CN104419874A - 抗鳞爆性能优异的热轧双面搪瓷钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抗鳞爆性能优异的热轧双面搪瓷钢及其制造方法，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.02～0.06%、Si≤0.10%、Mn：0.50～1.0%、P：≤0.025%、S：0.010～0.045%、N：0.003～0.009%、Ti：0.05～0.15%、Als：0.005～0.050%、Ti/C：1.5～3.0、Cr：0.05～0.20%，其余为铁及杂质。方法：按上述成分冶炼、连铸，铸坯加热温度1180～1260℃，高压水除鳞，粗轧成中间坯，厚度为成品厚度的3倍以上；精轧开轧温度960～1080℃，终轧温度820～900℃，经5～7道次轧制到目标厚度；轧后8S内以≥40℃/S冷速快冷至卷取温度550～650℃。合理的成分设计和工艺控制，使钢中形成足够的储氢陷阱，提高抗鳞爆性能。
Description
技术领域
本发明属于搪瓷钢领域，尤其涉及双面搪瓷钢搪瓷钢及其制造方法。
背景技术
鳞爆是搪瓷制品的致命缺陷，极大的危害搪瓷制品的质量。搪瓷鳞爆是由于溶入钢板中的氢引起的。搪瓷制品在生产过程中经历了两次吸氢的过程，一是在酸洗过程、二是在搪烧过程中。酸洗时首先是氧化铁皮与酸的反应，之后酸主要与金属发生化学反应产生氢，一部分氢逸出，一部分氢以原子形式溶于钢板中。在随后的高温搪烧时，瓷浆内的结晶水及加热炉气中的水蒸气与钢板表面铁和碳发生反应，生成氢原子，以原子和分子的形式溶解于铁。随着钢板冷却,固态铁中氢的溶解度急骤下降(20氢在钢中溶解度仅是900的千分之一)，于是氢原子逸出，在钢表面受到瓷釉层阻隔,以分子状态聚集在钢板与搪瓷界面。当氢原子不断逸出、氢气压力增大至一定程度,产生的压力超过搪瓷层的强度极限而发生搪瓷层的破损。这种破损一般呈坑点形态，形如鳞片，称为鳞爆。由于产生鳞爆的氢主要是在酸洗和搪烧过程中进入钢板的，因此除了改进制品的搪瓷工艺外，还应提高钢板本身的抗鳞爆性能。
搪瓷拼装结构的主体材料是具有良好双面搪瓷性能的热轧钢板。为满足结构设计要求，钢板的厚度一般在3.0mm～16mm，且具有高的屈服强度。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。热轧钢板中，为保障钢板的抗鳞爆性能，往往要将Ti/C比提高到4以上，如日本专利技术“特开昭55-152127”中添加了0.1～0.5%的Ti元素，成本高，生产难度大不适应连铸生产。日本专利“特开平10-121141”、“平2-305926”和“昭58-1013”均提出加入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。中国专利CN101353758A《一种双面搪瓷用热轧高强度钢板及其制造方法》，C含量偏高（0.05～0.15％），易发生气孔缺陷，抗鳞爆性能差，过度添加V（0.02～0.2％），成本高。由于轧后冷速低（冷速≤50℃/S），V和Ti的化合物容易粗大化，对抗鳞爆性能不利。
在搪瓷工业中，为避免鳞爆，一般采用低碳冷轧钢板进行双面搪瓷。这是由于冷轧钢板中存在大量的细小渗碳体相，以及一些硬的质点在冲压变形过程中产生大量与基体间的缺陷界面，成为储氢的陷阱。
专利CN101535517A介绍了“耐鳞爆性显著优良的搪瓷用钢板及其制造方法”，在此方法中，C：0.003～0.010%、Si：0.001～0.100%、Mn：0.03～1.30%、P：≤0.035%、S：≤0.08%、Nb：0.055～0.250%、O：0.005～0.085%，Al：0.0002～0.010%、N：0.0055%以下，B：0.0003～0.0030%、V：0.003～0.15%、Ni：0.0001～0.05%、Ti：0.0001～0.05%、还含有Ta、W、Mo、La、Ce、Ca、Mg中的1种以上，合计为1.0%以下，以及As、Se、Sn、Sb中的1种以上，合计为1.0%以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。此发明是按照通常的熔炼、连铸、热轧、冷轧、退火工序进行生产的。此专利要求严格控制铸坯厚度1/4层处凝固时的冷速≤10℃控制铸坯中的复合氧化物的直径尺寸在10μm以上，而且在该氧化物中高浓度部的Nb质量浓度与低浓度部的Nb质量浓度之比≥1.2，这在生产过程中控制起来难度很大。而且大量的大颗粒氧化物对钢的性能会产生不利影响。此专利中合金元素种类多，特别是添加了大量的贵重金属Nb，使钢的成本大增。
专利CN101356295A介绍了“抗鳞爆性显著优异的连铸搪瓷用钢板及其制造方法”，其生产方法及抗鳞爆性原理与上一专利相同，只是此专利添加了大量的B元素，大量的B会导致钢的热脆现象，破坏钢的性能。以上两专利均是以冷轧、退火方法生产，生产工序多，成本高。
专利CN1704494A介绍了“具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢及其轧制方法”，其化学成分百分比为：C：≤0.005%、Si≤0.030%、Mn：0.10～0.30％、P≤0.015％、S：0.010～0.050％、Al：0.020～0.050％、N：0.004～0.015％、Ti=4C+3.42N+1.5S+0.02～0.04%、并且控制0.01%≤C+0.5S+0.886N≤0.03%。该专利在成分设计上基于加钛超低碳钢进行合金设计，分别控制钢中碳、氮和硫的含量，在此基础上加入过量的钛，确保钢中有足够的第二相。其工艺步骤包括：冶炼、真空脱气处理、连铸、热轧、酸洗、冷轧、退火、精整，特别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。此专利中C、Mn含量偏低，不能满足搪瓷拼装结构件的强度要求，而且采用的是冷轧、退火工艺，生产工序多，成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种抗鳞爆性能优异的热轧双面搪瓷钢及其制造方法，为大型搪瓷拼装构件的制造提供抗鳞爆性能优异的钢板材料。
本发明目的是这样实现的：
抗鳞爆性能优异的热轧双面搪瓷钢，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.02～0.06%、Si≤0.10%、Mn：0.50～1.0%、P：≤0.025%、S：0.010～0.045%、N：0.003～0.009%、Ti：0.05～0.15%、Als：0.005～0.050%、Ti/C：1.5～3.0、Cr：0.05～0.20%，其余为铁及不可避免的杂质。
本发明成分设计理由如下：
（1）C是促进Ti的粒子析出的元素，低于0.02%,不利于作为氢陷阱的TiCx粒子的沉淀。高于0.06%，在同等Ti含量的前提下，会降低析出相的捕氢活性，对搪瓷性能不利。因此选择在0.02～0.06%。
（2）Si元素在搪烧过程中会先行生成氧化物膜，阻碍钢板与瓷釉间密着层的生成。Si含量超过0.10%时影响搪瓷密着性能，因此限制Si≤0.10%。
（3）Mn的主要作用是提高钢的强度。当Mn含量超过1.0%以上时，钢的Ac3温度降低幅度较大，搪烧时因钢板奥氏体化而导致零件变形过大，所以控制Mn的含量范围为0.50～1.0%。
（4）Ti/C比是保证搪瓷性能的重要指标。Ti/C≥1.5，使钢板的微观结构中出现大量具有化学活性的Ti的碳化物、Ti的碳氮化物等析出粒子，可以提供足够的储氢陷阱，抑制钢板搪烧后发生鳞爆。Ti含量过高会导致连铸时铸坯质量问题。因此Ti/C比的控制范围限定在1.5～3.0。
（5）Ti是作为氢陷阱的析出粒子的重要形成元素。如前所述，其含量应为C的1.5～3.0倍。在这个前提下，为保证形成的氢陷阱的必要表面积，Ti含量应高于0.03%。但高于0.15%时会给板坯连铸带来不良的影响。因此在保证Ti/C比在1.5～3.0之间的前提下，确定其含量在0.05～0.15%。
（6）在传统钢板中S和N是有害元素，因此要控制的尽量低。但在搪瓷钢中，适量的S和N与Ti形成的第二相粒子，做为储氢的陷阱，抑制钢板搪烧后发生鳞爆，因此可适当放宽S和N的含量范围。但如果S和N的含量过高，钢中会形成粗大的TiS和TiN粒子，严重损害钢的塑性，同时粗大的TiS和TiN粒子也不能发挥其对提高抗鳞爆性能的作用。因此本发明钢中S含量的上限控制在0.045%、N含量的上限控制在0.009%。如果S和N的含量控制的太低，也不能充分发挥其对提高抗鳞爆性能的作用，因此本发明钢中S和N的下限分别控制在0.01%和0.003%。
（7）P对搪瓷性能没有不利影响。但如果其含量过高，会降低钢的焊接性能。因此控制其含量上限为0.025%。
（8）Als是脱氧产物，为使钢洁净，应进行Al脱氧，Als在0.005%～0.050%时，可足以保证钢的洁净度，Als超过0.050%使钢的成本增加。因此控制Als含量在0.005%～0.050%之间。
（9）Cr是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。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。且高于0.20%时也使钢板的生产成本增加。所以确定添加Cr的范围为0.05%～0.20%。
抗鳞爆性能优异的热轧双面搪瓷钢的制造方法，包括冶炼、连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取：
铸坯加热温度1180～1260均热后经高压水除鳞，粗轧成中间坯。
在820～1080℃范围内精轧，经过5～7道次轧制到目标厚度，其中精轧开轧温度为960～1080精轧温度过高，铁素体晶粒粗大化，晶界面积相对减少，对抗鳞爆性能不利。精轧温度过低，增加轧机负荷；终轧温度为820～900，℃终轧温度过低会诱导先析出，使析出不均匀和析出粒子粗大化，粗大的粒子对抗鳞爆性能不利。在轧后快速冷却的条件下，在820上终轧，这种粗大化的程度还不显著。而在900轧，诱导先析出TiC粒子的数量已经很少。
轧后采取快速冷却方式，在8S内以≥40℃/S冷速快冷至卷取温度550～650缓慢冷却的条件下，由于Ti粒子析出的范围很宽，其析出粒子易于粗大化，使析出相的总表面积减小；另一方面铁素体晶粒尺寸粗大，铁素体晶界面积相对减少，储氢陷阱的总量不足，因此本发明提出采用高的快速冷却速度，使重新析出的Ti的析出粒子更加细小弥散，增加了析出相的总表面积；同时钢中的铁素体组织得到细化，铁素体晶粒在10级以上，使铁素体晶界面积相对增加，两方面的因素使钢中具有足够的储氢陷阱，有利于抑制鳞爆的发生。轧后采取前段冷却方式在8S内以≥40℃/S冷速快冷至卷取温度，完全可以抑制粗大的Ti的析出粒子形成，有利于铁素体晶粒细化，因此确定轧后冷速应不低于40/S
对于本发明钢来说，卷取温度低于550，作为储氢陷阱的钛的析出粒子的析出被抑制，储氢陷阱总量不足，不足以抑制鳞爆的发生。而卷取温度高于650铁素体晶粒会出现粗大化，铁素体晶界面积相对减少，储氢陷阱的总量不足。因此控制卷取温度的范围为550～650
本发明的有益效果在于：
（1）本发明钢通过合理的成分设计和工艺控制，使钢中形成足够的储氢陷阱，提高钢板的抗鳞爆性能。为大型搪瓷拼装构件的制造提供了一种抗鳞爆性能优异的钢板材料。
（2）本发明在控制Ti/C比为1.5～3.0的前提下，通过控制Ti含量不超过0.15%，使钢板能够通过连铸-热轧的方法稳定生产。
附图说明
图1为实施例1金相组织照片。
图2为实施例1的细小析出相。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼、连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取。本发明实施例钢的冶炼成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的性能见表3。
表1本发明实施例钢的冶炼成分wt%
表2本发明实施例钢的主要工艺参数
表3本发明实施例钢的性能
温度为850～890、℃搪烧时间8～12min。鳞爆情况是对样品双面喷涂瓷釉搪烧后放置6个月的考察结果。
由于鳞爆缺陷更易于在热轧双面搪瓷钢发生，因此合理的成分设计和工艺控制是关键。一方面本发明通过控制钢中适量的N、S元素含量范围，加入适量的Ti元素，使钢中能够形成足够的第二相粒子，作为储氢的陷阱，提高钢板的抗鳞爆性能。另一方面采用控轧控冷技术，使钢中铁素体晶粒在10级以上，晶粒越细小，晶界面积相对增加。晶界也被认为是一种有效的储氢的陷阱，即晶界面积越大，在钢板搪烧过程中储氢能力越强，对钢板的抗鳞爆性能越有利。
Claims (2)
1.抗鳞爆性能优异的热轧双面搪瓷钢，其特征在于，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.02～0.06%、Si≤0.10%、Mn：0.50～1.0%、P：≤0.025%、S：0.010～0.045%、N：0.003～0.009%、Ti：0.05～0.15%、Als：0.005～0.050%、Ti/C：1.5～3.0、Cr：0.05～0.20%，其余为铁及不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的抗鳞爆性能优异的热轧双面搪瓷钢的制造方法，包括冶炼、连铸、铸坯加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取，其特征在于：铸坯加热温度1180～1260℃，均热后经高压水除鳞，粗轧成中间坯；在820～1080℃范围内精轧，经过5～7道次轧制到目标厚度，精轧开轧温度为960～1080℃，终轧温度为820～900℃，轧后采取快速冷却方式，在8S内以≥40℃/S冷速快冷至卷取温度550～650℃。
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