CN107419183A - 一种二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板及其制造方法，解决现有的热轧钢板不能满足二段式热水器搪瓷内胆制备要求的技术问题。本发明提供的二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.008～0.023％，Si≤0.03％，Mn：0.1～0.4％，P≤0.02％，S：0.020～0.035％，Als：0.01～0.06％，N：0.002～0.01％，Ti：0.08～0.15％,Cu:0.03～0.08％，余量为铁和不可避免杂质。热轧钢板屈服强度RP0.2为200～300MPa，断后伸长率为35～44％。本发明热轧钢板适用于热水器搪瓷内胆、搪瓷结构件等。

Description

一种二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及热水器搪瓷内胆用热轧钢板，特别涉及一种二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域。
背景技术
现有热水器搪瓷内胆，一般采用两个封头+桶身结构，又称为三段式搪瓷内胆结构，此种内胆结构方式有一条直线焊缝和两条环形焊缝。三段式内胆结构的优点是，采用DQ级钢板即能满足封头冲压成型要求。缺点是直缝与环缝交接处的T型焊缝处，是一个工艺结构上的薄弱环节，虽然采取相应的焊接工艺技术措施可以减少漏水发生概率，但此隐患一直存在，易成为内胆漏水点，严重影响搪瓷内胆产品质量。
为减少热水器搪瓷内胆的漏水点，技术人员提出了二段式热水器搪瓷内胆结构，通过采用封头深拉冲压成型的方式，将封头直线段通过拉深成型工艺的方式拉长，二段式热水器搪瓷内胆结构直接将两个封头对接+环缝焊接的方式，相比三段式搪瓷内胆结构，可以减少一条直缝和一条环缝，彻底消除了直缝与环缝的T形焊接点，可以降低搪瓷内胆漏水的发生概率。
二段式热水器搪瓷内胆结构，对热水器搪瓷内胆的基础钢板性能，尤其是冲压成型性能提出严苛的要求，基础钢板的屈服强要求不能超过300MPa,有些企业模具屈服强度上限不能超过260MPa，现有的DQ级热轧钢板，屈服强度下限大于245MPa，不能满足二段式热水器搪瓷内胆结构深拉成型的制备要求。在此背景下，开发了二段式搪瓷内胆用热轧钢板，满足新热水搪瓷内胆制作新工艺要求的搪瓷内胆用热轧钢板。
发明内容
本发明的目的是提供一种二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板及其制造方法，解决现有的热轧钢板不能满足二段式热水器搪瓷内胆结制备要求的技术问题。
本发明采用的技术方案是：一种二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.008～0.023％，Si≤0.03％，Mn：0.1～0.4％，P≤0.02％，S：0.020～0.035％，Als：0.01～0.06％，N：0.002～0.01％，Ti：0.08～0.15％,Cu:0.03～0.08％，余量为铁和不可避免杂质。
本发明所述的二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：
碳：C是钢的强化效果最显著的元素，也是影响钢板冲压成型性能一种关键元素。从降低钢种强度和提高钢板的冲压成型性能，希望C含量越低越好。但是当C含量太低，会引起钢的相变点提高，对热轧的精轧终轧温度达到900℃以上，热轧工艺上很难实现。适当提高C元素含量，可以满足终轧温度在900℃以下限制条件。本发明设定C含量为0.008～0.023％。
硅：Si是钢冶炼过程中必须去除的元素。Si含量增加可能会影响后序搪瓷质量，还会造成钢板表面氧化铁皮难去除的问题。本发明设定Si≤0.03％。
锰：Mn也是钢种常用强化元素之一，Mn含量太低，易造成连铸漏钢的风险增加，不利于炼钢工序的连铸生产；增加Mn含量必然造成炼钢工序的成本增加。因此，根据用户对钢板强度性能要求，本发明设定Mn含量为0.1～0.4％，最经济范围。
磷：P也是钢冶炼过程中必然存在的元素，但对钢板的深冲性能有一定的影响，而且P元素是一种易于偏析的元素，最好是越低越好，但考虑脱P会增加炼钢工序的成本，控制较低的P含量有一定的困难，因此，本发明设定P≤0.02％。
硫：S也是钢冶炼过程中必然存在的元素，本发明技术方案充分利用利用搪瓷工艺中的高温830左右的有利条件，使S元素和Ti、C等元素生成Ti4C2S2二相粒子充分析出，起到强化钢板性的目的。但S元素含量过高会影响连铸的生产，造成漏钢风险的增加。本发明设定S含量为：0.020～0.035％。
铝：Al主要用作转炉炼钢脱氧，其脱氧产物为Al2O3可与钢渣结合后被去除，而保留在钢中的为Als。钢中适合的含量Als可以保证钢的洁净度；同时，Als也可以起到细化晶粒的作用。但Als含量增加会造成炼钢成本的增加，也给连铸的生产组织带来困难。本发明设定Al含量为：0.01～0.1％。
氮：N是转炉炼钢生产附带产物，可以充分利用，钢中的N与Ti、C生产细小的弥散的二相粒子Ti(CN)化合物，对预防搪瓷鱼鳞爆缺陷的生产有利。本发明设定N含量为：0.002～0.01％。
钛：Ti元素一方面可以固定钢种的C、N间隙原子，提高钢的深冲性能。本发明技术方案充分利用Ti元素与钢中的N、S、C元素相互作。热轧钢板须控制钢板具有较低的性能强度，有利于提高钢板的深拉成型性能。深拉成型涂搪制成内胆以后，再充分利用800-850℃高温搪烧6-10min搪瓷工艺处理，可显著提高钢的性能强度，满足内胆要求钢板强度尽可能高的要求。为达到上述目的，本发明设定Ti含量为：0.08～0.15％，这也是最经济，也是生产中最便于操控的范围。
Cu：适量的Cu元素在钢的生产过程中可在钢的表面富集，可以提高钢板与搪瓷釉粉之间的烧结结合强度。Cu元素含量太高，引起制造成本的增加，同时，还会造成酸洗工序表面氧化铁皮难酸洗的问题。太低起不到增加搪瓷密着性能效果。本发明设定Cu含量为：0.01～0.08％。
一种二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板的制造方法，该方法包括：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的重量百分比为：C：0.008～0.023％，Si≤0.03％，Mn：0.1～0.4％，P≤0.02％，S：0.020～0.035％，Als：0.01～0.06％，N：0.002～0.01％，Ti：0.08～0.15％,Cu:0.03～0.08％，余量为铁和不可避免的夹杂。
连铸板坯加热至1150℃～1230℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1020～1060℃；粗轧后中间坯的厚度为32～40mm，精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区轧制，精轧结束温度为860℃～900℃，精轧压下率大于75％，精轧后钢板厚度为1.8～6.0mm，精轧后层流冷却采用前段强冷，卷取温度为650℃～750℃卷取得到热轧钢卷。
本发明采取的制造工艺制度理由如下：
1、连铸板坯加热温度的设定
连铸板坯加热温度和时间的设定在于保证连铸坯中C、Mn、Cr等合金元素充分扩散、固溶，粗大的碳化物颗粒溶解，在钢中均匀分布。温度过低和加热时间过短，都不能达到上述目的。采用中等的板坯加热温度，目标温度1190℃，若温度过高，加热时间过长，由于钢中碳含量较高，板坯表面氧化脱碳严重，不利于钢板最终性能和表面质量，同时也消耗能源。因此，本发明设定连铸板坯加热温度为1150℃～1230℃。
2、粗轧结束温度设定
粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制，经热力学计算本发明材料的A3点相变温度(平衡态铁素体转变)，为确保奥氏体经过反复变形和再结晶，得到均匀细小的奥氏体晶粒。因此，本发明设定粗轧结束温度为1020～1060℃。
3、精轧结束温度设定
本发明的精轧温度设定有两方面的作用，一方面通过材料在奥氏体未再结晶区轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，起到细化晶粒，减轻带状偏析的作用；另一方面，因为材料强度较高，终轧温度过低，会导致轧制负荷过大，影响轧制稳定性。因此，本发明设定精轧结束温度为860～890℃。
4、精轧后层流冷却方式的设定
本发明精轧后层流冷却采用前段冷却工艺，能够促进精轧后材料组织中奥氏体快速转变为铁素体，且晶粒细化，组织均匀。
5、热轧卷取温度设定
热轧卷取温度主要影响材料的组织、性能及后续的球化退火效果。采取较低的卷取温度，能够减少先共析铁素体生成，防止珠光体片层间距粗大，使组织分布均匀，减轻带状偏析。但热轧卷取温度过低，会生成大量贝氏体组织，强度过高，不利于用户加工。因此，本发明设定热轧卷取温度为650～750℃。
本发明得到的二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板的显微组织为铁素体+晶体内弥散的二相粒子，晶粒度为8-10级；其1.8～6.0mm厚热轧钢板屈服强度RP0.2为200～300MPa，抗拉强度Rm为300～400MPa，断后伸长率为35～44％。
将本发明得到热轧钢板经酸洗后，经过深拉成型+焊接工艺制成的内胆毛坯，内胆内部单面采用现有常规涂搪工艺进行涂搪烘干，即经800-850℃高温搪烧6-10min搪瓷工艺处理后，涂搪后的热轧搪瓷钢板屈服强度RP0.2为250-355MPa,抗拉强度Rm300-400MPa，断后伸长率为30～35％。
本发明的热轧钢板在采用现有常规涂搪工艺工艺后强度有明显提高源于本发明热轧钢板组分和制造工艺的协同作用。
本发明Ti元素含量结合现有热轧钢板涂搪时的搪烧工艺的特殊性，因热轧钢板搪瓷后的冷却制度会造成钢板细晶强化效果失效，因晶粒长大而造成钢板强度性能下降；为解决涂搪后钢板强度下降的不足；热轧钢板的卷取温度650～750℃的温度窗口还不能充分发挥Ti元素与N、C、S等元素形成的二相粒了析出强化的效果；充分利用搪瓷工艺中须经过800-850℃烧结的工艺，搪瓷后的钢板组织结构，加强二相粒子析出强化的效果，TiC、Ti(CN)、Ti4C2S2等二相粒子数增加，粒径增大，同时还可以抑制晶粒长大；达到提高钢板性能强度的目的。既解决了冲压成型要求钢板性能强度低有利于成型，又满足搪瓷后的内胆钢板强度升高，有利于提高搪瓷内胆刚度的目的。
本发明热轧钢板，充分利用钢板的化学成分与制造过程温度协同作用，同时满足二段式热水器搪瓷内胆毛坯冲压成型工序热轧钢板屈服强度低要求和制成热水器搪瓷内胆后涂搪后的热轧搪瓷钢板屈服强度高要求，满足热水器搪瓷内胆储水承压高强度的性能要求。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明通过成分设计与工艺相结的方式，解决常期以来热水器搪瓷内胆生产中钢板性能强度降低的问题，为了满足搪瓷内胆较高刚度性能的要求，本发明热轧钢板合金元素加入量少、成本低、生产制造容易实现；采用现有强度级别更高一级的钢种来制作热水器搪瓷内胆的毛坯，造成热水器搪瓷内胆毛坯制造成本的上升，同时，还会遇到时制备过程深拉成型困难的技术难题。2、本发明材料中Ti元素的重量百分比含量0.08％～0.15％为经济添加量，既可以降低Ti含量过高连铸多炉连浇困难和漏钢风险机率大的问题，同时，又可降低炼钢成本。3、本发明精轧入口温度为980～1020℃，精轧结束温度为的860～920℃，冷却后热轧卷取温度为650～750℃，很容易得到二段式热水器搪瓷内胆毛坯生产需要钢板的组织结构和性能，可省缺冷轧，退火等后续工艺，深冲性能更优，满足深拉成型二段式热水器搪瓷内胆拉深成型制备工艺要求。热轧板的屈服强度范围为200-300MPa，满足深拉成型工艺对钢板的冲压成型性能要求。经过搪瓷工艺后，钢板的屈服强度性能又可以提高250-350MPa，可以显著提高内胆强度度，满足内胆储水承压高强度的性能要求。4、本发明热轧钢板，适合制备深拉成型二段式热水器搪瓷内胆，也适合制备具有良好的搪瓷密着性和抗鳞爆性能的搪瓷结构件，如拼装搪瓷水箱等。5、采用本发明热轧钢板制备的二段式热水器搪瓷内胆与采用冷轧板生产的二段式热水器搪瓷内胆相比，本发明热轧钢板制备的具有热水器搪瓷内胆强度高，容积大，耐疲劳性能更优的特点。
附图说明
图1是本发明实施例1热轧钢板的显微组织金相照片。
具体实施方式
下面结合实施例1～4，对本发明做进一步说明，如表1～表4所示。
表1为本发明实施例钢的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。
表1本发明实施例钢的化学成分，单位：重量百分比。
通过转炉熔炼得到符合化学成分要求的钢水，钢水经炉外精炼进行板坯连铸得到连铸板坯；连铸板坯厚度为210～230mm，宽度为900～1600mm，长度为8500～11000mm。
炼钢生产的定尺板坯送至加热炉再加热，出炉除鳞后送至热连轧机组轧制。通过粗轧和精轧连轧机组控制轧制，经层流冷却后进行卷取，层流冷却采取前段强冷方式，产出合格热轧钢卷。热轧钢板的厚度为1.8～6.0mm，热轧工艺控制参数见表2。
表2本发明实施例热轧工艺控制参数
参见图1，利用上述方法得到的本发明得到的一种二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板的显微组织为铁素体+晶体内弥散的二相粒子，晶粒度为8-10级；其1.8～6.0mm厚热轧钢板屈服强度RP0.2为200～300MPa，抗拉强度Rm为300～400MPa，断后伸长率为35～44％。
将本发明得到的热轧钢板按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验，其力学性能见表3。
本发明得到的热轧钢板具有高延伸率的优点，其1.8～6.0mm厚热轧钢板屈服强度RP0.2为200～300MPa，抗拉强度Rm为300～400MPa，断后伸长率为35～44％。
表3本发明实施例热轧钢板的力学性能
性能指标 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 断后伸长率A/％
本发明 200-300 300-400 35-44
实施例1 250 341 36.92
实施例2 252 342 37.56
实施例3 226 333 41.96
实施例4 227 335 42.96
将本发明得到热轧钢板经酸洗后，经过深拉成型+焊接工艺制成的内胆毛坯，内胆内部单面采用现有常规涂搪工艺进行涂搪烘干，即经800-850℃高温搪烧6-10min搪瓷工艺处理后，涂搪后的搪瓷钢板屈服强度RP0.2为250-355MPa,抗拉强度Rm300-400MPa，断后伸长率为30～35％，涂搪后的搪瓷钢板的性能见表4。
表4本发明实施例钢板涂搪后的力学性能
性能指标 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 断后伸长率A/％
本发明 250-355 300-400 30-35
实施例1 348 374 33.32
实施例2 351 376 33.2
实施例3 332 368 30.38
实施例4 349 366 35.08
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.008～0.023％，Si≤0.03％，Mn：0.1～0.4％，P≤0.02％，S：0.020～0.035％，Als：0.01～0.06％，N：0.002～0.01％，Ti：0.08～0.15％,Cu:0.03～0.08％，余量为铁和不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板，其组织为铁素体+晶体内弥散的二相粒子，所述组织的晶粒度为8-10级。
3.如权利要求1或2所述的二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板，其1.8～6.0mm厚热轧钢板屈服强度RP0.2为200～300MPa，抗拉强度Rm为300～400MPa，断后伸长率为35～44％。
4.一种二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板的制造方法，包括：
钢水经连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的重量百分比为：C：0.008～0.023％，Si≤0.03％，Mn：0.1～0.4％，P≤0.02％，S：0.020～0.035％，Als：0.01～0.06％，N：0.002～0.01％，Ti：0.08～0.15％,Cu:0.03～0.08％，余量为铁和不可避免的夹杂。
连铸板坯加热至1150℃～1230℃后进行热轧，所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1020～1060℃；粗轧后中间坯的厚度为32～40mm，精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区轧制，精轧结束温度为860℃～900℃，精轧压下率大于75％，精轧后层流冷却采用前段强冷，卷取温度为650℃～750℃卷取得到热轧钢卷。
5.如权利要求4所述的二段式热水器搪瓷内胆用热轧钢板的制造方法，其特征在于，热轧精轧后，控制热轧钢板厚度为1.8mm～6.0mm。
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