TW201945557A - 搪瓷鋼片及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種搪瓷鋼片及其製造方法，其係藉由具有特定組成比例的鋼胚，並利用特定的製程條件，以獲得包含特定粒徑之奈米碳化物的搪瓷鋼片，且可具有較佳的抗鱗爆性能及抗鏽性質。

Description

搪瓷鋼片及其製造方法

本發明是關於一種搪瓷鋼片，特別是關於一種搪瓷鋼片及其製造方法。

一般而言，搪瓷鋼片須具有良好的搪瓷品質，即搪瓷層須與鋼材緊密貼合而不易脫落。再者，在鋼材與釉藥燒製過程中，鋼材內部應具有良好的吸氫能力，以避免降溫過程中氫原子在鋼材與搪瓷界面聚集形成氫氣，大量氫氣將使得界面壓力過大，而導致搪瓷層局部剝落，造成所謂鱗爆(fishscale)現象。

因此，為了提高搪瓷鋼片的抗鱗爆性能，可藉由使搪瓷鋼片的內部組織含有足夠的氧化物或析出物。其中，由於氧化物或析出物之周圍存在微小孔洞，故微小孔洞可有效捕捉氫。然而，氧化物或析出物的存在可能影響鋼材的成形性及機械性質。

除此之外，從鋼材生產出貨到實際應用，通常須經過陸運、海運及應用排程等時程，故若無適當的防鏽處理，可能造成鋼材生鏽而無法使用。因此，通常鋼鐵廠在生 產鋼材時會進行塗油步驟以減少鋼材的生鏽情形，然而，若鋼材表面塗油不均勻，鋼材之局部表面將具有較差之抗鏽能力，則不僅後續不易進行鋼材的清潔，也可能導致搪瓷產品塗藥燒烤後產生剝落缺陷。

再者，一般搪瓷鋼片在噴塗釉藥前，須經過多道次的清洗，包含水洗、酸洗去鏽、鹼洗去油等步驟，以確保鋼材表面完全潔淨，始可與釉藥在高溫下結合，其中鋼材表面須沒有汙染，才不會導致燒製後之搪瓷層局部脫落。然而，整個清洗過程繁複，耗費成本，酸洗及鹼洗製程又須使用大量的酸性溶液及鹼性溶液，且須對使用後的酸鹼廢液進行回收處理，不僅耗費成本與製程時間，更對環境不友善。

有鑑於此，亟須提供一種搪瓷鋼片及其製造方法，以製造兼具抗鏽性及抗鱗爆性的搪瓷鋼片，藉以降低製程成本，並達到減酸去廢的環保效益。

本發明之一態樣是提供一種搪瓷鋼片，其係具有特定成分組成，且其顯微結構包含奈米碳化物，以兼具良好的抗鏽性質及抗鱗爆性能。

本發明之另一態樣是提供一種搪瓷鋼片的製造方法，其係對特定成分的鋼胚進行再加熱步驟、熱軋步驟、盤捲步驟、酸洗除鏽步驟以及塗油步驟，以獲得具有良好的抗鏽性質及抗鱗爆性能的搪瓷鋼片。

根據本發明之一態樣，提供一種搪瓷鋼片，基 於搪瓷鋼片為100wt%，此搪瓷鋼片係包含0.05wt%至0.12wt%的碳、0.5wt%至1.5wt%的錳、0.001wt%至0.01wt%的氮、0.001wt%至0.3wt%的銅、0.001wt%至0.1wt%的鎳、0.001wt%至0.1wt%的鉻、小於或等於0.09wt%的磷、小於或等於0.15wt%的矽、小於或等於0.08wt%的鋁、小於或等於0.01wt%的硫、平衡量的鐵及不顯著之雜質。銅、鎳及鉻的總和為大於0.05wt%。搪瓷鋼片之顯微結構係包含奈米碳化物，其中奈米碳化物之平均粒徑為小於或等於15nm。

根據本發明之一實施例，上述銅、鎳及鉻的總和為大於0.1wt%。

根據本發明之一實施例，上述搪瓷鋼片更包含過渡金屬，其中過渡金屬與碳的重量比值為大於0.4。

根據本發明之一實施例，上述過渡金屬與碳的重量比值為0.7至1.0。

根據本發明之一實施例，基於搪瓷鋼片為100wt%，上述過渡金屬之含量為0.04wt%至0.09wt%。

根據本發明之一實施例，上述過渡金屬係選自於由鈦、鈮、釩以及其任意組合所組成之族群。

根據本發明之一實施例，上述奈米碳化物包含碳化鈦、碳化鈮、碳化釩或其任意組合。

根據本發明之一實施例，上述搪瓷鋼片之顯微結構包含肥粒鐵相及高碳相，肥粒鐵相之比例為大於或等於80%，且高碳相包含波來鐵相及/或變韌鐵相。

根據本發明之一實施例，上述肥粒鐵相之平均粒徑為3μm至15μm。

根據本發明之一實施例，上述搪瓷鋼片更包含碳化物，其中碳化物係分散於肥粒鐵相，且碳化物之平均粒徑為小於或等於0.5μm。

根據本發明之另一態樣，提供一種搪瓷鋼片的製造方法。首先，其中此鋼胚之銅、鎳及鉻的總和為大於0.05wt%，且鋼胚之過渡金屬與碳的重量比值為大於0.4。接著，對鋼胚進行再加熱步驟，以獲得加熱鋼胚，其中再加熱步驟之再加熱溫度為大於1150℃。然後，對加熱鋼胚進行熱軋步驟，以獲得完軋鋼材，其中熱軋步驟之完軋溫度為大於Ar3溫度。接著，對完軋鋼材進行盤捲步驟，以獲得鋼捲。然後，對鋼捲進行酸洗除鏽步驟及塗油步驟，以獲得搪瓷鋼片。

根據本發明之一實施例，基於上述鋼胚為100wt%，此鋼胚包含0.05wt%至0.12wt%的碳、0.5wt%至1.5wt%的錳、0.001wt%至0.01wt%的氮、0.001wt%至0.3wt%的銅、0.001wt%至0.1wt%的鎳、0.001wt%至0.1wt%的鉻、小於或等於0.09wt%的磷、小於或等於0.15wt%的矽、小於或等於0.08wt%的鋁、小於或等於0.01wt%的硫、0.04wt%至0.09wt%的過渡金屬、平衡量的鐵及不顯著之雜質。

根據本發明之一實施例，上述過渡金屬係選自於由鈦、鈮、釩以及其任意組合所組成之一族群。

根據本發明之一實施例，上述盤捲步驟係在600℃至700℃下進行。

應用本發明之搪瓷鋼片及其製造方法，藉由具有特定組成比例的鋼胚，並利用特定的製程條件，以獲得包含特定尺寸之奈米碳化物的搪瓷鋼片，進而可具有較佳的抗鱗爆性能及抗鏽性質。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供鋼胚之步驟

120‧‧‧對鋼胚進行再加熱步驟，以獲得加熱鋼胚之步驟

130‧‧‧對加熱鋼胚進行熱軋步驟，以獲得完軋鋼材之步驟

140‧‧‧對完軋鋼材進行盤捲步驟，以獲得鋼捲之步驟

150‧‧‧對鋼捲進行酸洗除鏽步驟及塗油步驟，以獲得搪瓷鋼片之步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： [圖1]係繪示根據本發明一實施例之搪瓷鋼片的製造方法的流程圖。

[圖2A]及[圖2B]係分別為實施例二及實施例三之穿透式電子顯微鏡照片。

承上所述，本發明提供一種搪瓷鋼片及其製造方法，其係對特定成分的鋼胚進行再加熱步驟、熱軋步驟、盤捲步驟、酸洗除鏽步驟以及塗油步驟，以獲得顯微結構包含奈米碳化物的搪瓷鋼片，故可具有良好的抗鏽性質及抗鱗爆性能。

請參閱圖1，其係繪示根據本發明一實施例之搪瓷鋼片的製造方法100的流程圖。首先，進行步驟110，提供鋼胚。在一實施例中，基於鋼胚為100wt%，此鋼胚包 含0.05wt%至0.12wt%的碳、0.5wt%至1.5wt%的錳、0.001wt%至0.01wt%的氮、0.001wt%至0.3wt%的銅、0.001wt%至0.1wt%的鎳、0.001wt%至0.1wt%的鉻、小於或等於0.09wt%的磷、小於或等於0.15wt%的矽、小於或等於0.08wt%的鋁、小於或等於0.01wt%的硫、平衡量的鐵及不顯著之雜質。在一實施例中，鋼胚之銅、鎳及鉻的總和為大於0.05wt%，較佳為大於0.1wt%，更佳為大於0.1wt%且小於或等於0.5wt%。若鋼胚中銅、鎳及鉻的含量太少，例如總和為0.05wt%以下，則所製得之搪瓷鋼片的抗鏽性質不佳。

在另一實施例中，鋼胚更包含0.04wt%至0.09wt%的過渡金屬。在此實施例中，過渡金屬與碳的重量比值為大於0.4，較佳為大於0.5，更佳範圍為0.7至1.0。若鋼胚中過渡金屬與碳的重量比值在0.4以下，則無法製得顯微結構中含有足量奈米碳化物的搪瓷鋼片。在一實施例中，上述過渡金屬係選自於由鈦、鈮、釩以及其任意組合所組成之族群。

接著，進行步驟120，對鋼胚進行再加熱步驟，以獲得加熱鋼胚。在一實施例中，再加熱步驟之再加熱溫度為大於1150℃，較佳為大於1200℃。

然後，進行步驟130，對加熱鋼胚進行熱軋步驟，以獲得完軋鋼材。在一實施例中，熱軋步驟之完軋溫度為大於Ar3溫度。補充說明的是，Ar1溫度係鋼材在冷卻過程中，沃斯田鐵相完全變態成肥粒鐵相的最終溫度；而Ar3 溫度係鋼材在冷卻過程中，沃斯田鐵相開始變態成肥粒鐵相的溫度，其中Ar1溫度及Ar3溫度可藉由膨脹儀量測或用公式計算而得。因此，本發明控制完軋溫度為大於Ar3溫度係期望在沃斯田鐵相完成熱軋延。

接著，進行步驟140，對完軋鋼材進行盤捲步驟，以獲得鋼捲。在步驟140之前，可選擇性地先對完軋鋼材進行冷卻步驟。在一實施例中，盤捲步驟係在600℃至700℃下進行。

然後，進行步驟150，對鋼捲進行酸洗除鏽步驟及塗油步驟，以獲得搪瓷鋼片。塗油步驟係藉由在鋼片表面塗一層防鏽油，以提高搪瓷鋼片的防鏽能力，避免在運送過程或儲放過程中生鏽。本發明利用方法100所製得之搪瓷鋼片因具有較佳的抗鏽性質，故可減少酸洗除鏽步驟的工序次數、酸性溶液濃度以及塗油步驟的塗油量，以降低成本並達到環保效果。再者，由於塗油厚度減少，後續搪瓷廠商應用時，也可減少利用鹼性溶液洗去油脂的工序次數，並降低鹼性溶液的濃度，同樣可降低成本並具有環保效益。

在一實施例中，上述方法100製得之搪瓷鋼片之顯微結構係包含奈米碳化物，其平均粒徑係小於或等於15nm。在此實施例中，奈米碳化物包含碳化鈦、碳化鈮、碳化釩或其任意組合。搪瓷鋼片中的奈米碳化物具有吸氫的功能，可避免氫氣在界面中大量產生而產生鱗爆現象，換言之，奈米碳化物有助於搪瓷鋼片的抗鱗爆性能。當奈米碳化物的平均粒徑愈小時，其可佔有較大的表面積，進而有較佳 的吸氫效果。因此，若奈米碳化物的平均粒徑大於15nm，則搪瓷鋼片的抗鱗爆性能較差。在一實施例中，奈米碳化物的析出形式可為界面析出及/或隨機析出。

在一實施例中，搪瓷鋼片的顯微結構包含肥粒鐵相及高碳相。上述奈米碳化物係分散於肥粒鐵相中。在一具體例中，肥粒鐵相之比例為大於或等於80%。肥粒鐵相的比例較高有助於搪瓷鋼片具有較佳之成形性。在一具體例中，肥粒鐵相之平均粒徑為3μm至15μm。控制肥粒鐵相之粒徑範圍在約3μm至約15μm有助於使搪瓷鋼片有較佳的成形性及較高的機械強度。在一例示中，上述高碳相包含波來鐵相及/或變韌鐵相。在另一實施例中，搪瓷鋼片可選擇性地包含分散於肥粒鐵相中的波來鐵相及/或變韌鐵相，其平均粒徑為小於或等於0.5μm，較佳為0.1μm至0.5μm。在一具體例中，此波來鐵相及/或變韌鐵相係由肥粒鐵及雪明碳鐵(Fe₃C)所組成(換言之，此波來鐵相及/或變韌鐵相為碳化物)。當搪瓷鋼片中含有波來鐵相及/或變韌鐵相時，可使搪瓷鋼片具有較高的機械強度。

以下利用數個實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

實施例一

實施例一係先提供包含0.74wt%的錳、0.068wt%的磷、0.1wt%的矽、0.038wt%的的鋁、0.008wt%的氮以及平衡量的鐵及不顯著之雜質的鋼胚，此鋼胚之銅、 鎳及鉻的總和為0.05wt%，且鈦與碳的比值為0.5，其中碳的含量係介於0.05wt%及0.12wt%。接著，將此鋼胚依序進行再加熱步驟、熱軋步驟及盤捲步驟，其中再加熱步驟之溫度為1250℃，熱軋步驟之完軋溫度為890℃，且盤捲溫度係介於600℃至700℃。

實施例二至四及比較例一至二

實施例二至四及比較例一至二係利用與實施例一相同的製程步驟製造搪瓷鋼片，但鋼胚的組成及製程條件不同，其係如表一所示。另外，利用穿透式電子顯微鏡觀察實施例二及三所製得之搪瓷鋼片，如圖2A及圖2B所示，可看出實施例二之搪瓷鋼片的奈米碳化鈦為界面析出的形式，而實施例三之搪瓷鋼片的奈米碳化鈦為隨機析出的形式。

評價方式

將上述實施例一至四及比較例一至二所製得之搪瓷鋼片分別以下述試驗方法進行氫滲透試驗、恆溫恆濕試驗以及鹽霧腐蝕試驗，以檢測搪瓷鋼片之抗鱗爆性能及抗鏽性質，其結果如表一所示。

氫滲透試驗

氫滲透試驗係利用電化學充氫試驗方法，以獲得滲氫曲線並計算氫擴散係數。本發明係以下式(1)計算標準化氫滲透時間值(TH)，其可代表鋼材的吸氫能力，故可用以檢測鋼材的抗鱗爆性能。其中，TH值越大，鋼材之吸 氫能力越佳(亦即越可避免鱗爆現象)。

TH=t _b /d ² (1)

在式(1)中，t_b表示氫滲透時間，d表示鋼材厚度。

恆溫恆濕試驗

恆溫恆濕試驗係將實施例一至四及比較例一至二所製得之搪瓷鋼片分別放置於溫度設定為50℃，且相對濕度為100%之恆溫恆濕試驗機中。待經過24小時後，取出搪瓷鋼片，以圖像對比辨識之方式，利用繪圖軟體判斷搪瓷鋼片之腐蝕面積，並計算其腐蝕比率。

鹽霧腐蝕試驗

鹽霧腐蝕試驗係將實施例一至四及比較例一至二所製得之搪瓷鋼片分別放置於溫度設定為35℃之鹽霧試驗箱中，並以飽和食鹽水對搪瓷鋼片進行噴霧。待噴霧2小時後，取出搪瓷鋼片，以圖像對比辨識之方式，利用繪圖軟體判斷搪瓷鋼片之腐蝕面積，並計算其腐蝕比率。

根據以上表一結果，比較例一至二之鋼胚的鈦與碳的比值皆小於0.1，且銅、鎳及鉻的總含量皆小於0.02wt%，因此，所製得之搪瓷鋼片的氫滲透時間值遠小於實施例一至四，表示其抗鱗爆性能較差，且恆溫恆濕腐蝕比率及鹽霧腐蝕比率皆大於50%，表示其抗鏽性質不佳。相較之下，實施例一至四之鋼胚之鈦與碳的比值皆大於0.4，且銅、鎳及鉻的總含量皆大於0.05wt%，並且利用較高的再加熱溫度製造出的搪瓷鋼片，不僅有較高的氫滲透時間值，且有較低的恆溫恆濕腐蝕比率及鹽霧腐蝕比率，表示實施例一至四的搪瓷鋼片皆具有較佳的抗鱗爆性能及抗鏽性質。特別地，實施例二的鋼胚係具有最高的鈦與碳的比值以及銅、鎳及鉻的總含量，評價結果亦顯示實施例二具有最高的氫滲透時間值及最小的恆溫恆濕腐蝕比率及鹽霧腐蝕比率。

根據上述實施例，本發明提供之搪瓷鋼片及其製造方法，藉由具有特定組成比例的鋼胚，並利用特定的製程條件，以獲得包含特定尺寸之奈米碳化物的搪瓷鋼片，進而可具有較佳的抗鱗爆性能及抗鏽性質。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (14)

1. 一種搪瓷鋼片，基於該搪瓷鋼片為100wt%，該搪瓷鋼片包含：0.05wt%至0.12wt%的碳；0.5wt%至1.5wt%的錳；0.001wt%至0.01wt%的氮；0.001wt%至0.3wt%的銅；0.001wt%至0.1wt%的鎳；0.001wt%至0.1wt%的鉻；小於或等於0.09wt%的磷；小於或等於0.15wt%的矽；小於或等於0.08wt%的鋁；小於或等於0.01wt%的硫；以及平衡量的鐵及不顯著之雜質，其中銅、鎳及鉻的總和為大於0.05wt%，且該搪瓷鋼片之一顯微結構包含一奈米碳化物，其中該奈米碳化物之平均粒徑為小於或等於15nm。
2. 如申請專利範圍第1項所述之搪瓷鋼片，其中銅、鎳及鉻的總和為大於0.1wt%。
3. 如申請專利範圍第1項所述之搪瓷鋼片，更包含一過渡金屬，其中該過渡金屬與該碳的一重量比值為大於0.4。
4. 如申請專利範圍第3項所述之搪瓷鋼片，其中該過渡金屬與該碳的一重量比值為0.7至1.0。
5. 如申請專利範圍第3項所述之搪瓷鋼片，其中基於該搪瓷鋼片為100wt%，該過渡金屬之含量為0.04wt%至0.09wt%。
6. 如申請專利範圍第3項所述之搪瓷鋼片，其中該過渡金屬係選自於由鈦、鈮、釩以及上述之任意組合所組成之一族群。
7. 如申請專利範圍第6項所述之搪瓷鋼片，其中該奈米碳化物包含碳化鈦、碳化鈮、碳化釩或上述之任意組合。
8. 如申請專利範圍第1項所述之搪瓷鋼片，其中該搪瓷鋼片之該顯微結構包含肥粒鐵相及高碳相，該肥粒鐵相之一比例為大於或等於80%，且該高碳相包含波來鐵相及/或變韌鐵相。
9. 如申請專利範圍第8項所述之搪瓷鋼片，其中該肥粒鐵相之平均粒徑為3μm至15μm。
10. 如申請專利範圍第8項所述之搪瓷鋼片， 更包含一碳化物，其中該碳化物係分散於該肥粒鐵相，且該碳化物之平均粒徑為小於或等於0.5μm。
11. 一種搪瓷鋼片的製造方法，包含：提供一鋼胚，其中該鋼胚之銅、鎳及鉻的總和為大於0.05wt%，且該鋼胚之一過渡金屬與碳的重量比值為大於0.4；對該鋼胚進行一再加熱步驟，以獲得一加熱鋼胚，其中該再加熱步驟之一再加熱溫度為大於1150℃；對該加熱鋼胚進行一熱軋步驟，以獲得一完軋鋼材，其中該熱軋步驟之一完軋溫度為大於Ar3溫度；對該完軋鋼材進行一盤捲步驟，以獲得一鋼捲；以及對該鋼捲進行一酸洗除鏽步驟及一塗油步驟，以獲得該搪瓷鋼片。
12. 如申請專利範圍第11項所述之搪瓷鋼片的製造方法，其中基於該鋼胚為100wt%，該鋼胚包含：0.05wt%至0.12wt%的碳；0.5wt%至1.5wt%的錳；0.001wt%至0.01wt%的氮；0.001wt%至0.3wt%的銅；0.001wt%至0.1wt%的鎳；0.001wt%至0.1wt%的鉻；小於或等於0.09wt%的磷；小於或等於0.15wt%的矽； 小於或等於0.08wt%的鋁；小於或等於0.01wt%的硫；0.04wt%至0.09wt%的該過渡金屬；以及平衡量的鐵及不顯著之雜質。
13. 如申請專利範圍第11項所述之搪瓷鋼片的製造方法，其中該過渡金屬係選自於由鈦、鈮、釩以及上述之任意組合所組成之一族群。
14. 如申請專利範圍第11項所述之搪瓷鋼片的製造方法，其中該盤捲步驟係在600℃至700℃下進行。