CN115558846B - 一种搪瓷钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种搪瓷钢板及其制备方法，属于钢材制备技术领域，所述搪瓷钢板的化学成分包括：C、Si、Mn、S、P、Al、Ti、N、Fe及来自制备所述搪瓷钢板的杂质；其中，以质量分数计，S元素的含量和C元素的含量满足关系：S‑2.67*C≥0.01％；且，Ti元素的含量、C元素的含量、S元素的含量和N元素的含量满足关系：Ti‑8*C‑1.5*S‑3.42*N≥0.02％。该搪瓷钢板兼具有优异的深冲性能和抗鳞爆性能的搪瓷钢板，其屈服强度小于150MPa，抗拉强度大于290MPa，伸长率A80大于45％，r值大于2.8；且满足双面静电涂搪而不鳞爆。

Description

一种搪瓷钢板及其制备方法
技术领域
本申请涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种搪瓷钢板及其制备方法。
背景技术
搪瓷钢板是集合了钢板与瓷釉双重属性复合材料，既具有钢板的强度，又具备瓷釉的耐磨、耐高温、耐腐蚀以及色彩鲜映性等双重优点，广泛应用于轻工、家电、化工、建筑等行业。《EN10209-2013搪瓷用冷轧低碳钢板材》、《GBT 13790-2008搪瓷用冷轧低碳钢板及钢带》对搪瓷用钢的牌号进行了分类，根据力学性能可分为DC01EK、DC03EK等，其中最高级别的DC06EK适用于复杂形状零件的成形，具备良好的深冲性能。
超深冲搪瓷钢还需具备优越的抗鳞爆性能。“鳞爆”是因为搪瓷钢板高温烧成时，环境或瓷釉中的水分解成氢溶解在钢中，冷却后氢的溶解度急剧下降在钢板与瓷层界面处聚集产生压力，冲破瓷釉表面，从而产生类似于鱼鳞状的剥落现象，因而称为“鳞爆”。钢中的第二相粒子是良好的氢陷阱，通常通过控制第二相粒子，比如TiC、TiN等，来实现“捕获”氢的作用，从而避免鳞爆。
目前有关冷轧超深冲搪瓷用钢板及其制造方法的相关专利/专利申请中，多数为在超低碳钢中添加Cu、Nb、Ti等合金元素，Nb、Ti等与钢中的C、N元素结合形成第二相析出可以作为有效的氢陷阱，来提高钢的抗鳞爆性能。然而这些发明均侧重于解决钢板的鳞爆问题，而对于应用于极度复杂成形零件的冲压性能的技术没有涉及，抗鳞爆性能和超深冲性能是目前亟需解决的重点问题之一。
发明内容
本申请实施例提供了一种搪瓷钢板及其制备方法，以解决现有搪瓷钢板难以兼具有优异的深冲性能和抗鳞爆性能的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种搪瓷钢板，所述搪瓷钢板的化学成分包括：C、Si、Mn、S、P、Al、Ti、N、Fe及来自制备所述搪瓷钢板的杂质；
其中，以质量分数计，S元素的含量和C元素的含量满足关系：S-2.67*C≥0.01％；且，
Ti元素的含量、C元素的含量、S元素的含量和N元素的含量满足关系：Ti-8*C-1.5*S-3.42*N≥0.02％。
进一步地，以质量分数计，所述搪瓷钢板的化学成分包括：
C：0.001～0.008％；Si≤0.03％；Mn：0.1～0.3％；S：0.015～0.035％；P≤0.012％；Alt：0.01～0.05％；Ti：0.08～0.18％；N：0.01～0.02％；其余为Fe和来自制备所述搪瓷钢板的杂质。
进一步地，所述搪瓷钢板的性能参数包括：屈服强度＜150MPa，抗拉强度＞290MPa，伸长率A80＞45％，r值＞2.8。
第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面所述的搪瓷钢板的制备方法，所述制备方法包括：
得到含有第一方面所述的搪瓷钢板相同化学成分的板坯；
将所述板坯进行加热，后粗轧和精轧，得到热轧板；
将所述热轧板进行层流冷却，后卷取，得到热轧卷；
将所述热轧卷进行酸洗，后冷连轧，得到冷硬卷；
将所述冷硬卷进行连续退火，后平整，得到搪瓷钢板。
进一步地，所述加热的工艺参数包括：温度为1000～1100℃，时间为200～300min。
进一步地，所述粗轧的开轧温度为880-930℃；所述精轧的终轧温度为700-800℃。
进一步地，所述卷取的工艺参数包括：温度为450～650℃。
进一步地，所述冷连轧的总压下率为65％～85％。
进一步地，所述平整的延伸率＜0.6％。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供了一种搪瓷钢板，该搪瓷钢板具体为一种冷轧超深冲搪瓷用钢板，通过对搪瓷钢板的各化学成分的合理设计，尤其是：一方面，S元素是重要的氢陷阱形成元素，S与Mn反应生成MnS；与Ti反应生成TiS，与C、Ti复合反应生成Ti4C2S2。MnS、TiS、Ti4C2S2这三种粒子的析出温度均较高，为了避免了TiC的形成，因此限定S元素的含量和C元素的含量满足关系：S-2.67*C≥0.01％，给钢板提供稳定的抗鳞爆性能；另一方面，Ti元素是提高钢抗鳞爆性能的元素，Ti与N元素相结合，形成TiN粒子，TiN与铁素体基体之间的空隙可以“捕获”氢原子，是有效的氢陷阱，避免鳞爆。Ti与S形成TiS粒子，与S、C复合生成的Ti4C2S2均是有效的氢陷阱，为了避免固溶C、N、S元素的残留，影响深冲性能，因此限定Ti元素的含量、C元素的含量、S元素的含量和N元素的含量满足关系：Ti-8*C-1.5*S-3.42*N≥0.02％。基于上述两方面，获得了兼具有优异的深冲性能和抗鳞爆性能的搪瓷钢板。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种搪瓷钢板的制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例1提供搪瓷钢板的第二相氢陷阱分布TEM图；
图3为本申请实施例1提供的搪瓷钢板的静电涂搪后的结果图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
搪瓷钢板是集合了钢板与瓷釉双重属性复合材料，既具有钢板的强度，又具备瓷釉的耐磨、耐高温、耐腐蚀以及色彩鲜映性等双重优点，广泛应用于轻工、家电、化工、建筑等行业。《EN 10209-2013搪瓷用冷轧低碳钢板材》、《GBT 13790-2008搪瓷用冷轧低碳钢板及钢带》对搪瓷用钢的牌号进行了分类，根据力学性能可分为DC01EK、DC03EK等，其中最高级别的DC06EK适用于复杂形状零件的成形，具备良好的深冲性能。
目前，现有搪瓷钢板难以兼具有优异的深冲性能和抗鳞爆性能。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种搪瓷钢板，所述搪瓷钢板的化学成分包括：C、Si、Mn、S、P、Al、Ti、N、Fe及来自制备所述搪瓷钢板的杂质；
其中，以质量分数计，S元素的含量和C元素的含量满足关系：S-2.67*C≥0.01％；且，
Ti元素的含量、C元素的含量、S元素的含量和N元素的含量满足关系：Ti-8*C-1.5*S-3.42*N≥0.02％。
本申请实施例提供了一种搪瓷钢板，该搪瓷钢板具体为一种冷轧超深冲搪瓷用钢板，通过对搪瓷钢板的各化学成分的合理设计，尤其是：一方面，S元素是重要的氢陷阱形成元素，S与Mn反应生成MnS；与Ti反应生成TiS，与C、Ti复合反应生成Ti4C2S2。MnS、TiS、Ti4C2S2这三种粒子的析出温度均较高，因此限定S元素的含量和C元素的含量满足关系：S-2.67*C≥0.01％，避免了TiC的形成，给钢板提供稳定的抗鳞爆性能；另一方面，Ti元素是提高钢抗鳞爆性能的元素，Ti与N元素相结合，形成TiN粒子，TiN与铁素体基体之间的空隙可以“捕获”氢原子，避免鳞爆。Ti与S形成TiS粒子，与S、C复合生成的Ti4C2S2均是有效的氢陷阱，为了避免固溶C、N、S元素的残留，影响深冲性能，因此限定Ti元素的含量、C元素的含量、S元素的含量和N元素的含量满足关系：Ti-8*C-1.5*S-3.42*N≥0.02％。基于上述两方面，获得了兼具有优异的深冲性能和抗鳞爆性能的搪瓷钢板。
本申请中，“S-2.67*C≥0.01％”应当理解为“S元素的质量分数值”减去“C元素的质量分数值的2.67倍”所得的值大于0.01％。
本申请中，“Ti-8*C-1.5*S-3.42*N≥0.02％”应当理解为“Ti-元素的质量分数值”减去“S元素的质量分数值的1.5倍”后，再减去“N元素的质量分数值的3.42倍”所得的值大于0.02％。
作为本申请实施例的一种实施方式，以质量分数计，所述搪瓷钢板的化学成分包括：
C：0.001～0.008％；Si≤0.03％；Mn：0.1～0.3％；S：0.015～0.035％；P≤0.012％；Alt：0.01～0.05％；Ti：0.08～0.18％；N：0.01～0.02％；其余为Fe和来自制备所述搪瓷钢板的杂质。
本申请中，搪瓷钢板的各化学元素配比的设计原理：
本发明的C：0.001～0.008％，对于搪瓷钢来说，碳是需要重点控制的元素。碳含量过高容易产生气泡针孔缺陷，增加碳含量会提高钢的强度，影响r值和深冲性能，不利于成形复杂零件。同时C与钢中的Nb、Ti等微合金元素形成第二相粒子是有效氢陷阱，能提高钢的抗鳞爆性能。在本发明中，综合考虑到深冲性能和抗鳞爆性能，C含量的范围0.001～0.008％为最优。
本发明的Si≤0.03％，Si作为脱氧剂用于去除钢液中的氧，Si是搪瓷钢中的有害元素，Si含量增加会显著降低搪瓷密着性，损害表面质量，因此选择将Si含量控制在0.03％以下。
本发明的Mn：0.1～0.3％，锰与硫反应生成硫化锰，消除S的脆性，同时Mn能提高钢的强度，降低塑性，不利于深冲。
本发明的S：0.015～0.035％，一般来说，硫在钢中属于杂质元素，容易形成脆性物质。在本发明中，S元素是重要的氢陷阱形成元素，S与Mn反应生成MnS；与Ti反应生成TiS，与C、Ti复合反应生成Ti4C2S2。MnS、TiS、Ti4C2S2这三种粒子的析出温度均较高，给钢板提供稳定的抗鳞爆性能，为了避免形成TiC，S、C元素还须满足S-2.67*C≥0.01％的关系。
本发明的P：≤0.012％，磷为杂质元素，容易在晶界偏聚，会增加钢板脆性；P元素也是显著的固溶强化元素，提高钢板的强度同时，影响钢的塑性，且在搪烧时容易产生气泡和黑点，影响表面质量，因此将磷控制在0.012％以下。
本发明的Alt：0.01～0.05％，铝在常规工艺中作为脱氧剂而添加。Alt与N反应生成AlN，但是AlN对于氢的吸附作用较小，Alt含量的范围0.01～0.05％为最优。
本发明的N：0.01～0.02％，对于常规钢种来说，N作为残余元素在钢中存在。而本发明对N元素的添加进行合理控制，N主要与Ti结合形成的TiN粒子，起到抗鳞爆性能的作用。
本发明的Ti：0.08～0.18％，在本发明中，Ti元素是提高钢抗鳞爆性能的元素，Ti与N元素相结合，形成TiN粒子，是有效的氢陷阱，TiN与铁素体基体之间的空隙可以“捕获”氢原子，避免鳞爆。Ti与S形成TiS粒子，与S、C复合生成的Ti4C2S2均是有效的氢陷阱，为了避免固溶C、N、S元素的残留，影响深冲性能，元素之间须满足Ti-8*C-1.5*S-3.42*N≥0.02％的关系。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述搪瓷钢板的性能参数包括：屈服强度＜150MPa，抗拉强度＞290MPa，伸长率A80＞45％，r值＞2.8。
本申请中，所述搪瓷钢板具体为一种冷轧超深冲搪瓷钢板，冲压性能优越，抗鳞爆性能优异，具有低屈强比和r值，屈服强度小于150MPa，抗拉强度大于290MPa，伸长率A80大于45％，r值大于2.8，可满足静电涂搪的要求，尤其可满足极度复杂成形零件的实际需求。
第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面所述的搪瓷钢板的制备方法，如图1所示，所述制备方法包括：
得到含有第一方面所述的搪瓷钢板相同化学成分的板坯；
将所述板坯进行加热，后粗轧和精轧，得到热轧板；
将所述热轧板进行层流冷却，后卷取，得到热轧卷；
将所述热轧卷进行酸洗，后冷连轧，得到冷硬卷；
将所述冷硬卷进行连续退火，后平整，得到搪瓷钢板。
本申请实施例提供了一种搪瓷钢板的制备方法，操作简单，无需额外的特种设备，且显著降低生产能耗，可适用于大批量生产。
本申请中，在一些具体实施例中，得到含有第一方面所述的搪瓷钢板相同化学成分的板坯可按照现有钢铁冶炼技术进行，如包括：将铁水预处理后，经过转炉冶炼、RH精炼、连铸获得所述板坯。本申请文件不做重复赘述。
本申请中，在一些具体实施例中，连续退火工艺可包括：退火均热温度范围控制在760～850℃，缓冷温度范围580～710℃，快冷温度范围400～420℃，过时效温度360℃～400℃。采用高温退火工艺，有利于{111}织构的形成，降低屈服强度，提高伸长率和r值，提高深冲性能，同时热轧过程中未能析出的合金元素，进一步析出。较高的缓冷温度有利于Ti的化合物更进一步的析出，从而提升抗鳞爆性能。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述加热的工艺参数包括：温度为1000～1100℃，时间为200～300min。
本申请中，加热温度控制在1000～1100℃，在炉时间200～300min，能保证钢坯充分奥氏体化，铸坯里形成的析出粒子仅部分溶解，这样所获得的粒子更加粗大，有利于获得更高的r值和抗鳞爆性能。相较于常规工艺1200℃左右的加热温度来说，本发明大大降低了能耗。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述粗轧的开轧温度为880-930℃；所述精轧的终轧温度为700-800℃。
本申请中，开轧温度在880～930℃之间，终轧温度控制在700-800℃，整个轧制温度区间保持在铁素体区轧制，由于温度较低，表面的氧化程度减轻，表面质量提高，同时铁素体轧制过程中，Ti4C2S2粒子发生应变诱导析出，提高抗鳞爆性能，铁素体轧制形成纤维状组织，为提高退火后钢铁的r值提供基础。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述卷取的工艺参数包括：温度为450～650℃。
本申请中，终轧之后进行层流冷却后卷取，卷取温度控制在450～650℃，低温卷取时钢卷的表面质量更优良。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述冷连轧的总压下率为65％～85％。
本申请中，热轧卷经酸洗后冷轧，总的压下率在65％～85％，低温轧制和低温卷取提升了钢板的表面质量，在酸洗过程中可以降低酸洗程度，减少了氢原子的渗入，从一定程度上来说，也会减缓鳞爆的发生。采用较高的冷轧压下率可使钢中储存足够的畸变能，有利于织构发展，改善钢板成形性能，同时还降低再结晶温度，有利于退火后的再结晶。
作为本申请实施例的一种实施方式，所述平整的延伸率＜0.6％。
本申请中，退火后采用离线或在线平整，平整的过程会产生加工硬化，使屈服强度升高，不利于深冲变形。因此为了保证深冲性能，本发明中平整延伸率控制在0.6％以内。为了保证搪瓷附着力，需要较粗糙的板面结构，在较小的平整延伸率情况下，粗糙度复制率低，因此需要采用大粗糙度平整辊，辊面粗糙度保证4.5μm以上，才能得到有利于搪瓷附着的粗糙表面。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1-4和对比例1-2提供了一种搪瓷钢板，各例中搪瓷钢板的化学成分如表1所示，各例中搪瓷钢板的制备方法包括：
得到含有与表1所示的搪瓷钢板相同化学成分的板坯；
将所述板坯进行加热，后粗轧和精轧，得到热轧板；
将所述热轧板进行层流冷却，后卷取，得到热轧卷；
将所述热轧卷进行酸洗，后冷连轧，得到冷硬卷；
将所述冷硬卷进行连续退火，后平整，得到搪瓷钢板。
上述各例中搪瓷钢板的制备方法中的具体工艺参数如表2和表3所示。
表1实施例和对比例的化学成分，wt.％
编号 C Si Mn S P Alt Ti N
实施例1 0.003 0.02 0.22 0.025 0.012 0.032 0.12 0.011
实施例2 0.002 0.01 0.14 0.035 0.010 0.041 0.14 0.015
实施例3 0.001 0.02 0.12 0.015 0.008 0.047 0.18 0.018
实施例4 0.007 0.01 0.13 0.029 0.011 0.012 0.19 0.014
对比例1 0.002 0.01 0.3 0.01 0.017 0.037 0.002 0.003
对比例2 0.003 0.01 0.2 0.005 0.018 0.037 0.06 0.003
表2实施例和对比例的热轧工艺参数
表3实施例和对比例的冷轧退火轧工艺参数
测试例
本例对实施例1-4和对比例1-2所得的搪瓷钢板进行性能测试，测试过程包括：在板宽1/4处切取试样进行常规拉伸实验，各例钢板取不同位置的5块样板在实验室进行小样搪瓷，涂搪方法为静电干粉搪瓷，观察鳞爆现象，并将搪瓷后的样品去掉瓷层后进行拉伸实验，观察强度的变化。测试结果如表4所示。
表4实施例和对比例鳞爆情况及力学性能
由表4可以看出，本发明范围内的具体实施例的抗鳞爆性能、搪瓷附着力、力学性能均优于对比例。
本申请实施例1提供搪瓷钢板的第二相氢陷阱分布TEM图如图2所示，实施例1提供的搪瓷钢板的静电涂搪后的结果图如图3所示。
综上所述，与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明的超深冲搪瓷钢在低温轧制的情况下比常规高温轧制具有更高的r值，更低的能耗以及更好的表面质量，更适合成形复杂零件。
(2)本发明通过各元素之间的科学配比，在钢中制造大量的TiN、MnS和Ti4C2S2析出粒子为氢陷阱，高温稳定性好、搪烧时不易溶解，鳞爆性能稳定。
应该理解，在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。另外，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种搪瓷钢板，其特征在于，所述搪瓷钢板的化学成分包括：C：0.001～0.008％；Si≤0.03％；Mn：0.1～0.3％；S：0.015～0.035％；P≤0.012％；Alt：0.01～
0.05％；Ti：0.08～0.18％；N：0.01～0.02％；其余为Fe和来自制备所述搪瓷钢板的杂质；
其中，以质量分数计，S元素的含量和C元素的含量满足关系：S-2.67*C≥0.01％；且，
Ti元素的含量、C元素的含量、S元素的含量和N元素的含量满足关系：
Ti-8*C-1.5*S-3.42*N≥0.02％；
所述搪瓷钢板的性能参数包括：屈服强度＜150MPa，抗拉强度＞290MPa，伸长率A80＞45％，r值＞2.8；
所述的搪瓷钢板的制备方法包括：
得到含有所述的搪瓷钢板相同化学成分的板坯；
将所述板坯进行加热，后粗轧和精轧，得到热轧板；
将所述热轧板进行层流冷却，后卷取，得到热轧卷；
将所述热轧卷进行酸洗，后冷连轧，得到冷硬卷；
将所述冷硬卷进行连续退火，后平整，得到搪瓷钢板；
所述加热的工艺参数包括：温度为1000～1100℃，时间为200～300min；
所述粗轧的开轧温度为880-930℃；
所述精轧的终轧温度为700-800℃；
所述卷取的工艺参数包括：温度为450～650℃；
所述冷连轧的总压下率为65％～85％；
平整辊面采用毛化处理，辊面粗糙度使用范围为≥4.5μm，且所述平整的延伸率＜0.6％。
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