CN106282846A - 一种具有优良抗鳞爆性能的搪瓷钢及其钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有优良抗鳞爆性能的搪瓷钢及其钢板的制造方法，钢中化学成分按重量百分比为：C：0.04％～0.10％、Si≤0.10％、Mn：0.30％～1.0％、Ti：0.03％～0.10％、P≤0.015％、S：0.010％～0.045％、N：0.003％～0.009％、Als：0.005％～0.050％、Cr：0.05％～0.25％，且Ti/C：0.5～1.2，其余为铁及不可避免的杂质。具有上述成分钢板的制造方法为：连铸坯加热温度为1180～1250℃，精轧开轧温度980～1100℃，终轧温度为880～950℃，轧后采取前段冷却方式，在6s时间内以≥30℃/s冷速快冷至卷取温度，卷取温度控制在630～700℃，获得的钢板具有优良的抗鳞爆性能。

Description

一种具有优良抗鳞爆性能的搪瓷钢及其钢板的制造方法

技术领域

本发明是关于一种热轧搪瓷钢及其钢板的制造方法，特别涉及一种具有优良抗鳞爆性能的搪瓷钢及钢板的制造方法。

背景技术

鳞爆是搪瓷制品的致命缺陷，极大的危害搪瓷制品的质量。搪瓷鳞爆是由于溶入钢板中的氢引起的。搪瓷制品在生产过程中经历了两次吸氢的过程，一是在酸洗过程、二是在搪烧过程中。酸洗时首先是氧化铁皮与酸的反应，之后酸主要与金属发生化学反应产生氢，一部分氢逸出，一部分氢以原子形式溶于钢板中。在随后的高温搪烧时，瓷浆内的结晶水及加热炉气中的水蒸气与钢板表面铁和碳发生反应，生成氢原子，以原子和分子的形式溶解于铁。随着钢板冷却,固态铁中氢的溶解度急骤下降(20℃时氢在钢中溶解度仅是900℃时的千分之一)，于是氢原子逸出，在钢表面受到瓷釉层阻隔,以分子状态聚集在钢板与搪瓷界面。当氢原子不断逸出、氢气压力增大至一定程度,产生的压力超过搪瓷层的强度极限而发生搪瓷层的破损。这种破损一般呈坑点形态，形如鳞片，称为鳞爆。由于产生鳞爆的氢主要是在酸洗和搪烧过程中进入钢板的，因此除了改进制品的搪瓷工艺外，还应提高钢板本身的抗鳞爆性能。因此需要通过合理的化学成分设计和生产工艺控制来提高钢板本身的抗鳞爆性能，一般认为1mm厚度钢板的氢渗透时间大于7～8min时，就不会发生鳞爆。

在过去的国内外相关研究文献中，针对解决搪瓷钢鳞爆问题有了一些成果。如日本村上英邦、西村哲等人的专利文献CN101535517A公开了耐鳞爆性显著优良的搪瓷用钢板及其制造方法，其重量百分比为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，B：0.0003％～0.0030％、V：0.003％～0.15％、Ni：0.0001％～0.05％、Ti：0.0001％～0.05％、还含有Ta、W、Mo、La、Ce、Ca、Mg中的1种以上，合计为1.0％以下，以及As、Se、Sn、Sb中的1种以上，合计为1.0％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成；宝钢专利(申请号CN201010179312)介绍了一种以超低碳为基础、添加适量的合金元素、具有优良的成形性能和抗鳞爆性能的冷轧搪瓷钢板及其制造方法，其化学成分百分比为：C≤0.05％、Si≤0.10％、Mn≤0.50％、P≤0.035％、S≤0.035％、Al：0.031％～0.10％、N≤0.015％、O≥0.001％、B：0.0003％～0.020％、Cu：0.01％～0.50％，还含有Nb：0.01％～0.10％、V：0.01％～0.10％、Ti：0.01％～0.15％的一种或两种以上，还含有Cr：0.01％～0.10％、Ni：0.01％～0.10％、Mo：0.01％～0.10％中的一种或两种以上。上述方法制造的搪瓷钢均具有良好的抗鳞爆性能，但必须通过在钢中添加Nb、B、V、Ni、Ti、Cr等合金元素，有的还需要精确控制C、S、N、Ti元素的含量和比例，这无疑会增加冶炼成本和加大生产控制难度。武钢开发了一种无鳞爆现象、生产难度低、成本低廉的具有抗鳞爆性能的搪瓷钢及其制造方法(CN103484757A)，具体公开了重量百分比为C：0.0020％～0.0050％、Mn：0.30％～0.50％、Si：0.0050％～0.010％、P：0.01％～0.015％、S：0.011％～0.020％、Als：0～0.010％、O：0.011％～0.020％，余量为铁和其它不可避免的杂质。采用的是超低碳钢，增加了冶炼难度；而且采用的是冷轧、退火工艺，增加工序成本，生产周期长。

针对上述不足，本发明提供了一种具有优良抗鳞爆性能的搪瓷钢及其钢板的制造方法。通过合理的成分设计和工艺控制，使钢中形成足够的储氢陷阱，提高钢板的抗鳞爆性能。一方面本发明通过控制钢中适量的N、S元素含量，加入适量的Ti元素，使钢中能够形成足够的第二相粒子，作为储氢的陷阱，提高钢板的抗鳞爆性能。另一方面采用控轧控冷技术，使钢中铁素体晶粒在10级以上，晶粒越细小，晶界面积相对增加。晶界也被认为是一种有效的储氢的陷阱，即晶界面积越大，在钢板搪烧过程中储氢能力越强，对钢板的抗鳞爆性能越有利。

发明内容

本发明提供了一种具有优良抗鳞爆性能的搪瓷钢及其钢板制造方法。通过合理的成分设计和工艺控制，使钢中形成足够的储氢陷阱，提高钢板的抗鳞爆性能，为家电等行业提供了一种抗鳞爆性能优异的钢板材料。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

钢中化学成分质量百分比为：C：0.04％～0.10％、Si≤0.10％、Mn：0.30％～1.0％、Ti：0.03％～0.10％、P≤0.015％、S：0.010％～0.045％、N：0.003％～0.009％、Als：0.005％～0.050％、Cr：0.05％～0.25％，Ti/C：0.5～1.2，其余为铁及不可避免的杂质。

在本发明的成分中：

(1)C是促进Ti的粒子析出的元素，如果含量太低,不利于作为氢陷阱的TiCx粒子的沉淀。如果含量偏高，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；同时涂搪过程中C含量偏高时也会形成CO气泡，造成搪瓷针孔缺陷，损害搪瓷表面质量。因此本发明钢C含量选择在0.04％～0.10％。

(2)Si元素在搪烧过程中会先行生成氧化物膜，阻碍钢板与瓷釉间密着层的生成。Si含量超过0.10％时影响搪瓷密着性能，因此本发明钢限制Si≤0.10％。

(3)Mn做为脱氧元素能够降低钢液中的氧，同时形成MnO夹杂物可以做为储氢的陷阱，对提高钢板的抗鳞爆性能有力。但过高的Mn含量会显著降低钢的塑性，对钢板加工使用不利；当Mn含量超过1.0％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0.30％～1.0％。

(4)Ti/C比是保证搪瓷性能的重要指标。Ti/C≥0.5，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，可以提供足够的储氢陷阱，抑制钢板搪烧后发生鳞爆。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0.5～1.2。

(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0.5～1.2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0.02％。因此在保证Ti/C比在0.5～1.2之间的前提下，确定其含量在0.030％～0.10％。

(6)在传统钢板中S和N是有害元素，因此要控制的尽量低。但在搪瓷钢中，适量的S和N与Ti形成的第二相粒子，作为储氢的陷阱，抑制钢板搪烧后发生鳞爆，因此可适当放宽S和N的含量范围。但如果S和N的含量过高，钢中会形成粗大的TiS和TiN粒子，严重损害钢的塑性，同时粗大的TiS和TiN粒子也不能发挥其对提高抗鳞爆性能的作用。因此本发明钢中S含量的上限控制在0.045％、N含量的上限控制在0.009％。如果S和N的含量控制的太低，也不能充分发挥其对提高抗鳞爆性能的作用，因此本发明钢中S和N的下限分别控制在0.01％和0.003％。

(7)P对搪瓷性能没有不利影响。但如果其含量过高，会降低钢的焊接性能。因此本发明钢控制其含量上限为0.015％。

(8)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。因此本发明钢控制其含量在0.005％～0.050％之间。

(9)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。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0.25％时，其作用已经饱和。且高于0.25％时也使钢板的生产成本增加。本发明钢中控制其含量在0.05％～0.25％。

含有上述化学成分钢板的生产工艺为：钢水脱硫-转炉冶炼-炉外精炼-连铸-铸坯加热-粗轧-精轧-层流冷却-卷取。在本发明中，将连铸坯加热至1180～1250℃，均热后经高压水除鳞、粗轧开坯，精轧开轧温度980～1100℃，终轧温度为880～950℃，轧后采取前段冷却方式，在6s时间内以≥30℃/s冷速快冷至卷取温度，卷取温度控制在630～700℃。

在本发明生产工艺中：

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℃。

精轧温度高于1100℃时，铁素体晶粒易粗大化，晶界面积相对减少，由于晶界也是一种有效的储氢陷阱，粗大的铁素体晶粒对抗鳞爆性能不利。精轧温度低于980℃时，增加轧机负荷，容易导致事故。因此确定精轧开轧温度在980～1100℃。

终轧温度过低会诱导先析出，使析出不均匀和析出粒子粗大化，粗大的粒子对抗鳞爆性能不利。在轧后快速冷却的条件下，在880℃以上终轧，这种粗大化的程度还不显著。而在950℃终轧，诱导先析出TiC粒子的数量已经很少，因此确定终轧温度范围为880～950℃。

在缓慢冷却的条件下，由于Ti粒子析出的范围很宽，其析出粒子易于粗大化，使析出相的总表面积减小；另一方面铁素体晶粒尺寸粗大，铁素体晶界面积相对减少，储氢陷阱的总量不足，因此本发明提出采用高的快速冷却速度，使重新析出的Ti的析出粒子更加细小弥散，增加了析出相的总表面积；同时钢中的铁素体组织得到细化，铁素体晶粒在10级以上，使铁素体晶界面积相对增加，两方面的因素使钢中具有足够的储氢陷阱，有利于抑制鳞爆的发生。轧后采取前段冷却方式在6s内以≥30℃/s冷速快冷至卷取温度，完全可以抑制粗大的Ti的析出粒子形成，有利于铁素体晶粒细化，因此确定轧后冷速应不低于30℃/s。

对于本发明钢来说，卷取温度低于630℃时，作为储氢陷阱的钛的析出粒子的析出被抑制，储氢陷阱总量不足，不足以抑制鳞爆的发生。而卷取温度高于700℃，铁素体晶粒会出现粗大化，铁素体晶界面积相对减少，储氢陷阱的总量不足。因此控制卷取温度的范围为630～700℃。

组织为铁素体+少量珠光体，其中，按体积百分比计，铁素体≥95％，珠光体≤5％，晶粒度为10级。

有益效果：

1)采用本发明的成分设计和工艺控制方法制造的钢板，具有优良的抗鳞爆性能，且性能稳定，适应性广，为家电等行业提供了一种抗鳞爆性能优异的钢板材料。

2)本发明在控制Ti/C比为0.5～1.0的前提下，通过控制Ti含量不超过0.10％，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

以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。本发明中所指的钢包括铸坯、钢板、钢管等。

表1为本发明实施例钢和对比例钢的冶炼成分，表2为本发明实施例钢和对比例钢的生产工艺参数，表3为本发明实施例钢和对比例钢的性能。

抗鳞爆性能的测试是将钢板经涂搪后放置一个月，用100倍显微镜观察鳞爆点。

表1本发明实施例钢和对比例钢的冶炼成分 wt％

表2本发明实施例钢和对比例钢的工艺参数

表3本发明实施例钢和对比例钢实物性能

(F：铁素体；P：珠光体；鳞爆测试：钢板经涂搪后放置一个月，用100倍显微镜观察。)

根据以上结果可以得出，本发明提供的一种高强度搪玻璃用热轧钢板，钢板屈服强度达到390MPa以上，具有良好的抗鳞爆性能。

Claims (2)

1.一种具有优良抗鳞爆性能的搪瓷钢，其特征在于，钢中化学成分按重量百分比为：C：0.04％～0.10％、Si≤0.10％、Mn：0.30％～1.0％、Ti：0.03％～0.10％、P≤0.015％、S：0.010％～0.045％、N：0.003％～0.009％、Als：0.005～0.050％、Cr：0.05％～0.25％，且Ti/C：0.5～1.2，其余为铁及不可避免的杂质。

2.一种具有优良抗鳞爆性能的搪瓷钢板的制造方法，钢板的生产工艺为：钢水脱硫-转炉冶炼-炉外精炼-连铸-铸坯加热-粗轧-精轧-层流冷却-卷取，其特征在于，钢板中化学成分按重量百分比为C：0.04％～0.10％、Si≤0.10％、Mn：0.30％～1.0％、Ti：0.03％～0.10％、P≤0.015％、S：0.010％～0.045％、N：0.003％～0.009％、Als：0.005％～0.050％、Cr：0.05％～0.25％，且Ti/C：0.5～1.2，其余为铁及不可避免的杂质，将连铸坯加热至1180～1250℃，精轧开轧温度980～1100℃，终轧温度为880～950℃，轧后采取前段冷却方式，在6s时间内以≥30℃/s冷速快冷至卷取温度，卷取温度控制在630～700℃。