CN114395688A - 一种低碳搪瓷钢的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低碳搪瓷钢的生产工艺,包括以下步骤:成分设计与控制:添加硼元素(0.0020‑0.0030%左右);板坯采用直热装;在热轧工艺上,终轧温度FT7:910±20℃,卷取温度CT:720±20℃;冷轧和退火:采用为65%‑80%压下率和合适的退火温度,成品力学性能较好;模拟搪烧试验:模拟搪瓷工艺过程,即850℃保温10分钟后在室温下冷却,进行力学性能检测,抗拉强度降低12MPa,伸长率提高3.4%。通过上述实验步骤完成对于鳞爆的质量控制,保证产品抗鳞爆性能指标满足用户及标准要求。
Description
技术领域
本发明涉及搪瓷钢加工领域,特别涉及一种低碳搪瓷钢的生产工艺。
背景技术
搪瓷钢是近些年开发并开始使用的经济性环保类型产品,主要应用于建筑设施、消防设施、家电、石油化工设施等。我国产传统搪瓷制品的主要生产商大多为中小型企业,其生产的产品多为日用搪瓷制品和搪瓷玻璃化工制品等。如搪瓷化工反应釜、搪瓷玻璃制品储存容器、搪瓷冷凝器等,则主要以热轧搪瓷钢板为生产原料,随着我国化工产品的发展,这部分制品的市场需求也逐年增加。且搪瓷制品的应用范围已经开始呈现着多元化的方向发展,向生活中的各个领域扩展。搪瓷用钢是搪瓷制品中的金属坯体,成形性良好,经过涂搪后具有外表美观、表面光洁细腻、色彩丰富、耐腐蚀、易洗涤等优点,具有良好的应用前景。
搪瓷用钢的质量直接关系着搪瓷制品的使用寿命,而鳞爆缺陷一直是搪瓷用钢厂家想克服的难题,为此,我们提出一种搪瓷钢的生产工艺来解决上述问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于两个部分:
第一部分着重研究鳞爆的机理、影响鳞爆的成分因素、轧制和退火工艺因素、以及提高深冲用钢抗鳞爆性能的相关措施等理论研究。
第二部分重点采用生产试验对能够影响搪瓷钢的抗鳞爆性能的相关因素进行深入研究,其中包括1、化学成分对使用性能的影响;2、板坯直、热装工艺对热轧生产和质量的影响;3、热轧工艺(FT7/CT等)对产品性能和后续产品质量的影响;4、冷轧压下率的优化;5、连续退火工艺对使用性能的影响;6、用户搪瓷工艺对使用性能的影响。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种低碳搪瓷钢的生产工艺,包括以下步骤:
步骤一、成分设计与控制:以传统的冷轧用钢DCO1的成分为基础,添加硼元素(0.0020-0.0030%左右),注意加硼后的板坯质量控制,增加钢中FeC和MnS的数量来提高钢板的贮氢性能;
步骤二、板坯采用直、热装:可以减少在炉时间短,氧化铁皮较少,表面质量优于全冷装生产的产品,并且直、热装板坯内部温度较高,内外温度均匀,可以保证成品凸度精度;
步骤三、热轧:在热轧工艺上,采用高温终轧和高温卷取的控制思路。终轧温度FT7:910±20℃,卷取温度CT:720±20℃;
步骤四、冷轧和退火:冷轧的目的不仅在于控制板厚、板形及平直度,冷轧亚下路对退火后钢板的心能也产生极大的影响,通常随着冷轧压下率的提高,成品钢板的伸长率和r值提高,r值范围在75%和85%之间;
步骤五、模拟搪瓷工艺过程:即850℃保温10分钟后在室温下冷却进行力学性能变化程度的检测,低碳搪瓷钢屈服强度提高17MPa,抗拉强度降低12MPa,伸长率提高3.4%。
进一步的,完成上述步骤后需要进行抗鳞爆性能检测:对试验搪瓷钢产品进行抗鳞爆指数TH值及物理性能的检验分析,抗搪瓷鳞爆敏感性TH≥6.7min/mm2,被测板抗鳞爆性能合格,按照上述工艺生产低碳搪瓷钢TH在7.2min/mm2以上,全部通过氢透试验。
进一步的,所述步骤一中的搪瓷钢包括有硼,硼的含量控制在0.0020%-0.0030%范围内。
进一步的,所述步骤一中的搪瓷钢包括有锰,当钢中的锰含量低于0.25%时,钢板涂搪时的密着性将达90-100%,当钢中的锰含量高于0.25%时,在冷轧状态下钢板涂搪的密着性下降。
进一步的,所述步骤一中的搪瓷钢包括有C,0.12%C是搪瓷钢板允许含碳量的上限,提高含碳量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。
进一步的,所述步骤四、冷轧和退火,增大冷轧压下率对破碎渗碳体和增加晶格畸变区的数目十分有利,随着冷轧压下率的増加,再结晶退火后的晶粒变细,阻止氢扩散的晶界随之增加,利于抗鳞爆,但是冷轧压下率约超过一定值后,r值降低,使得钢板成形性恶化,因此冷轧低碳搪瓷钢的冷轧压下率设定为65%-80%。
进一步的,所述步骤四、冷轧和退火,在退火工艺上,采用更有利于第二相粒子聚集与长大的退火工艺,退火温度大于730℃时,Fe3C减少,氢渗透时间降低。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
通过低碳搪瓷钢抗鳞爆性能的工艺研究,使工艺人员掌握搪瓷钢各项生产环节中关键工艺技术,保证产品抗鳞爆性能指标满足用户及标准要求,并形成了搪瓷钢抗鳞爆性能的研究报告,满足用户的使用要求。
附图说明
图1为本发明一种低碳搪瓷钢的生产工艺的边部添加有铁和少量磷的金相结构图;
图2为本发明一种低碳搪瓷钢的生产工艺的中心添加有铁和少量磷的金相结构图;
图3为本发明一种低碳搪瓷钢的生产工艺的边部晶粒异常长大的金相结构图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
鳞爆是搪瓷制品独有的缺陷,它的危险性在于鳞爆有时在产品生产出来时就会出现,但有时再放入仓库里以后过一段时间才出现,甚至有时在用户使用时才在制品上出,H原子半径很小,可通过Fe原子晶格自由扩散、聚集,但H原子在瓷质中的扩散非常困难,H在钢板中的溶解度随温度的降低而骤减,当钢板在高温下溶入较多的H原子时,在冷却后H原子就会聚集在钢板与搪瓷釉层间形成氢气,气体压力超过釉层承受时,即产生鳞爆,所以降低钢板中的H的渗透能力可以有效提高搪瓷钢的抗鳞爆性能,实验表明,若有效防止鳞爆,1mm厚钢板的H渗透时间应当不低于6.7min。
氢渗透理论:扩散的基本原理即由于存在浓度或者应力的梯度时,为了达到其内部化学势的平衡,而产生由高势能一侧向低势能一侧进行扩散,对于搪瓷钢的氢渗透,即在化学势差下,氢原子会像金属内部产生定向移动,在规律上符合菲克第一、第二定律。
影响抗鳞爆性能的主要因素是H(氢),而H的来源主要是在钢的酸洗和烧搪过程中进入钢板的,因此能够影响搪瓷钢板的抗鳞爆性能的因素包括酸洗时间、烧搪工艺、烧搪时间以及钢板本身的成分控制。
提高搪瓷制品的抗鳞爆性减少冶炼溶H、改善酸洗和搪瓷烧纸工艺外,主要还应提高搪瓷专用钢板本身的性能,为避免鳞爆的发生,要设法在钢种生成一些能够吸附H原子的界面,被称为“氢陷阱”,这些氢陷阱与H原子相互作用,必须能够阻碍H的扩散,或稳定吸附H原子并使其摆脱不了束缚,从而避免H原子从钢板中一处并在界面处富集,H在钢种渗透行为的研究不仅仅局限于搪瓷钢这一狭小的领域,氢脆和氢致延时断裂问题是钢铁材料乃至大多数金属材料的共性问题,“氢陷阱”的存在可显著影响H扩散系数。钢中硼、V、Ti等的碳氮化物作为大量弥散分布的第二相析出粒子,很早就被提出作为有效氢陷阱的来源,与此同时,钢中渗碳体、MnS也可作为有效氢陷阱的来源。
一般搪瓷类用钢除了需要保证稳定的抗鳞爆性能外还需要一定的冲压性能,而这一要求在进行搪瓷用钢的成分设计时会产生一个矛盾,即为了保证搪瓷用钢的冲压性能需减少钢种的C和S成分的含量,而保证储氢性能则需提高C、S的含量,减少钢中的C、N会提高钢的塑性,降低钢的强度,而提高C、S是为了增加钢中所形成的第二相粒子,贮氢陷阱。
如图所示,本发明较优实施例中一种低碳搪瓷钢的生产工艺,包括以下步骤:
步骤一、成分设计与控制:以传统的冷轧用钢DCO1的成分为基础,添加硼元素(0.0020-0.0030%左右),注意加硼后的板坯质量控制,并适当提高钢中锰和硫含量,增加钢中FeC和MnS的数量来提高钢板的贮氢性能;
0.12%C是搪瓷钢板允许含碳量的上限,提高含碳量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发生反应生成一氧化碳,使搪瓷制品表面产生气泡。
当钢中的锰含量低于0.25%时,钢板涂搪时的密着性将达90-100%,当钢中的锰含量高于0.25%时,在冷轧状态下钢板涂搪的密着性下降,但退火后密着性降低程变得比较弱,不至于引起密着性降低。
氮是原子半径比较小的原子,氮在铁中的溶解度与温度有关,在高温时氮的溶解度比较大,形成固溶体,当温度降低到室温时,氮的溶解度显著降低,如果从高温快冷至室温时,氮要残留在过饱和固溶体中,处于不稳定状态,使钢具有时效性。
钢中的氧主要以夹杂物形式存在,钢中氢的表观扩散系数有关随着钢中含氧量的减少,钢中氢的表观扩散系数增大,钢越纯净,氢的表观扩散系数也越大。
硫化物的存在会在很大程度上影响钢板的组织结构,促使条纹组织的产生,从而降低成本钢材的塑性和韧性,即降低成本拉深性能,并会在瓷层里出现气泡和细孔。
硼是低碳搪瓷钢产品里面普遍添加的合金元素,其原理为:用硼N置换AlN来改善钢板冲压成形性和提高钢板抗鳞爆性,硼的添加量与N含量有关,若硼的添加量超过上述范围,过剩的硼以固溶形式存在钢中会降低冲压成形性,若硼添加量少于上述范围,就不能生成N提高抗鳞爆性,硼的含量控制在0.0020%—0.0070%范围内,但对于硼元素来说,需要注意添加后对连铸坯裂纹敏感性的影响。
步骤二、板坯采用直、热装:可以减少在炉时间短,氧化铁皮较少,表面质量优于全冷装生产的产品,并且直、热装板坯内部温度较高,内外温度均匀,可以保证成品凸度精度;
步骤三、热轧:在热轧工艺上,采用高温终轧和高温卷取的控制思路。终轧温度FT7:910±20℃,卷取温度CT:720±20℃;
步骤四、冷轧和退火:冷轧和退火与钢板的最终性能关系极为密切,冷轧的目的不仅在于控制板厚、板形及平直度,冷轧压下率对退火后钢板的性能也产生极大的影响,通常随着冷轧压下率的提高,成品钢板的伸长率和r值提高,冷轧对退火后的搪瓷钢板冲压性能影响的主要因素就是冷轧总压下率,若没有冷轧变形,就不会有退火过程的再结晶,从而也就无法获得较强的{111}有利织构和高r值,研究表明,r值随着冷轧压下率的增加而单调增加,直至压下率搞到90%。在实际生产中为了获得高的r值,普遍采用大于75%的冷轧压下率,但由于设备的生产能力限制,压下率一般不超过85%。
增大冷轧压下率对破碎渗碳体和增加晶格畸变区的数目十分有利,随着冷轧压下率的増加,再结晶退火后的晶粒变细,阻止氢扩散的晶界随之增加,利于抗鳞爆,但是冷轧压下率约超过一定值后,r值降低,使得钢板成形性恶化,因此冷轧低碳搪瓷钢的压下率设定为65%-80%。
在退火工艺上,采用更有利于第二相粒子聚集与长大的退火工艺。退火温度过高(超过730℃)时,Fe3C减少,氢渗透时间降低;
步骤五、模拟搪烧试验:模拟搪瓷工艺过程,即850℃保温10分钟后在室温下冷却进行力学性能变化程度的检测,对生产性能,屈服强度提高17MPa,抗拉强度降低12MPa,伸长率提高3.4%,见表1;
从金相来看,模拟搪烧后其组织为铁素体+少量珠光体;晶粒尺寸均匀晶粒度为8.5级;与原始组织相比,搪烧后组织晶粒更加饱满,有轻微长大;
抗鳞爆性能检测:对试验搪瓷钢产品进行抗鳞爆指数TH值及物理性能的检验分析,抗搪瓷鳞爆敏感性TH大于等于6.7min/mm2,被测板抗鳞爆性能合格,生按上述工艺生产低碳搪瓷钢抗搪瓷鳞爆敏感性TH大于等于7.2min/mm2,试样全部通过氢透试验,
性能分类 | 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 伸长率/% |
生产性能 | 223 | 347 | 34.55 |
模拟搪瓷 | 240 | 335 | 37.98 |
表1模拟搪烧试验样性能
具体实施过程:通过低碳搪瓷钢抗鳞爆性能的工艺研究,使工艺人员掌握搪瓷钢各项生产环节中关键工艺技术,通过现有相同强度等级产品的成分调整优化,保证产品抗鳞爆性能指标满足用户及标准要求。
形成了低碳搪瓷钢抗鳞爆性能的研究报告;通过对低碳搪瓷钢的试制,产品抗鳞爆性能检测,确定产品的改进方向,最终通过逐步调整,满足用户的使用要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种搪瓷钢的生产工艺,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一、成分设计与控制:以传统的冷轧用钢DCO1的成分为基础,添加硼元素(0.0020-0.0030%左右),注意加硼后的板坯质量控制,增加钢中FeC和MnS的数量来提高钢板的贮氢性能;
步骤二、板坯采用直、热装:可以减少在炉时间短,氧化铁皮较少,表面质量优于全冷装生产的产品,并且直、热装板坯内部温度较高,内外温度均匀,可以保证成品凸度精度;
步骤三、热轧:在热轧工艺上,采用高温终轧和高温卷取的控制思路,终轧温度FT7:910±20℃,卷取温度CT:720±20℃;
步骤四、冷轧和退火:冷轧的目的不仅在于控制板厚、板形及平直度,而且冷轧压下率对退火后钢板的性能也产生极大的影响,通常随着冷轧压下率的提高,成品钢板的伸长率和r值提高;
步骤五、模拟搪烧试验:模拟搪瓷工艺过程,即850℃保温10分钟后在室温下冷却进行力学性能变化程度的检测,低碳搪瓷钢屈服强度提高17MPa,抗拉强度降低12MPa,伸长率提高3.4%。
2.根据权利要求1所述的一种低碳搪瓷钢的生产工艺,其特征在于:完成上述步骤后需要进行抗鳞爆性能检测,抗搪瓷鳞爆敏感性TH大于等于6.7min/mm2时抗鳞爆性能合格,按照权利1要求所属工艺生产的低碳搪瓷钢TH大于等于7.2min/mm2,全部通过氢透试验。
3.根据权利要求2所述的一种低碳搪瓷钢的生产工艺,其特征在于:所述步骤一中的低碳搪瓷钢包括有硼,硼的含量控制在0.0020%—0.0030%范围内。
4.根据权利要求2所述的一种低碳搪瓷钢的生产工艺,其特征在于:所述步骤一中的搪瓷钢包括有锰,当钢中的锰含量低于0.25%时,钢板涂搪时的密着性将达90-100%,当钢中的锰含量高于0.25%时,在冷轧状态下钢板涂搪的密着性下降。
5.根据权利要求1所述的一种低碳搪瓷钢的生产工艺,其特征在于:所述步骤一中的搪瓷钢包括有C,0.12%C是搪瓷钢板允许含碳量的上限,提高含碳量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发生反应生成一氧化碳,使搪瓷制品表面产生气泡。
6.根据权利要求4所述的一种低碳搪瓷钢的生产工艺,其特征在于:所述步骤四、冷轧和退火,增大冷轧压下率对破碎渗碳体和增加晶格畸变区的数目十分有利,随着冷轧压下率的増加,再结晶退火后的晶粒变细,阻止氢扩散的晶界随之增加,利于抗鳞爆,但是冷轧压下率约超过一定值后,r值降低,使得钢板成形性恶化,因此冷轧低碳搪瓷钢的冷轧压下率设定为65%-80%。
7.根据权利要求7所述的一种低碳搪瓷钢的生产工艺,其特征在于:所述步骤四、冷轧和退火,在退火工艺上,采用更有利于第二相粒子聚集与长大的退火工艺,退火温度大于730℃时,Fe3C减少,氢渗透时间降低。
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