CN104762566B - 一种热轧板材及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种热轧板材及其制备工艺，按重量百分比计其成份为，C：0.02‑0.05%，N：0.012‑0.015%，S：0.01‑0.05%，P：≤0.045%，Si：≤0.04%，W≤0.025%，Mn：0.05‑1.3%，Al：0.01‑0.05%，Ti：0.01‑0.05%，RE：0.05‑0.2%，余量为Fe和不可避免的杂质，制备工艺采用分段连续轧制结合轧后快冷的方法，得到的板材强度高、延展率高、搪瓷涂层附着力强、抗鳞爆性能好。
Description
技术领域
本申请涉及一种热轧板材及其制备方法，尤其涉及一种强度高、延展率高、搪瓷涂层附着力强、抗鳞爆性能好的热轧板材及其制备方法。
背景技术
搪瓷加工产品是在钢材、铸铁等金属材料构成的基体表面上形成玻璃质搪瓷层而成，例如将金属制基体加工成规定形状后，再在其表面施以瓷轴，然后经高温烧制而成。
现有技术中常见的为单面搪瓷用钢，而双面搪瓷用钢要求钢板可实现致密型釉料双面搪瓷，属于搪瓷钢中性能要求较单面搪瓷钢更为苛刻的钢种，相比于单面搪瓷钢对深冲性能的高要求，双面搪瓷钢更注重对钢的强度和搪瓷性能的要求。
鳞爆现象是导致搪瓷钢废品率高的重要原因，抗鳞爆性能是衡量搪瓷钢搪瓷性能的重要指标。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、空穴或者析出物。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和力学性能，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。
现有技术中，提高双面搪瓷钢的主要思路包括两个方面：一是控制钢的成分，加入能够形成氢陷阱的合金成分，通过形成特殊的第二相达到捕获氢目的，总结起来，国内外现有的研究中主要采用添加钛形成Ti-C-N第二相以提高其抗鳞爆性；有研究指出，在添加钛的同时，辅以稀土、硼或铜元素，其中锰主要起着强化作用，硼或稀土的化合物起着贮氢陷阱的作用，从而提高钢的抗鳞爆性能，而钛不仅能起到强化作用而且还能与碳、氮和硫结合形成化合物，这些化合物在钢中也成为了良好的贮氢陷阱，因此这些钢板成分中均添加了0.05～0.3％的钛以在钢中生成足量的氮化钛和碳化钛。
另一方面，主要通过控制板材形成工艺，继而控制所形成第二相的形态和分布，从而提高氢捕获能力。例如，鞍钢在热轧过程中通过对轧制温度、冷却速度等参数的控制实现Ti的合理分布，从而提高抗鳞爆性能。
现有技术主要存在以下缺陷：（1）对钛的添加量始终维持在较高的水平上，由于钛是贵重金属，钛加入量越多成本越高，而且钛加入量高，氮化钛的析出温度提高，析出的颗粒也变得粗大，因此上述加入较多钛的搪瓷钢不仅成本高而且不利于提高钢板的成形性和表面质量。（2）单面搪瓷钢的研究较多，重视冲压性能的提高，而往往忽略抗压强度的提高，难以将单面搪瓷钢的抗鳞爆性能的添加元素直接应用到双面搪瓷钢的改进中来。（3）热轧工艺或较为粗糙，或过于复杂，降低了生产效率，同时如果采用较高的压轧率，钢板易开裂，从而降低了合格率。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种强度高、搪瓷涂层附着力强、抗鳞爆性能好的双面搪瓷用钢热轧板材及其制备方法，满足生产中对双面搪瓷用钢材的性能要求，同时，通过减少钛的添加量、优化热轧工艺，降低了生产成本。
本发明提供了一种热轧板材，其特征在于，所述板材化学成分为，按重量百分比计C：0.02-0.05%，N：0.012-0.015%，S：0.01-0.05%，P：≤0.045%，Si：≤0.04%，W≤0.025%，Mn：0.05-1.3%，Al：0.01-0.05%，Ti：0.01-0.05%，RE：0.05-0.2%，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选方案为，按重量百分比计C：0.02-0.03%，N：0.012-0.013%，S：0.01-0.04%，P：≤0.040%，Si：≤0.04%，W≤0.025%，Mn：0.05-1.0%，Al：0.01-0.05%，Ti：0.01-0.05%，RE：0.1-0.2%，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中RE是指稀土金属，在本申请所采取的技术方案中可以单独使用金属镧，可以单独使用金属铈，也可以使用由镧与铈以1:1组成的混合稀土。
申请人在研究中发现，通过在生产过程中对板材中W含量的精确控制，并且使其含量与其余元素之间的关系可获得板材的最优性能，其中关系式可用下式示出：W=(C+0.98N+0.5S)/2-Ti。而由于实际生产过程中各元素含量的测量不可避免地存在误差，因此上式的误差范围控制在±1%以内是允许的，本领域技术人员可以明了误差存在的合理性。而对于上述运算式从理论角度来说，可以推测是元素W和各元素之间的比例能够达到其作为捕集氢的位点的空隙，从而使其具有高捕氢能力的状态，从而易于与氢发生反应并将其吸收。上式所列的方案为本申请热轧钢板的最优选技术方案。
通过常规的测试方法，可以得到上述板材的力学性能具有下列特征：屈服极限为350-480MPa，抗拉强度为300-500MPa，延伸率为25-50%，杯突深度大于等于6mm。
本申请提供了一种用于双面搪瓷用钢热轧板材及其制备工艺，包括以下步骤：S1）热轧，热轧按以下重量百分比的化学成分为的坯料：按重量百分比计C：0.02-0.05%，N：0.012-0.015%，S：0.01-0.05%，P：≤0.045%，Si：≤0.04%，W≤0.025%，Mn：0.05-1.3%，Al：0.01-0.05%，Ti：0.01-0.05%，RE：0.05-0.2%，余量为Fe和不可避免的杂质；S2）轧后快速冷却，卷取，制得板材。
具体而言，热轧过程中，开轧温度为1100-1300℃，终轧温度为800-900℃，累计压下量为50%-90%。
在实际生产中，可以采用常规的连轧工艺，然而，为了减少热轧时所带来的开裂问题，当热轧采用分段连续轧制时，可大幅减少热轧时开裂的危害，且最终所得到板材的组织性能也较佳。在实际生产中，可进一步地将分段轧制过程中相邻轧制工艺的轧制温度差控制在50-200℃范围以内。
另外，针对本申请所涉及的双面搪瓷钢，申请人摸索出特别适合于该钢种的分段轧制工艺参数。
具体的工艺参数为：第一阶段热轧温度为1200±50℃，压下量为15-25%；第二阶段热轧温度为1100±50℃，压下量为10-20%；第三阶段热轧温度为1000±30℃，压下量为10-20%，第四阶段热轧温度为850±10℃，压下量为5-15%；累计压下量控制在40-80%区间范围以内。另外，上述每一阶段的板材压下量均是以原始坯料板材厚度作为基础计算。
最优选的分段轧制工艺参数为：第一阶段热轧温度为1230℃，压下量为20%；第二阶段热轧温度为1100℃，压下量为15%；第三阶段热轧温度为990℃，压下量为15%，第四阶段热轧温度为850℃，压下量为10%。上述每一阶段的板材压下量均是以原始坯料板材厚度作为基础计算。
相对比本申请人之前的研究成果，添加稀土与未添加稀土的技术方案相比，钢板的综合性能有进一步提高。从理论上来分析，首先从热力学计算得出的稀土化合物的标准生成自由能，既通过计算可知冶炼时稀土元素可以与钢液中氧和硫发生反应，可以生成RE2O3、REO2、RE2S3、RES、RE3S4、RES2或者RE2O2S3，从而消除这些杂质元素在钢中的危害，进而提高钢材性能。另一方面，稀土在钢中可以发挥合金化作用，稀土金属在钢铁中具有一定的固溶度，从而减少在基体中所引起的畸变能，形成溶质原子的晶界偏聚和溶质气团。再者，稀土化合物在铁基中还可以发挥作为贮氢陷阱的作用，从而提高其抗鳞爆性能。
并且，从后续的交叉对比实验中可以看出稀土元素在提高钢材的性能方面可发挥出重要作用。并且采用稀土添加钢板可以减少搪瓷钢压制过程的步骤，不但减少了操作工序，并且提高产品成品率。
另外，对于轧后冷却的方法可采用快速冷却，例如层流冷却，冷却速度为25-40℃/s，卷取温度为600-650℃，最终板材厚度为15-25mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）有效防止鳞爆缺陷，双面搪瓷过程中钢板双侧搪瓷粘附性高，适用高温搪瓷，未见鳞爆现象出现；（2）Ti用量下降，有效防止传统双面搪瓷钢中Ti/C/N第二相在表面的过量积累所形成的黑点、脱瓷缺陷，同时有利于降低熔炼成本；（3）抗压强度明显提高，对双面搪瓷钢在高称重结构件中的应用有显著提升；（4）分段连续轧制有效避免传统连续轧制过程中钢板变形随机影响因素造成的板面缺陷，有效提升钢板品质；(5)稀土元素在钢中即可以净化杂质，又可以提高合金化度，从而提高钢材的综合性能，减少工序，提高成品率。
具体实施方式
(1)实施例1-6中，按表1所示的成分表进行坯料配比，然而进行热轧、冷却处理从而得到板材。
其中热轧的具体步骤为：第一阶段热轧温度为1200±50℃，压下量为15-25%；第二阶段热轧温度为1100±50℃，压下量为10-20%；第三阶段热轧温度为1000±30℃，压下量为10-20%，第四阶段热轧温度为850±10℃，压下量为5-15%；累计压下量控制在40-80%区间范围以内。轧后快速冷却，冷却速度为25-40℃/s，卷取温度为600-650℃，最终板材厚度为15-25mm。
特别指出的是，实施例1-3为最优实施方式，其中对W的含量进行精确控制，以W=(C+0.98N+0.5S)/2-Ti为准，精度控制在±1%，同时向钢板中添加RE。实施例5-6中，在实施例1的基础上，对元素的含量进行调整，以考察其对钢的性能的影响。
表1：实施例1-6中双面搪瓷用钢热轧板材成分表（单位：wt%）。
| 实施例 | C | N | S | P | Si | W | Mn | Al | Ti | La | Ce |
| 1 | 0.05 | 0.015 | 0.05 | 0.05 | 0.04 | 0.02 | 1.5 | 0.05 | 0.025 | 0.06 | — |
| 2 | 0.02 | 0.015 | 0.04 | 0.02 | 0.04 | 0.0074 | 1.5 | 0.04 | 0.02 | 0.16 | — |
| 3 | 0.03 | 0.015 | 0.05 | 0.02 | 0.02 | 0.025 | 0.05 | 0.01 | 0.01 | 0.1 | 0.1 |
| 4 | 0.04 | 0.012 | 0.05 | 0.02 | 0.03 | 0.013 | 1.0 | 0.04 | 0.025 | — | 0.12 |
| 5 | 0.05 | 0.015 | 0.05 | 0.05 | 0.01 | 0.015 | 1.5 | 0.05 | 0.025 | 0.05 | 0.14 |
| 6 | 0.05 | 0.015 | 0.05 | 0.05 | 0.04 | 0.024 | 1.5 | 0.05 | 0.025 | 0.13 | 0.03 |
(2)作为对比，列举对比例7-9，按如下钢的成分进行冶炼。
表2：对比例7-9中双面搪瓷用钢热轧板材成分表（单位：wt%）。
| 对比例 | C | N | S | P | Si | W | Mn | Al | Ti | La | Ce |
| 7 | 0.05 | 0.015 | 0.05 | 0.05 | 0.04 | — | 1.5 | 0.05 | 0.05 | — | — |
| 8 | 0.02 | 0.015 | 0.04 | 0.02 | 0.04 | — | 1.5 | 0.04 | 0.04 | — | — |
| 9 | 0.04 | 0.012 | 0.05 | 0.02 | 0.03 | — | 1 | 0.04 | 0.05 | — | — |
将上述配比冶炼完成的钢水经脱气处理进行模铸，形成厚度为约100mm的坯料，热轧，具体为：采用现有技术中的连续轧制工艺，热轧开轧温度为1100-1300℃，终轧温度为800-950℃，累计压下率为85%。
(3)钢板性能测定：对实施例1-6和对比例7-9所制备的板材随机取样(100mm×100mm)，对应编号为试样1-9组，每组试样50件，按标准进行屈服极限、抗拉强度、延伸率、杯突深度和搪瓷合格率的检测，其中搪瓷合格率以双面施釉，搪瓷成品件200℃放置5h，检测试样两侧表面是否有鳞爆产生。
表3：试样1-9主要性能参数及搪瓷合格率。
| 试样 | 屈服极限 /MPa | 抗拉强度 /MPa | 延伸率 /% | 杯突深度 /mm | 搪瓷合格率 /% |
| 1 | 479 | 455 | 27 | 7 | ≥99 |
| 2 | 336 | 310 | 45 | 9.8 | ≥99 |
| 3 | 357 | 346 | 42 | 8.6 | ≥99 |
| 4 | 408 | 370 | 37 | 8.1 | ≥97 |
| 5 | 459 | 441 | 29 | 6.7 | ≥96 |
| 6 | 466 | 427 | 27 | 6.9 | ≥97 |
| 7 | 325 | 230 | 21 | 5 ≤ | ~90 |
| 8 | 190 | 206 | 26 | 8 | ~90 |
| 9 | 245 | 217 | 19 | 5 ≤ | ~80 |
由此可见，在严格控制元素钨与碳、氮、硫和钛元素的比例关系基础上，再进一步添加稀土元素，对产品的性能具有显著的提高，其中影响较大的包括抗拉强度、延伸率和合格率，而对杯突深度的影响不大。
Claims (3)
1.一种双面搪瓷用钢热轧板材，其特征在于，所述双面搪瓷用热轧板材化学成分为：
按重量百分比计：C：0.02-0.05%，N：0.012-0.015%，S：0.01-0.05%，P：≤0.045%，Si：≤0.04%，W≤0.025%，Mn：0.05-1.3%，Al：0.01-0.05%，Ti：0.01-0.05%，RE：0.05-0.2%，余量为Fe和不可避免的杂质；
其中RE是指稀土元素La，或者稀土元素Ce，或者稀土元素La和稀土元素Ce以1:1组成的混合稀土；
所述双面搪瓷用热轧板材中元素W的含量满足以下关系式：
W=(C+0.98N+0.5S)/2-Ti，
并且上式的误差范围控制在±1%以内。
2.一种生产双面搪瓷用钢热轧板材的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1）热轧，热轧按以下重量百分比的化学成分为坯料：C：0.02-0.05%，N：0.012-0.015%，S：0.01-0.05%，P：≤0.045%，Si：≤0.04%，W≤0.025%，Mn：0.05-1.3%，Al：0.01-0.05%，Ti：0.01-0.05%，RE：0.05-0.2%，余量为Fe和不可避免的杂质；
其中RE是指稀土元素La，或者稀土元素Ce，或者稀土元素La和稀土元素Ce以1:1组成的混合稀土；
所述双面搪瓷用热轧板材中元素W的含量满足以下关系式：
W=(C+0.98N+0.5S)/2-Ti，
并且上式的误差范围控制在±1%以内；
S2）轧后快速冷却，卷取，制得双面搪瓷用钢热轧板材。
3.根据权利要求2所述生产双面搪瓷用钢热轧板材的制备工艺，其特征在于，热轧开轧温度为1100-1300℃，终轧温度为800-900℃，累计压下量为50%-90%。
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