CN111996468A - 一种搪瓷钢及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热轧搪瓷钢技术领域，具体涉及一种搪瓷钢及其制备方法和应用。本发明的搪瓷钢，按质量百分比计，包括：C：0.01％‑0.14％，Si≤0.10％，Mn：0.20％‑1.6％，P≤0.040％，S≤0.040％，Ti：0.01％‑0.12％，Al：0.01％‑0.07％，N≤0.010％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质。本发明的搪瓷钢，搪瓷后未发现鳞爆缺陷，抗鳞爆性能良好；密着强度等级高(A1级)；能够承受20万次的循环压力试验和压力为1.6MPa的耐压试验，试验后内胆体无异常变形、泄漏和瓷层脱落现象，满足热水器内胆的使用要求。

Description

一种搪瓷钢及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于热轧搪瓷钢技术领域，具体涉及一种搪瓷钢及其制备方法和应用，特别涉及热水器内胆用高强度高粗糙度热轧搪瓷钢及其制造方法。
背景技术
随着热水器行业的技术进步和创新发展，其内胆从最初的镀锌钢板内胆，到不锈钢内胆，再到搪瓷内胆共经历了三代历程。近年来在热水器生产中，采用搪瓷内胆日益增多，由于其在防腐方面的优越性能，正在取代其它内胆而成为热水器内胆的主力。搪瓷内胆是通过在钢板表面进行搪瓷镀釉，可以承受较大范围内的温度变化，其主要性能包括强度、成型性、密着性和抗鳞爆性等。用于制作热水器内胆的搪瓷钢板在国民经济中发挥着十分重要的作用，国内主要生产厂都在积极开发热轧搪瓷钢。现有生产技术生产的搪瓷钢强度级别较低，并采用常规酸洗工艺处理表面，经酸洗后粗糙度较低，钢板与釉料的附着性差，直接影响热水器内胆的使用寿命。
因此，本领域亟需开发一种高强度高粗糙度热轧搪瓷钢，以满足热水器内胆的使用需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种搪瓷钢及其制备方法和应用，其特点是钢板具有较高的强度和粗糙度，釉料在钢板上的附着性高，搪瓷性能良好，能延长热水器内胆的使用寿命。
具体的，本发明的搪瓷钢，按质量百分比计，包括：C：0.01％-0.14％，Si≤0.10％，Mn：0.20％-1.6％，P≤0.040％，S≤0.040％，Ti：0.01％-0.12％，Al：0.01％-0.07％，N≤0.010％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质。
上述的搪瓷钢，按质量百分比计，包括：C：0.01％-0.12％，Si：0.01％-0.10％，Mn：0.30％-1.6％，P≤0.035％，S≤0.035％，Ti：0.01％-0.10％，Al：0.01％-0.06％，N≤0.008％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质。
上述的搪瓷钢，按质量百分比计，包括：C：0.02％-0.10％，Si：0.01％-0.08％，Mn：0.35％-1.5％，P≤0.030％，S≤0.030％，Ti：0.02％-0.10％，Al：0.02％-0.06％，N≤0.007％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质。
本发明还提供了一种搪瓷钢的制备方法，包括：
(1)将成分合格的铁水连铸成板坯；
(2)对所述板坯进行加热，经热轧后进行冷却；
(3)经卷取、平整、抛丸酸洗后获得搪瓷钢。
上述的搪瓷钢的制备方法，所述板坯的加热温度为1200-1350℃，所述热轧的终轧温度为810-980℃，所述卷取的温度为500-700℃。
上述的搪瓷钢的制备方法，所述热轧的粗轧累计变形率应控制在70％以上，所述热轧的精轧累计变形率应控制在70％以上。
上述的搪瓷钢的制备方法，所述平整的压力为450-650吨，平整延伸率≤6％。
上述的搪瓷钢的制备方法，抛丸酸洗过程中，抛丸机的转速为1650-1850rpm，抛丸的粒径为0.18-0.85mm，抛丸的硬度为40-52HRC；酸洗液的浓度为5％-20％(重量)。
上述的搪瓷钢的制备方法，所述搪瓷钢的热轧态屈服强度ReL≥410MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，伸长率A≥16％，粗糙度Ra≥3μm。
本发明又提供了上述的搪瓷钢在热水器内胆中的应用。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明的搪瓷钢具有高强度高粗糙度的特点，其热轧态屈服强度为ReL：439-482MPa，抗拉强度Rm：517-563MPa，伸长率A：25-34％，粗糙度Ra：4.146-6.235μm；
(2)本发明的搪瓷缸，釉料在钢板上的附着性高，搪瓷性能良好，能延长热水器内胆的使用寿命；力学性能稳定，屈服强度和抗拉强度波动范围在50MPa以内，卷圆一致性高，焊接合格率≥98％；
(3)本发明的搪瓷钢，采用高温加热+控轧控冷工艺生产，获得的热轧态组织为铁素体和珠光体；
(4)本发明的搪瓷钢，搪瓷后未发现鳞爆缺陷，抗鳞爆性能良好；密着强度等级高(A1级)；能够承受20万次的循环压力试验和压力为1.6MPa的耐压试验，试验后内胆体无异常变形、泄漏和瓷层脱落现象，满足热水器内胆的使用要求。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为实施例1制备的搪瓷钢金相组织图。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
本发明的搪瓷钢采用以C、Si、Mn、Al为主要元素，以Ti为合金化元素。通过钢水炉外精炼控制、真空脱气及连铸，以及加热温度、终轧温度、卷取温度及成卷后平整、抛丸酸洗控制，获得高粗糙度以及优良性能的搪瓷钢板。本发明的搪瓷钢组织为铁素体和珠光体，具有高强度、高附着性、优良的力学性能及使用寿命长，适用于制备热水器内胆。
具体的，本发明的搪瓷钢，按质量百分比计，包括：C：0.01％-0.14％，Si≤0.10％，Mn：0.20％-1.6％，P≤0.040％，S≤0.040％，Ti：0.01％-0.12％，Al：0.01％-0.07％，N≤0.010％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质；优选的，按质量百分比计，包括：C：0.01％-0.12％，Si：0.01％-0.10％，Mn：0.30％-1.6％，P≤0.035％，S≤0.035％，Ti：0.01％-0.10％，Al：0.01％-0.06％，N≤0.008％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质；更优选的，按质量百分比计，包括：C：0.02％-0.10％，Si：0.01％-0.08％，Mn：0.35％-1.5％，P≤0.030％，S≤0.030％，Ti：0.02％-0.10％，Al：0.02％-0.06％，N≤0.007％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质。
本发明中搪瓷钢各成分的作用如下：
C是钢中最经济的强化元素，当碳含量大于0.14％时，将使搪瓷制品烘烤变形增大，并且钢板中的碳原子容易与瓷釉中的氧起反应生成一氧化碳，使搪瓷制品表面产生气泡缺陷；当碳含量低于0.01％时，无法保证钢板强度。优选的，本发明的搪瓷钢中碳含量为0.01％-0.12％，最优选为0.02％-0.1％。
Si在钢中起固溶强化作用，可以提高钢的强度，但降低钢的韧性和延展性，使钢难以进行深冲加工，同时过高的含硅量会降低钢与瓷釉的密着性。本发明通过将硅的含量控制在0.10％以下，在保证搪瓷钢具有较高强度的同时，提高其与瓷釉的密着性。其中，当含硅量为0.01％-0.10％时，搪瓷钢的性能较佳，当含硅量为0.01％-0.08％时，搪瓷钢的性能最优。
Mn能够提高钢的屈服强度与抗拉强度，起到一定的固溶强化作用，而Mn含量增加会降低钢的塑性。Mn可以与S结合生成硫化锰，硫化锰作为第二相粒子可以提高钢的贮氢性能。当Mn的含量大于1.6％时，会降低钢的塑性和加工成形性；当Mn的含量小于0.20％时，则会提高发生热脆性的可能性。优选的，本发明的Mn含量为0.30％-1.6％，最优选为0.35％-1.5％。
P和S作为钢中的有害元素，对钢板的深冲性能有一定的影响，含量越低越好，但在加钛钢中，S可以和Ti、C、Mn等元素生成相应的化合物，对提高抗鳞爆性有一定的作用。
Ti不仅能提高强度，而且能和钢中的C、N、S等形成化合物，如TiN、Ti(C,N)和Ti4C2S2等。这些化合物作为有效的贮氢陷阱，可以提高钢板的抗鳞爆性能。本发明通过将Ti的含量控制在0.01％-0.12％，可以有效提高钢板的抗鳞爆性能，当Ti的含量低于该范围的最小值时，则无法保证强度，而且析出物的量少，发生鳞爆的可能性高；当Ti的含量大于该范围的最大值时，则会影响连铸时的板坯质量。优选的，本发明的Ti含量为0.01％-0.10％，最优选的，本发明的Ti含量为0.02％-0.10％。
Al的主要作用是进行脱氧，降低钢中的氧含量。本发明通过将Al的含量控制在0.01％-0.07％，可以有效提高钢板的抗鳞爆性能，当Al的含量低于该范围的最小值时，会生成大量氧化物，降低钢的韧性；当Al的含量大于该范围的最大值时，则会增加炼钢成本，也会产生表面缺陷。优选的，本发明的Al含量为0.01％-0.06％，最优选的，本发明的Al含量为0.02％-0.06％.
N易与钢中的Ti形成TiN粒子，可以抑制奥氏体晶粒长大并起到析出强化的作用。本发明中N≤0.010％，当N的含量大于该范围的最大值时，则降低钢板的塑性和成形性。优选的，本发明的N含量在0.008％以下，最优选的，本发明的N含量不超过0.007％。
Mn/S为锰元素和硫元素含量的比值，当Mn/S≥30时，铸坯凝固时不易产生裂纹，有效控制热脆现象，从而改善钢的热加工性能。当Mn/S＜30时，会增加铸坯发生热脆的可能性。
本发明通过特定含量的主要元素C、Si、Mn、Al以及合金化元素Ti的协同作用，使搪瓷钢的热轧态屈服强度为ReL：439-482MPa，抗拉强度Rm：517-563MPa，伸长率A：25-34％。
另一方面，本发明提供了一种上述搪瓷钢的制备方法，包括：(1)将成分合格的铁水连铸成板坯；(2)对所述板坯进行加热，经热轧后进行冷却；(3)经卷取、平整、抛丸酸洗后获得搪瓷钢。
其中，所述铁水，按质量百分比计，包括：C：0.01％-0.14％，Si≤0.10％，Mn：0.20％-1.6％，P≤0.040％，S≤0.040％，Ti：0.01％-0.12％，Al：0.01％-0.07％，N≤0.010％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质；优选的，按质量百分比计，包括：C：0.01％-0.12％，Si：0.01％-0.10％，Mn：0.30％-1.6％，P≤0.035％，S≤0.035％，Ti：0.01％-0.10％，Al：0.01％-0.06％，N≤0.008％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质；更优选的，按质量百分比计，包括：C：0.02％-0.10％，Si：0.01％-0.08％，Mn：0.35％-1.5％，P≤0.030％，S≤0.030％，Ti：0.02％-0.10％，Al：0.02％-0.06％，N≤0.007％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质。
在一个优选的实施方式中，本发明的搪瓷钢的制备方法包括以下工艺：铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼(LF+RH)→连铸→板坯加热→热轧→轧后冷却→卷取→平整→抛丸酸洗→开平→包装标志→入库。
其中，所述板坯经转炉冶炼和炉外精炼(LF+RH)连铸而成，可选的，所述板坯的厚度为200-230mm。
优选的，将所述板坯加热1200-1350℃。通过将板坯加热至1200-1350℃可以保证微合金元素充分固溶，使原始奥氏体晶粒分布均匀，在轧制过程中再结晶后形成的奥氏体晶粒也均匀细小，从而在轧制后容易获得细小的铁素体晶粒。
优选的，所述热轧包括粗轧和精轧，板坯经粗轧机多道次轧制后可以细化奥氏体晶粒且得到均匀的奥氏体组织，累计变形率应控制在70％以上；精轧采用多机架热连轧机组将板坯轧至目标厚度(可选为2-3mm)，精轧累计变形率应控制在70％以上。足够的变形量可以使奥氏体晶粒拉长并形成变形带，变形带可以为奥氏体向铁素体的转变提供大量的形核位置，使相变后铁素体晶粒更加细小均匀，晶粒越细小，晶界面积越大，对提高钢板的抗鳞爆性能有利。
可选的，终轧温度为810-980℃。
优选的，采用层流冷却方式对轧制后的钢板进行冷却，然后在500-700℃下进行卷取。本发明通过将卷取温度限定为500-700℃，能够生成更加弥散的析出物，这些细小弥散的析出物不仅能提高强韧性，而且能提高搪瓷钢板的抗鳞爆性能。
进一步的，将卷取冷却后的钢卷进行平整，平整压力450-650吨，平整延伸率≤6％，借此，可改善钢板机械性能稳定性，在对钢卷开平后，不平度控制在≤3mm/2m的较高水平，可满足热水器内胆对搪瓷钢板不平度的高标准要求。
进一步的，将平整后的钢卷进行抛丸酸洗，抛丸转速：1650-1850rpm，抛丸的粒径为0.18-0.85mm，抛丸的硬度为40-52HRC，酸液浓度控制在5％～20％。借此，可有效去除氧化铁皮，粗糙度Ra控制在≥3μm，提高搪瓷釉料在钢板上的附着性。
本发明的搪瓷钢制造方法，在轧制时，通过合理制定加热、终轧和卷取温度，获得细晶粒铁素体，实现Ti化合物的析出；进行平整时，通过合理的平整工艺可改善钢板机械性能稳定性，满足热水器内胆对搪瓷钢板不平度的高标准要求；进行抛丸酸洗时，通过合理的抛丸酸洗工艺不但能充分去除氧化铁皮，而且能获得较高的粗糙度，提高搪瓷釉料在钢板上的附着性。
通过本发明的搪瓷钢制备方法制备的搪瓷钢，热轧态屈服强度ReL≥410MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，伸长率A≥16％，粗糙度Ra≥3μm，其热轧态组织为铁素体和珠光体。
又一方面，本发明还提供了上述搪瓷钢在热水器内胆中的应用。
经实践证明，本发明的搪瓷钢进行搪瓷后未发现鳞爆缺陷，抗鳞爆性能良好；密着强度等级高(A1级)；能够承受20万次的循环压力试验和压力为1.6MPa的耐压试验，试验后内胆体无异常变形、泄漏和瓷层脱落现象，满足热水器内胆的使用要求。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
实施例1
本实施例的搪瓷钢钢板厚2mm，宽1180mm，其化学成分的质量百分配比如下：
C：0.07％，Si：0.06％，Mn：1.15％，P：0.010％，S：0.012％，Ti：0.06％，Al：0.05％，N：0.006％，Mn/S：96％，其余为Fe与不可避免的杂质。
本实施例搪瓷钢的制备方法如下：
1、经转炉冶炼和炉外精炼(LF+RH)后连铸成板坯，板坯规格为230mm×1200mm。
2、将板坯加热至1280℃，经粗轧机多道次轧制，累计变形率在70％以上；精轧采用多机架热连轧机组将板坯轧至目标厚度2mm，累计变形率在70％以上，终轧温度890℃，采用层流冷却方式冷却后卷取，卷取温度650℃。
3、将卷取冷却后的钢卷进行平整，平整压力500吨，平整延伸率1.2％。
4、将平整后的钢卷进行抛丸酸洗，抛丸转速1770rpm，抛丸粒径0.43mm，抛丸硬度47HRC，酸液浓度12％。
性能检验结果：钢板屈服强度ReL为465MPa，抗拉强度Rm为554MPa，延伸率A为30％，粗糙度Ra为4.146μm。
实施例2-7及对比例1-3
下面采用与实施例1相同的轧制工艺及抛丸工艺，将相同尺寸规格的连铸板坯制备成相同尺寸规格的搪瓷钢。其中，各实施例及对比例中搪瓷钢的成分见表1，各实施例及对比例的搪瓷钢的主要制备工艺参数见表2，所制备的搪瓷钢的性能测试结果见表3。
表1实施例2-7及对比例1-3的搪瓷钢成分汇总
C Si Mn P S Ti Al N Mn/S
实施例2 0.12 0.01 0.95 0.009 0.021 0.01 0.026 0.002 45
实施例3 0.08 0.05 0.47 0.034 0.008 0.03 0.070 0.005 59
实施例4 0.10 0.08 0.76 0.040 0.009 0.10 0.043 0.007 84
实施例5 0.05 0.07 1.48 0.015 0.040 0.07 0.015 0.008 37
实施例6 0.14 0.03 0.20 0.023 0.005 0.12 0.037 0.010 40
实施例7 0.01 0.10 1.60 0.007 0.033 0.09 0.060 0.003 48
对比例1 0.002 0.02 0.35 0.011 0.01 0.08 0.034 0.005 35
对比例2 0.16 0.03 0.23 0.015 0.007 0.04 0.041 0.007 33
对比例3 0.05 0.01 0.2 0.007 0.011 0.07 0.028 0.006 18
表2实施例2-7及对比例1-3的搪瓷钢制备工艺参数汇总
Figure BDA0002689573740000091
表3实施例2-7及对比例1-3的搪瓷钢性能检测结果汇总
Figure BDA0002689573740000092
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种搪瓷钢，其特征在于，按质量百分比计，包括：C：0.01％-0.14％，Si≤0.10％，Mn：0.20％-1.6％，P≤0.040％，S≤0.040％，Ti：0.01％-0.12％，Al：0.01％-0.07％，N≤0.010％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的搪瓷钢，其特征在于，按质量百分比计，包括：C：0.01％-0.12％，Si：0.01％-0.10％，Mn：0.30％-1.6％，P≤0.035％，S≤0.035％，Ti：0.01％-0.10％，Al：0.01％-0.06％，N≤0.008％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的搪瓷钢，其特征在于，按质量百分比计，包括：C：0.02％-0.10％，Si：0.01％-0.08％，Mn：0.35％-1.5％，P≤0.030％，S≤0.030％，Ti：0.02％-0.10％，Al：0.02％-0.06％，N≤0.007％，Mn/S≥30，其余为Fe与不可避免的杂质。
4.权利要求1-3任一项所述的搪瓷钢的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将成分合格的铁水连铸成板坯；
(2)对所述板坯进行加热，经热轧后进行冷却；
(3)经卷取、平整、抛丸酸洗后获得搪瓷钢。
5.根据权利要求4所述的搪瓷钢的制备方法，其特征在于，所述板坯的加热温度为1200-1350℃，所述热轧的终轧温度为810-980℃，所述卷取的温度为500-700℃。
6.根据权利要求4所述的搪瓷钢的制备方法，其特征在于，所述热轧的粗轧累计变形率控制在70％以上，所述热轧的精轧累计变形率控制在70％以上。
7.根据权利要求4所述的搪瓷钢的制备方法，其特征在于，所述平整的压力为450-650吨，平整延伸率≤6％。
8.根据权利要求4所述的搪瓷钢的制备方法，其特征在于，抛丸酸洗过程中，抛丸机的转速为1650-1850rpm，抛丸的粒径为0.18-0.85mm，抛丸的硬度为40-52HRC；酸洗液的浓度为5％-20％(重量)。
9.根据权利要求4-8任一项所述的搪瓷钢的制备方法，其特征在于，所述搪瓷钢的热轧态屈服强度ReL≥410MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，伸长率A≥16％，粗糙度Ra≥3μm。
10.权利要求1-9任一项所述的搪瓷钢在热水器内胆中的应用。
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