CN101684532A - 一种冷轧热水器用搪瓷钢及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种冷轧热水器用搪瓷钢及生产工艺，其成分(重量百分比)C 0.01％～0.08％、Si≤0.03％、Mn 0.10％～0.60％、P≤0.02％、S0.003％～0.02％、N0.001％～0.006％、AlS≤0.04％、Ti 0.02％－0.12％，其余为铁及不可避免的杂质，钢中的过剩钛含量＝Ti－(4*C+3.43*N+1.5S)≤0，工艺特点为，钢坯加热温度：1160～1300℃，热轧终轧温度850～950℃，钢板卷取温度660～760℃，冷轧压下率60％～85％，退火温度760～880℃，保温时间：60～200s；快冷速率：15～45℃/s，平整延伸率0.7％～1.8％；表面的粗糙度为0.7～1.9μm，本发明钢具有良好成形性、可涂搪性、耐压性和可焊性及抗鳞爆性能，而且搪烧后屈服强度稳定，成本增加不大，效果稳定，经济效益显著。
Description
技术领域
本发明属于轧钢领域，特别适用于采用冷轧连续退火方式生产的用于热水器产品的一种冷轧热水器用搪瓷钢及生产方法。
背景技术
我国近几年来，在热水器生产中，采用搪瓷内胆的日益增多。搪瓷内胆由于其在防腐方面的优越性能，正在取代其它内胆而成为热水器内胆的主力。
热水器内胆由桶身、上下封头三部份或由上、下封头二部份组成，其中，上下封头部份由冲压成形，桶身由卷取而成，二部份或三部分经焊接后进行预处理，搪瓷和烧结。不是所有的钢材都适用于涂搪。热水器钢板应满足以下几个因素是：可涂搪性、可成形性、耐压性和可焊性；选择使用的钢板还应具有一定的抗鳞爆性能，热水器出厂前要进行耐压试验，其方法是将热水器中充满水后，加压，压力至少为1.3P的压力(P为操作压力)。从0到P增压，不应少于15秒，从P到测试压力1.3P，不超过5秒，测试压力至少维持15分种。整个过程重复两次后观察表面无鳞爆、裂缝等缺陷，就是合格产品；热水器钢板可焊性在热水器生产中也非常重要，因为焊接时造成的焊缝缺陷如裂缝、未焊合等，都会在搪瓷烧成后留下各种搪瓷缺陷，它不仅影响产品的防腐蚀性能，严重的焊接缺陷会直接影响产品的安全性能。
目前，热水器厂家通常采用SPCC冷轧板。这类钢主要是铁素体和渗碳体及少量的珠光体组成，在热水器厂家经过温度为830～860℃之间，时间为7～15分搪烧后，钢中的渗碳体及少量的珠光体重新奥氏体化，热处理后钢中的铁素体晶粒长大，晶粒度增大，搪烧后钢的屈服强度要明显下降，屈服强度的下降直接影响了搪瓷内胆的耐压能力，钢板的耐压能力也影响钢板的搪瓷性能，耐压能力差的搪瓷钢容易造成搪瓷剥落。
因为，目前SPCC冷轧板在钢厂出厂前，屈服强度不能达到300MPa，因此，在热水器厂家存在的问题是材料偏软屈服强度不足，同时，钢中的碳含量过高也要影响焊接性能，造成焊接性能不稳定或不好，影响热水器压力测试效果和抗鳞爆性。由于热水器内胆要有高的强度和良好的成形性和焊接性，同时，应具有一定的抗鳞爆性，所以开发出具有较高屈服强度和较好延伸率和很好焊接性能和搪烧稳定性冷轧搪瓷钢，该搪瓷钢广泛应用于热水器桶身和桶的封头是很必要的。
发明内容
本发明公开了一种冷轧热水器用搪瓷钢及生产工艺，根据搪瓷钢的特殊要求从成分到生产工艺进行控制，使其达到热水器用搪瓷钢的工作要求。
本发明的目的是这样实现的，钢的成分，按重量百分比：C0.01％～0.08％、Si≤0.03％、Mn0.10％～0.60％、P≤0.02％、S 0.003％～0.02％、N 0.001％～0.006％、AlS≤0.04％、Ti 0.02％～0.12％，其余为铁及不可避免的杂质，其中钢中的过剩钛含量＝Ti-(4*C+3.43*N+1.5S)≤0。
当应用于强度级别要求低，对热水器厂家冲压和焊接能力要求不高时：
钢的成分按重量百分比：C 0.01％～0.04％、Si≤0.03％、Mn0.10％～0.60％、P≤0.02％、S 0.003％～0.02％、N 0.001％～0.006％、AlS≤0.04％、Ti 0.02％～0.06％，其余为铁及不可避免的杂质，其中钢中的过剩钛含量＝Ti-(4*C+3.43*N+1.5S)≤0。
当应用于强度级别要求高，热水器厂家具有好的冲压和焊接能力时：
钢的成分按重量百分比：C 0.05％～0.08％、Si≤0.03％、Mn0.10％～0.60％、P≤0.02％、S 0.003％～0.02％、N 0.001％～0.006％、AlS≤0.04％、Ti 0.06％～0.12％，其余为铁及不可避免的杂质，其中钢中的过剩钛含量＝Ti-(4*C+3.43*N+1.5S)≤0。
本发明钢中还含有铌，铌含量Nb：0.005％～0.04％。
本发明为了达到好的焊接性、抗鳞爆性和好的成形性，该热水器用搪瓷钢采用低碳钢，钢中的碳含量控制范围在0.01％～0.08％，因为碳含量高，在搪烧时碳与氧反应，生成气体，当气体排出时，会造成瓷层气孔缺陷，碳高容易造成焊接热影响区大，不利于耐压试验结果，同时，钢中碳含量的降低，有利于该钢的可焊性。
低锰含量，锰含量控制范围为0.10％～0.60％之间，锰含量主要是固溶强化元素，随着钢中锰含量提高，钢的强度提高，有利于晶粒细化，是钢中不可缺少的元素，但锰含量过高会造成钢的带状组织严重，韧性下降，不利于成形。
低硅、低磷含量，硅、磷含量分别控制在0.03％、0.02％以下，磷含量过高容易与钢中的Ti反应形成FePTi，影响钢的塑性。
钢的硫含量控制在0.02％以下，为了形成一定的TiS，硫含量最好控制范围是0.003％～0.015％。
N含量控制范围为0.006％以下。
钢中酸溶铝控制在0.04％以下，酸溶铝含量高将使热水器搪烧后易出现鱼鳞爆缺陷及降低密着性。
钢中添加一定的钛含量，Ti含量控制范围是0.020％～0.12％，一部分钢中的碳原子将与加入的微量钛作用析出微合金碳化物，在高温区变形可以抑制再结晶，防止高温区晶粒粗化，改善焊接性能。钛在低温区变形时起析出强化作用，同时，是形成一定Ti的二相粒子析出物，对搪瓷是十分有利的，由于它能与瓷釉中多种组分相结合，增加搪瓷钢的密着性和析出强化，满足热水器钢具有高的延伸性和高的屈服强度和抗拉强度。
钢中添加Ti的同时也可以添加微量的Nb，Nb在热变形后主要以C、N析出物的形式存在，在奥氏体中会通过应变诱导在位错线上析出，从而明显地阻碍变形后再结晶，起到细化晶粒作用，提高钢的屈服强度。
本发明工艺路线为：
铁水预处理→转炉→精炼(RH或ANS)→连铸→热连轧→冷轧酸洗机组→冷轧→连续退火→精整机组→包装，
其特点为：
钢坯加热温度：1160～1300℃；
热轧终轧温度：850～950℃；
钢板卷取温度：660～760℃；
采用高温卷取，卷取温度在660℃之间，这是为了确保钢能够在再结晶温度以上热轧形成细小均匀的铁素体和的大而均匀分布的二相粒子，有利于降低钢的位错密度及二相粒子聚集、长大。
冷轧工艺为：
总的压下率冷轧压下率：60％～85％，为确保轧制后钢板的板形，最后道次应采用小的压下率，压下率2％～10％。
冷轧压下率制定，获得高的R值同时，能够获得高的延伸率。冷轧压下率的增加，使冷轧后的组织中破碎的再结晶贮能增加，在冷轧退火过程中，再结晶形核质点增加，再结晶开始时间提前。在随后的保温阶段，晶粒长大的时间相对延长，有利于第二相的析出、聚集，形成有利织构，获得好的延伸率和R值。
退火温度：760～880℃；
保温时间：60～200s；
退火温度过低，保温时间过短，将使再结晶不充分，使晶粒过细，影响钢的延伸率；
缓冷段出口温度：630～700℃；
快冷段出口温度：360～480℃；
过时效出口温度：350～470℃；
快冷速率：15～45℃/s，目的是使钢中的碳在快冷时主要以固溶状态存在，提高钢的屈服强度；
平整延伸率：0.7％～1.8％；
冷轧钢板表面的粗糙度控制范围为0.7～1.9μm。
这个粗糙度控制范围有利于在高温下熔融的瓷釉体浸入粗糙不平的金属表面形成机械镶嵌，增强了瓷层与基体的接面积，使得反应程度增大，提高了界面的密着性。
由于本发明采用连续退火对冷却速度进行控制，使钢中的碳在快冷时主要以固溶状态存在钢中，同时，在钢中添加了一定的Ti、Nb含量，一方面，少量的C、N以第二相析出物能够阻止晶粒长大，起到细化晶粒作用，另一方面，热水器钢在钢厂后续加工过程中，通过高温涂搪处理，钢中的C、N的第二相析出聚集长大，形成一定的氢陷井，限制钢中的氢原子的移动，使钢具有良好的鳞爆性，同时，第二相析出能阻碍晶粒长大，使钢在高温涂搪处理后晶粒度不会发生很大的粗化，涂搪处理的钢板仍然保持高的屈服强度。
本发明经冷轧热处理后冷轧钢的组织为细的铁素体和弥散分布的二相粒子TiN、TiS和TiC或TiCN、TiCS等。
本发明的优点及效果在于，采用上述元素成分在其工艺条件生产的钢，通过对退火时冷却速度控制，使钢中的碳在快冷时主要以固溶状态存在钢中，同时，在钢中添加了一定的Ti、Nb含量，使钢在高温涂搪处理后，钢中的C、N的第二相析出长大，形成一定的氢陷阱，使钢具有良好的鳞爆性，获得具有良好成形性、可涂搪性、耐压性和可焊性及一定的抗鳞爆性能、而且搪烧后屈服强度稳定的热水器用钢，这种冷轧热水器用搪瓷钢耐压性能好，成本增加不大，但效果稳定，年经济效益可以达到几百万元以上。
附图说明
图1为本发明的A组金相显微组织图；
图2为本发明的B组金相显微组织图。
具体实施方式
下面介绍本发明的具体实施方式，
本发明按照新产品用途，对钢的成分进行优化，对其中的几种元素分成两组技术方案，如下表所示，当应用于强度级别要求低，对热水器厂家冲压和焊接能力要求不高时采用A组，当应用于强度级别要求高，热水器厂家具有好的冲压和焊接能力时采用B组。
化学成分(余量为铁及不可避免的杂质，wt，％)
| C | Si | Mn | P | S | N | AlS | Ti | Nb | |
| A | 0.01～0.04 | ≤0.03 | 0.10～0.60 | ≤0.02 | 0.003～0.02 | 0.001-0.006 | ≤0.04 | 0.02～0.06 | ≤0.04 |
| B | 0.05～0.08 | ≤0.03 | 0.10～0.60 | ≤0.02 | 0.003～0.02 | 0.001～0.006 | ≤0.04 | 0.06～0.12 | ≤0.04 |
其中：钢中的过剩钛含量＝Ti-(4*C+3.43*N+1.5S)≤0。
本发明工艺路线为：
铁水预处理→转炉→精炼(RH或ANS)→连铸→热连轧→冷轧酸洗机组→冷轧→连续退火→精整机组→包装，
为了达到其发明目的，本发明对其中的一些工艺进行改进，其中：
热轧工艺的控制：
钢坯加热温度：1160～1300℃。
热轧终轧温度：850～950℃
钢板卷取温度：660～760℃
采用高温卷取，卷取温度在660℃之间，这是为了确保钢能够在再结晶温度以上热轧形成细小均匀的铁素体和的大而均匀分布的二相粒子。利于降低钢的位错密度及二相粒子聚集、长大。
冷轧工艺的控制：
冷轧压下率：60％～85％，为确保轧制后钢板的板形，最后道次采用小的压下率，压下率2％～10％。
冷轧压下率制定，获得高的R值同时，能够获得高的延伸率。冷轧压下率的增加，使冷轧后的组织中破碎的再结晶贮能增加，在冷轧退火过程中，再结晶形核质点增加，再结晶开始时间提前。在随后的保温阶段，晶粒长大的时间相对延长，有利于得到大的晶粒及第二相的析出、聚集，形成有利织构，获得好的延伸率和R值。
热处理工艺控制：
退火温度：760～880℃；
保温时间：60～200s；
退火温度过低，保温时间过短，将使再结晶不充分，使晶粒过细，影响钢的延伸率；
缓冷段出口温度：630～700℃；
快冷段出口温度：360～480℃；
过时效出口温度：350～470℃；
快冷速率：15～45℃/s，目的是使钢中的碳在快冷时主要以固溶状态存在，提高钢的屈服强度；
平整延伸率：0.7％～1.8％；
冷轧钢板表面的粗糙度控制范围为0.7～1.9μm。
冷轧热处理后，钢的组织为细的铁素体和弥散分布的二相粒子TiN、TiS和TiC或TiCN、TiCS等。
下面为几组本发明的具体实施例
表1 化学成分(余量为铁及不可避免的杂质wt，％)
| 序号 | C | Si | Mn | P | S | Als | Ti | N | Nb |
| 1 | 0.022 | 0.02 | 0.52 | 0.009 | 0.004 | 0.022 | 0.043 | 0.0024 | |
| 2 | 0.025 | 0.02 | 0.19 | 0.008 | 0.006 | 0.033 | 0.049 | 0.0034 | |
| 3 | 0.034 | 0.01 | 0.34 | 0.010 | 0.012 | 0.024 | 0.050 | 0.0023 | |
| 4 | 0.031 | 0.01 | 0.18 | 0.012 | 0.011 | 0.027 | 0.032 | 0.0018 | |
| 5 | 0.018 | 0.02 | 0.42 | 0.013 | 0.009 | 0.035 | 0.031 | 0.0027 | |
| 6 | 0.015 | 0.01 | 0.31 | 0.008 | 0.011 | 0.031 | 0.042 | 0.0027 | 0.029 |
| 7 | 0.062 | 0.02 | 0.25 | 0.010 | 0.007 | 0.026 | 0.071 | 0.0029 | 0.013 |
| 8 | 0.037 | 0.01 | 0.51 | 0.009 | 0.013 | 0.034 | 0.025 | 0.0019 | 0.032 |
| 9 | 0.052 | 0.01 | 0.18 | 0.013 | 0.012 | 0.025 | 0.072 | 0.0024 | |
| 10 | 0.055 | 0.02 | 0.29 | 0.009 | 0.013 | 0.037 | 0.089 | 0.0021 | |
| 11 | 0.058 | 0.01 | 0.32 | 0.007 | 0.010 | 0.022 | 0.084 | 0.0027 | |
| 12 | 0.070 | 0.01 | 0.48 | 0.011 | 0.013 | 0.025 | 0.097 | 0.0017 |
表2 热轧温度制度
| 序号 | 热轧终轧温度(℃) | 热轧卷取温度(℃) |
| 1 | 905 | 703 |
| 2 | 897 | 695 |
| 3 | 877 | 691 |
| 4 | 919 | 713 |
| 5 | 904 | 702 |
| 6 | 892 | 683 |
| 7 | 899 | 694 |
| 8 | 921 | 715 |
| 9 | 915 | 707 |
| 10 | 917 | 722 |
| 11 | 923 | 705 |
| 12 | 881 | 687 |
表3 冷轧工艺参数
| 序号 | 均热温度(℃) | 均热时间(S) | 缓冷段出口温度(℃) | 快冷段出口温度(℃) | 过时效出口温度(℃) | 快冷速率(℃/s) | 平整延伸率(％) |
| 1 | 785 | 82 | 652 | 415 | 402 | 27 | 0.72 |
| 2 | 787 | 91 | 643 | 403 | 389 | 27 | 1.18 |
| 3 | 796 | 93 | 654 | 432 | 408 | 26 | 1.16 |
| 4 | 802 | 78 | 667 | 461 | 425 | 29 | 1.17 |
| 5 | 828 | 95 | 662 | 423 | 406 | 29 | 1.52 |
| 6 | 817 | 74 | 656 | 399 | 387 | 37 | 1.43 |
| 7 | 805 | 91 | 652 | 428 | 399 | 28 | 1.23 |
| 8 | 823 | 73 | 646 | 375 | 366 | 41 | 1.27 |
| 9 | 785 | 109 | 655 | 429 | 391 | 20 | 0.91 |
| 10 | 822 | 101 | 651 | 433 | 404 | 28 | 0.77 |
| 11 | 812 | 79 | 693 | 466 | 427 | 32 | 1.55 |
| 12 | 796 | 105 | 647 | 435 | 416 | 24 | 1.31 |
实施后效果：
表4 实际性能
| 序号 | 屈服强度 | 抗拉强度 | 延伸率 |
| 1 | 368 | 437 | 33 |
| 2 | 320 | 387 | 39 |
| 3 | 345 | 390 | 36.5 |
| 4 | 316 | 394 | 38 |
| 5 | 363 | 434 | 32 |
| 6 | 409 | 468 | 29 |
| 7 | 401 | 457 | 26 |
| 8 | 399 | 465 | 28 |
| 9 | 357 | 431 | 32.5 |
| 10 | 389 | 461 | 27 |
| 11 | 401 | 484 | 28 |
| 12 | 402 | 487 | 25 |
满足了用户对冷轧热水器用钢要求。
2、模拟热水器钢在850℃下保温，保温时间对比性能数据，见表5
表5 不同的保温时间处理后的性能数据
| 序号 | 屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 延伸率(％) | 保温时间(分) | 晶粒度 | |
| 1 | 350 | 400 | 36 | 0 | 8.0级 | 见图1 |
| 2 | 315 | 345 | 34 | 20 | 7.5级 | 见图2 |
Claims (5)
1、一种冷轧热水器用搪瓷钢，其特征在于，钢的成分按重量百分比：C 0.01％～0.08％、Si≤0.03％、Mn 0.10％～0.60％、P≤0.02％、S0.003％～0.02％、N 0.001％～0.006％、Als≤0.04％、Ti 0.02％～0.12％，其余为铁及不可避免的杂质，其中钢中的过剩钛含量＝Ti-(4*C+3.43*N+1.5S)≤0。
2、根据权利要求1所述的一种冷轧热水器用搪瓷钢，其特征在于，钢的成分按重量百分比：C 0.01％～0.04％、Si≤0.03％、Mn0.10％～0.60％、P≤0.02％、S 0.003％～0.02％、N 0.001％～0.006％、Als≤0.04％、Ti 0.02％～0.06％，其余为铁及不可避免的杂质，其中钢中的过剩钛含量＝Ti-(4*C+3.43*N+1.5S)≤0。
3、根据权利要求1所述的一种冷轧热水器用搪瓷钢，其特征在于，钢的成分按重量百分比：C 0.05％～0.08％、Si≤0.03％、Mn0.10％～0.60％、P≤0.02％、S 0.003％～0.02％、N 0.001％～0.006％、Als≤0.04％、Ti 0.06％～0.12％，其余为铁及不可避免的杂质，其中钢中的过剩钛含量＝Ti-(4*C+3.43*N+1.5S)≤0。
4、根据权利要求1～3中任一项所述的一种冷轧热水器用搪瓷钢，其特征在于，钢中还含有铌，铌含量Nb：0.005％～0.04％。
5、一种生产权利要求1-4任一项所述的一种冷轧热水器用搪瓷钢的生产工艺，其工艺流程为铁水预处理→转炉→精炼(RH或ANS)→连铸→热连轧→冷轧酸洗机组→冷轧→连续退火→精整机组→包装，其特征在于，
钢坯加热温度：1160～1300℃；
热轧终轧温度：850～950℃；
钢板卷取温度：660～760℃；
冷轧工艺为：
总的压下率冷轧压下率：60％～85％，最后道次采用小的压下率，压下率2％～10％；
退火温度：760～880℃；
保温时间：60～200s；
缓冷段出口温度：630～700℃；
快冷段出口温度：350～480℃；
过时效出口温度：340～470℃；
快冷速率：15～45℃/s；
平整延伸率：0.7％～1.8％；
冷轧钢板表面的粗糙度控制范围为0.7～1.9μm。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100331 |