CN114855081A - 一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢及生产方法，搪瓷钢的化学成分按重量百分比计：C 0.01％～0.08％，Si≤0.10％，Mn 0.10％～0.60％，P≤0.025％，S 0.020～0.030％，Al 0.020％～0.070％，N 0.0050～0.0100％，Nb 0.010％～0.020％，Ti 0.020～0.040％，其余元素是Fe及不可避免的杂质。方法步骤包括：a、冶炼；b、热轧；c、酸轧；d、连续退火。本方法生产出成本较低、成形性较好和抗鳞爆性能优良的搪瓷钢板，用于热水器内胆可将原厚度1.8mm减至1.5mm。解决现有搪瓷钢生产成本高，成形性差和抗鳞爆性能差的问题。

Description

一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢及生产方法
技术领域
本发明涉及一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢及生产方法，属于搪瓷用钢生产技术领域。
背景技术
随着家电行业的技术进步和创新发展，搪瓷钢作为一种广泛应用于家电行业的金属基复合材料，正在不断发展并逐渐得到广泛应用。热水器内胆一般采用热轧搪瓷钢或冷轧B微合金化低碳铝镇静钢DC01EK进行生产，但热轧搪瓷钢普遍存在抗鳞爆敏感性低的问题，易出现鳞爆缺陷，根据热水器内胆耐压等限制DC01EK又很难满足内胆减薄降本的要求，这就需要一种成本与DC01EK相当，且强度较高的冷轧搪瓷钢的开发为热水器内胆进行减薄降本使用，因此，高强冷轧搪瓷钢具有广阔的市场前景。
本国专利，公开号CN106560523B公开了一种260MPa级冷轧连退搪瓷钢及其生产方法，所述260MPa级冷轧连退搪瓷钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.020～0.060％、Si≤0.030％、Mn：0.020％～0.60％、P≤0.020％、S≤0.010％、Al：0.020～0.060％、B：0.0015～0.0040％、N：0.0040～0.0100％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。其通过薄板坯连铸连轧、冷轧、连续退火工艺、平整工序生产一种260MPa强度级别的热水器内胆用冷轧搪瓷钢。其热轧终轧温度控制在860～960℃，卷取温度控制在600～650℃。冷轧压下率≥70％，采用连续退火，退火温度为730～780℃，退火时间90～150s。所生产的冷轧钢板，显微组织为铁素体+弥散碳化物，力学性能的屈服强度≥260MPa，抗拉强度≥360MPa，延伸率A50≥35％。此方法生产的搪瓷钢强度较低，且厚度大。
本国专利，公开号CN111945059A公开了一种冷轧高强度耐热搪瓷钢的制备方法，所述冷轧高强度耐热搪瓷钢包括以下重量百分比的化学成分：：C：0.04-0.07％，Si≤0.03％，Mn：0.40-0.80％，P≤0.025％，S≤0.020％，Alt≤0.030％，Cr：0.15-0.40％，Mo：0.05-0.15％，N：0.004-0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。其热轧终轧温度控制在880～920℃，卷取温度控制在580～640℃。冷轧压下率≥65％，采用罩式退火工艺，退火温度为660～700℃，保温时间8-10h。此方法生产的搪瓷钢采用Cr、Mo微合金化，合金成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有搪瓷钢生产成本高，成形性差和抗鳞爆性能差。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢，其化学成分按重量百分比计包括：C 0.01％～0.08％，Si≤0.10％，Mn 0.10％～0.60％，P≤0.025％，S0.020～0.030％，Al 0.020％～0.070％，N 0.0050～0.0100％，Nb 0.010％～0.020％，Ti 0.020～0.040％其余元素是Fe及不可避免的杂质。
其中，所述C的重量百分比为0.030～0.060％和/或所述S的重量百分比为0.023～0.028％和/或所述N的重量百分比为0.0050～0.0080％。
其中，所述Mn的重量百分比为0.30～0.45％和/或所述Al的重量百分比为0.020～0.050％。
其中，所述Ti的重量百分比为0.030～0.050％。
其中，所述Nb的重量百分比为0.013～0.018％。
一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢的生产方法，包括步骤：
a、冶炼工序：根据上述任一一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢的化学成分进行冶炼，然后通过铸造成板坯；
b、热轧工序：将铸坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷；
c、酸轧工序：将热轧卷经过酸洗后冷轧成为冷轧薄带钢；
d、连续退火工序：将冷轧薄带钢经过连续退火后，制成产品。
其中，步骤a中在精炼工序加入硫铁和海绵钛。
其中，步骤a中精轧开轧温度为1000～1100℃，终轧温度为880～920℃，卷取温度为660～700℃。
其中，步骤c中冷轧压下率为60～80％。
其中，步骤d中退火温度为780～820℃，缓冷终点温度580～620℃，快冷终点温度300～360℃，过时效段温度340～400℃，平整延伸率为0.5～1.8％。
本发明的有益效果是：本方法通过铌钛复合微合金化，采用连续退火生产工艺，详细要求了连退工艺参数，并且采用氢渗透试验(EN 10209-2013)进行了抗搪瓷鳞爆敏感性(TH值)的测试，对抗鳞爆性能进行评价，抗鳞爆性能较好，且生产搪瓷钢其中屈服强度330～360MPa，抗拉强度420～490MPa，A80伸长率为30.0～35.0％，焊缝疲劳循环次数达到200万次以上，抗鳞爆敏感性TH值达到19.33～19.63min/mm2。适用于热水器内胆提强减薄，降低生产成本。且生产成本低，适合生产对强度要求较高的搪瓷制品，可适用于热水器内胆提强减薄，可将原厚度规格1.8mm减薄至1.5mm。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的高屈服强度的冷轧搪瓷钢其微观组织结构示意图；
图2为本发明实施例2制备的高屈服强度的冷轧搪瓷钢其微观组织结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1和图2所示，本发明的一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比计包括：C 0.01％～0.08％，Si≤0.10％，Mn 0.10％～0.60％，P≤0.025％，S 0.020～0.030％，Al 0.020％～0.070％，N 0.0050～0.0100％，Nb 0.010％～0.020％，Ti 0.020～0.040％其余元素是Fe及不可避免的杂质。本领域技术人员能够理解的是，通过铌钛复合添加，在热轧时以TiN、Nb(C,N)形式充分固定固溶氮，热轧在较高的温度进行卷取，促进Nb、Ti第二相粒子析出，提高抗鳞爆性能。在冷轧时采用60％～80％的压下率，在连续退火时析出从而抑制连续退火时铁素体的再结晶和晶粒长大，可提高钢的强度。
碳：C作为钢中最重要的组分之一，决定了钢板的强度、塑性和成形性能。当C很低时，强度低，而r值一般较高，各向异性很大；C含量过高则不利于焊接性和成形性。为获得较低的r值，具有良好的各向同性，同时兼顾焊接和成形性。因此，本发明C重量百分比计为0.01～0.08％。
Si：在钢中起到固溶强化的作用，本发明Si含量不特意添加。
Mn：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，在铸坯连铸过程中，与S形成MnS析出，防止FeS形成造成铸坯角部裂纹，Mn也是钢中常用的固溶强化元素，Mn含量的提高能够降低r值，但明显降低钢的塑性。因此，本发明Mn重量百分比计为0.10～0.60％。
Al：Al在钢中起到脱氧作用和细化晶粒的作用。本发明Al重量百分比计为0.020～0.070％。
N：主要以氮化物的形式存在，通过N含量的提高，促进TiN、Ti(C、N)、Nb(C、N)第二相粒子析出，作为储氢陷阱，提高抗鳞爆性能。本发明N重量百分比计为0.0050～0.0100％。
S：主要以硫化物的形式存在，硫化物在一定范围内表现出有益作用，通过S含量的提高，促进TiS、Ti4C2S2等第二相粒子析出，作为储氢陷阱，提高抗鳞爆性能，同时随着硫的增加亦可改善疲劳性能。本发明S重量百分比计为0.020～0.030％。
Ti：Ti在钢中起到固定氮、阻碍再结晶和获得细小晶粒的作用，通过Ti元素的添加，促进TiC、TiS、Ti(C,N)、Ti4C2S2等第二相粒子析出，作为储氢陷阱，提高抗鳞爆性能，同时也能抑制大尺寸的MnS析出提高疲劳性能和成形性能。Ti的溶质拖曳效应，可以抑制织构强度的增加，起到改善△r的作用。本发明Ti重量百分比计为0.020～0.060％。
Nb：Nb在钢中起到固定氮、阻碍再结晶和获得细小晶粒的作用，通过Nb元素的添加，促进Nb(C、N)第二相粒子析出，作为储氢陷阱，同时Nb与Ti符合添加可使奥氏体晶粒进一步细化，明显提高强度，Nb、Ti复合添加有利于提高第二相析出固溶度积，有利于控制第二相尺寸，提高抗鳞爆性能。提高抗鳞爆性能，同时也能抑制大尺寸的MnS析出提高疲劳性能和成形性能。本发明Nb重量百分比计为0.010～0.020％。
优选的，所述C的重量百分比为0.030～0.060％和/或所述S的重量百分比为0.023～0.028％和/或所述N的重量百分比为0.0050～0.0080％。本领域技术人员能够理解的是，结合效果本方法优选C的重量百分比为0.030～0.060％和/或所述S的重量百分比为0.023～0.028％和/或所述N的重量百分比为0.0050～0.0080％。
优选的，所述Mn的重量百分比为0.30～0.45％和/或所述Al的重量百分比为0.020～0.050％。
优选的，所述Ti的重量百分比为0.030～0.050％。
优选的，所述Nb的重量百分比为0.013～0.018％。
一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢的生产方法，包括步骤：
a、冶炼工序：根据上述任一一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢的化学成分进行冶炼，然后通过铸造成板坯；
b、热轧工序：将铸坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷；
c、酸轧工序：将热轧卷经过酸洗后冷轧成为冷轧薄带钢；
d、连续退火工序：将冷轧薄带钢经过连续退火后，制成产品。本领域技术人员能够理解的是，冷硬基板经焊接和清洗后进入连续退火炉，在临界区退火采用快速加热避免退火后晶粒粗化；均热段温度设为780～820℃，保温时间100～180s，从连退机组的设备要求和经济性考虑，优选温度为790～810℃；缓冷终点温度为580～620℃，通过冷却速率控制钢中固溶碳含量和γ→α转变，充分发展{111}织构，保证带钢具有较高的r值；快冷段终点温度为300～360℃，快冷段冷却速度>45℃/s，确保过时效前钢中的固溶C含量，使其在随后的过时效段中在铁素体晶粒内部析出的渗碳体作为贮氢陷阱，同时减少成品中固溶碳含量，从而提高带钢的延伸率。优选温度为330～350℃；过时效段温度为350～380℃，促进带钢中析出大量渗碳体作为储氢陷阱；平整延伸率按带钢厚度范围设置为1.3％～1.8％，消除带钢的屈服点延伸。
优选的，步骤a中在精炼工序加入硫铁和海绵钛，硫铁吨钢加入量为0.24kg～0.29kg，海绵钛吨钢加入量为0.32kg～0.63kg。本领域技术人员能够理解的是，加入硫铁和海绵钛也即是限定板坯中的S和Ti的重量百分比，硫铁加入为了保证S含量控制，按照正常减少脱硫量手段控制，S含量控制波动幅度较大；海绵钛纯度高，杂质含量低，保证Ti含量控制，且减少杂质元素带入。加入量按照吨钢计算，海绵钛收得率按照95％，硫铁收得率按照95％计算，硫铁吨钢加入量为0.24kg～0.29kg，海绵钛吨钢加入量为0.32kg～0.63kg。
优选的，步骤a中精轧开轧温度为1000～1100℃，终轧温度为880～920℃，卷取温度为660～700℃。
优选的，步骤c中冷轧压下率为60～80％。
优选的，步骤d中退火温度为780～820℃，缓冷终点温度580～620℃，快冷终点温度300～360℃，过时效段温度340～400℃，平整延伸率为0.5～1.8％。
实施例
本实施例提供了两组高屈服强度的冷轧搪瓷钢板，其化成成分如表1所示；
Figure BDA0003609492920000051
表1高屈服强度的冷轧搪瓷钢化学成分(wt.％)
上述高屈服强度冷轧搪瓷钢板的制备方法，具体工艺如下：
A、冶炼工序：经过冶炼工艺，制备如表1所示化学成分的搪瓷钢板坯；
B、热轧工序：将板坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷，具体热轧工艺参数如表2所示；
编号 开轧温度/℃ 终轧温度/℃ 卷取温度/℃
1 1066 894 681
2 1053 903 679
表2高屈服强度的冷轧搪瓷钢热轧主要工艺参数
C、酸轧工序：将热轧卷酸洗后，冷轧成薄带钢，其中实施例1的薄带钢厚度为1.65mm冷轧压下率为72.5％；实施例2的厚度为1.5mm冷轧压下率为75.0％；
D、连退工序：冷轧薄带钢经连续退火工艺处理后制成所需产品，其退火温度为780～820℃，缓冷终点温度580～620℃，快冷终点温度300～360℃，过时效段温度340～400℃，平整延伸率为0.5～1.8％。具体连续退火工艺参数如表3所示：
Figure BDA0003609492920000052
表3高屈服强度的冷轧搪瓷钢连续退火主要工艺参数
经上述工艺制备的高屈服强度的冷轧搪瓷钢其微观组织实施例1如图1所示，实施例2组织如图2所示，按照GB/T228-2010《金属材料室温拉伸试验方法》测试上述冷轧搪瓷钢性能，其力学性能如下表4所示。
Figure BDA0003609492920000053
Figure BDA0003609492920000061
表4高屈服强度的冷轧搪瓷钢力学性能采用欧标EN 10209-2013进行氢透试验，结果如表5所示。
编号 试样厚度(mm) 穿透时间(min) TH值(min/mm<sup>2</sup>)
实施例1 1.64 52.09～52.79 19.37～19.63
实施例2 1.48 42.51～42.82 19.41～19.55
表5高屈服强度的冷轧搪瓷钢抗鳞爆性能
结果表明，本发明制备的冷轧搪瓷钢微观组织由铁素体和少量珠光体组成，屈服强度达到330MPa以上，抗鳞爆敏感性TH值达到19min/mm2以上，具有良好的成形性能和抗鳞爆性能。

Claims (10)

1.一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比计包括：C0.01％～0.08％，Si≤0.10％，Mn 0.10％～0.60％，P≤0.025％，S 0.020～0.030％，Al0.020％～0.070％，N 0.0050～0.0100％，Nb 0.010％～0.020％，Ti 0.020～0.040％其余元素是Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢，其特征在于：所述C的重量百分比为0.030～0.060％和/或所述S的重量百分比为0.023～0.028％和/或所述N的重量百分比为0.0050～0.0080％。
3.根据权利要求1所述的一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢，其特征在于：所述Mn的重量百分比为0.30～0.45％和/或所述Al的重量百分比为0.020～0.050％。
4.根据权利要求1所述的一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢，其特征在于：所述Ti的重量百分比为0.030～0.050％。
5.根据权利要求1所述的一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢，其特征在于：所述Nb的重量百分比为0.013～0.018％。
6.一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢的生产方法，其特征在于包括步骤：
a、冶炼工序：根据权利要求1至5任一一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢的化学成分进行冶炼，然后通过铸造成板坯；
b、热轧工序：将铸坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷；
c、酸轧工序：将热轧卷经过酸洗后冷轧成为冷轧薄带钢；
d、连续退火工序：将冷轧薄带钢经过连续退火后，制成产品。
7.根据权利要求6所述的一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢的生产方法，其特征在于：步骤a中在精炼工序加入硫铁和海绵钛，硫铁吨钢加入量为0.24kg～0.29kg，海绵钛吨钢加入量为0.32kg～0.63kg。
8.根据权利要求6所述的一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢的生产方法，其特征在于：步骤a中精轧开轧温度为1000～1100℃，终轧温度为880～920℃，卷取温度为660～700℃。
9.根据权利要求6所述的一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢的生产方法，其特征在于：步骤c中冷轧压下率为60～80％。
10.根据权利要求6所述的一种高屈服强度的冷轧搪瓷钢的生产方法，其特征在于：步骤d中退火温度为780～820℃，缓冷终点温度580～620℃，快冷终点温度300～360℃，过时效段温度340～400℃，平整延伸率为0.5～1.8％。
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