti与P结合，形成Ti-P析出相，在随后的热过程中，部分P回溶到铁素体中，使析出相界面上留下了更多的空位，形成了更多的永久氢陷阱，使钢板在使用致密瓷釉进行搪瓷时、以及在潮湿的梅雨季节搪瓷时，也足以抑制鳞爆的发生。Ti/C高于15时，Ti含量过高会导致连铸时铸坯质量问题。所以Ti/C比的控制范围限定在5～15。

(8)Ti是作为氢陷阱的析出粒子的重要形成元素。如前所述，其含量应为C的5～15倍。在这个前提下，为保证形成的氢陷阱的必要表面积，Ti含量应高于0.08％。但高于0.20％时会给板坯连铸带来不良的影响。因此在保证Ti/C比在5～15之间的前提下，确定其含量在0.08％～0.20％。

(8)Als是脱氧产物，为使钢洁净，应进行Al脱氧，Als在0.005％～0.055％时，可足以保证钢的洁净度。Als超过0.055％使钢的成本增加。因此确定Als含量在0.005％～0.055％。

(9)V是一种析出强化元素，并可以缩小奥氏体相区，提高钢的Ac3点，有利于搪瓷。同时，V对于保障钢板搪瓷后仍具有较高的屈服强度有作用。本发明提出，在搪烧温度低以及搪烧时间短时，不需要加V，具有前述特征的发明钢可以保障在搪烧后仍具有较高的屈服强度。

由于搪烧温度以及搪烧时间控制不太准确，本发明提出，可以选择V作为析出强化元素加入，以抑制这种情形下搪烧后钢板软化过大。V低于0.015％时，这种作用不明显。而高于0.06％会导致成本增加过多.因此确定选择加入V时，其含量范围为0.015％～0.06％。

(10)Cr是可以改善轧后钢板的表面状态的元素。用其可以调整钢板表面的粗糙程度，提高瓷釉附着性。本发明提出，在瓷釉的附着对钢板表面粗糙度不敏感时，不添加Cr。对于需要改善钢板表面的粗糙度的情况，提出可以选择添加Cr。由于Cr低于0.05％时，改善钢板表面粗糙度的程度不明显，达到0.20％时，其作用已经饱和。且高于0.20％时也使钢板的生产成本增加。所以确定添加Cr的范围为0.05％～0.20％。

(11)Cu是有利于酸洗的元素，当钢板采用连续酸洗机组进行除锈，或者先进行破鳞，然后采用70℃以上的盐酸实施3min以内的酸洗时，或者通过打砂、喷丸除锈时，无需添加Cu。但使用温度低于35℃的冷酸进行酸洗除锈时，添加少量Cu可明显提高酸洗效率。因此本发明将Cu作为选择加入的元素，以对应用户的不同去锈工艺要求。

Cu含量达到0.02％以上时就具有这种作用。添加量超过0.15％，不但会增加成本，而且容易导致铸坯加热过程中产生热裂纹缺陷，所以当选择加入Cu元素时，其控制范围为0.02％～0.15％。

(12)B元素是选择加入的元素，其作用是抑制钢板搪烧后的强度降低。当钢板厚度规格不超过8mm时，不添加B，钢板搪后屈服强度仍可以达到280MPa以上。当钢板厚度超过8mm而不添加B时，由于轧后冷却速度不足，热轧状态的屈服强度将降低，搪后屈服强度也不足。

添加0.0005％以上的B，已经具有使厚度超过8mm的钢板搪后屈服强度稳定达到280MPa以上的作用。B含量达到0.005％时，这种作用将达到饱和。所以选择加入B时，控制其含量范围为0.0005％～0.005％。为保障B的收率，要在调整好Ti的含量后，再加入B合金。

(13)为使作为氢陷阱的析出相的表面积最大化，要尽量使铸坯中的Ti析出粒子回溶到钢中。在1180℃时，铸坯中Ti析出粒子已经大部分回溶。在1260℃时，钢中的Ti析出粒子回溶程度已经接近饱和，且加热温度超过1260℃后，对加热设备的损害增大，钢的烧损也增加。因此确定铸坯加热温度为1180℃～1260℃。

(14)由于Ti粒子析出的范围很宽，在缓慢冷却的条件下，其析出粒子易于粗大化，使析出相的总表面积减小，永久氢陷阱的总量不足，而且导致钢板强度降低，使搪瓷后的钢板屈服强度不足。尤其在相转变过程中，相间析出的Ti粒子更易粗大化，且对塑性不利。因此提出采用高的冷却速度，尽量抑制相间析出产生的大的周期分布的Ti粒子。在C含量不高于0.03％时，在冷速不低于20℃/s时，可足以抑制粗大的Ti的析出粒子形成，因此确定轧后冷速应不低于20℃/s。

(15)对于本发明钢来说，卷取温度低于570℃，作为氢陷阱的TiC等析出粒子的析出被抑制，搪烧过程中虽然仍能够有粒子析出，但最终的氢陷阱总量仍然不足，不足以抑制鳞爆的发生。而卷取温度高于680℃，晶粒会出现粗大化，使钢板强度降低，搪烧后屈服强度会不足。所以控制卷取温度的范围为570～680℃。

本发明的优点及效果在于

1)本发明的钢板通过控制C含量在0.012％～0.03％，Ti含量在0.08％～0.20％，Ti/C比在5～15，保障了钢板在湿度大的梅雨季节以及烧成过程中瓷釉自身生成气泡很少的情况下进行双面搪瓷不发生鳞爆。

2)本发明通过控制Mn含量在0.55％～1.0％，并添加P元素进行补充强化，保障了钢板在800～920℃搪瓷后的屈服强度仍达到280MPa以上，满足了大型拼装结构的设计要求。

3)本发明通过选择加入Cr元素，控制Si元素，保障了搪瓷密着性。使以防腐蚀为目的的搪瓷构件釉层的可靠性增强。

4)本发明通过选择加入Cu元素，使钢板具有适于酸洗的特点，提高了搪瓷前的酸洗处理的效率。

5)本发明通过选择加入B元素，使钢板在厚度大于8mm时，搪瓷后仍具有280MPa以上的屈服强度。

6)本发明在控制Ti/C比值满足5～15的前提下，通过控制Ti含量不超过0.20％，使钢板能够通过连铸-连轧的方法稳定生产。

7)本发明的钢板搪后屈服强度可达到280MPa～440MPa，同时相对于ZL2005 1 0047758.1中的热轧钢板来说具有在湿度大的梅雨季节以及烧成过程中瓷釉自身生成气泡很少的情况下进行双面搪瓷完全不发生鳞爆的特性。同时适合于连铸方式生产。热轧状态的屈服强度在300MPa～610MPa，断后比例延伸率不低于18％，适合于滚压成形、弯曲成形、简单的冲压成型。是双面搪瓷拼装结构的一种可靠的专用钢板材料。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细说明：

本发明其钢的熔炼成分(Wt％)为

C：0.012％～0.03％，Si：≤0.10％，Mn：0.55％～1.0％，P：0.05％～0.11％，S：≤0.006％，N≤0.005％，Ti：0.08％～0.20％，Als：0.005％～0.055％。Ti/C：5～15，选择加入V、B、Cu、Cr的一种或二种以上，

余量为Fe和不可避免的杂质。

上述的V、B、Cu元素加入的范围，V：0.015％～0.060％，B：0.0005％～0.005％，Cu：0.02％～0.15％，Cr：0.05％～0.20％；

本发明是通过下述工艺路线进行生产制造的：生产工艺路线为钢水脱硫→转炉冶炼→炉外精炼→板坯连铸→铸坯再加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取。

其特点在于，上述板坯铸造时，是采用常规铸机以0.8～1.5m/min的速度连铸成200～230mm厚度的板坯或采用中薄板坯铸机以1.5～4m/min的速度连铸成120～170mm厚度的板坯；

上述的板坯经冷装或热装，加热至1180℃～1260℃，均热后经高压水除鳞、粗轧成中间坯、开轧温度1040±40℃，终轧温度范围840～930℃，通过5～7道次精轧至目标厚度，轧后层流或水枕(超快冷装置)高速冷却到卷取温区，以20～80℃/s的冷却速度冷却至低温卷取，卷取温度为570～680℃。

下表为本发明的几组最佳实施例。

成分控制例：(重量百分比)

工艺控制例：

通过对上述实施例产品进行测试其结果如下表

成品搪瓷前后的力学性能水平和搪瓷效果。

注：各例搪瓷工艺温度为850-890℃。烧结时间为6-11min。瓷层厚度100～200μm。搪瓷后的力学性能是经两次搪烧处理并去掉表面瓷料后测得的。搪瓷前的除锈均是通过酸洗处理进行的。鳞爆情况是对样品搪瓷后放置6个月后的考察结果。

Claims (1)

1.一种高强度双面搪瓷用热轧钢板，其特征在于，钢的熔炼成分重量百分比为：

C：0.012%～0.018%，Si：≤0.10%，Mn：0.55%～0.96%，P：0.05%～0.11%，S：≤0.006%，N≤0.005%，Ti：0.10%～0.18%，Als：0.008%～0.023%，Ti/C：5.55～15，选择加入V、B、Cu、Cr的一种或二种以上，上述V、B、Cu、Cr元素加入的范围为V：0.015%～0.060%,B:0.0005%～0.005%,Cu:0.02%～0.15%，Cr：0.05%～0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质，钢板搪后屈服强度达到280MPa～440MPa。