CN1704494A - 具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷轧搪瓷钢及其制造方法，特别涉及一种超低碳具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢及其制造方法。解决了现有冷轧搪瓷钢抗鳞爆性和超深冲性不是很理想的缺陷。具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢，按重量百分比计，其组成的成分配比为：碳≤0.005％，硅≤0.030％，锰0.10～0.30％，磷≤0.015％，硫0.010～0.050％，铝0.020～0.050％，氮0.004～0.015％，钛＝4C+3.42N+1.5S +0.02～0.04％，余量为铁和其他不可避免的杂质。并且控制0.01％≤C+0.5S+0.886N≤0.03％。在真空脱气处理中采用新的氮环流的方法来控制钢中的氮和以全氢或含有极低氮气的气氛中罩式退火炉中退火的工艺。主要用于制造具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷轧搪瓷钢及其制造方法，特别涉及一种超低碳具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢及其制造方法。
背景技术
超低碳搪瓷钢是八十年代开发的新一代搪瓷用钢，它能满足形状复杂、冲压难度大、搪瓷质量要求高的搪瓷制品生产的需要。
世界上生产超深冲搪瓷钢板的主要厂家有日本的日本钢管、新日铁和德国的蒂森等，国内未见有相关的专利。国外厂家在搪瓷钢制造过程中，所采用的技术都是基于铝脱氧的超低碳钢，通过控制钢中的化学成分范围和加工工艺参数来实现钢板具有优良的抗鳞爆性和超深冲性。中国专利CN95191701.3介绍了“制造有良好搪瓷粘附性的冷轧钢板的方法”，该专利是一种制造用于餐具、建筑镶板、微波炉的外部盘部件、煤气灶和浴缸的搪瓷制品的冷轧钢板的方法，在这种方法里增加了在搪瓷层和钢板之间的良好搪瓷粘附性且大大提高了复杂形状产品所需的可成型性，提供了一种制造搪瓷粘附性极好的高可成型性的冷轧钢板的方法。在应用铝脱氧钢制造搪瓷涂层冷轧钢板的方法方面，该专利是一种制造紧密粘附性质极好的高可成型性的冷轧钢板的方法，在此方法里，铝脱氧钢含有碳：＜0.01％，锰：0.1～0.4％，硫：0.03～0.09％，钛：0.04～0.1％和氮：＜0.01％，用重量百分率表示的，按Ti/(C+N+0.4S)定义的原子比率调整到1.0～2.0，其余部分由铁组成且包括其它不可避免的杂质，热轧此钢并使精轧在超过Ar3转变温度的温度下进行，然后卷取，按50～85％压下率冷轧，最后连续退火。该专利由于碳和硫的含量稍高，使得其抗鳞爆性和超深冲性不是很理想。
搪瓷钢最易产生的质量问题就是在冲压时开裂和在搪瓷时产生鳞爆，开裂和鳞爆给用户造成的损失是很大的。产生鳞爆的原因是钢中没有足够的陷阱以贮存在搪烧过程中生成的氢。钢中的氢陷阱包括晶界、位错、显微空洞、夹杂物及第二相粒子等。所述的第二相粒子即为在透射电镜观察到的金属化合物，在超深冲搪瓷钢中，第二相粒子的数量是决定钢板抗鳞爆性以及成形性的关键因素。如果钢中碳、氮和硫等杂质元素含量低，钢质纯净，钢板的成形性好，但由于钢中没有足够的第二相粒子，钢板的抗鳞爆性变差。反之，如果钢中的杂质元素含量高，那么钢板的成形性就差，达不到超深冲性的要求。因此，从合金元素的控制来说，提高抗鳞爆性和提高冲压性是相互矛盾和制约的。要解决这一对矛盾，实现良好的综合性能匹配，合理的成分设计和工艺控制是关键。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：在保证冷轧搪瓷钢高冲压性的同时提高其抗鳞爆性。从成分设计上，现有技术在基于加钛超低碳钢进行合金设计时，分别控制钢中碳、氮和硫的含量，在此基础上加入过量的钛(即有效钛+过量钛)。本发明思路是，在控制碳、氮、硫各自的成分范围的同时，重要的是控制碳、氮和硫的总量范围以确保钢中有足够的第二相粒子。
从生产工艺上，现有的超低碳搪瓷钢的生产方法是采用转炉吹炼、真空脱气、连铸、热轧、冷轧、高温连续退火等工艺流程，但在这些生产方法中未曾提及在真空脱气处理中采用新的氮环流的方法来控制钢中的氮和以全氢或含有极低氮气的气氛中罩式退火炉中退火的工艺的使用。本发明采用的思路是，在真空处理时依赖氮气循环法来控制钢中的氮含量，这样既能将钢中的氮控制在严格的范围内，也克服了传统的依赖加氮化锰合金时造成的增碳和钢水降温等不利因素的影响，促进有利于冲压的织构的形成，控制并均匀铁素体晶粒的大小，这也是本专利的独到之处。另外，采用罩式退火时控制炉内气氛为全氢或含少量的氮气，一方面可以防止在长时间退火时钢板表面增氮的发生，因为增氮会损害钢板的成形性；另一方面以罩式退火可以生产比连续退火更宽规格范围的钢板。
本发明的技术方案是：具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢，按重量百分比计，其组成的成分配比为：
碳≤0.005％，硅≤0.030％，锰0.10～0.30％，磷≤0.015％，硫0.010～0.050％，铝0.020～0.050％，氮0.004～0.015％，钛＝4C+3.42N+1.5S+0.02～0.04％，余量为铁和其他不可避免的杂质。
并且控制0.01％≤C+0.5S+0.886N≤0.03％。
其加工工艺流程如下：冶炼→真空脱气处理(用氮气环流)→连铸→热轧→酸洗→冷轧→罩式退火→精整。
转炉吹炼：氧气吹炼；
真空处理：环流气体全程为氮气以控制钢水中的氮含量；
热轧的主要工艺参数为：加热温度：1100～1250℃；终轧温度：大于Ar3，860～920℃；卷取温度：680～760℃。
冷轧的总压下率为65％以上。
罩式退火：采用紧卷退火，退火炉的气氛为全氢气氛，允许有少量的氮气，氮气控制在不大于10％。退火温度为680～750℃。
主要基于以下方面来实现：①在超深冲搪瓷钢中，分别控制碳、氮和硫的含量。重点降低钢中的碳含量，并在真空处理时依赖氮气循环提高并稳定钢中的氮含量，克服了传统的依赖加氮化锰合金时造成的增碳和钢水温降大等不利影响。②控制钛的加入量，并控制碳、氮和硫等杂质元素的总量，以稳定钢中第二相粒子的总量，保证成品钢的抗鳞爆性和成形性的良好匹配。这是因为，在添加过量钛时，碳、氮和硫的总含量即决定了钢中第二相粒子的数量，因而碳、氮和硫的总含量直接影响了钢板的抗鳞爆性和成形性。③合理的热轧、冷轧和退火工艺是生产具有优良抗鳞爆性和成形性钢板的必要条件。
化学成分及工艺对钢板性能的影响：
1、化学成分的影响
碳：碳含量降低，钢板的延伸率提高，n值和r值也提高，因此超低碳水平是生产超深冲钢板的前提，需要在冶炼后进行真空脱气处理。碳的控制水平取决于冶金设备和技术水平。但是，也有生产厂家在钢中保留较高含量的碳(如蒂森)。
氮和硫：在传统的钢板中氮和硫也是杂质元素，损害钢板的成形性，因而其含量尽可能的低，如在传统的超低碳钢(加钛超低碳钢)中硫和氮的含量分别降至80ppm和40ppm以下。在搪瓷钢中，如果这些元素(包括碳)的含量都很低，钢中就不可能生成足够的化合物来提高钢板的抗鳞爆性。根据试验研究表明，硫和氮的含量可比传统的超低碳钢适当的提高，与钢中的合金元素相匹配，形成足量的第二相粒子。
钛：钛是强碳、氮和硫化物的形成元素。钛的加入量应适当的过量，以完全固定钢中的碳、氮和硫元素。有效钛的计算按：Ti*＝4C+3.42N+1.5S，总加入钛：Ti＝Ti*+ΔTi，其中过量钛ΔTi＝0.02～0.04％。
2、工艺因素对产品性能的影响：
冶炼：在传统的炉外精炼过程中，控制钢中的[N]含量一般是通过添加含[N]合金来完成，主要是氮化锰合金。但是，含氮合金的添加对超低碳钢而言会引起增碳和其它有害元素的增加。同时，在真空状态下添加氮化锰时，氮元素的收得率只有25％左右。添加的氮化锰合金超过一定量也会引起锰含量的超标。本发明采用氮气环流技术，能稳定地控制氮在严格的范围内，也消除了加氮化锰时带来的不利影响。
热轧：板坯再加热温度提高，成品钢板的rm值下降。但是，另一方面，加热温度提高，有利于形成粗大的TiS等夹杂物。由于在夹杂物周围形成的孔洞在搪烧时，能够成为捕捉氢气的陷阱，防止鳞爆。
终轧温度升高，冷轧板的rm值、δ均提高。卷取温度提高，可以使冷轧板的再结晶温度下降，rm值、δ也随之提高。
酸洗：酸洗的目的是清除钢板表面的氧化铁皮。在酸洗过程中，保证钢板表面无缺陷。
冷轧：冷轧压下率对成品钢板的性能有很大的影响。一方面，压下率增加，钢板的再结晶温度降低；另一方面，压下率提高，有利于在退火再结晶过程中充分发展冲压织构。因此，在冷轧过程中，冷轧总压下率是影响成品性能的关键工艺参数之一，在轧机能力许可的情况下，提高压下率不仅可以减缓单纯依赖退火温度所带来的压力，提高成品钢板的冲压性能，而且压下率提高，在夹杂物和析出相周围形成的空隙增多，这些空隙对钢板在涂搪过程中防止鳞爆起着一定的作用。
退火：钢板经全氢罩式退火炉退火，可以防止钢板中增氮现象的发生。退火时采用较高的退火温度，一方面促进有利织构的发展，另一方面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。
平整：退火后的钢板需经平整以改善表面质量，满足用户的需要。
本发明有益效果是：
采用上述成分设计和工艺控制方法生产的冷轧钢板与钢带，具有超深冲性和优良的抗鳞爆性，且性能稳定、产品的适应性广，能广泛地应用于洁具、厨具、家电和建筑面板等的生产，满足深冲和两次搪瓷、两次烧成或两次搪瓷、一次烧成的需要。
具体实施方式
实施例1-10参见表1，并增加一对比例，余量为铁和其他不可避免的杂质。按技术方案的工艺进行冶炼和加工，实施例1-5热轧加热温度1150℃，终轧温度880℃，卷取温度700℃，冷轧压下率66％，罩式退火温度：700℃，罩式退火氮气含量6％。实施例6-10热轧加热温度1200℃，终轧温度900℃，卷取温度730℃，冷轧压下率67.5％，罩式退火温度：700℃，罩式退火氮气量8％。其成品性能见表1。从表1可见，采用上述的成分和工艺参数进行加工，其成品性能的延伸率达43～53％(标距80mm)，平均为47％，三向rm值为1.82～2.33，平均为2.05，完全达到超深冲的水平，钢板供用户冲制搪瓷浴缸等无冲裂发生，采用两搪两烧或两搪一烧工艺无一例鳞爆现象，实施后的效果十分明显。
预计发明推广应用的可行性及前景：
从工艺上，生产冷轧超深冲搪瓷钢板要具备冶炼及真空脱气装备、连铸、热连轧机、酸洗、冷连轧机及退火机等
冷轧超深冲搪瓷钢板可用于生产搪瓷浴缸、灶具、洁具及建筑饰面板等搪瓷制品，在国内的需求量有数万吨，具有良好的发展前景。
表1工业生产实施例
| 化学成分(wt，％) | 力学性能 | 抗鳞爆性 | 备注 | ||||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Al | Ti | N | C+0.5S+0.886N | δ80/％ | σb/MPa | σs/MPa | rm | |||
| 1 | 0.0010 | 0.009 | 0.160 | 0.011 | 0.0276 | 0.045 | 0.098 | 0.0072 | 0.021 | 49 | 300 | 160 | 1.85 | 无鳞爆 | |
| 2 | 0.0040 | 0.027 | 0.200 | 0.009 | 0.0258 | 0.041 | 0.105 | 0.0058 | 0.022 | 48 | 296 | 130 | 1.97 | ||
| 3 | 0.0048 | 0.025 | 0.220 | 0.007 | 0.0273 | 0.046 | 0.104 | 0.0090 | 0.026 | 43 | 299 | 141 | 2.33 | 本发明例 | |
| 4 | 0.0027 | 0.017 | 0.160 | 0.008 | 0.0240 | 0.047 | 0.102 | 0.0057 | 0.020 | 48 | 294 | 128 | 2.09 | ||
| 5 | 0.0039 | 0.009 | 0.170 | 0.009 | 0.0350 | 0.044 | 0.092 | 0.0071 | 0.028 | 47 | 290 | 123 | 1.82 | ||
| 6 | 0.0016 | 0.020 | 0.170 | 0.011 | 0.0312 | 0.030 | 0.090 | 0.0040 | 0.021 | 46 | 300 | 127 | 1.95 | ||
| 7 | 0.0048 | 0.025 | 0.200 | 0.007 | 0.0273 | 0.046 | 0.104 | 0.0090 | 0.026 | 43 | 305 | 159 | 2.26 | ||
| 8 | 0.0022 | 0.010 | 0.130 | 0.008 | 0.0253 | 0.020 | 0.082 | 0.0050 | 0.019 | 53 | 289 | 134 | 1.84 | ||
| 9 | 0.0014 | 0.007 | 0.140 | 0.007 | 0.0304 | 0.028 | 0.080 | 0.0077 | 0.023 | 47 | 290 | 148 | 2.02 | ||
| 10 | 0.0020 | 0.021 | 0.160 | 0.009 | 0.0300 | 0.048 | 0.120 | 0.0068 | 0.023 | 45 | 310 | 143 | 2.32 | ||
| 0.0020 | ＜0.03 | 0.15 | ＜0.015 | 0.0060 | 0.040 | 0.060 | 0.0030 | 0.008 | 45 | 305 | 140 | 2.10 | 严重鳞爆 | 非本发明例 | |
Claims (5)
1、具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢，按重量百分比计，其组成的成分配比为：
碳≤0.005％，硅≤0.030％，锰0.10～0.30％，磷≤0.015％，硫0.010～0.050％，铝0.020～0.050％，氮0.004～0.015％，钛＝4C+3.42N+1.5S+0.02～0.04％，余量为铁和其他不可避免的杂质。
2、根据权利要求1所述的具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢，其特征是：在所述的配比中，0.01％≤C+0.5S+0.886N≤0.03％。
3、一种权利要求1所述的具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢制造方法，工艺步骤依次包括：冶炼、真空脱气处理、连铸、热轧、酸洗、冷轧、退火，精整，其特征是：在真空脱气处理阶段采用氮气环流，在退火阶段采用罩式退火。
4、根据权利要求3所述的具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢制造方法，其特征是：罩式退火采用紧卷退火，退火炉的气氛为全氢气氛，允许有少量的氮气，退火温度为680～750℃。
5、根据权利要求4所述的具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢制造方法，其特征是：氮气控制不大于10％。
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