CN109694999A - 一种冷轧搪瓷钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种冷轧搪瓷钢及其制造方法，该钢板成分按重量百分比计：C：0.002％～0.006％、Si：0.010％～0.030％、Mn：0.10％～0.30％、P：≤0.015％、S：0.010％～0.030％、Al：0.010％～0.050％、N：0.0015％～0.0050％，Ti：0.060％～0.10％，还包括Mo：0.10％～0.50％、Ca：0.001％～0.003％、Mg：0.001％～0.003％的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。制造方法包括铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸、热轧、冷轧、连续退火，采用本发明生产的冷轧搪瓷钢具有优良的抗鳞爆性能、密着性能、成型性能，且制造方法简单，成本较低。
Description
技术领域
本发明属于冷轧板带生产领域，尤其涉及一种冷轧搪瓷钢及其制造方法。
背景技术
冷轧搪瓷钢板在国民经济中发挥着十分重要的作用，在日常生活中与人们的关系十分密切，广泛地应用于轻工、家电、冶金、化工、建筑等行业，制作厨房用具、卫生洁具、烧烤炉、热水器内胆、建筑饰面板、化工反应罐等等。
冷轧搪瓷钢板的性能要求主要包括强度、成形性、抗鳞爆性、密着性和焊接性等方面，不同用途的搪瓷钢板，要求具备不同的综合性能。其中鳞爆是生产搪瓷制品最可怕和最难以根治的缺陷，也是目前开发性能优异的冷轧搪瓷钢产品遇到的最棘手的问题。
国内外研究普遍认为鳞爆是由于钢板中的氢所引起的，在搪瓷制品生产的过程中，如果钢中溶入了大量的氢原子，冷却后钢中的氢达到过饱和，那么氢就要向外扩散，而氢又很难在瓷层中扩散，这样就造成了氢在金属和瓷层之间积聚并以气体的形式存在。当氢气的压力足够大时，便会冲破瓷层而产生鳞爆。由于导致搪瓷制品产生鳞爆的氢主要是在酸洗和搪烧过程中进入钢板的，所以除了改进搪瓷生产工艺外，还应改善钢板本身的抗鳞爆性能。
作为增强溶氢能力的方法，可提高钢中两类氢陷阱的数量。一类是物理氢陷阱，一类是化学氢陷阱。位错、空位、晶界等都属于物理氢陷阱，化学氢陷阱则是一些与氢具有化学亲和力的夹杂物、析出相。Ti的析出相作为化学氢陷阱，在很早就被用在冷轧搪瓷钢中，如在有高冲压性能要求的冷轧深冲搪瓷钢中，Ti4C2S2、TiN、TiC等析出相作为氢陷阱起到重要的作用。另外Cu、B、RE等元素也被用于热轧和冷轧钢板中，用以形成具有捕氢作用的析出相。
目前改善冷轧搪瓷钢抗鳞爆性能的主要方法是通过添加适量合金元素，使其在钢板内形成氢陷阱，达到避免氢扩散产生鳞爆。
专利《超低碳冷轧深冲搪瓷钢及其生产方法》(公开号：CN101082107A)。该方法生产的超低碳冷轧深冲搪瓷钢的化学成分含量为：C：0.002％～0.005％，Si：0.004％～0.020％，Mn：0.08％～0.13％，P：0.006％～0.020％，S：0.01％～0.035％，Als：0.010％～0.040％，Ti：0.05％～0.09％，N≤0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质。与IF钢相比，本发明提高了Ti和S的含量，有利于钢在生产过程中析出Ti4C2S2第二相粒子，可有效固定和存储钢的H原子，使H原子不容易从钢中出来，使得搪瓷不会出现鳞爆。但此发明钛含量仍较低，无法保证碳、氮、硫均和钛形成足量第二相析出化合物，避免钢板鳞爆缺陷的发生。
发明《一种冷轧搪瓷用钢及其制造方法》(公开号：CN102899565A)。该方法生产的冷轧搪瓷钢化学成分含量为：C：0.002％～0.010％，Si≤0.03％，Mn：0.10％～0.40％，P≤0.015％，S：0.018％～0.035％，Als：0.020％～0.070％，N：0.004％～0.010％，T＝4C+3.42N+1.5S+△Ti，Nb：0.005％～0.05％，Cu：0.01％～0.05％，同时满足△Ti：0～0.02％，Nb+△Ti≥0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质。以氮环流工艺提高并精确控制钢中的氮含量，降低生产成本，提高抗鳞爆性和密着性，而此发明中氮含量较高，实际生产中较难实现精确控制，无法保证充分形成第二相析出化合物，避免鳞爆缺陷的发生。
发明《一种低碳搪瓷钢板及其制造方法》(公开号：CN105132806A)。该方法制造的低碳搪瓷钢板化学成分主要含有：C≤0.010％，Si≤0.03％，Mn≤0.60％，P≤0.025％，S≤0.035％，Al≤0.050％，N≤0.0080％，以及Fe和不可避免的杂质元素。本钢板控制氮、硫在合适的范围内，并控制一定含量的铝，保留一定量的碳，控制C、S的比例；并加入足量的钛，钢中残留适量的铜、铬、镍和钼以提高钢板的密着性能和抗鳞爆性能。此发明主要依靠钛与硫、碳、氮等元素形成不可逆氢陷阱来提高抗鳞爆性能，第二相析出物种类单一，如果钛的化合物形成及分布不能较好控制的情况下，容易使样板出现鳞爆缺陷。
目前改善冷轧搪瓷钢抗鳞爆性能的主要方法是通过添加适量合金元素(如Ti等)，使其在钢板内形成氢陷阱，达到避免氢扩散产生鳞爆，有效提高冷轧搪瓷钢的抗鳞爆性能。但此方法增加了生产成本，且仍然无法很大程度上提高冷轧搪瓷钢的抗鳞爆性能，完全避免爆瓷缺陷的发生。
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通过控制钢板的化学成分含量并优化连续退火生产工艺，促使钢板中析出大量析出相作为储氢陷阱，提高钢板的抗鳞爆性能的冷轧搪瓷钢及其制造方法。
本发明目的是这样实现的：
一种冷轧搪瓷钢，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.002％～0.006％、Si：0.010％～0.030％、Mn：0.10％～0.30％、P：≤0.015％、S：0.010％～0.030％、Al：0.010％～0.050％、N：0.0015％～0.0050％，Ti：0.060％～0.10％，还包括Mo：0.10％～0.50％、Ca：0.001％～0.003％、Mg：0.001％～0.003％的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明成分设计理由如下：
碳(C)：碳是强化元素，含碳量越高，钢板的强度越高，但塑性降低，加钛钢中，由于钛是强碳化物形成元素，碳极易和钛化合形成碳化钛、Ti4C2S2等，且颗粒较细，细小弥散的碳化钛颗粒不仅是良好的贮氢陷阱，提高抗鳞爆性能，而且碳化钛的析出强化能够提高钢板的强度。但是，如果钢中的含碳量过高，则由于碳是产生针孔缺陷的主要元素，在涂搪过程中会产生较严重的针孔缺陷，而且碳含量过高，钢的成形性和焊接性能变差，因此C含量范围控制在0.002％～0.006％。
硅(Si)：：硅是有害元素，通常以固溶形式存在于钢中，降低钢的韧性和延展性，且过高的硅含量会降低瓷釉与钢材的密着性。因此Si含量范围控制在0.010％～0.030％。
锰(Mn)：一定量的Mn存在于钢材中，会提高钢的韧性，使钢板具有良好的冲压性能，Mn还可以与S结合生成稳定的硫化锰作为第二相粒子析出，提高钢板贮氢性能，但锰含量过高，则搪瓷的密着性变差，容易产生气泡和黑点，因此Mn含量范围控制在0.10％～0.30％。
磷(P)：磷是一种有害元素，随含量增加而增加钢的脆性，使深冲性能变差，且磷容易在钢中的晶界上偏聚，在搪烧时产生气泡和黑点，影响搪瓷的表面质量，因此磷元素含量在钢中越低越好，范围控制在P≤0.015％。
硫(S)：硫一般来说在钢中都是有害元素，但在含钛的搪瓷钢中硫起着有益的作用。硫可以与锰形成硫化锰，还可以与碳、钛等形成硫化钛、硫碳化钛等二相粒子，有助于改善搪瓷钢的抗鳞爆性能。通过加钛还可以明显改善硫化锰的形态，避免形成单一的硫化锰夹杂，有利于提高成型性。因此S含量范围控制在0.010％～0.030％。
铝(Al)：铝是氧化物和氮化物形成元素，此类化合物夹杂有利于提高搪瓷钢的抗鳞爆性能，但是由于氧化铝夹杂的塑性差，大量的氧化铝夹杂会严重损害钢的加工性，同时影响连铸工序可浇性。因此Al含量范围控制在0.010％～0.050％。
氮(N)：氮是固溶元素，氮和钛、铝等都可以形成化合物，有利于提高搪瓷钢的抗鳞爆性能，但氮含量过高，高温时形成的氮化物颗粒往往较多且粗大，这些夹杂物的存在严重损害钢板的成形性。因此N含量范围控制在0.0015％～0.0050％。
钛(Ti)：钛是强碳、氮化物形成元素。钛既可以单独和碳、氮、硫形成化合物，也可以形成复合的化合物。钛固定碳、氮和硫以后会提高搪瓷钢的塑性和抗鳞爆性。钛与氧和氮可以在很高的温度下形成化合物，形成的化合物性能稳定，不易受热加工和搪瓷过程的影响，有利于提高钢板的密着性。因此Ti含量范围控制在0.060％～0.10％。
钼(Mo)：钼在钢中可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，当含量较低时，可以铁、碳形成复合的渗碳体，含量较高时可形成钼的特殊碳化物。钼对铁素体有固溶强化作用，同时也提高碳化物的稳定性，从而提高钢的抗鳞爆性能。因此Mo含量范围控制在0.10％～0.50％。
钙(Ca)：钢中加入微量元素钙，可生成钙的氧化物和硫化物，改变了钢中硫化物的性质和形状，此类化合物弥散分布，有细化晶粒的效果，使非金属夹杂物更细小均匀，提高钢的抗鳞爆性。因此Ca含量范围控制在0.001％～0.003％。
镁(Mg)：钢中添加镁可以细化夹杂物，并对氧化物、硫化物进行有效变质，反应产物不易聚合成大的簇团，使其均匀弥散分布，提高钢的氢渗透性能因此Mg含量范围控制在0.001％～0.003％。
本发明技术方案之二是提供一种冷轧搪瓷钢的制造方法，包括铁水预处理－转炉冶炼－精炼－连铸－热轧－冷轧－连续退火，
热轧：加热温度：1100～1250℃，终轧温度：850～960℃，卷取温度：650～750℃。
热轧工序采用较高的加热温度，可使钢中的奥氏体组织均匀化，还可以促进钢坯中已析出的钛化合物如TiS、Ti4C2S2、TiC等充分溶解，在热轧和冷却过程中，它们会以化合物的形式重新析出，呈细小弥散状态分布在基体中形成氢陷阱，提高钢板的抗鳞爆性能。采用较高的终轧温度和卷取温度，可使钢板在轧制和卷取过程中发生奥氏体组织向铁素体组织的转变，并完成铁素体组织再结晶和晶粒长大。
连续退火：退火温度：700～900℃，保温时间：60～240s，缓冷温度：650～720℃，快冷温度：350～430℃，过时效段温度：300～450℃。
钢板经连续退火工序，实现钢板中铁素体组织的再结晶，晶粒长大和再结晶织构的发展。退火时的主要工艺参数包括温度和时间，采用较高的退火温度，可促进有利织构的发展，也保证冷轧组织完成再结晶和晶粒的充分长大，以提高成品的成形性。；过时效段温度选择主要是使钢中析出大量渗碳体作为储氢陷阱，提高抗鳞爆性能。
本发明的有益效果在于：本发明通过控制钢板的化学成分含量并优化连续退火生产工艺，促使钢板中析出大量析出相作为储氢陷阱，实现冷轧搪瓷钢优良的抗鳞爆性能、密着性能和成型性能，制造过程采用连续退火的方法进行，工艺简单，成本较低。
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，进行铁水预处理－转炉冶炼－精炼－连铸－热轧－冷轧－连续退火。
热轧：加热温度：1100～1250℃，终轧温度：850～960℃，卷取温度：650～750℃。
连续退火：退火温度：700～900℃，保温时间：60～240s，缓冷温度：650～720℃，快冷温度：350～430℃，过时效段温度：300～450℃。
本发明实施例钢的成分见表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指标见表3。
表1本发明实施例钢的成分(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指标
备注：鳞爆TH值＝tb/d2，其中tb为氢气扩散时间，单位：min，d为实施例钢板厚度，单位：mm。氢扩散系数D＝L2/6tL，其中L为实施例钢板厚度，单位为cm，tL为氢扩散滞后时间，单位：s。
采用CS350双电解池测试装置对表面镀镍处理后的实施例样板进行氢渗透性能测试，并计算鳞爆特征TH值及氢扩散系数，以此来判断实施例样板抗鳞爆性能的优劣，研究认为TH值越大，抗鳞爆性能越好，且TH值≥6.8，可避免鳞爆缺陷的发生，氢扩散系数越小，样板抗鳞爆性能越好。由表3数据可见实施例样板抗鳞爆性能优异，未出现鳞爆缺陷。
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (2)
1.一种冷轧搪瓷钢，其特征在于，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.002％～0.006％、Si：0.010％～0.030％、Mn：0.10％～0.30％、P：≤0.015％、S：0.010％～0.030％、Al：0.010％～0.050％、N：0.0015％～0.0050％，Ti：0.060％～0.10％，还包括Mo：0.10％～0.50％、Ca：0.001％～0.003％、Mg：0.001％～0.003％的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的一种冷轧搪瓷钢的制造方法，包括铁水预处理－转炉冶炼－精炼－连铸－热轧－冷轧－连续退火，其特征在于：
热轧：加热温度：1100～1250℃，终轧温度：850～960℃，卷取温度：650～750℃。
连续退火：退火温度：700～900℃，保温时间：60～240s，缓冷温度：650～720℃，快冷温度：350～430℃，过时效段温度：300～450℃。
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