CN111961969A - 一种低成本冷轧搪瓷钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低成本冷轧搪瓷钢板及制造方法，C：0.0010～0.0050％、Si：0.010～0.030％、Mn：0.20～0.50％、P：0.005～0.015％、S：0.010～0.030％、Al：0.010～0.060％、N：0.0050～0.015％，B：0.0015～0.0040％，还包括Cr：0.30～0.50％、Ca：0.001～0.003％、Cu：0.01～0.04％的一种或几种。热轧加热温度：1000～1250℃，终轧温度：800～960℃，卷取温度：600～750℃；所述连续退火工序：退火温度：700～850℃，保温时间：60～240s，缓冷温度：650～700℃，快冷温度：360～420℃，过时效段温度：300～450℃。
Description
技术领域
本发明属于冷轧板带生产技术领域，尤其涉及一种低成本冷轧搪瓷钢及其制造方法。
背景技术
冷轧搪瓷钢板在国民经济中发挥着十分重要的作用，在日常生活中与人们的关系十分密切，广泛地应用于轻工、家电、冶金、化工、建筑等行业，制作厨房用具、卫生洁具、烧烤炉、热水器内胆、建筑饰面板、化工反应罐等等。
冷轧搪瓷钢板的性能要求主要包括强度、成形性、抗鳞爆性、密着性和焊接性等方面，不同用途的搪瓷钢板，要求具备不同的综合性能。其中爆瓷缺陷是生产搪瓷制品最可怕和最难以根治的缺陷，也是目前开拓冷轧搪瓷钢国内外市场时遇到的最棘手的问题。
爆瓷缺陷的产生与冷轧基板的抗鳞爆性和搪瓷层与基板之间的密着性密切相关。钢板的抗鳞爆性能取决于其氢渗透性的优劣，搪瓷层与基板的密着性依赖于冷轧基板前处理的方式及表面状态。
国内外研究普遍认为鳞爆是由于钢板中的氢所引起的，实际上瓷层是一种多层结构，主要是由混合多面体相互组合成的连续网架，瓷层网络的规则程度介于硅酸盐晶体与硅酸盐瓷釉之间，属于亚规则的连续网络结构。正是由于这种特殊的结构，使氢在瓷层中的扩散非常困难。在搪瓷制品生产的过程中，如果钢中溶入了大量的氢原子，冷却后钢中的氢达到过饱和，那么氢就要向外扩散，而氢又很难在瓷层中扩散，这样就造成了氢在金属和瓷层之间积聚并以气体的形式存在。当氢气的压力足够大时，便会冲破瓷层而产生鳞爆。由于导致搪瓷制品产生鳞爆的氢主要是在酸洗和搪烧过程中进入钢板的，所以除了改进搪瓷生产工艺外，还应改善钢板本身的抗鳞爆性能。如果氢在钢板中扩散得慢，在相同的搪瓷工艺下进入钢板中的氢就会少，这将有利于防止搪瓷制品产生鳞爆。因此氢在钢板中穿透时间越长或氢扩散系数越小，钢板的抗鳞爆性能越好。然而在搪瓷制品生产过程中，氢进入钢板的过程是不可避免的，因此一个重要途径是必须提高搪瓷钢中不可逆陷阱的贮氢容量。由于室温下氢在铁素体晶格中间隙位置的溶解度很低，同时由于可逆陷阱中氢容易在室温下跑到晶格中参与鳞爆过程，因此对抗鳞爆性能具有积极作用的是不可逆陷阱。总之要使钢板具有良好的抗鳞爆性能，一方面要减慢氢在钢板中的扩散，另一方面则要提高不可逆陷阱的贮氢容量。
目前主要是通过添加Nb、V、Ti等合金元素形成第二相析出物，作为氢陷阱提高钢板的贮氢性能，避免鳞爆缺陷的发生，此方法生产成本较高，且较高含量的Ti会使冷轧搪瓷钢搪瓷产品的密着性能变差。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有优良的抗鳞爆性能、表面质量及成型性能的低成本冷轧搪瓷钢板及其制造方法。通过控制钢板的化学成分含量并优化连续退火生产工艺，控制钢板中的C避免大颗粒珠光体和渗碳体的形成，同时促使钢板中析出大量析出相作为储氢陷阱，在高钢板的抗鳞爆性能。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
本发明旨在提供一种具有优良的抗鳞爆性能、表面质量及成型性能的低成本冷轧搪瓷钢板及其制造方法。通过控制钢板的化学成分含量并优化连续退火生产工艺，控制钢板中的C避免大颗粒珠光体和渗碳体的形成，同时促使钢板中析出大量析出相作为储氢陷阱，在高钢板的抗鳞爆性能。
一种低成本冷轧搪瓷钢板，其特征在于化学成分按重量百分比为：C：0.0010～0.0050％、Si：0.010～0.030％、Mn：0.20～0.50％、P：0.005～0.015％、S：0.010～0.030％、Al：0.010～0.060％、N：0.0050～0.015％，B：0.0015～0.0040％，还包括Cr：0.30～0.50％、Ca：0.001～0.003％、Cu：0.01～0.04％的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。
钢板金相组织以铁素体为主，并在铁素体基体或晶界上存在一定量的渗碳体。
其中化学成分各元素作用如下：
碳(C)：碳是强化元素，含碳量越高，钢板的强度越高，但塑性降低，加钛钢中，由于钛是强碳化物形成元素，碳极易和钛化合形成碳化钛、Ti4C2S2等，且颗粒较细，细小弥散的碳化钛颗粒不仅是良好的贮氢陷阱，提高抗鳞爆性能，而且碳化钛的析出强化能够提高钢板的强度。但是，如果钢中的含碳量过高，则由于碳是产生针孔缺陷的主要元素，在涂搪过程中会产生较严重的针孔缺陷，而且碳含量过高，钢的成形性和焊接性能变差，因此C含量范围控制≤0.0050％。
硅(Si)：硅是有害元素，通常以固溶形式存在于钢中，降低钢的韧性和延展性，且过高的硅含量会降低瓷釉与钢材的密着性。因此Si含量范围控制在0.010～0.030％。
锰(Mn)：一定量的Mn存在于钢材中，会提高钢的韧性，使钢板具有良好的冲压性能，Mn还可以与S结合生成稳定的硫化锰作为第二相粒子析出，提高钢板贮氢性能，但锰含量过高，则搪瓷的密着性变差，容易产生气泡和黑点，因此Mn含量范围控制在0.20～0.50％。
磷(P)：磷是一种有害元素，随含量增加而增加钢的脆性，使深冲性能变差，且磷容易在钢中的晶界上偏聚，在搪烧时产生气泡和黑点，影响搪瓷的表面质量，因此磷元素含量在钢中越低越好，范围控制在P≤0.015％。
硫(S)：硫一般来说在钢中都是有害元素，但在含钛的搪瓷钢中硫起着有益的作用。硫可以与锰形成硫化锰，还可以与碳、钛等形成硫化钛、硫碳化钛等二相粒子，有助于改善搪瓷钢的抗鳞爆性能。通过加钛还可以明显改善硫化锰的形态，避免形成单一的硫化锰夹杂，有利于提高成型性。因此S含量范围控制在0.010～0.030％。
铝(Al)：铝是氧化物和氮化物形成元素，此类化合物夹杂有利于提高搪瓷钢的抗鳞爆性能，但是由于氧化铝夹杂的塑性差，大量的氧化铝夹杂会严重损害钢的加工性，同时影响连铸工序可浇性。因此Al含量范围控制在0.010～0.060％。
氮(N)：氮是固溶元素，氮和钛、铝等都可以形成化合物，有利于提高搪瓷钢的抗鳞爆性能，但氮含量过高，高温时形成的氮化物颗粒往往较多且粗大，这些夹杂物的存在严重损害钢板的成形性。因此N含量范围控制在0.0050～0.015％。
硼(B)：硼可与钢中的碳和氮形成B(C、N)，起到晶核作用，有利于形成等轴晶并可阻止晶粒长大，有效提高了样板的氢渗透性能。因此B含量范围控制在0.0015～0.0040％。
铬(Cr)：铬是一种碳化物的形成元素，与碳形成Cr3C，以颗粒状弥散分布在金属基体上，能够阻碍奥氏体晶粒的长大，从而获得细小的冷却后组织，同时，铬还减慢了铁和碳原子的扩散速度，控制钢板中的C，避免大颗粒珠光体和渗碳体的形成，从而减少针孔缺陷的发生。因此Cr含量范围控制在0.30～0.50％。
钙(Ca)：钢中加入微量元素钙，可生成钙的氧化物和硫化物，改变了钢中硫化物的性质和形状，此类化合物弥散分布，有细化晶粒的效果，使非金属夹杂物更细小均匀，提高钢的抗鳞爆性。因此Ca含量范围控制在0.001～0.003％。
铜(Cu)：Cu在钢中主要以固溶的形式存在，酸洗时在钢板表面形成金属Cu或硫化铜的多孔薄膜，在涂搪和搪烧时作为阴极，产生电偶腐蚀，使得钢板粗糙程度增加，从而提高搪瓷的密着性能。因此Cu含量范围控制在0.01～0.04％一种低成本冷轧搪瓷钢板的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
铁水预处理－转炉冶炼－精炼(RH)－连铸－热轧－冷轧－连续退火－(重卷或重检或横切)酸洗－闪镀镍－成品包装；
其中所述热轧工序：热轧加热温度：1000～1250℃，终轧温度：800～960℃，卷取温度：600～750℃。
所述连续退火工序：退火温度：700～850℃，保温时间：60～240s，缓冷温度：650～700℃，快冷温度：360～420℃，过时效温度：300～450℃。
本发明选择上述各特征工艺参数及其原因如下：
热轧工序采用较高的加热温度，可使钢中的奥氏体组织均匀化，还可以促进钢坯中第二相析出物的充分溶解，在热轧和冷却过程中，它们会以化合物的形式重新析出，呈细小弥散状态分布在基体中形成氢陷阱，提高钢板的抗鳞爆性能。采用较高的终轧温度和卷取温度，可使钢板在轧制和卷取过程中发生奥氏体组织向铁素体组织的转变，并完成铁素体组织再结晶和晶粒长大。
钢板经连续退火工序，实现钢板中铁素体组织的再结晶，晶粒长大和再结晶织构的发展。退火时的主要工艺参数包括温度和时间，采用较高的退火温度，可促进有利织构的发展，也保证冷轧组织完成再结晶和晶粒的充分长大，以提高成品的成形性。过时效段温度选择主要是使钢中析出大量渗碳体作为储氢陷阱，提高抗鳞爆性能。在退火工艺后进行轻酸洗，有效去除钢板表面可能出现的薄氧化膜，提高钢板表面的比表面积和清洁度，有利于瓷釉和钢板的浸润，避免钢基表面元素与瓷釉中的水在高温下发生反应，从而提高瓷釉密着性。
本发明的有益效果在于：通过控制钢板的化学成分含量并优化连续退火生产工艺，在不添加高成本合金元素的前提下，促使钢板中析出大量析出相作为储氢陷阱，实现冷轧搪瓷钢优良的抗鳞爆性能、密着性能和成型性能，氢渗透时间≥40min(以1mm厚度钢板计)，密着性能达到丝状级别，无表面缺陷。屈服强度190MPa以上，抗拉强度：300MPa以上，延伸率A80mm/％：39以上，鳞爆TH值40以上，密着性为丝状，耐酸性≥AA级，表面无针孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行说明：
结合实施例对本发明所述方法做进一步的描述，实施例钢的化学成分见表1，实施例钢的工艺参数见表2，实施例钢的各项性能指标见表3。
表1.各实施例的化学成分(wt％)
表2.各实施例的工艺参数
表3.各实施例的性能指标
注：鳞爆TH值＝tb/d2，其中tb为氢气扩散时间，单位：min，d为实施例钢板厚度，单位：mm。
利用电火花试验对钢板进行针孔缺陷测试，要求≤22/ft2，采用CS350双电解池测试装置对表面镀镍处理后的实施例样板进行氢渗透性能测试，并计算鳞爆特征TH值，以此来判断实施例样板抗鳞爆性能的优劣，要求临界TH值≥6.8，可避免鳞爆缺陷的发生。由表3数据可见实施例样板表面质量性能优异，未出现针孔及鳞爆缺陷，密着性优良。
最佳实施例：由各实施例的性能指标测试结果可以看出，表征抗鳞爆性能的TH值≥40，较对比例有明显提高，且均未出现针孔缺陷，较对比例的～50个/m2，有明显改善，实施例表现出优异的涂搪性能。
Claims (2)
1.一种低成本冷轧搪瓷钢板，其特征在于化学成分按重量百分比为：C：0.0010～0.0050％、Si：0.010～0.030％、Mn：0.20～0.50％、P：0.005～0.015％、S：0.010～0.030％、Al：0.010～0.060％、N：0.0050～0.015％，B：0.0015～0.0040％，还包括Cr：0.30～0.50％、Ca：0.001～0.003％、Cu：0.01～0.04％的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种根据权利要求1所述的低成本冷轧搪瓷钢板的制造方法，其特征在于包括如下步骤：热轧、冷轧和连续退火；其中所述热轧工序：热轧加热温度：1000～1250℃，终轧温度：800～960℃，卷取温度：600～750℃；所述连续退火工序：退火温度：700～850℃，保温时间：60～240s，缓冷温度：650～700℃，快冷温度：360～420℃，过时效温度：300～450℃。
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