CN108396235A - 一种搪瓷基体用热轧厚钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种搪瓷基体用热轧厚钢板及其制造方法，化学成分为：C：0.065～0.12％、Si≤0.20％、Mn：0.55～0.95％、P≤0.022％、S:0.015～0.040％、Ti：0.065～0.12％、Nb：0.035～0.065％、V 0.055～0.10％、Als：0.015～0.045％、N：0.0035～0.0075％，Ti/C≥1.0。连铸坯加热温度1185～1245℃，加热时间1.6～2.0min/mm，均热段保温时间≥65min；粗轧温度950～1100℃，采用横纵向轧制，道次压下量≥20％；精轧温度850～950℃，累计变形量≥75％；轧后以15～40℃/S的冷速冷却，终冷温度600～720℃；正火处理温度925～955℃，净保温时间1.5～3.0min/mm。本发明钢板具有良好的抗鳞爆性能，其屈服强度≥350MPa、抗拉强度≥450MPa、延伸率≥35％、‑20℃低温冲击韧性≥280J。

Description

一种搪瓷基体用热轧厚钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金工艺技术领域，尤其涉及一种厚度22～50mm搪瓷基体用热轧厚钢板及其制造方法。

背景技术

所谓搪瓷是指将含硅量较高的瓷釉涂于金属基体(钢铁)表面，通过高温搪烧，使瓷釉密着于钢板表面。因此，搪瓷钢板具有耐高温、耐腐蚀性好等特点，具有类似玻璃的化学稳定性和金属强度的双重优点。正是因为搪瓷钢板的独特性能，使得搪瓷钢板广泛适用于环保、化工、医药、食品制造和国防工业等领域。

作为搪瓷基体的钢板，其性能好坏直接影响着最终制品的质量水平和使用寿命。普通钢板很难用于搪瓷用途。搪瓷制品的加工过程是：首先将瓷釉涂在已加工成型的钢板表面，然后高温搪烧。在整个加工过程中，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℃时氢在钢中溶解度仅是900℃时的千分之一)，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。

为避免发生鳞爆，在热轧搪瓷钢中一般加入微合金元素，析出细小粒子作为储氢的陷阱。如申请号201110137933.1公开的“搪瓷用热轧中厚板及其制造方法”，其化学成分为：基体C：0.10～0.20％、Si：0.20～0.40％、Mn：0.5～1.5％、P≤0.03％、S≤0.03％、Al：0.01～0.05％、N≤0.008％、Ti≤0.005～0.03％、V≤0.01％、表层C≤0.022％。通过合适的碳含量、控制轧制和析出强化以及脱碳退火处理工艺实现细晶强化和厚度分析碳浓度梯度，从而提高钢板的强度和抗碳爆和鳞爆性能。该技术用来生产厚度为5～20mm的热轧钢板，但不适用于生产厚度为22～50mm的化工容器用搪瓷钢板。申请号201310398942提供的“抗鳞爆性能优异的热轧双面搪瓷钢及其制造方法”，其化学成分百分比为：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％。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，该技术适合生产3.0～16mm的热轧钢板。

对于用做搪瓷用途的热轧厚规格钢板，要保证钢板具有高强度、良好的焊接性能和冲击性能，同时要兼顾到钢板的抗搪瓷鳞爆性能。为此需要开发一种具有良好的综合性能和抗鳞爆性能、适合化工等行业的搪瓷用厚规格钢板。

针对以上不足，本发明提供了一搪瓷基体用热轧厚钢板及其制造方法。本发明钢中通过加入适量的Nb、V、Ti等合金元素及采取合理的轧制工艺，在钢中形成了一定数量的细小弥散的TiC、NbC和V(CN)析出相，在保证钢板具有良好的综合性能的同时，又有利于提高钢板的抗鳞爆性能。

发明内容

本发明的目的在于通过适宜的合金成分设计及合理的轧制工艺，在钢中形成一定数量细小弥散的TiC、NbC和V(CN)析出相，在保证钢板具有良好综合性能的同时，提高钢板的抗鳞爆性能，从而为化工容器的制造提供一种安全可靠的22～50mm厚规格搪瓷基体用热轧厚钢板及其制造方法。

为达此目的，本发明采取了如下技术解决方案：

一种搪瓷基体用热轧厚钢板，其化学成分质量百分比为：C：0.065～0.12％、Si≤0.20％、Mn：0.55～0.95％、P≤0.022％、S:0.015～0.040％、Ti：0.065～0.12％、Nb：0.035～0.065％、V 0.055～0.10％、Als：0.015～0.045％、N：0.0035～0.0075％，Ti/C≥1.0，其余为铁及不可避免的杂质。

本发明化学成分设计的基本机理是：

C是提高强度最经济有效的元素，但C含量过高会恶化钢的焊接性能及冷成型性能。而且C含量控制在0.12％以下，可以避免搪瓷后气孔缺陷的发生。因此选择在0.065～0.12％之间。

Si元素在搪烧过程中会先行生成氧化物膜，阻碍钢板与搪瓷间密着层的生成。Si含量超过0.20％时影响搪瓷密着性能，因此限制Si≤0.20％。

Mn是提高强度的有效元素，加入Mn的主要目的是提高钢的强度，但Mn含量过高对塑性、韧性不利，因此本发明中控制Mn的含量范围为0.80～2.0％。

Ti/C比是保证搪瓷性能的重要指标。Ti/C≥1.0，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，可以提供足够的捕氢陷阱，抑制搪烧后发生鳞爆。Ti含量过高会导致连铸时铸坯质量问题。本发明钢中Ti/C比的控制范围为≥1.0。

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1.0倍以上。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0.065％。但高于0.12％时会给板坯连铸带来不良的影响。因此在保证Ti/C比在≥1.0的前提下，确定其含量在0.065～0.12％。

Nb是重要的微合金化元素，可提高钢的未再结晶区温度，保障控制轧制的效果，使钢材轧制后晶粒细化，即保证了钢板的高强度又提高冲击韧性。低于0.035％效果不足，高于0.065％作用达到饱和。因此确定其范围为0.035～0.065％。

V有很好的析出强化作用。在本发明中，V的细小析出物起到补充强化作用的同时，又可提高钢板的抗鳞爆性能。V的主要作用是在γ→α转变过程中的相间析出和在铁素体中的析出强化，与Nb、Ti复合添加强化效果更好。在添加如前所述的Nb、Ti的前提下，本发明钢中V含量达到0.055％，就已明显提高钢的强度，超出0.10％，在本发明中的作用已达到饱和。且增加更多，造成成本上的增加。因此确定其范围为0.055～0.10％。

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和冲击韧性。因此控制其含量上限为0.022％。

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，抑制钢板搪瓷后发生鳞爆，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，严重损害钢的塑性和焊接性能，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0.040％、N含量的上限控制在0.00:75％。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0.015％和0.0035％。

Als是脱氧产物，为使钢洁净，应进行Al脱氧，Als在0.015～0.045％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0.015～0.045％之间。

本发明搪瓷基体用热轧厚钢板的制造方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、控制轧制和控制冷却、正火处理，其具体方法为：

连铸坯加热温度为1185～1245℃，加热时间为1.6～2.0min/mm，均热段保温时间≥65min，以保证获得细小的奥氏体晶粒；

粗轧温度950～1100℃，采用横纵向轧制，单道次压下量不小于20％；

精轧温度为850～950℃，累计变形量≥75％；

精轧后以15～40℃/S的冷速进行冷却，终冷温度为600～720℃；

钢板轧后采取正火处理，正火温度925～955℃，净保温时间1.5～3.0min/mm。

本发明工艺参数选择的理由是：

轧制时连铸坯的加热温度为1185～1245℃，加热时间为1.6～2.0min/mm，均热段保温时间≥65min，以保证获得细小的奥氏体晶粒，能有相当数量的Ti溶入奥氏体。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1185℃时，铸坯中Ti析出粒子已经大部分回溶。在1245℃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1245℃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1185℃～1245℃。

粗轧温度950～1100℃，该阶段采用横纵向轧制，道次压下量不小于20％，可以细化奥氏体晶粒，为钢板具有高强度、良好的冲击韧性及抗鳞爆性能打下基础。

精轧温度为850～950℃，累计变形量≥75％。通过控制轧制使奥氏体晶粒充分细化，奥氏体中储存一定的应变能，提高了形核率，相变后组织更加细化。轧制后以15～40℃/S的冷速进行冷却，终冷温度为600～720℃。冷却过程中，细小弥散的Ti的析出相均匀分布在基体中，同时使铁素体晶粒得以充分细化。冷速过高，不利于Ti的析出相充分析出，而且易发生贝氏体或马氏体转变，因此应适当控制冷却速度。

轧态钢板组织比较粗大，而且Ti的析出不充分，因此钢板轧后需采取正火处理，目的是均匀和细化组织。正火温度925～955℃，净保温时间1.5～3.0min/mm。

本发明的有益效果为：

1.本发明钢通过控制Ti/C≥1、Ti含量在0.065～0.12％，保证了钢板具有良好的抗鳞爆性能。

2.本发明通过合理的成分设计和适宜的工艺控制方法制造的搪瓷基体用热轧厚钢板，其屈服强度≥350MPa、抗拉强度≥450MPa、延伸率≥35％、-20℃低温冲击韧性≥280J，具有良好的综合性能，为化工容器设备等制造行业提供了一种安全可靠的搪瓷基体用厚钢板材料。

3.本发明在控制Ti/C≥1的前提下，通过控制Ti含量不超过0.12％，使钢板能够通过连铸-热轧的方法稳定生产。

附图说明

图1是实施例1钢板的金相组织照片。

具体实施方式

实施例化学成分wt％见表1；实施例生产工艺参数见表2；实施例钢实物性能见表3。

表1实施例钢的化学成分wt％

实施例	C	Si	Mn	P	S	Ti	Nb	V	ALs	N	Ti/C
												1	0.092	0.13	0.65	0.020	0.036	0.110	0.045	0.068	0.037	0.0035	1.20
2	0.068	0.15	0.87	0.020	0.025	0.070	0.055	0.063	0.040	0.0050	1.45
												3	0.075	0.11	0.91	0.015	0.030	0.120	0.061	0.075	0.025	0.0045	1.60
4	0.120	0.14	0.55	0.013	0.018	0.123	0.055	0.067	0.034	0.0042	1.03
												5	0.082	0.08	0.78	0.008	0.023	0.088	0.035	0.085	0.045	0.0065	1.07
6	0.065	0.14	0.95	0.021	0.028	0.065	0.065	0.090	0.018	0.0070	1.00
												7	0.075	0.11	0.88	0.012	0.040	0.091	0.038	0.100	0.015	0.0055	1.21
8	0.087	0.06	0.76	0.020	0.015	0.089	0.043	0.055	0.020	0.0040	1.02
												9	0.066	0.18	0.92	0.011	0.032	0.093	0.041	0.088	0.025	0.0075	1.41
10	0.090	0.15	0.58	0.006	0.025	0.110	0.050	0.092	0.030	0.0040	1.22

表2实施例生产工艺参数

图1为实施例1钢板的金相组织照片。组织为铁素体+珠光体，晶粒度为10级。

表3实施例钢实物性能

抗鳞爆性能测试：钢板经双面搪瓷后放置一个月，用100倍显微镜观察鳞爆点。

Claims (2)

1.一种搪瓷基体用热轧厚钢板，其特征在于，化学成分质量百分比为：C：0.065～0.12％、Si≤0.20％、Mn：0.55～0.95％、P≤0.022％、S:0.015～0.040％、Ti：0.065～0.12％、Nb：0.035～0.065％、V 0.055～0.10％、Als：0.015～0.045％、N：0.0035～0.0075％，Ti/C≥1.0，其余为铁及不可避免的杂质。

2.一种如权利要求1所述搪瓷基体用热轧厚钢板的制造方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸、控制轧制和控制冷却、正火处理，其特征在于：

连铸坯加热温度为1185～1245℃，加热时间为1.6～2.0min/mm，均热段保温时间≥65min，以保证获得细小的奥氏体晶粒；

粗轧温度950～1100℃，采用横纵向轧制，单道次压下量不小于20％；

精轧温度为850～950℃，累计变形量≥75％；

精轧后以15～40℃/S的冷速进行冷却，终冷温度为600～720℃；

钢板轧后采取正火处理，正火温度925～955℃，净保温时间1.5～3.0min/mm。