CN111057828A - 一种高氧搪瓷钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高氧搪瓷宽钢带及其生产方法，通过炼钢工艺改进，设计热轧低温终轧、低温卷取，以较大的冷轧压下率，经合适退火工艺处理后，控制晶内夹杂物类型及夹杂物大小，夹杂物主要是以MnS、AL₂O₃等为主，夹杂物颗粒大小控制在≤5μm以下，提高了基体的抗鳞爆性能，同时获得一定的加工变形性能与表面质量。本发明生产的抗鳞爆性能、密着力和力学性能良好的高氧搪瓷钢，其屈服强度为大于160MPa，抗拉强度达到300MPa以上，伸长度(A80)≥35％。采用本发明方法，即使不添加合金元素，炼钢按单联工艺路线，也能得到抗鳞爆性能和力学性能良好的搪瓷钢，有良好的降本增效能力和市场潜力。

Description

一种高氧搪瓷钢及其生产方法

技术领域

本发明属于金属成形技术领域，具体涉及一种高氧搪瓷钢及其生产方法。

背景技术

搪瓷钢产生鳞爆的主要原因是搪瓷制胚在高温烧结时，瓷浆内的结晶水与钢板表面的铁、碳反应生成原子氢，原子氢向钢中扩散，以原子或分子的形式溶解于铁，或吸附在钢中的组织孔隙、晶界位错、基体与非金属夹杂物之间的空位处等，当搪瓷板冷却时氢在钢中的溶解度急剧下降，如果钢中没有足够的吸氢场所，氢原子会大量逸出，最后氢原子在瓷层与钢板之间穴处以氢分子形式聚集产生压力，最后大到足够使瓷层破裂。产生氢的主要反应式如下：

H₂O+Fe→FeO+2H

H₂O+C→CO+2H

氢可以从钢板的制造过程、瓷釉中的水、搪瓷炉窑中的空气中产生。

在炼钢工序成份控制中C、N、H含量偏高，易造成鳞爆。

鳞爆是因为氢气在涂搪冷却时释放所引起的。要防止鳞爆，钢中必须含有足量的夹杂物和空穴。夹杂物有利于提高抗鳞爆性能，原因在于在夹杂物周围存在微小空洞，这些微小空洞起着捕捉氢的作用，成为氢陷阱。但是夹杂物会损害钢板的成型性能，不同类型的夹杂物以及不同尺寸分布的夹杂物的影响也不尽相同。因此为了提高钢板的抗鳞爆性能同时又确保具有一定的成型性，改善钢板内部组织和控制内部夹杂物及其尺寸是非常重要的。

高氧搪瓷钢属于沸腾钢，高氧搪瓷冷轧钢带因良好的抗鳞爆性、密着性及一定的加工性能而广泛应用于电力、环保等制造行业，市场需求量大。目前，市场供应的大多数是深冲性搪瓷钢板替代环保行业用搪瓷钢，生产成本高，且强度低，易导致使用过程中的非预期变形。

深冲用搪瓷钢制造方法是通过炼钢添适量的合金元素，并严格控制生产工艺，达到即具有高的延伸率，又具有较好的n值和r值，生产成本高。

目前有关搪瓷钢生产的现有技术为：

CN102251192A公开了一种搪瓷钢的制备方法，其按重量百分比计的化学成分为：C≤0.05％，Si≤0.10％，Mn≤0.50％，P≤0.02％，S≤0.035％，Al:0.031-0.10％，N≤0.015％，0≥0.001％，B:0.0003-0.02％，Cu:0.01-0.05％，还含有Nb：0.01-0.1％，V：0.01-0.1％，Ti:0.01-0.15％中的一种或两种以上，其中总量控制在0.01-0.3％；其余为Fe和不可避免的杂质元素。

CN101684532A公开了一种冷轧热水器用搪瓷钢的生产方法，其按重量百分比计的成分为：C≤0.01％-0.08％，Si≤0.03％，Mn0.1％-0.6％，P≤0.02％，S0.003％-0.02％，Al:0.015-0.08％，N0.001-0.006％，0≥0.001％，Ti0.02-0.12％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。这种搪瓷钢具有良好的成型性、涂搪性、耐压性和可焊接性及抗鳞爆性能，并且搪烧后屈服强度稳定。

CN107916371A公开了搪瓷钢的生产方法，其按重量百分比计的成分为：C≤0.01％-0.07％，Si≤0.05％，Mn0.1％-0.6％，P≤0.03％，S≤0.025％，Als:0.015％-0.07％，N≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。采用罩式退火，退火温度为690-730℃。不添加合金元素，用成本低廉的低碳铝镇静钢进行生产，这种搪瓷钢具有抗鳞爆性能和力学性能良好。

CN1045813A公开了搪瓷用钢板及其制造方法，其按重量百分比计的化学成分为：C≤0.0025％，Mn≤0.50％，B:0.007-0.02％，P≤0.02％，Al≤0.01％，N：0.005-0.02％，0：0.008-0.02％，Cu:0.01-0.07％，Se：0.0001-0.1％，余量是Fe和不可避免的杂质。或C≤0.005％，Mn≤0.50％，B:0.007-0.02％，P≤0.02％，Al≤0.01％，N：0.005-0.02％，0：0.008-0.02％，Cu:0.01-0.07％，至少一种不大于0.05％的Ti和不大于0.05％Nb,且Ti和Nb的总量为0.001-0.05％，Se：0.0001-0.1％，余量是Fe和不可避免的杂质。

然而，上述方法或在钢水中添加合金成分，以提高所得搪瓷钢的抗鳞爆性能和力学性能，导致生产成本过高。或采用铝镇静钢采用罩退方法，但其产品均匀性差些。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高氧搪瓷钢及其生产方法，通过不加合金的冶炼方法控制钢质内部夹杂物类型,夹杂物数量及晶粒度的大小来增加带钢的储氢能力，提高带钢的抗鳞爆性，同时通过控制夹杂物类型及合适的尺寸来获得所需要的加工成型性。本发明所生产的搪瓷钢具有良好的压力成型性和改进的搪瓷性能。

本发明具体技术方案如下：

一种高氧搪瓷钢的生产方法，包括以下步骤：

1)钢水铸造成坯；

2)热轧；

3)酸轧；

4)连续退火。

进一步的，所述钢水包括以下成分：C、Si、Mn、P、S、Als、N、T.O、Fe和不可避免的杂质。其中Als表示钢水中的酸溶铝。T.O为钢水中的全部氧成份的含量，包括以氧化物形式存在的氧的含量。

优选的，所述钢水成分包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.01％，Si≤0.015％，Mn 0.15-0.50％、P≤0.015％，S 0.02-0.03％，Als≤0.005％，N≤0.005％，T.O>200ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，步骤1)中，钢水铸造成坯包括以下工艺流程：铁水→铁水预处理KR→转炉→吹氩→LF炉精炼→RH控制炉→连铸浇注→精整→冷送。

进一步的，步骤1)所述钢水铸造成坯，包括以下步骤：

铁水预处理KR：将铁水硫控制在0.01-0.025％范围内。

转炉：利用氧枪顶吹实现高效脱碳、化学能向热能的转换。将铁水中磷控制在不超过0.03％的范围内，出钢进行渣洗。

LF精炼炉：调整温度，将出站温度控制在1600-1640℃的范围内。

RH控制炉：将真空度控制67Pa以下20分钟以上，深脱碳，用铝控制氧，将钢水游离氧控制在100-200ppm以的范围内，纯脱气时间3分钟以上。

连铸浇注：全程保护浇注，过热度控制在20-45℃的范围内。

钢水成分包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.01％，Si≤0.015％，Mn 0.15-0.50％，P≤0.015％，S 0.02-0.03％，Als≤0.005％，N≤0.005％，T.O>200ppm，钢水游离氧控制在100-200ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选的，所述钢水中S和T.O的比例控制在0.8-1.2的范围内。

步骤2)所述热轧，具体为：加热至1080-1150℃进行粗轧，终轧温度为790-830℃，冷却到540-600℃进行卷取，得到热轧卷。成品带钢获得较理想的晶粒度，一般控制在7.0-9.5级之间，较低的鳞爆量及较好的成形性能。

步骤3)所述酸轧方法为：将经过热轧的钢材进行酸洗，冷连轧。

进一步的，所述冷连轧压下率为75％-85％，优选地，冷轧压下率为82.5％。大的压下率有利于提高退火后的r值，并且可增加许多储氢陷阱，提高带钢的抗鳞爆性能。

进一步的，步骤4)所述连续退火温度为：800-830℃，优选地，退火温度820℃。

本发明控制各元素含量及作用如下：

碳(C)：控制在0.01％以下，钢中的碳大部分以Fe₃C形式存在，高温时Fe₃C分解析出游离碳，后者与窑内水汽等作用生成的CO、CO₂、H₂等，由此引起针孔、气泡、“麟爆”等缺陷。含碳量越高，搪烧时产生的有害气体也就越多，危害性也就越大,因而钢中碳含量越低越好；

锰(Mn)：控制在0.15-0.50％的范围内。锰是一种非常弱的脱氧剂，在碳含量非常低、氧含量很高时，可以显示出脱氧作用，协助脱氧，提高他们的脱氧能力，锰还可以提高钢的强度；与钢中硫结合形成MnS夹杂物。

硅(Si)：Si≤0.015％。钢中加入少量的硅，由于其与铁原子半径相差较大，易形成晶格畸变区，经过大压下破碎增加晶格畸变区数目，再结晶退火后，阻止氢扩散的晶界增加，提高抗鳞爆性能；

氧(O)：钢水游离氧控制在100-200ppm范围内，T.O控制在200ppm以上。钢中控制上述氧含量，使钢内部结构疏松，搪瓷密着性好，不易产生鳞爆；

硫(S)：钢中添加0.020-0.03％的硫，与钢中锰形成MnS夹杂物，增加储氢陷阱，提高抗鳞爆性能；

本发明通过步骤1)钢水铸造成坯的工艺，控制钢水中的游离O、S、Mn等成分，在晶界形成MnS、MnO夹杂物为主的塑性夹杂物，通过步骤2)热轧、步骤3)酸轧轧制成长条链状夹杂物，增加夹杂物表面积，提高氢陷阱数量，达到预防鳞爆的目的。

本发明提供的一种高氧搪瓷钢，通过上述方法生产得到。夹杂物主要是以MnS、MnO等为主，少量AL₂O₃，夹杂物颗粒大小控制在≤5μm。MnS和MnO主要在浇注凝固过程中形成，钢水中S和T.O的比例控制在0.8-1.2，可以得到30％左右的硫化物。由于硫化锰和硫化铁的熔点低于1500℃以下，硫化锰和硫化铁的析出主要在连铸浇注过程完成。钢水中含有100-200ppm的游离氧，在钢水凝固过程形成气泡，促进硫化物夹杂成核。气泡与钢水形成对流运动，减少硫化物偏析，形成50μm以下的MnS。经过轧制以后，可以得到≤5μm连串的夹杂物，且夹杂物总面积占基体面积1-4％，这是储氢陷阱所必须的。

与现有技术相比，本发明通过炼钢工艺改进，设计热轧低温终轧、低温卷取，以较大的冷轧压下率，经合适退火工艺处理后，控制晶内夹杂物类型及夹杂物大小，夹杂物主要是以MnS、MnO为主，少量Al₂O₃，夹杂物颗粒大小控制在≤5μm以下，提高了基体的抗鳞爆性能，同时获得一定的加工变形性能与表面质量。本发明生产的抗鳞爆性能、密着力和力学性能良好的高氧搪瓷钢，其屈服强度为大于160MPa，抗拉强度达到300MPa以上，伸长度(A80)≥35％。采用本发明方法，即使不添加合金元素，炼钢按单联工艺路线，也能得到抗鳞爆性能和力学性能良好的搪瓷钢，有良好的降本增效能力和市场潜力。

附图说明

图1为实施例1所得搪瓷钢的显微组织图；

图2为实施例2所得搪瓷钢的显微组织图；

图3为实施例1所得搪瓷钢的内部夹杂物形貌图；

图4为实施例1夹杂物能谱图；

图5为实施例1夹杂物成分；

图6实施例2所得搪瓷钢的内部夹杂物形貌图；

图7为实施例1夹杂物能谱图；

图8为实施例1夹杂物成分；

图9为实施例1所得搪瓷钢的密着力图；

图10为实施例2所得搪瓷钢的密着力图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种高氧搪瓷钢的生产方法，包括以下步骤：

1)钢水铸造成坯包括以下工艺流程：铁水→铁水预处理KR→转炉→吹氩→LF炉精炼→RH控制炉→连铸浇注→精整→冷送。

具体为：

铁水预处理KR：铁水出站硫为0.017％。

转炉：利用氧枪顶吹实现高效脱碳、化学能向热能的转换。转炉终点磷为0.021％，出钢进行501kg石灰，58kg萤石渣洗。

LF精炼炉：调整温度，出站温度为1625℃。

RH控制炉：真空度67Pa以下保持21分钟，深脱碳，出站碳为0.0024％，用铝控制氧，出站钢水游离氧为140ppm，纯脱气时间5分钟。

连铸浇注：全程保护浇注，过热度在26-42℃之间。

最终钢水包括化学成份为如下表1所示；

表1实施例1钢水成分质量百分比：wt％

2)热轧：将板坯加热至1094℃进行粗轧，终轧温度为806.8℃，冷却到552℃进行卷取。

3)酸轧：酸洗，冷连轧，酸洗浓度为：1#60％HCl，2#100％HCl，3#160％HCl。温度分别为：1#80℃，2#80℃，3#75℃，轧制压下率为：78.5％，冷轧钢带厚度为0.75mm。

4)连续退火：将上述冷轧薄钢带进行连续退火，退火温度为820±10℃，平整延伸率为1.0％。

实施例1所生产的产品的横向力学性能如表3所示，显微组织如图1所示，晶粒度8.0级，夹杂物主要成份为MnS，具体见下图3-图5，夹杂物大小均控制在≤5μm以下，总的夹杂物在组织中占2％。通过氢渗透试验，氢渗透时间为12.25min，进行涂搪试制，涂层密着性良好且无鳞爆现象，见图9。

实施例2

一种高氧搪瓷钢的生产方法，包括以下步骤：

1)钢水铸造成坯包括以下工艺流程：铁水→铁水预处理KR→转炉→吹氩→LF炉精炼→RH控制炉→连铸浇注→精整→冷送。

具体为：

铁水预处理KR：铁水出站硫为0.021％。

转炉：利用氧枪顶吹实现高效脱碳、化学能向热能的转换。转炉终点磷为0.026％，出钢进行498kg石灰，74kg萤石渣洗。

LF精炼炉：调整温度，出站温度为1631℃。

RH控制炉：真空度67Pa以下保持21分钟，深脱碳，出站碳为0.0018％，用铝控制氧，出站钢水游离氧为142ppm，纯脱气时间4.5分钟。

连铸浇注：全程保护浇注，过热度在21-40℃之间。

最终所得钢水的化学成份为如下表2所示；

表2实施例2钢水成分质量百分比，wt％

2)热轧：将板坯加热至1100.5℃进行粗轧，终轧温度为811.2℃，冷却到600℃进行卷取。

3)酸轧：将热轧坯进行酸洗、连轧，酸洗浓度为：1#62.5％HCl，2#105％HCl，3#170％HCl。温度分别为：1#82℃，2#78.5℃，3#75℃。轧制压下率为：78.5％。冷轧钢带厚度为0.75mm。

4)连退工艺：将上述冷轧薄钢带进行连续退火，退火温度为820±10℃，平整延伸率为1.0％，其成品的横向力学性能如表3所示，显微组织如图2所示，晶粒度7.0级，夹杂物主要成份为MnO，还有MnS，具体见图6-图8，夹杂物大小均控制在≤5μm，总的夹杂物在组织中占3％。通过氢渗透试验，氢渗透时间为11.44min，进行涂搪试制，涂层密着性良好且无鳞爆现象，见图10。

表3实施例1和实施例2制备的搪瓷钢板的力学性能

编号	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率A80(％)	n值	r值
						实施例1	190	314	42.5	0.21	1.75
实施例2	171	300	47.5	0.22	1.7

本发明生产的高氧搪瓷钢抗鳞爆性能和力学性良好，不添加合金，成本低，有良好的降本增效能力和市场潜力。

Claims (10)

1.一种高氧搪瓷钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：

1)钢水铸造成坯；

2)热轧；

3)酸轧；

4)连续退火；

步骤2)所述热轧，具体为：加热至1080～1150℃进行粗轧，终轧温度为790～830℃，冷却到540～600℃进行卷取，得到热轧卷。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤3)所述酸轧方法为：将经过热轧的钢材进行酸洗，冷连轧；所述冷连轧压下率为75％-85％。

3.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，步骤4)所述连续退火温度为：800-830℃。

4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述钢水成分包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.01％，Si≤0.015％，Mn 0.15-0.50％、P≤0.015％，S 0.02-0.03％，Als≤0.005％，N≤0.005％，T.O>200ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

5.根据权利要求1或4所述的生产方法，其特征在于，所述钢水成分包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.01％，Si≤0.015％，Mn 0.15-0.50％，P≤0.015％，S 0.02-0.03％，Als≤0.005％，N≤0.005％，T.O>200ppm，钢水游离氧控制在100-200ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

6.根据权利要求1或4所述的生产方法，其特征在于，钢水中S和T.O的比例控制在0.8-1.2。

7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤1)所述钢水铸造成坯，包括以下步骤：

铁水预处理KR：将铁水硫控制在0.01-0.025％范围内；

转炉：将铁水中磷控制在不超过0.03％的范围内，出钢进行渣洗；

LF精炼炉：将出站温度控制在1600-1640℃的范围内；

RH控制炉：将真空度控制67Pa以下20分钟以上，深脱碳，用铝控制氧，将钢水游离氧控制在100-200ppm以的范围内，纯脱气时间3分钟以上；

连铸浇注：全程保护浇注，过热度控制在20-45℃的范围内。

8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所生产的高氧搪瓷钢夹杂物以MnS、MnO为主。

9.根据权利要求1或8所述的生产方法，其特征在于，所生产的高氧搪瓷钢中夹杂物为≤5μm连串的夹杂物，夹杂物总面积占基体面积1-4％。

10.一种权利要求1-9任一项所述生产方法生产得到的高氧搪瓷钢。

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