CN1966753A - 一种热轧双面搪瓷用钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热轧双面搪瓷用钢板，其化学成分(Wt％)为：C：0.02％～0.06％、Si：≤0.50％、Mn：0.15％～0.40％、P：≤0.15％、S：≤0.006％、N≤0.003％、Ti：0.08％～0.20％、Als：0.005％～0.055％，Ti/C：2.2～5，余量为Fe和不可避免的杂质。热轧状态下组织为晶粒直径在2μm～20μm的铁素体，在组织中均匀分布着直径在20nm以下的TiC粒子。还可以加入V：0.015％～0.060％和/或Cr：0.05％～0.20％。该钢板的制造方法为：采用连铸方法生产板坯，板坯加热至1180～1260℃，均热后经高压水除鳞、粗轧成中间坯、在840～1100℃的温度区间精轧，通过5～7道次精轧至目标厚度，精轧开轧温度1100～960℃，终轧温度920℃～840℃，轧后0～7S内以≥30℃/S的冷速连续冷却至450～630℃卷取。本发明产品具有双面搪瓷性能优和搪后使用强度高等特点，满足了大型工程构件对双面搪瓷钢板的强度和搪瓷性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种搪瓷用钢板及其制造方法，尤其是一种搪瓷后屈服强度在280N/mm2以上的高强度热轧双面搪瓷用钢板及其制造方法。
背景技术
在环保意识、成本意识等日益增强的今天，一些大型的水处理设施、化工设施、环保设施正在出现应用搪瓷构件拼装的趋势。
然而，由于现有热轧钢板材料，没有考虑到良好的双面搪瓷性能，因此只能进行普通质量要求的单面搪瓷。而一些专用热轧搪瓷钢板，只单方面考虑钢板的搪瓷性能，搪瓷后不具有高的屈服强度。搪瓷后屈服强度都变得非常低(一般都低于250N/mm2)，不能够满足大型工程构件设计对强度的要求，使设计受到局限。冷轧搪瓷用钢板也存在同样的问题，即双面搪瓷后强度不足。而且制造成本高，不能生产厚规格产品。
现有冷轧搪瓷钢板厚度规格大多在3mm以下，并且屈服强度不足，规格和强度两方面都不能够满足大型搪瓷拼装构件的装配要求。而且C含量低，在0.008％以下，Ti/C都在5以上，生产成本高(如日本特公昭58-1170号)。
采用Ti合金化的热轧搪瓷钢板，为保障搪瓷性能，往往要将Ti/C比提高到4以上，如日本专利“特开平10-121141”，而且C含量低于0.005％，生产成本高且不具备搪瓷后屈服强度高于280N/mm2的特点。现有技术如日本专利“特开昭55-152127”、“特开平8-269540”等，不是Ti含量高而生产成本高、难度大，不适应连铸生产，就是C含量低于0.01％而不足以保障搪后屈服强度。“平2-305926”、“昭58-1013”等提出加入B、N、Cu合金化，生产不易控制，且不足以保障双面搪瓷性能要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好双面搪瓷性能和搪瓷后具有280N/mm2以上屈服强度的热轧搪瓷用钢板及其生产方法，以满足大型工程构件对双面搪瓷钢板的强度和搪瓷性能要求。
本发明的目的是这样实现的：一种热轧双面搪瓷用钢板，其化学成分(Wt％)为：C：0.02％～0.06％、Si：≤0.50％、Mn：0.15％～0.40％、P：≤0.15％、S：≤0.006％、N≤0.003％、Ti：0.08％～0.20％、Als：0.005％～0.055％，Ti/C：2.2～5，余量为Fe和不可避免的杂质。热轧状态下组织为晶粒直径在2μm～20μm的铁素体，在组织中均匀分布着直径在20nm以下的TiC粒子。还可以加入V：0.015％～0.060％和/或Cr：0.05％～0.20％。
一种用于生产上述热轧双面搪瓷用钢板的制造方法，包括如下步骤：钢水脱硫、转炉冶炼、炉外精炼、板坯连铸、再加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取。其特征是：板坯加热至1180～1260℃，均热后经高压水除鳞、粗轧成中间坯、在840～1100℃的温度区间精轧，通过5～7道次精轧至目标厚度，精轧开轧温度1100～960℃，终轧温度920～840℃，轧后0～7S内以≥30℃/S的冷速连续冷却至450～630℃卷取。
本发明技术特征的详细说明如下：
(1)C含量的选择是本发明的重要特征。C是作为促进Ti的粒子析出的元素，低于0.02％，不能保证搪瓷后必要的强度，且使冶炼成本增加。高于0.06％，降低了Ac3，并增加保证Ti/C比的必要Ti含量，对搪瓷性能不利。因此选择在0.02％～0.06％。
(2)针对用户的不同处理工艺，采用两种不同的Si含量控制范围，是本发明的特征之一。当搪前采用酸洗方法处理表面时，Si含量应越低越好，但太低会导致冶炼成本增加，而在0.10％以下时对酸洗除锈的效果的影响已经不大，因此确定上限为0.10％。当采用喷丸处理时，Si含量在0.50％以下时的影响不大，而Si还可以具有提高强度和提高Ac3点的作用，对搪瓷后保持必要的强度有贡献。选择Si做为强化元素时，其含量低于0.10％作用不明显，但高于0.50％时，给表面除锈带来困难，且相应的弯曲成型性能也将变差。因此以喷丸方法处理表面时，允许选择加入Si，含量在0.10％～0.50％。
(3)Mn是强化元素，又是钢中冶炼时必然存在的元素。使其低于0.15％对冶炼要求高，增加成本。使其Mn高于0.40％，会使Ac3点降低过大。对搪瓷性能不利。因此确定其范围为0.15％～0.40％。
(4)针对不同的钢板生产条件和钢板深加工工艺，P元素采用两种不同的控制范围是本发明的特征之一。
P易于导致偏析。本发明提出，对于成型性要求高的钢板材料，应控制其低于0.02％。
但是由于P不降低钢的搪瓷性能，且是很好的强化元素，因此在成型性能要求不太高以及连铸中能够防范其偏析的情况下，可以选择其作为强化元素，以提高搪瓷后的强度水平。其低于0.04％时强化作用不明显，而高于0.15％时会使钢板的冷脆性增加。因此本发明确定，可以选择其作为强化元素，但其作为强化元素加入的范围为0.04％～0.15％。
(5)S是有害元素，其会导致Ti析出粒子粗大化，降低作为有效氢陷阱的Ti析出粒子的表面积，因此越低越好。但过度降硫会增加成本，而在S低于0.006％时对Ti析出粒子的影响已经不明显，因此确定S≤0.006％。N元素过高，也会导致Ti析出粒子粗大化，其低于0.003％时，在Ti含量≥0.08％，Ti/C比高于2.2时，对于搪瓷效果的影响已不明显，因此规定其≤0.003％。
(6)Ti/C比是保证搪瓷性能的重要指标。Ti/C低于2.2则析出相会易于聚集，活性降低，从而丧失作为氢陷阱的作用。Ti/C高于5，Ti与C的原子比将大于1.25。在快速冷却的条件下，形成的析出相的氢陷阱作用会达到饱和，同时过剩的Ti会影响釉料的浸润性。因此确定Ti/C比的合适范围为2.2～5。
(7)Ti是作为氢陷阱的活性析出粒子的重要形成元素。如前所述，其含量应为C的2.2～5倍。但为保证其形成的氢陷阱的必要表面积，其含量应高于0.08％。但高于0.20％时会给板坯连铸带来不良的影响。因此在保证Ti/C比在2.2～5之间的前提下。确定其含量在0.08％～0.20％。
(8)Als是脱氧产物，为使钢洁净，应进行Al脱氧，Als在0.005％～0.055％时，可足以保证钢的洁净度。Als超过0.055％使钢的成本增加。因此确定Als含量在0.005％～0.055％。
(9)V是一种析出强化元素，可以缩小奥氏体相区，提高钢的Ac3点。有利于搪瓷，同时，V对于保障搪瓷后的钢板仍具有较高的屈服强度有作用。本发明提出，在搪烧温度低以及搪烧时间短时，不需要加V，具有前述特征的发明钢可以保障在搪烧后仍具有较高的屈服强度。
对于搪烧温度以及搪烧时间控制不太准确的情形，本发明提出，可以选择V作为析出强化元素加入，以抑制这种情形下搪烧后钢板软化过大。V低于0.015％时，这种作用不明显。而高于0.060％会导致成本增加过多.因此确定选择加入V时，其含量范围为0.015％～0.060％。
(10)Cr是一种可以改善轧后钢板的表面状态的元素。用其可以调整钢板表面的粗糙程度，提高瓷釉附着性。本发明提出，在瓷釉的附着对钢板表面粗糙度不敏感时，不添加Cr。对于需要改善钢板表面的粗糙度的情况，提出可以选择添加Cr。由于Cr低于0.05％时，改善钢板表面粗糙度的程度不明显，达到0.20％时，其作用已经饱和。而高于0.20％时使钢板的成本增加。所以确定添加Cr的范围为0.05％～0.20％。
(11)加热温度是本发明的要点，为使作为氢陷阱的析出相的表面积最大化，要尽量使铸坯中的Ti析出粒子回溶到钢中。在1180℃时，铸坯中Ti析出粒子已经大部分回溶。在1260℃时，钢中的Ti析出粒子回溶程度已经接近饱和，且加热温度超过1260℃后，对加热设备的损害增大，钢的烧损也增加。因此确定铸坯加热温度为1180℃～1260℃。
(12)轧后的冷却速度是本发明的要点。由于Ti粒子析出的范围很宽，在缓慢冷却的条件下，其析出粒子易于粗大化，使析出相的总表面积减小，不利于贮存氢，而且导致钢板强度降低，塑性下降，使搪瓷后的钢板屈服强度不足。尤其在相转变过程中，相间析出的Ti粒子更易粗大化，且对塑性不利。因此提出应采用高的冷却速度，尽量抑制相间析出产生的大的周期分布的Ti粒子。在冷速不低于30℃/S时，可足以抑制粗大的Ti粒子形成，因此确定轧后冷速应不低于30℃/S。
(13)终轧温度及轧后的开始冷却温度是本发明的要点。终轧温度过低会诱导先析出TiC，使析出不均匀和析出粒子粗大化，搪瓷后钢板的晶粒易于粗大化，使钢板服役强度降低。在末道次压下量小时，在轧后快速冷却的前提下，在840℃以上终轧，这种粗大化的程度还不显著，而在920℃终轧，诱导先析出TiC粒子的数量已经很少。温度高于920℃需要控制对轧辊冷却的水量，对轧辊的寿命不利。因此确定终轧的温度范围为840℃～920℃。开始冷却温度越高，对于控制析出相细小程度越有利。开始冷却温度决定于终轧温度。轧后在空冷段停留的时间越短，对析出的TiC粒子的细化越有利。停留不超过7S对析出的影响程度小，对搪瓷效果的影响不明显，因此确定终轧后到开冷的时间为0～7S。
(14)控制冷却终止及卷取温度是本发明的要点。对于搪瓷钢来说，除TiC等析出相粒子的界面外，晶界、位错等也是具有捕氢作用的氢陷阱。在TiC沉淀析出的温度区域，控制冷却终止及卷取温度越低，则析出的TiC越细小弥散，同时卷取温度低，钢的晶粒更细小(晶界面积更大)，对于搪瓷性能有利。细小的析出相可以有效抑制搪瓷过程中的晶粒粗大化，保证搪瓷后钢板仍具有足够的强度富余量。快速冷却到630℃卷取，细小的TiC的析出开始明显增多，而相变后铁素体晶粒的长大趋势也变得不明显，随卷取温度的降低，TiC的沉淀析出被逐渐抑制，在450℃卷取，已经不再发生显著的TiC析出。因此确定冷却终止及卷取温度的范围为450℃～630℃。
有益效果
1.采用连铸方法生产这种Ti含量高的低C钢，生产效率高。成分均匀，偏析程度小。
2.将C、Ti含量控制在所定范围，有效降低了连铸漏钢危险，保障了铸坯质量。
3.控制C在0.02～0.06％、Mn元素的含量在0.15％～0.40％，实际是在保证高的Ac3低于搪瓷工艺温度，以有效保证搪瓷性能。
4、加入V是因为三者不降低Ac3，且有良好的强化作用。特别是V能够有效抑制搪瓷后材料的软化。加入少量Cr不会明显降低Ac3，能起到强化作用，并有效改善成品表面质量。
5.合适的Ti/C比，加热温度，保障了再热期间Ti的析出相充分回溶。
6.选择在920～840℃终轧，轧后0秒～7秒内快速冷却，冷速不低于30℃/秒，卷取温度选择在450℃～630℃。可控制析出相的细小析出，控制铁素体晶粒的尺度。有效保证搪瓷性能，确保搪后强度指标满足服役条件要求。
7.产品屈服强度搪前可达到300N/mm2～610N/mm2。搪后可达到280N/mm2～440N/mm2。即使在无变形或小变形条件下，双面搪瓷后也不会发生鳞爆缺陷。延伸率≥18％，适合于弯曲及简单冲压成型。
附图说明
图1为热轧钢板搪瓷前的金相组织；
图2为热轧钢板搪瓷后的金相组织；
图3为热轧钢板搪瓷前的析出相；
图4为热轧钢板搪瓷后的析出相；
图5为搪瓷层与钢板的结合部形态。
具体实施方式
1.生产工艺路线为钢水脱硫→转炉冶炼→炉外精炼→板坯连铸→铸坯再加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取。
2.钢板成分
| 钢号 | 类别 | C | Si | Mn | P | S | Al | Cr | V | Ti |
| 实例1 | A | 0.052 | 0.06 | 0.24 | 0.010 | 0.006 | 0.008 | - | - | 0.18 |
| 实例2 | 0.031 | 0.03 | 0.28 | 0.019 | 0.004 | 0.012 | - | - | 0.09 | |
| 实例3 | 0.044 | 0.09 | 0.36 | 0.008 | 0.001 | 0.031 | - | - | 0.13 | |
| 实例4 | 0.039 | 0.01 | 0.39 | 0.011 | 0.003 | 0.039 | - | - | 0.10 | |
| 实例5 | B | 0.045 | 0.08 | 0.21 | 0.008 | 0.003 | 0.022 | 0.20 | - | 0.13 |
| 实例6 | 0.059 | 0.29 | 0.33 | 0.010 | 0.002 | 0.042 | - | - | 0.13 | |
| 实例7 | 0.058 | 0.04 | 0.39 | 0.110 | 0.005 | 0.051 | - | - | 0.14 | |
| 实例8 | 0.054 | 0.07 | 0.21 | 0.010 | 0.004 | 0.015 | - | 0.040 | 0.12 | |
| 实例9 | 0.032 | 0.25 | 0.27 | 0.065 | 0.005 | 0.030 | - | 0.050 | 0.19 | |
| 注：B类为在A类的基础上，添加了Si、Cr、P、V中的一种或二种以上的情况。 | ||||||||||
3.通过连铸生产板坯，常规铸机以0.8～1.5m/min的速度连铸成200～230mm厚度的板坯；中薄板坯铸机以1.5～4m/min的速度连铸成120～170mm厚度的板坯。
4.轧制工艺
采用常规铸机的230mm厚度的板坯，在步进梁式加热炉中加热，均热温度1180～1260℃，板坯抽出后经高压水除鳞，在定宽压力机和粗轧机附属立辊上调整宽度，经粗轧机轧制成厚度为40mm～50mm的中间坯，经延迟辊道进入精轧机轧制，精轧机投入5架～7架连续轧制到3mm和5mm厚度的成品。精轧开轧温度1020±30℃，终轧温度870～900℃。在轧后2～5S内投入层流连续快速冷却到卷取温度，实际冷却速度在32℃/S～160℃/S(按温降幅度和降温时间计算所得)，控制卷取温度570±30℃。
采用中薄板坯铸机的135mm厚度的板坯，连铸后直接热装，在隧道式加热炉中加热，均热温度1180～1220℃，板坯抽出后经高压水除鳞，经粗轧机附属立辊调整宽度，在粗轧机上轧制成厚度为35mm～45mm的中间坯，经热卷箱后进入6架精轧机轧制到3mm和5mm厚度的成品。精轧开轧温度1030±30℃，终轧温度840～890℃。在轧后3～4S内开始层流冷却，实际冷却速度在32℃/S～120℃/S(按温降幅度和降温时间计算所得)，控制卷取温度550±30℃。
5.成品搪瓷后的力学性能水平和搪瓷效果。
| 样号 | 厚度 | 双面搪瓷后的不同时间的鳞爆点 | 搪瓷前的性能水平 | 搪瓷后的性能水平 | ||||||
| 72h | 240h | 360h | Rel，N/mm2 | Rm，N/mm2 | A，％ | Rel，N/mm2 | Rm，N/mm2 | A，％ | ||
| 实例1 | 3.0mm | ○ | ○ | ○ | 450 | 520 | 24 | 285 | 345 | 45 |
| 实例2 | ○ | ○ | ○ | 470 | 525 | 27 | 280 | 335 | 42 | |
| 实例3 | ○ | ○ | ○ | 470 | 530 | 29 | 295 | 340 | 45 | |
| 实例4 | ○ | ○ | ○ | 440 | 525 | 28 | 290 | 365 | 42 | |
| 实例5 | ○ | ○ | ○ | 450 | 515 | 26 | 300 | 355 | 43 | |
| 实例6 | 5.0mm | ○ | ○ | ○ | 480 | 525 | 24 | 310 | 365 | 40 |
| 实例7 | ○ | ○ | ○ | 490 | 570 | 23 | 330 | 390 | 42 | |
| 实例8 | ○ | ○ | ○ | 600 | 650 | 21 | 330 | 380 | 50 | |
| 实例9 | ○ | ○ | ○ | 610 | 670 | 23 | 440 | 520 | 30 | |
| 注：①各例搪瓷工艺温度为850-890℃。烧结时间为6-11min。瓷层厚度100～200μm。“○”表示鳞爆点＜1点/300cm2。搪瓷后的力学性能是经两次烧结处理后，去掉表面瓷料后测得的。②各例在酸性清洗液中浸泡渗氢4小时后，再烘干进行搪瓷实验，鳞爆检验结果相同。 | ||||||||||
搪瓷前钢板的组织为铁素体，晶粒直径在3μm～18μm，在铁素体上均匀分布着大量粒径为20nm以下的TiC析出粒子，钢板搪瓷前后金相组织的比较见图1、图2；搪瓷前后析出相的比较见图3、图4；搪瓷层与钢板的结合部形态见图5。
本发明提供的一种同时具有“良好双面搪瓷性能”和“搪后高的使用强度”的热轧双面搪瓷用钢板，以连铸+热轧方法生产，成品在具有良好双面搪瓷性能前提下，搪瓷后仍具有较高的使用强度。这种热轧双面搪瓷用钢板具有大型拼装构件所需的必要厚度，与冷轧钢板相比又具有更低的生产成本。该钢板既可以应用于单面搪瓷，也可以应用于双面搪瓷；既可以应用于小型的搪瓷件，也可以应用于大型搪瓷件拼装结构，为大型环保设备、化工设备、水处理工程设备的制造等提供了一种可选择的低成本的良好的搪瓷用钢板材料。
Claims (9)
1、一种热轧双面搪瓷用钢板，其特征在于钢的化学成分(Wt％)为：C：0.02％～0.06％、Si：≤0.50％、Mn：0.15％～0.40％、P：≤0.15％、S：≤0.006％、N≤0.003％、Ti：0.08％～0.20％、Als：0.005％～0.055％，Ti/C：2.2～5，余量为Fe和不可避免的杂质，热轧状态下组织为晶粒直径在2μm～20μm的铁素体，在组织中均匀分布着直径在20nm以下的TiC粒子。
2、根据权利要求1所述的一种热轧双面搪瓷用钢板，其特征在于钢的化学成分(Wt％)为：选择加入V：0.015％～0.060％和/或Cr：0.05％～0.20％。
3、根据权利要求1或2所述的一种热轧双面搪瓷用钢板，其特征在于钢的化学成分(Wt％)为：Si：≤0.10％。
4、根据权利要求1或2所述的一种热轧双面搪瓷用钢板，其特征在于钢的化学成分(Wt％)为：Si：0.10％～0.50％。
5、根据权利要求1或2所述的一种热轧双面搪瓷用钢板，其特征在于钢的化学成分(Wt％)为：P：≤0.02％。
6、根据权利要求1或2所述的一种热轧双面搪瓷用钢板，其特征在于钢的化学成分(Wt％)为：P：0.04％～0.15％。
7、一种用于生产权利要求1～6所述的热轧双面搪瓷用钢板的制造方法，包括如下步骤：钢水脱硫、转炉冶炼、炉外精炼、板坯连铸、再加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取，其特征在于板坯加热至1180～1260℃，均热后经高压水除鳞，粗轧成中间坯，在840～1100℃的温度区间精轧，通过5～7道次精轧至目标厚度，精轧开轧温度1100～960℃，终轧温度920～840℃，轧后0～7S内以≥30℃/S的冷速连续冷却至450～630℃卷取。
8、根据权利要求7所述的热轧双面搪瓷用钢板的制造方法，其特征在于常规铸机以0.8～1.5m/min的速度连铸成200～230mm厚度的板坯。
9、根据权利要求7所述的热轧双面搪瓷用钢板的制造方法，其特征在于中薄板坯铸机以1.5～4m/min的速度连铸成120～170mm厚度的板坯。
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