CN108796380B - 烧成后屈服强度在210MPa以上的极低碳冷轧搪瓷用钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

烧成后屈服强度在210MPa以上的极低碳冷轧搪瓷用钢板及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.0005～0.008％、Si≤0.05％、Mn：0.2～1.0％、P：0.08～0.15％、S：0.008～0.035％、Al≤0.010％、N≤0.005％、B：0.0002～0.003％、Cr≤0.10％、Cu：0.01～0.50％、O：0.010～0.040％，其余为Fe和不可避免杂质；且Mn/55≥O/16+S/32，还可以加入Nb：0.02～0.10％，B/11+Nb/93＞N/14。本发明搪瓷用钢板经过850℃高温搪烧后的屈服强度保持在210MPa以上，并满足于抗鳞爆等搪瓷性能要求。

Description

烧成后屈服强度在210MPa以上的极低碳冷轧搪瓷用钢板及其 制造方法

技术领域

本发明属于搪瓷用钢领域，特别涉及一种烧成后屈服强度在210MPa以上的冷轧搪瓷用钢板及其制造方法。

背景技术

冷轧搪瓷钢板的用途十分广泛，比如制作搪瓷装饰面板、脱硫脱硝搪瓷换热元件、烤箱搪瓷部件等。为了满足涂搪的要求，防止搪瓷时产生针孔、气泡等表面缺陷提高搪瓷表面质量，对钢板的要求主要表现在钢中的含碳量要低，因为碳含量越高在搪瓷时产生这些表面缺陷的几率就高，另外为了防止产生鳞爆，还需要在钢中添加足量的合金元素以形成贮氢陷阱。现有的冷轧搪瓷用钢具有两种比较典型的成分类型：一种是含钛的超低碳钢，通过在钢中加入足量的钛以完全固定钢中的碳、氮等间隙原子以形成无间隙原子钢，此类钢具有成型性能好、无时效等特点，并且有足量的析出相可以确保在搪瓷时不产生鳞爆等缺陷；另一种是含氧量较高的超低碳钢，通过钢中较高的含氧量以在钢中形成足量的氧化物等夹杂物来保证钢板在搪瓷时不产生鳞爆，由于钢中含碳量一般都低于0.004％，因此在搪瓷时能抑制针孔、气泡等搪瓷表面质量的出现。

上述钢种在设计及应用实践中，人们关注的主要是成型性能、抗鳞爆性能和搪瓷表面质量等方面，几乎没有涉及到钢板的强度问题。事实上，上述钢板在交货态时的屈服强度一般都低于200MPa，在经过850℃左右的高温搪烧后，钢板的屈服强度较搪烧之前的屈服强度会进一步下降，有时会低至100MPa左右。

中国专利CN 102124132 A公开的“搪瓷钢板及其制造方法”中C：0～0.005％、Mn：0.2～1.0％、P：0.005～0.02％、Ti：0.06～0.1％、N：0～0.003％等，在涂搪之前钢板的屈服强度在192～205MPa之间。

中国专利ZL 00801729.8公开的“具有优良可成型性、抗起泡性、抗黑点性和搪瓷釉粘附性的连铸搪瓷用钢板及其制造方法”，涉及一种极低碳含氧高的搪瓷用钢，在超低碳钢中即使加入铌(0.033～0.045％)、钒(0.040～0.060％)的情况下，钢板的屈服强度为142～170MPa。

中国专利CN 1147612C公开的“加工性、时效性和上釉性出色的搪瓷用钢板及制造方法”，其中C≤0.0018％、Si≤0.020％、Mn：0.10～0.30％、P：0.010～0.030％、S≤0.030％、N：0.0008～0.0050％、B≤0.0050％：O：0.010～0.05％等，钢板的屈服强度在140～175MPa。

有关超低碳搪瓷钢板专利中依靠在钢中添加大量的贵重金属和稀有金属(如Ni、Mo、Zr、Co、W等等)来实现优良的涂搪性能，但均未提及如何提高钢板的强度问题。在实际应用中，也没有发现超低碳钢板经过高温搪烧后的屈服强度保持在210MPa以上的实例。

针对当前一般都采用超低碳钢的成分设计，钢板的屈服强度偏低(多数低于180MPa)，其结果必然是在经过高温搪烧(如850℃)后，钢板的强度会进一步下降甚至降至100MPa左右，并且随着烧成温度的提高和烧成时间的延长，屈服强度持续下降，导致搪瓷件在使用时的耐重力和压力能力下降，很容易因变形而产生瓷层剥落。

发明内容

本发明的目的在于提供一种烧成后屈服强度在210MPa以上的极低碳冷轧搪瓷用钢板及其制造方法，该搪瓷用冷轧钢板经过850℃高温搪烧后的屈服强度保持在210MPa以上，并满足于抗鳞爆等搪瓷性能要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

烧成后屈服强度在210MPa以上的极低碳冷轧搪瓷用钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.0005～0.008％、Si≤0.05％、Mn：0.2～1.0％、P：0.08～0.15％、S：0.008～0.035％、Al≤0.010％、N≤0.005％、B：0.0002～0.003％、Cr≤0.10％、Cu：0.01～0.50％、O：0.010～0.040％，其余为Fe和不可避免杂质；且Mn/55≥O/16+S/32，还可以加入Nb：0.02～0.10％，B/11+Nb/93＞N/14。

又，所述钢板显微组织为铁素体，铁素体的平均晶粒尺寸不大于50μm。

所述钢板氢穿透时间TH₂大于6.7min，断裂伸长率A₈₀不小于35％，在经过850℃×6min模拟搪烧后钢板的屈服强度在210MPa以上。

在本发明钢的成分设计中：

碳：随着钢中的碳含量提高，钢的强度提高，但是碳含量越高搪瓷时越容易产生针孔和气泡缺陷。因为钢中自由碳是产生针孔和气泡的主要原因，为了减少碳对搪瓷质量的不利影响，降低钢中的含碳量是十分必要的，但是实现过低的含碳量(如小于5ppm)势必大大地增加炼钢成本，另外在钢中加入钛、铌和硼等合金也可以形成碳化物从而固定碳原子。综合来看，为了节约合金元素减少贵重合金的加入量，同时降低冶炼成分，钢中的碳控制在C：0.0005～0.008％。

锰：锰在钢中和氧、硫等形成化合物如氧化锰、硫化锰，这些夹杂物在搪瓷时是有利的贮氢陷阱，对抗鳞爆起着重要作用。锰还以固溶状态存在以强化铁素体基体，但锰含量过高不仅会降低钢的塑性，也损害搪瓷性能。因此钢中的锰含量必须限制在0.2～1.0％。

硅：硅虽然对提高钢的强度有帮助，但硅对搪瓷密着性能有不良影响，且硅在钢中易形成延展性很差的氧化物夹杂，损害钢的塑性。因此，本发明中控制Si≤0.05％。

铝：铝是强脱氧元素，铝易与氧结合形成氧化铝，这类夹杂物会严重损害钢的可加工性。本发明钢中由于需要保留一定量的氧，因此铝含量不宜过高。控制Al含量小于0.010％。

磷：含磷量增加可以提高钢的强度，但含磷量越高钢板的塑性越差甚至钢变得很脆，因此一般在搪瓷钢中均把磷作为有害元素。但磷在合金元素中是成本较低的，因此在本发明中加入适量的磷对提高钢板的强度有益，通过控制合适的硼、铜或铌等合金元素，并配合适当的加工工艺，不仅可以减轻磷产生的二次脆性也可以避免磷的偏聚对涂搪时产生气泡、针孔等的不利影响。

硫：控制适量的硫，使得硫和锰的含量达到合理的匹配量，保证硫与锰形成硫化锰，这种夹杂物对防止涂搪时产生鳞爆等起着有益的作用。S：0.008～0.035％。

硼：固定钢中的氮形成氮化硼，可以改善钢板的加工性能和时效性，也可以提高抗鳞爆性和密着性。硼虽然在钢中起着有益的作用，但是硼含量过高时在连铸过程中铸坯上容易产生裂纹。

氧：氧直接影响钢的抗鳞爆性和加工性。一方面，氧与锰元素很容易结合形成氧化锰，提高钢的抗鳞爆性能。另一方面，为了防止形成粗大的氧化锰夹杂，必须控制氧的含量及氧和锰的配比。

氮：氮和碳一样是固溶元素，氮和硼可以形成化合物，因此在加入硼时形成的氮化硼对于提高钢的抗鳞爆性能有益。但是，如果氮含量过高，BN颗粒变得粗大，会损害钢的塑性，并且固溶的氮增加了钢的时效性。因此，本发明中控制N≤0.005％。

铜：铜在钢中可以起到析出强化的作用，提高钢板的强度，适量的铜还可以提高钢板的塑性。铜含量低于0.01％起不到效果，但铜含量高于0.50％时，不仅合金成本增加，同时对搪瓷密着产生不利的影响。

铬：铬在钢中是难以避免的元素，铬含量高时可能会降低钢的强度，限制铬的含量在0.10％以下。

铌：固溶的铌可以提高钢的再结晶温度，抑制奥氏体和铁素体晶粒的长大，通过细化晶粒提高钢板的屈服强度。但铌是贵重金属，加入过多的铌会提高合金成本，铌的含量限制在0.10％以下。

在成分和工艺设计中优先考虑的是确保钢板具有优良的抗鳞爆性能、搪瓷密着性能和抗针孔、气泡缺陷等性能，并且要提高钢板的强度，改善钢板的塑性，最终获得一种具有较高强度和优良涂搪性能的冷轧搪瓷钢板。一些合金元素还必须得到进一步的控制：

(1)Mn/55≥O/16+S/32，其目的是在形成足量的MnS、MnO夹杂或复合夹杂物Mn(S_xO_1-x)的同时，有过量的Mn，这些锰主要固溶于铁素体中，起到固溶强化铁素体基体的作用，即使经过高温烧成后仍起着固溶强化的作用，也就是说，足量的夹杂物是实现钢板具有优良的贮氢性能或抗鳞爆性能的保证，而过量的、以固溶形式存在锰可以进一步提高钢板的强度和搪烧后的强度，防止在高温搪烧后强度的过度下降。

(2)B/11+Nb/93＞N/14，硼和铌都会和氮形成氮化物，这些化合物是良好的贮氢陷阱，足量的硼和铌使得有一部分和碳反应，或以固溶形式存在，对提高钢的强度有利。通过限定硼和铌的最高加入量，使得在钢中形成的化合物颗粒细小，不仅对提高贮氢能力有帮助也起到析出强化的作用。

本发明所述的烧成后屈服强度在210MPa以上的极低碳冷轧搪瓷用钢板的制造方法，其包括，

1)冶炼、铸造

按上述成分转炉冶炼、连铸成坯；

2)热轧

将连铸坯加热至1050～1250℃，随后于800～850℃的温度范围内完成热轧，然后采用控制冷却速率至卷取温度，冷却速率为15～50℃/s，卷取温度为520～750℃；

3)冷轧、退火

钢板经酸洗去除氧化铁皮后进行冷轧，冷轧的总压下率在65％以上，退火温度为700～850℃。

在本发明钢的制造方法中：

热轧：将连铸坯加热至1050～1250℃的温度范围内，充分保温后使得钢中的室温铁素体组织奥氏体化和奥氏体组织均匀化，热轧的终轧温度控制在800～850℃的温度范围内，之所以在800～850℃较低的温度范围内终轧，一方面通过热轧变形增加终轧后铁素体的形核能，提高铁素体再结晶的形核速率，另一方面也可以降低铁素体晶粒的生长速率，抑制铁素体晶粒过快生成和长大，同时也可以加快磷的析出，这样控制的目的都有利于提高钢板的屈服强度；然后采用控制冷却速率至卷取温度，冷却速率为15～50℃/s，卷取温度为520～750℃。

冷轧：钢板经酸洗去除氧化铁皮后进行冷轧，冷轧的总压下率在65％以上。冷轧时采取较大的压下率确保在钢中储存足够的形变能，这样在退火时可以增加铁素体的形核，有利于细化铁素体晶粒。在冷轧退火过程中，热轧板的细化晶粒会得到一定程度的遗传，即热轧板中的铁素体晶粒越细，冷轧退火后容易获得更为细化的铁素体晶粒，但前提是冷轧必须采取足够大的压下率和适当的退火工艺。退火温度为700～850℃，退火工艺确保钢板完成再结晶，同时也要防止高温退火引起的晶粒过度长大。

本发明的有益效果：

本发明通过大量的实验和不断的摸索，特别是通过降低含C量在0.0005～0.008％，防止涂搪时产生针孔；通过控制O、S、Mn形成足够的、合适尺寸的氧化锰和硫化锰的夹杂物来增加钢中的贮氢陷阱；通过添加和控制P的析出及Mn等提高钢板的强度和烧成后的强度，调整合金元素与其它主要元素之间的配比关系，通过控制加工工艺参数，不仅可以进一步提高钢板的涂搪性能、强度和塑性，也可以减少钢板性能的波动，获得一种不仅具有优良的涂搪性能而且具有较高强度的钢板。

本发明搪瓷用冷轧钢板氢穿透时间TH₂均大于6.7min(标准EN10209中规定的双面涂搪时不产生鳞爆的临界值要求)，断裂伸长率A₈₀不小于35％，交货态钢板的屈服强度在290～330MPa，在经过850℃×6min模拟搪烧后钢板的屈服强度在210MPa以上。该钢板特别适用于制造建筑装饰面板、厨具、换热元件等搪瓷制品。

附图说明

图1为本发明实施例1的退火钢板金相组织照片。

具体实施方式

下面用实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明有任何限制。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施中所作的任何变动都将落在权利要求书的范围内。

表1为本发明搪瓷钢实施例的化学成分，表2为本发明搪瓷钢实施例的工艺参数，表3为本发明搪瓷钢实施例的性能参数。

由图1可见，本发明钢中的微观组织为铁素体，铁素体的晶粒尺寸约在10～20μm之间，同时也可见在铁素体基体上随机分布的夹杂物。

表1 单位，wt％

表2

表3

Claims (4)

1.烧成后屈服强度在210MPa以上的极低碳冷轧搪瓷用钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.0005～0.008％、Si≤0.05％、Mn：0.2～1.0％、P：0.08～0.15％、S：0.008～0.035％、Al≤0.010％、N≤0.005％、B：0.0002～0.003％、Cr≤0.10％、Cu：0.01～0.50％、O：0.010～0.040％，Nb：0.02～0.10％，其余为Fe和不可避免杂质；且Mn/55≥O/16+S/32，B/11+Nb/93>N/14；

所述钢板氢穿透时间TH₂大于6.7min，断裂伸长率A₈₀不小于35％，在经过850℃×6min模拟搪烧后钢板的屈服强度在210MPa以上。

2.如权利要求1所述的烧成后屈服强度在210MPa以上的极低碳冷轧搪瓷用钢板，其特征是，所述钢板显微组织为铁素体，铁素体的平均晶粒尺寸不大于50μm。

3.如权利要求1所述的烧成后屈服强度在210MPa以上的极低碳冷轧搪瓷用钢板的制造方法，其包括，

1)冶炼、铸造

按上述成分转炉冶炼、连铸成坯；

2)热轧

将连铸坯加热至1050～1250℃，随后于800～850℃的温度范围内完成热轧，然后采用控制冷却速率至卷取温度，冷却速率为15～50℃/s，卷取温度为520～750℃；

3)冷轧、退火

钢板经酸洗去除氧化铁皮后进行冷轧，冷轧的总压下率在65％以上，退火温度为700～850℃。

4.如权利要求3所述的烧成后屈服强度在210MPa以上的极低碳冷轧搪瓷用钢板的制造方法，其特征是，所述钢板显微组织为铁素体，铁素体的平均晶粒尺寸不大于50μm。

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