CN102766822A - 一种搪玻璃用高强度钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搪玻璃用高强度钢板，其化学元素质量百分含量配比为：C：0.06～0.15%，Si：0.15～0.50%，Mn：0.5～1.5%，P≤0.02%，S：0.008～0.035%，Al：0.001～0.05%，N：0.003～0.015%，O：0.001～0.035%，Ti：0.001～0.05%，Cu≤0.10%，Cr≤0.10%，Ni≤0.10%，Mo≤0.10%,余量为Fe和其他不可避免的杂质，其中Ti×N≤0.0003%。相应地，本发明还公开了该搪玻璃用高强度钢板的制造方法。本发明的搪玻璃用高强度钢板具有较高的强度、良好的塑性，抗鳞爆性、密着性和焊接性等综合力学性能。

Description

一种搪玻璃用高强度钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及钢种及其制造方法，尤其涉及一种搪玻璃用钢板及其制造方法。

背景技术

目前，搪玻璃用高强度钢板主要应用于化工、石油、医药、农药、食品及水环境等领域，其主要用途是作为这些领域中的搪玻璃设备的基板。

搪玻璃工艺是将含有高二氧化硅组份的玻璃质瓷釉先涂覆在钢质基体表面，然后经过高温烧结后瓷釉牢固地密着于钢质基体表面而成为复合材料制品，该复合材料制品即为搪玻璃制品。搪玻璃设备具有玻璃的稳定性和金属的强韧度的双重优点，其具备良好的耐磨性，并且对各种酸性溶液和有机溶剂均有较好的耐腐蚀性，对碱性溶液也具有一定的耐腐蚀性。

普通钢板在搪玻璃工艺过程中经常会产生鳞爆、密着不良和针孔等缺陷，严重损害了搪玻璃设备的产品质量和使用性能。

鳞爆是搪玻璃过程中经常出现的缺陷。鳞爆主要是由于搪玻璃制胚在高温烧结时，瓷浆内的结晶水与钢板表面的铁、碳反应生成原子氢，氢原子向钢中扩散。当钢制品冷却时，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，氢气则会大量逸出，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在涂搪冷却时氢气在钢板表面释放所引起的。能够导致搪瓷制品产生鳞爆的因素很多，但是钢板本身的质量会对鳞爆的产生有着很大的影响。

密着不良主要表现为钢板和瓷层之间的结合力小，瓷层容易剥落。由于钢板和瓷层的晶体结构不同，特别是对于搪玻璃来说，瓷釉中的二氧化硅组份较高使得钢板和瓷层之间的密着更难。密着不良在很大程度上会影响搪玻璃设备的使用寿命。能够影响密着性能的因素很多，包括钢板本身，瓷釉的组成及烧成工艺等都会对密着性能有着明显的影响。

针孔缺陷是在搪烧过程中钢板和瓷层界面产生的气泡造成的，其同样损害搪玻璃设备的耐蚀性和绝缘性。

公开号为JP2006037215A，公开日为2006年2月9日，名称为“一种具有良好附着力搪瓷的搪瓷钢板，制造方法及其搪瓷产品”的日本专利文献公开了是一种密着性良好的冷轧搪瓷钢，其主要化学成分质量百分配比为：C≤0.07%，，Si≤0.50，Mn：0.010～0.95%，P≤0.020%，S≤0.080%，Al≤0.20%，N≤0.070%，该搪瓷钢采用了低碳成分设计，并在加入贵重金属铜、钴、钼和/或镍中的一种以上，并且贵金属的加入量较高。

公告号为CN1966753A，公开日为2007年5月23日，名称为“一种热轧双面搪瓷用钢板及其制造方法”的中国专利文献公开了一种热轧搪瓷用钢板，通过添加钛，并将其控制为：0.08～0.20%，且Ti/C：2.2～5,并且可选择添加0.015～0.060％的V和/或：0.05～0.20%的Cr，其特点主要是加入较高含量的钛并控制钛与碳的比例。

公告号为CN 101586210A，公开日为2009年11月25日，名称为“高强度搪瓷用钢及其生产和烧搪工艺”的中国专利文献涉及了一种高强度搪瓷用钢，其采用添加0.020～0.050%的铌和0.05～0.30%的钼等合金元素的方法，并控制铌和钼的加入比例，即10Nb≥Mo且0.30≤10Nb+Mo≤0.50，该种搪瓷用钢适用于制造食具、卫生洁具和家电行业领域。

另外，现有技术领域的加钛搪瓷用钢板主要依赖加入较高含量的钛，一般钛的加入量在0.05%以上，通过钛在钢中形成氮化钛、碳化钛等来提高抗鳞爆性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种搪玻璃用高强度钢板及其制造方法，该搪玻璃用钢板应当具有良好的抗鳞爆性、密着性和焊接性，还应当具有较高的强度和良好的塑性。

为实现上述目的，本发明提供了一种搪玻璃用高强度钢板，其化学元素质量百分含量设计为：C：0.06～0.15%，Si：0.15～0.50%，Mn：0.5～1.5%，P≤0.02%，S：0.008～0.035%，Al：0.001～0.05%，N：0.003～0.015%，O：0.001～0.035%，Ti：0.001～0.05%，Cu≤0.10%，Cr≤0.10%，Ni≤0.10%，Mo≤0.10%,余量为Fe和其他不可避免的杂质，其中Ti（%）×N（%）≤3×10⁴。

进一步地，所述搪玻璃用高强度钢板还包括Ca和Mg元素中的至少一种，且满足Ca+Mg≤0.005wt%。

优选地，所述搪玻璃用高强度钢板中Al元素含量为0.001～0.03%。

更进一步地，本发明所述的搪玻璃用高强度钢板的微观组织为铁素体+珠光体，或铁素体+珠光体+氏体，或铁素体+贝氏体，钢中具有细小弥散的含钛化合物。

本发明所述的搪玻璃用高强度钢板中各化学元素的成分设计原理如下：

碳：碳是确保钢板强度的关键元素。含碳量增加，可以提升钢板强度，但是会降低钢板的塑性和韧性。对于本技术方案来说，如果要获得铁素体+珠光体、铁素体+珠光体+贝氏体或铁素体+贝氏体的微观组织，碳含量不能过低也不能过高，要保证适当含量。当碳含量过低时，钢中的珠光体含量低，强度也低；当碳含量过高时，钢中的珠光体含量过高，珠光体片层粗大且分布也不均匀。如果冷却速度过快会在钢板内形成马氏体等组织，虽然钢板强度升高了，但是其塑性和韧性就降低了。同时，具有过多的珠光体的钢板在搪瓷过程中很容易产生针孔等缺陷。因此，为了获得良好的组织和强度、韧性等综合性能，碳含量控制在0.06～0.15%。

硅：硅在钢中起到固溶强化的作用，硅还可以提高抗高温变形能力，有利于在高温搪瓷烧成过程中提高钢板的抗软化能力。但硅含量过高时，不仅钢的塑性较差，也不利于后续焊接工艺的进行。故将本发明硅含量设定为0.15～0.50%。

锰：锰是廉价的强化基体元素。加入锰的主要目的是：提高钢的强度，但锰含量过高会严重降低钢的塑性。锰在钢中还和铝、硅元素共同起到脱氧的作用。锰的加入量主要取决于钢板的强度级别。在本发明中，锰的含量应控制在0.5～1.5%。

硫：在不加钛钢中，硫在钢中与锰等化合形成的塑性夹杂物硫化锰会损害钢的横向塑性和韧性。因此硫的含量应尽可能地低。但在加钛钢中，通过添加钛元素可以避免形成长条状的硫化锰夹杂。所以，本发明要求S的含量为：0.008～0.035%。

磷：磷是严重损害钢板的塑性和韧性的元素，可也是钢中不可避免的杂质元素，因此磷控制在≤0.02%。

铝：铝是强脱氧元素。铝和氧会形成延展性很差的氧化铝夹杂物。为了避免钢中形成过多的氧化铝夹杂物，因此将铝含量控制在0.001～0.05%。优选的铝含量在0.001～0.03%。

钛和氮：钛是形成强碳氮化物的元素，在钢中加入适量的钛有利于固定钢中的氮，形成的氮化钛能使钢坯加热时奥氏体晶粒不过分长大，细化原始奥氏体晶粒度。钛在钢中还可分别与碳和硫生成TiC、TiS、Ti₄C₂S₂等化合物，它们以夹杂物和第二相粒子的形式存在。与钛结合的碳氮化物的析出物在焊接时还可阻止热影响区晶粒长大，改善其焊接性能。但是当钛含量过高时，钛会优先和氮形成粗大的氮化钛夹杂物，这些夹杂物会严重损害钢的塑性和韧性。因此，在本发明中将钛含量控制在0.001～0.05%，氮含量控制在0.003～0.015%且Ti（%）×N（%）≤3×10^-4。

氧：氧是钢中不可避免的元素，也是形成氧化物的必要元素。氧含量过高会造成钢中的氧化物夹杂物过多，会损害钢的塑性和韧性。因此本发明将氧控制在0.001～0.035%。

铜、铬、镍和钼：微量的铜、铬、镍和钼有利于提高钢板和瓷层之间的密着性能，改善钢的抗鳞爆性能。镍还可以提高钢板的耐低温冲击性能。但铜、铬、镍和钼元素含量过高，不但会增大生产成本，还会阻碍钢板与瓷层之间的反应，会降低密着性能。因此，综合考虑将铜、铬、镍和钼均控制在≤0.10%。

钙和镁：钙和镁元素可控制硫化锰夹杂呈球形，避免形成单纯的长条状硫化锰，有利于改善钢板横向的塑性和韧性。钙+镁的加入量应控制在≤0.005%。

相应地，本发明还提供了上述搪玻璃用高强度钢板的制造方法，包括以下步骤：

（1）冶炼和真空脱气：确保钢液的基本成分要求，除去钢中的氢气等有害气体，并加入锰、钛等必要的合金元素，通过锰元素来提高钢板的强度，通过钛元素来细化原始奥氏体晶粒度，同时进行合金元素的调整；

（2）铸造：铸造可以采用连铸或模铸的方式以保证铸坯内部成分均匀和表面质量良好，如果采用模铸的方式，模铸的钢锭还需经初轧机轧制成钢坯；

（3）将连铸坯或钢坯于1100～1250℃加热后在奥氏体再结晶区进行多道次轧制，总压下率≥50%，控制终轧温度为800～920℃；连铸坯或钢坯在1100～1250℃的温度下加热，一方面可以获得均匀的奥氏体化组织，另一方面可以使钛的化合物部分溶解；

（4）对轧后钢板进行水冷，水冷的平均冷却速率为10～50℃/s，终冷温度为550～700℃；

（5）空冷。

在本技术方案中，冷却过程中水冷和空冷。在冷却过程中，钛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。同时通过控制冷却，钢中的铁素体组织得到细化。冷速过高，不利于钛的化合物充分析出，也容易形成马氏体转变。因此，将水冷的平均冷却速率控制为10～50℃/s，而终冷温度为550～700℃。

与现有技术相比，本发明通过采用上述技术方案，使得其具有下列有益效果：

（1）本技术方案中的搪玻璃用高强度钢板的屈服强度（Rp_0.2或R_eL）≥345MPa，抗拉强度（Rm）≥455MPa，延伸率A₅₀≥20%；

（2）本发明的制造方法通过在1100～1250℃的温度下加热、控制轧制的总压下率和终轧温度及轧后冷却的水冷参数，既获得均匀的奥氏体化组织又使钛的化合物部分溶解，使钢板实现细晶强化、相变强化和析出强化，提高了钢板的强度，具有良好的低温韧性；

（3）本发明所述的搪玻璃用高强度钢板，具有良好的抗鳞爆性、密着性和焊接性，适用于以双面搪瓷工艺制造搪瓷制品，而且在经过搪烧以后仍然保持较高的强度，更好地满足搪瓷制品的耐压要求。

附图说明

图1为本发明实施例H经冷却速度为10℃/s水冷后钢板的金相组织照片。

图2为本发明实施例C经冷却速度为30℃/s水冷后钢板的金相组织照片。

具体实施方式

以下根据实施例A-H，来对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

按照下述步骤制造本发明的搪玻璃用高强度钢板（实施例A-H中各钢带的化学成分配比见表1，实施例A-H中搪玻璃用高强度钢板的详细工艺参数见表2）：

（1)将钢水进行转炉吹炼和真空脱气处理；

（2）连铸或模铸，模铸的钢锭需轧制成钢坯；

（3）将钢坯或铸坯于1100～1250℃加热后在奥氏体再结晶区进行多道次轧制，总压下率≥50%，控制终轧温度为800～920℃，对于厚度为2～18mm的钢板，采用热连轧机轧制，对于厚度为≥8mm的钢板，采用单机架的厚板轧机轧制；

（4）对轧后钢板进行水冷，水冷的平均冷却速率为10～50℃/s，终冷温度为550～700℃；

（5）空冷。

由表1和表2可见，采用上述的成分设计和工艺参数进行冶炼和加工，其成品钢板的延伸率大于30%，具有较高的屈服强度和抗拉强度，经采用上述的搪玻璃瓷釉和烧成工艺进行双面搪瓷，没有发生鳞爆现象，钢板和瓷釉的密着性均达到II级以上，表明具有优良的密着性能，完全满足制造搪瓷制品如化工反应罐、水处理罐等的成形、焊接、搪瓷等加工要求，制品具有较高的耐压能力，具有广泛的应用价值和市场前景。

另外，图1为本发明实施例H经冷却速度为10℃/s水冷后钢板的金相组织照片。从图1可以看出，0.08%碳含量的钢在热轧后经10℃/s的平均冷却速率冷却后，钢中的组织为铁素体加少量珠光体。图2为本发明实施例C经冷却速度为30℃/s水冷后钢板的金相组织照片从图2可以看出，0.08%碳含量的钢在热轧后经30℃/s的平均冷却速率冷却后，钢中的组织为铁素体加少量珠光体加少量贝氏体。

表1.实施例A-H中搪玻璃用高强度钢板的化学成分（质量百分含量，wt%）

表2.实施例A-H中搪玻璃用高强度钢板的的工艺参数和力学性能

Claims (8)

1.一种搪玻璃用高强度钢板，其特征在于，其化学元素质量百分含量为：

C：0.06～0.15%，Si：0.15～0.50%，Mn：0.5～1.5%，P≤0.02%，S：0.008～0.035%，Al：0.001～0.05%，N：0.003～0.015%，O：0.001～0.035%，Ti：0.001～0.05%，Cu≤0.10%，Cr≤0.10%，Ni≤0.10%，Mo≤0.10%,余量为Fe和其他不可避免的杂质，其中Ti（%）×N（%）≤3×10⁴。

2.如权利要求1所述的搪玻璃用高强度钢板，其特征在于，还包括Ca和Mg元素中的至少一种，且满足Ca+Mg≤0.005wt%。

3.如权利要求1所述的搪玻璃用高强度钢板，其特征在于，Al元素含量为0.001～0.03%。

4.如权利要求1或2所述的搪玻璃用高强度钢板，其特征在于，其微观组织为铁素体+珠光体。

5.如权利要求1或2所述的搪玻璃用高强度钢板，其特征在于，其微观组织为铁素体+珠光体+贝氏体。

6.如权利要求1或2所述的搪玻璃用高强度钢板，其特征在于，其微观组织为铁素体+贝氏体。

7.如权利要求1或2所述的搪玻璃用高强度钢板的制造方法，包括下列步骤：

1)冶炼和真空脱气；

2)铸造；

3)将钢坯或铸坯于1100～1250℃加热后在奥氏体再结晶区进行多道次轧制，总压下率≥50%，控制终轧温度为800～920℃；

4)对轧后钢板进行水冷，水冷的平均冷却速率为10～50℃/s，终冷温度为550～700℃；

5)空冷。

8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤（1）中的铸造方法为连铸或模铸。

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