CN104233063A

CN104233063A - 一种搪后高强度搪玻璃用钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN104233063A
Application number: CN201310244791.8A
Authority: CN
Inventors: 刘凤莲; 郭晓宏; 刘志伟; 石峰涛; 李桂艳; 赵宝纯; 杨静; 王柏明; 隋轶
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明提供了一种搪后高强度搪玻璃用钢板及其制造方法，钢板成分按重量百分比计如下：C：0.05～0.15%、Si≤0.15%、Mn：0.80～2.0%、P：0.05～0.12%、S≤0.020%、Ti：0.09～0.20%、Nb：0.03～0.07%、V 0.01～0.05%、 Als：0.005～0.050%、N≤0.0060%且Ti/C：1.5～3.0，其余为铁及不可避免的杂质。方法：采用两阶段轧制，粗轧阶段轧制温度≥1100℃；精轧阶段开轧温度为900～980℃、终轧温度为900~840℃，累积变形量≥60%；轧后900～960℃正火处理，净保温时间1.0～5.0min/mm。该钢板具有良好的抗鳞爆性能和良好的成型性，搪烧后具有345MPa以上的屈服强度，为搪玻璃设备制造行业提供了一种安全可靠的钢板材料。

Description

一种搪后高强度搪玻璃用钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金领域，尤其涉及低合金热轧钢板。

背景技术

所谓搪玻璃是指将含硅量高的搪玻璃瓷釉涂于金属（钢铁）表面，通过高温搪烧，使瓷釉密着于钢板表面。因此，搪玻璃钢板具有了类似玻璃的化学稳定性和金属强度的双重优点。正是因为搪玻璃钢板的独特性能，使得搪玻璃钢板广泛适用于化工、医药、染料、农药、有机合成、石油、食品制造和国防工业等领域，以代替昂贵的不锈钢和有色金属。

作为搪玻璃设备主要制造材料的钢板，其性能好坏直接影响着最终制品的质量水平和使用寿命，因此国外发达国家大多都采用专用钢板，并有相应的材料标准。我国最早开发的T06TiA、09MnTi、09MnTiNb等一系列用于制造搪玻璃设备的专用钢种，在当时的历史条件下很好地满足了市场需要。然而，由于当时的工艺状况比较落后，生产出的这些专用产品的成材率还不到70%，使成本大幅上升，严重制约了其在搪玻璃设备行业的推广和普及，无法从根本上改变我国用普通碳素钢生产搪玻璃设备的局面。经过20多年的时代变迁，一方面钢厂的冶炼水平有了飞跃性的进步，轧制控制水平、质量控制手段都得到了大幅度提高。另一方面我国搪玻璃行业的格局已经发生了根本性变化。整个行业的生产能力、标准化水平都已经不可同日而语，我国正在成为搪玻璃化工设备的制造中心，整个搪玻璃行业的钢材消耗量已经达到了20万吨，产品已经开始大量向印度、东南亚出口。但是目前行业内仍在使用价格低廉的Q235A,Q235B,Q235C、20g 、20R 钢等材料代用。这些代用材没有考虑到搪瓷性能而导致鳞爆、气泡等缺陷的产生，往往需要经过多次反复搪烧才能获得合格的制品。搪玻璃设备一般是在中低压的条件下服役，所以必须要求其具有足够的搪后强度。而这些代用材料经搪烧后强度大幅度降低，往往不能满足耐压要求，造成搪玻璃设备普遍存在质量不稳定、使用寿命短等缺点。

《一种搪玻璃用高强度钢板及其制造方法》（201210265014.7），其化学成分质量百分比为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、Cr、Ni、Mo均小于0.10%，余量为Fe和其它不可避免的杂质，其中Ti（%）×N（%）≤3×10⁴。此发明中Si含量偏高，Si元素在搪烧过程中会先行生成氧化物膜，阻碍钢板与搪玻璃釉间密着层的生成，对搪玻璃密着性不利。而且钢中的N含量高，会在高温时析出TiN，TiN尺寸较大，对钢的延性不利，实例中也没有列出搪烧后的强度水平。

专利《耐鳞爆性显著优良的搪瓷用钢板及其制造方法》（200780035777.X）介绍了一种搪瓷用钢板及其制造方法，其化学成分质量百分比为C：0.003～0.010%、Si：0.001～0.100%、Mn：0.03～1.30%、P：≤0.035%、S：≤0.08%、Nb：0.055～0.250%、O：0.005～0.085%，Al：0.0002～0.010%、N：0.0055%以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。专利《抗鳞爆性显著优异的连铸搪瓷用钢板及其制造方法》（CN200680050708.1）介绍了一种搪瓷用钢板及其制造方法，其化学成分质量百分比为C：0.010％以下、Mn：0.03～1.30％、Si：0.100％以下、Al：0.030％以下、N：0.0055％以下、P：0.035％以下、S：0.08％以下、O：0.005～0.085％、B：0.0003～0.0250％）。

以上两项发明中不足之处在于，钢板C含量偏低，搪烧后屈服强度低，达不到搪玻璃设备用材的强度要求，同时又添加了Nb元素或B元素，增加成本。

专利《搪瓷用钢板及其制备方法》（CN02821685.7），介绍了一种搪瓷用钢板及其制造方法，其化学成分质量百分比为C：0.010％或更少、Mn：0.03～1.30％、Si：0.03％或更少、Al：0.020％或更少、N：0.0055％或更少、P：0.035％以下、S：0.025～0.08％。其不足之处在于，钢板C含量偏低，搪烧后屈服强度低，达不到搪玻璃设备用材的强度要求，其制备方法是铸坯经过热轧后进行冷轧、退火处理，生产工序多，成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种搪后高强度搪玻璃设备专用钢板及其制造方法，该钢板具有良好的抗鳞爆性能和良好的成型性，搪烧后具有345MPa以上的屈服强度，为搪玻璃设备制造行业提供了一种安全可靠的钢板材料。

一种搪后高强度搪玻璃用钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.05%～0.15%、Si≤0.15%、Mn：0.80%～2.0%、P：0.05%～0.12%、S≤0.020%、Ti：0.09%～0.20%、Nb：0.03%～0.07%、V 0.01%～0.05%、 Als：0.005%～0.050%、N≤0.0060%且Ti/C：1.5～3.0，其余为铁及不可避免的杂质。

其钢板组织为单位面积70%-80%铁素体＋珠光体，晶粒度为10级。

技术特征的详细说明：

（1）C是提高强度最经济有效的元素，但C含量过高会恶化钢的焊接性能及冷成型性能。而且C含量控制在0.15%以下，可以避免搪玻璃后气孔缺陷的发生。因此选择在0.05%～0.15%之间。

（2）Si元素在搪烧过程中会先行生成氧化物膜，阻碍钢板与搪玻璃釉间密着层的生成。Si含量超过0.15%时影响搪瓷密着性能，因此限制Si≤0.15%。

（3）Mn是提高强度的有效元素，而且成本十分低廉。当C含量≤0.15%时，Mn含量≥0.80%以上，才能使钢板搪烧后的屈服强度达到345MPa以上。当Mn含量超过2.0%以上时，钢的Ac3温度降低幅度较大，搪烧时因钢板奥氏体化而导致零件变形过大，所以控制Mn的含量范围为0.80～2.0%。

（4）Ti/C比是保证搪玻璃性能的重要指标。Ti/C≥1.5，使钢板的微观结构中出现大量具有化学活性的Ti的碳化物、Ti的碳氮化物等析出粒子，可以提供足够的捕氢陷阱，抑制搪烧后发生鳞爆。Ti含量过高会导致连铸时铸坯质量问题。因此Ti/C比的控制范围限定在1.5～3.0。

（5）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1.5～3.0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0.075%。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1.5～3.0之间的前提下，确定其含量在0.09%～0.20%。

（6）Nb是重要的微合金化元素，可提高钢的未再结晶区温度，保障控制轧制的效果，使钢材轧制后晶粒细化，同时Nb与Ti复合析出的粒子具有沉淀强化作用，保证钢板搪烧后具有较高的强度。低于0.03%效果不足，高于0.07%作用达到饱和。因此确定其范围为 0.03%～0.07%。

（7）V有很好的析出强化作用。在本发明中，依靠其起到补充强化作用。在900℃左右的搪烧过程中，钒的碳氮化物可完全溶于γ-Fe中，因此V 的主要作用是在γ→α转变过程中的相间析出和在铁素体中的析出强化。与Nb、Ti复合添加强化效果更好。在添加如前所述的Nb、Ti的前提下，其含量达到0.01%，就已明显提高了搪烧后强度，超出0.05%，在本发明中的作用已达到饱和。且增加更多，造成成本上的增加。因此确定其范围为0.01%～0.05%。

（8）P有很好的固溶强化作用，又对搪瓷性能没有不利影响。其含量达0.05%时其作用已很明显，超过0.12%，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0.12%。

（9）S 易与Mn形成MnS夹杂，对钢的性能产生不利影响，所以控制其含量不超过0.020%。

（10）Als是脱氧产物，为使钢洁净，应进行Al脱氧，Als在 0.005%～0.050%时，可足以保证钢的洁净度，Als超过0.050%使钢的成本增加。因此控制Als含量在0.005%～0.050%之间。

（11）残余元素N含量偏高时易与Ti形成TiN，颗粒较大，夹杂物级别高。形成的TiN一般在晶界上析出，使钢的延性变坏。因此控制N含量的上限≤0.0060%。

一种搪后高强度搪玻璃用钢板制造方法，包括转炉冶炼、炉外精炼、铸坯加热、轧制、正火处理，转炉冶炼-炉外精炼-铸坯加热-轧制-正火处理。连铸坯加热至1180～1250℃，以保证获得细小的奥氏体晶粒，能有相当数量的Ti溶入奥氏体。采用两阶段轧制，粗轧阶段轧制温度≥1100℃；精轧阶段开轧温度为900～980℃、终轧温度为 900~840℃，累积变形量≥60%。轧后钢板进行正火处理，正火温度900～960℃，净保温时间1.0～5.0min/mm。

铸坯加热温度为1180~1250℃。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1250℃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1250℃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℃～1250℃。

精轧开轧温度高于980℃，成品晶粒不易细化，细晶强化效果不好。低于900℃，则增加精轧机架的负荷，容易导致事故；规定终轧温度在840℃以上，可以避免在双相区轧制使轧机负荷过大，并避开板型难于控制的变形温度区间，且能减少钢板纵横向性能差异。但终轧温度高于900℃，晶粒细化不足，影响强化效果。

轧态钢板组织比较粗大，且Ti的析出不充分，因此钢板轧后需采取正火处理，目的是均匀和细化组织，调整沉淀强化幅度。正火温度900～960℃，净保温时间1.0～5.0min/mm。

由于搪烧过程会使晶粒粗化，细晶强化的作用在搪烧后会丧失，所以固溶强化和沉淀硬化是保障钢板搪烧后仍保持高强度的主要强化方式。本发明钢中通过加入适量的P、V、Nb、Ti元素，热轧后采取正火处理，控制适宜的正火温度和保温时间，使P的固溶强化作用得到充分发挥，而析出的细小弥散的TiC、NbC和V（CN）粒子，在保证了析出相对基体的沉淀析出强化效果的同时，又有利于提高钢板的抗鳞爆性能。

本发明的有益效果：

（1）本发明钢通过控制Ti/C比为1.5～3.0、Ti含量在0.09～0.20%，保证了钢板在搪烧后具有良好的抗鳞爆性能。

（2）本发明通过控制Mn含量在0.80～2.0%，并添加P、V元素进行补充强化，保障了该钢板在搪烧后屈服强度仍达到345MPa以上，为搪玻璃设备制造行业提供了一种安全可靠的钢板材料。

（3）本发明在控制Ti/C比为1.5～3.0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-热轧的方法稳定生产。

附图说明

图1为实施例1的金相组织图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼与轧制。本发明实施例钢的冶炼成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的性能见表3。本发明实施例模拟搪烧后的力学性能见表4。

一种搪后高强度搪玻璃用钢板制造方法，包括转炉冶炼、炉外精炼、铸坯加热、轧制、正火处理。连铸坯加热至1180～1250℃，采用两阶段轧制，粗轧阶段轧制温度≥1100℃；精轧阶段开轧温度为900～980℃、终轧温度为900~840℃，累积变形量≥60%。轧后钢板进行正火处理，正火温度900～960℃，净保温时间1.0～5.0min/mm。

（1）本发明实施例钢的冶炼成分 wt%

实施例	C	Si	Mn	P	S	Ti	Nb	V	ALs	N	Ti/C
												1	0.11	0.11	1.35	0.060	0.010	0.166	0.04	0.030	0.040	0.0055	1.5
2	0.058	0.10	1.95	0.085	0.015	0.170	0.035	0.025	0.040	0.0040	2.9
												3	0.065	0.12	1.62	0.055	0.006	0.100	0.068	0.047	0.025	0.0050	1.5
4	0.10	0.11	1.28	0.110	0.015	0.160	0.045	0.044	0.008	0.0055	1.6
												5	0.14	0.08	0.85	0.078	0.005	0.190	0.032	0.012	0.035	0.0045	1.4
6	0.08	0.14	1.55	0.070	0.009	0.144	0.060	0.035	0.025	0.0045	1.8

注：余量为Fe和不可避免的杂质

（2）本发明实施例钢的主要工艺参数

（3）本发明实施例钢性能

（抗鳞爆性能测试：钢板单面、双面搪玻璃后放置一个月，用100倍显微镜观察鳞爆点。）

（4）本发明实施例钢模拟搪烧后力学性能

实施例	ReL，N/mm²	Rm，N/mm²	A ， %	冷弯α=180°d=1.5a
					1	405	535	35.0	完好
2	415	520	33.5	完好
					3	418	535	35.5	完好
4	420	540	35.0	完好
					5	415	535	34.5	完好
6	425	545	35.0	完好

（模拟搪烧制度：900~960℃保温15~25min，循环7次。）。

Claims

1.一种搪后高强度搪玻璃用钢板，其特征在于，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.05%～0.15%、Si≤0.15%、Mn：0.80%～2.0%、P：0.05%～0.12%、S≤0.020%、Ti：0.09%～0.20%、Nb：0.03%～0.07%、V 0.01%～0.05%、 Als：0.005%～0.050%、N≤0.0060%且Ti/C：1.5～3.0，其余为铁及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述一种搪后高强度搪玻璃用钢板，其特征在于，其钢板组织为单位面积70%-80%铁素体＋珠光体，晶粒度为10级。

3.一种权利要求1所述搪后高强度搪玻璃用钢板制造方法，包括转炉冶炼、炉外精炼、铸坯加热、轧制、正火处理，其特征在于，连铸坯加热至1180～1250℃，采用两阶段轧制，粗轧阶段轧制温度≥1100℃；精轧阶段开轧温度为900～980℃、终轧温度为900~840℃，累积变形量≥60%；轧后钢板进行正火处理，正火温度900～960℃，净保温时间1.0～5.0min/mm。