CN111411303A - 一种超深浴缸用超低碳搪瓷钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超深浴缸用超低碳搪瓷钢及其生产方法，由以下重量百分比成分组成：0.0015％≤C≤0.0040％，0.10％≤Mn≤0.30％，Si≤0.020％，P≤0.015％，0.020％≤S≤0.040％，0.02％≤Als≤0.050％，0.10％≤Ti≤0.13％，0.0040％≤N≤0.0120％，余量为Fe和其他残余微量元素；一种超深浴缸用超低碳搪瓷钢的生产方法，包括炼钢工序、热轧工序、酸洗工序和连退工序，连退工序包括清洗控制单元、温度控制单元和平整控制单元；具有良好的抗挠性、抗鳞爆性及搪瓷密着性等综合性能，满足超深浴缸用搪瓷钢板的严苛要求；全流程制造成本低廉，生产过程简单易控。

Description

一种超深浴缸用超低碳搪瓷钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及金属材料加工领域，尤其涉及一种超深浴缸用超低碳搪瓷钢及其生产方法。
背景技术
随着生活水平的快速提升，集沐浴与养生功能为一体的超深浴缸产品已广泛应用于私人住宅、高档酒店等场所。目前主流的超深浴缸均采用铸铁、搪瓷专用钢板和亚克力材料制作，其中钢板浴缸具有重量适中、易成型、造价低的特点，因其表面为搪瓷涂层，便于清洁、不易褪色且光泽持久，故在与各类浴缸产品的竞争中始终保持较强的性价比优势。
钢板浴缸一般是用3.0mm以下厚度的钢板冲压成型，再经双面搪瓷后烧制而成，其冲压深度一般在355mm以上，尤其是市场上广受欢迎的超深浴缸，其冲压深度一般在470mm甚至500mm以上，这就要求钢板具有优异的冲压成型性(与DC04等超深冲IF钢同级别、屈服强度＜160MPa)、性能均匀性及稳定性(屈服强度波动＜±15MPa)。同时，由于成型后一般采用湿法双面涂搪工艺，超深浴缸用钢板还近乎苛刻地要求钢板应具有良好的抗鳞爆性、搪瓷密着性等，因而在该类钢板大工业应用过程中，经常出现局部冲压开裂或表面搪瓷不良等质量问题，加之钢板浴缸产品以性价比立足市场，类似缺陷的频发严重影响了下游加工企业的生产效益。
CN 109694999 A公开了一种冷轧搪瓷钢及其制造方法，搪瓷钢的化学成分重量百分比如下：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％；还含有Mo：0.10～0.50％、Ca：0.001～0.003％、Mg：0.001～0.003％中的一种或几种。该专利N和Ti含量较低，主要依靠添加Mo、Ca、Mg等金属元素提高抗鳞爆性能，一是生产成本较高，二是大幅增加了钢板的强度(实施例中屈服强度增加至172MPa以上)，严重损害其超深冲性能，不能满足超深浴缸用搪瓷钢的使用要求。
CN 102251174 A公开了一种冷轧搪瓷钢及其冷轧板的制造方法，其化学成分重量百分比如下：C：≤0.004％；Si：≤0.03％；Mn：≤1.0％；P≤0.035％；S≤0.050％；Al：≤0.030％；B：0.0003～0.010％；N：≤0.015％；O：0.005～0.05％；Ti：0.005％～0.20％；还含有Cu：0.01～0.20％，Cr：0.01～0.20％，Ni：0.01～0.20％，Mo：0.01～0.20％中的一种或两种以上。该专利产品属于高氧搪瓷钢，成分中添加了大量O元素和Cu、Cr、Ni、Mo等金属元素，炼钢过程控制困难且钢板内部易生成大量夹杂物，不利于超深冲压成形，同时又添加了B元素，生产成本过于高昂，不能满足超深浴缸用搪瓷钢的使用要求。
CN 106560523 B公开了韩国浦项钢铁申请的搪瓷钢专利产品——一种搪瓷用冷轧钢板及其制造方法，其以重量％计组成为C：0.005％以下；Mn：0.05％～0.3％；Al：0.005％以下；P：0.03％以下；S：0.02％以下；Si：0.01％以下；Ti：0.005％～0.01％；Y：0.01％～0.02％；N：0.003％；余量为Fe及其他不可避免的杂质。该专利产品属于Ti-Y复合氧化物搪瓷钢(不加Al脱氧)，成分中添加了大量稀土Y元素，由于铁矿石原料差异及成本原因，并不适合我国主流钢铁企业批量生产冷轧搪瓷钢。
CN 1704494 A公开了一种具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢及其制造方法，其组成的成分配比为：碳≤0.005％，硅≤0.030％，锰0.10～0.30％，磷≤0.015％，硫0.010～0.050％，铝0.020～0.050％，氮0.004～0.015％，钛＝4C+3.42N+1.5S+0.02～0.04％，余量为铁和其他不可避免的杂质；并且控制0.01％≤C+0.5S+0.886N≤0.03％。该专利产品是以罩式退火的工艺批量生产(退火温度680～750℃)，未涉及以目前主流生产工艺——连续退火的工艺生产搪瓷钢，且罩式退火搪瓷钢产品表面质量等级较低、性能均匀性较差(实施例中屈服强度123～160MPa)，难以满足超深浴缸用搪瓷钢的使用要求。
CN 101082107 A公开了一种超低碳冷轧深冲搪瓷钢及其生产方法，其化学成分和重量百分比含量为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及不可避免杂质。该搪瓷钢Ti含量仅相当于普通的IF深冲钢成分，又未添加N元素，仅依靠添加少量的S元素，虽深冲性能良好，但抗鳞爆性能较差，不能完全满足超深浴缸湿法双面搪的要求。
CN 107326268 A公开了一种经济型深冲冷轧搪瓷用钢及生产方法，其化学成分和重量百分比含量为C：0.005～0.015％、Si≤0.030％、Mn：0.15％～0.25％、P≤0.020％、S：0.010～0.020％、Al：0.030％～0.060％、N≤0.0040％。该搪瓷钢实际属于一般冲压用低碳系列搪瓷钢，其屈服强度大于160MPa，冲压性能一般，完全不能满足超深浴缸超深冲成型的要求。
CN 107868908 A公开了一种深冲双面干法涂搪用冷轧搪瓷钢及生产方法，化学成分重量百分比为：C：0.0015～0.0060％、Si:0.010～0.030％、Mn：0.12％～0.20％、P≤0.015％、S:0.008％～0.015％、Ti：0.060％～0.100％、Al：0.015％～0.040％、N：0.0050％～0.011％，其余为Fe及不可避免的杂质。该专利产品中Ti含量较低，又未添加S元素，钢板组织中缺少TiS等二相粒子导致抗鳞爆性能不足，且其屈服强度150～180MPa、r值偏低，该产品适用于某些浅冲或普通深冲成型零件的干法搪涂，难以完全满足超深浴缸超深冲成型、湿法双面搪瓷的严苛要求。
因此，如何在提高超深浴缸用超低碳搪瓷专用钢冲压成型性能的同时，兼顾提高其抗挠性、抗鳞爆性及瓷层密着性等加工性能，以保障浴缸产品的综合产成率、增强钢板浴缸产品的市场竞争力、提升下游加工企业的经济效益,是当前本领域技术人员亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超深浴缸用超低碳搪瓷钢及其生产方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超深浴缸用超低碳搪瓷钢，由以下重量百分比成分组成：0.0015％≤C≤0.0040％，0.10％≤Mn≤0.30％，Si≤0.020％，P≤0.015％，0.020％≤S≤0.040％，0.02％≤Als≤0.050％，0.10％≤Ti≤0.13％，0.0040％≤N≤0.0120％，余量为Fe和其他残余微量元素。
一种超深浴缸用超低碳搪瓷钢的生产方法，包括炼钢工序、热轧工序、酸洗工序和连退工序，所述连退工序包括清洗控制单元、温度控制单元和平整控制单元；
炼钢工序为入炉的铁水全部KR扒渣处理，控制残留S在0.015～0.030％，转炉全程氮气底吹，RH精炼在真空度2000～6000Pa，下环流吹氮时间≥10min，连铸采用超低碳碱性覆盖剂，板间吹氩流量2～12L/min、液面波动±3mm，不低于0.9m/min恒拉速浇注，头、尾坯深扒皮处理；
热轧工序生产前开展除鳞打击板实验，低温加热、缩短在炉时间，板坯出炉温度1210±30℃、在炉时间160～240min，采用U型卷取，头尾部30米内卷取温度720±30℃，中部680±30℃；
酸洗工序为运行速度150～220mpm，生产前2小时添加1‰～5‰的酸洗缓蚀剂；冷轧总压下率为54.5％～89.1％；控制轧后钢板表面反射率≥70％，单面残油量≤250mg/m2，残铁≤50mg/m2，轧后在线打磨钢板表面。
具体的是，所述清洗控制单元为控制清洗段有效碱浓度≥90％，清洗后钢板表面反射率≥90％；炉内氢含量3％～7％，氧含量≤10ppm，炉压200～400Pa；
温度控制单元为均热温度控制在820±20℃；
平整控制单元的Ra＝2.5～3.5um，Rpc＞100/cm，平整延伸率0.8～1.3％。
本发明具有以下有益效果：搪瓷钢板屈服强度在130MPa～150MPa，且通卷全长屈服强度波动≤±6MPa；表面微观形貌粗糙，色泽均匀；搪瓷钢板具有优良冲压成型性，同时兼有良好的抗挠性、抗鳞爆性及搪瓷密着性等综合性能，完全满足超深浴缸用搪瓷钢板的严苛要求。
成分设计上除Ti元素外不额外添加其他贵重金属元素，工艺设计上接近IF钢、便于批量生产组织，全流程制造成本低廉，生产过程简单易控，本发明在主流钢厂具备大批量推广应用前景。
附图说明
图1是本发明的搪瓷钢的成型极限图。
图2是本发明的搪瓷钢的第二相粒子微观形貌图(一)。
图3是本发明的搪瓷钢的第二相粒子微观形貌图(二)。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3，一种超深浴缸用超低碳搪瓷钢产品的成分设计：0.0015％≤C≤0.0040％，0.10％≤Mn≤0.30％，Si≤0.020％，P≤0.015％，0.020％≤S≤0.040％，0.02％≤Als≤0.050％，0.10％≤Ti≤0.13％，0.0040％≤N≤0.0120％，余量为Fe和其他残余微量元素。
本发明的成分设计理论基础为：在广泛规模生产的超深冲IF钢的纯净成分中，科学添加适量第二相粒子形成元素，在不损害钢板超深冲性能的同时提高其抗鳞爆性能；C含量过低时钢板TiC粒子过少，抗鳞爆性能弱化；C含量过高时有利织构生成受阻，超深冲性能大幅降低，同时抗挠性和抗针孔性能也会明显降低，故设计0.0015％≤C≤0.0040％；S含量过低时TiS及Ti4C2S4粒子过少，抗鳞爆性能弱化，S含量过高时钢板热脆倾向加剧，轧制中易出裂纹，故设计0.020％≤S≤0.040％；N含量过低时TiN及Ti(CN)粒子过少，抗鳞爆性能较差，N含量过高时钢板强度急剧升高，超深冲性能大幅降低，故设计0.0040％≤N≤0.0120％，配合添加适量的Ti元素，以完全固定钢中的间隙原子，由此获得优异的深冲性能和非时效性；同时，Ti元素的引入会促进钢板内第二相粒子的大量生成，有效增强钢板的抗鳞爆性能。理论表明，应添加Ti≥3.43N+1.5S+4C，但过剩Ti*控制在0.02～0.05％wt为最佳，原因是过高的Ti会阻碍IF钢的再结晶进程，提高其再结晶温度，损害退火有利织构，不利于冲压性能的提升，且对搪瓷密着性能有害，故设计0.10％≤Ti≤0.13％；微量的Mn能保证基体抗拉强度≥270MPa；适量的Al能保证脱氧完全；尽可能低的Si、P能保证钢板的超深冲成型性能。
本发明实施例提供的一种超深浴缸用超低碳搪瓷钢生产方法，包括：
(1)炼钢工序：入炉铁水全部KR扒渣处理，控制残留S在0.015～0.030％，后工序无需添加硫合金；转炉全程氮气底吹，RH精炼在真空度2000～6000Pa下环流吹氮时间≥10min，后工序无需添加氮合金；连铸采用超低碳碱性覆盖剂，板间吹氩流量2～12L/min、液面波动±3mm，不低于0.9m/min恒拉速浇注，头、尾坯深扒皮处理，保证铸坯表面及内部质量。
(2)热轧工序：生产前开展除鳞打击板实验，低温加热、缩短在炉时间，板坯出炉温度1210±30℃、在炉时间160～240min，避免热轧板表面氧化铁皮缺陷的同时促进细小第二相粒子的析出；采用U型卷取，头尾部30米内卷取温度720±30℃，中部680±30℃，确保得到均匀的铁素体晶粒以及尺寸合适的稀疏分布的第二相粒子，并显著提高通板性能均匀性。
(3)酸洗工序：运行速度150～220mpm，生产前2小时添加1‰～5‰的酸洗缓蚀剂，增加钢板表面光泽度，降低钢板表面吸入H含量；冷轧总压下率为54.5％～89.1％，大压下提升成品深冲性能的同时细化二相粒子、增加晶界处捕H空穴数量；控制轧后钢板表面反射率≥70％，单面残油量≤250mg/m2，残铁≤50mg/m2，提升板面清洁性；轧后在线打磨钢板表面，确认无明显棱线等缺陷。
(4)连退工序：控制清洗段有效碱浓度≥90％，清洗后钢板表面反射率≥90％；炉内氢含量3％～7％，氧含量≤10ppm，炉压200～400Pa，提高钢板表面光亮度。
(5)连退工序：均热温度控制在820±20℃，中高温退火防止晶粒异常长大或晶粒不均，确保成品深冲性能的同时进一步提升通板性能均匀性，还能控制第二相粒子的回熔长大，提高抗鳞爆性能。
(6)连退工序：平整工作辊Ra＝2.5～3.5um，Rpc＞100/cm，平整延伸率0.8～1.3％，可对轻微的钢板表面缺陷形成较好的遮盖效果，又能使钢板平整、表面微观形貌粗糙，提高搪瓷密着性能。
以下通过具体实施例对本发明做进一步的说明。
表1搪瓷钢综合性能指标
Figure BDA0002445085610000051
表2搪瓷钢冶炼成分(wt,％)
名称 C Mn Si P S Als Ti N
实施例1 0.0030 0.15 0.010 0.012 0.025 0.029 0.103 0.0079
实施例2 0.0022 0.16 0.005 0.010 0.034 0.039 0.110 0.0085
实施例3 0.0032 0.18 0.008 0.009 0.035 0.033 0.105 0.0092
对比实施例1 0.0028 0.11 0.008 0.008 0.009 0.025 0.075 0.0028
实施例1的冶炼成分控制如表2。
实施例1的生产方法如下：
炼钢工序：KR脱S至0.020％，RH精炼在真空度3000～4000Pa下环流吹氮时间12min，连铸采用超低碳碱性覆盖剂，板间吹氩流量3L/min、液面波动±2.5mm，0.9m/min恒拉速浇注。
热轧工序：板坯出炉温度1240℃、在炉时间185min，采用U型卷取，头尾部30米内卷取温度740～750℃，中部690～704℃。
酸轧工序：酸洗工艺段运行速度150mpm，酸洗缓蚀剂浓度1.0‰，冷轧总压下率为80.0％，轧后钢板表面反射率70.8％，单面残油量225mg/m2、残铁38mg/m2。
连退工序：清洗段有效碱浓度92％，清洗后钢板表面反射率95％，炉内氢含量4.0％，氧含量6ppm，炉压220Pa，均热温度830～838℃；平整工作辊Ra＝3.2um，Rpc＝125/cm，平整延伸率0.9％。
实施例1的成品钢板性能指标见表1，通卷屈服强度波动≤±5.0MPa；上线批量超深冲成型后未见开裂(浴缸深度400mm，共冲430张)；经双面涂搪烧制后室温放置72h，除24个浴缸出现轻微鳞爆点外，其余浴缸未见异常，合格率94.4％满足客户要求。
实施例2的冶炼成分控制如表2。
实施例2的生产方法如下：
炼钢工序：KR脱S至0.030％，RH精炼在真空度3000～4000Pa下环流吹氮时间12min，连铸采用超低碳碱性覆盖剂，板间吹氩流量6L/min、液面波动±2.0mm，1.0m/min恒拉速浇注。
热轧工序：板坯出炉温度1235℃、在炉时间225min，采用U型卷取，头尾部30米内卷取温度730～750℃，中部695～708℃。
酸轧工序：酸洗工艺段运行速度165mpm，酸洗缓蚀剂浓度1.0‰，冷轧总压下率为75.0％，轧后钢板表面反射率71.8％，单面残油量232mg/m2、残铁41mg/m2。
连退工序：清洗段有效碱浓度92.5％，清洗后钢板表面反射率94％，炉内氢含量4.2％，氧含量6ppm，炉压250Pa，均热温度818～830℃；平整工作辊Ra＝2.75um，Rpc＝117/cm，平整延伸率1.2％。
实施例2的成品钢板性能指标见表1，通卷屈服强度波动≤±3.5MPa；上线批量超深冲成型后未见开裂(浴缸深度510mm，共冲312张)；经双面涂搪烧制后室温放置72h，除16个浴缸出现轻微鳞爆点外，其余浴缸未见异常，合格率94.8％满足客户要求。
实施例3的冶炼成分控制如表2。
实施例3的生产方法如下：
炼钢工序：KR脱S至0.028％，RH精炼在真空度4000～5000Pa下环流吹氮时间10min，连铸采用超低碳碱性覆盖剂，板间吹氩流量5L/min、液面波动±2.0mm，1.0m/min恒拉速浇注。
热轧工序：板坯出炉温度1230℃、在炉时间215min，采用U型卷取，头尾部30米内卷取温度728～740℃，中部679～687℃。
酸轧工序：酸洗工艺段运行速度170mpm，酸洗缓蚀剂浓度1.5‰，冷轧总压下率为75.0％，轧后钢板表面反射率72.0％，单面残油量219mg/m2、残铁45mg/m2。
连退工序：清洗段有效碱浓度91.5％，清洗后钢板表面反射率93％，炉内氢含量4.5％，氧含量5ppm，炉压250Pa，均热温度820～830℃；平整工作辊Ra＝3.05um，Rpc＝122/cm，平整延伸率1.3％。
实施例3的成品钢板性能指标见表1，通卷屈服强度波动≤±5.0MPa；上线批量超深冲成型后未见开裂(浴缸深度510mm，共冲309张)；经双面涂搪烧制后室温放置72h，除19个浴缸出现轻微鳞爆点外，其余浴缸未见异常，合格率93.9％满足客户要求。
对比实施例1的冶炼成分控制如表2。
对比实施例1的生产方法如下：
炼钢工序：KR脱S至0.004％，RH精炼真空度40～65Pa、时间控制18min，连铸采用超低碳碱性覆盖剂，板间吹氩流量6L/min、液面波动±2.0mm，1.0m/min恒拉速浇注。
热轧工序：板坯出炉温度1230℃、在炉时间219min，采用U型卷取，头尾部30米内卷取温度725～743℃，中部688～694℃。
酸轧工序：酸洗工艺段运行速度160mpm，酸洗缓蚀剂浓度1.0‰，冷轧总压下率为80.0％，轧后钢板表面反射率72.2％，单面残油量227mg/m2、残铁48mg/m2。
连退工序：清洗段有效碱浓度93.0％，清洗后钢板表面反射率96％，炉内氢含量4.2％，氧含量4ppm，炉压226Pa，均热温度825～840℃；平整工作辊Ra＝2.75um，Rpc＝120/cm，平整延伸率0.6％。
对比实施例1的成品钢板通卷屈服强度波动≤±3.0MPa；上线批量超深冲成型后未见开裂(浴缸深度510mm，共冲292张)；经双面涂搪烧制后室温放置72h，共74个浴缸出现程度不一的鳞爆，合格率74.7％(＜80％)不能满足超深浴缸用搪瓷钢板的要求。
本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (3)

1.一种超深浴缸用超低碳搪瓷钢，其特征在于，由以下重量百分比成分组成：0.0015％≤C≤0.0040％，0.10％≤Mn≤0.30％，Si≤0.020％，P≤0.015％，0.020％≤S≤0.040％，0.02％≤Als≤0.050％，0.10％≤Ti≤0.13％，0.0040％≤N≤0.0120％，余量为Fe和其他残余微量元素。
2.生产权利要求1所述的超深浴缸用超低碳搪瓷钢的方法，包括炼钢工序、热轧工序、酸洗工序和连退工序，所述连退工序包括清洗控制单元、温度控制单元和平整控制单元；
炼钢工序为入炉的铁水全部KR扒渣处理，控制残留S在0.015～0.030％，转炉全程氮气底吹，RH精炼在真空度2000～6000Pa，下环流吹氮时间≥10min，连铸采用超低碳碱性覆盖剂，板间吹氩流量2～12L/min、液面波动±3mm，不低于0.9m/min恒拉速浇注，头、尾坯深扒皮处理；
热轧工序生产前开展除鳞打击板实验，低温加热、缩短在炉时间，板坯出炉温度1210±30℃、在炉时间160～240min，采用U型卷取，头尾部30米内卷取温度720±30℃，中部680±30℃；
酸洗工序为运行速度150～220mpm，生产前2小时添加1‰～5‰的酸洗缓蚀剂；冷轧总压下率为54.5％～89.1％；控制轧后钢板表面反射率≥70％，单面残油量≤250mg/m2，残铁≤50mg/m2，轧后在线打磨钢板表面。
3.根据权利要求2所述的超深浴缸用超低碳搪瓷钢的生产方法，其特征在于，所述清洗控制单元为控制清洗段有效碱浓度≥90％，清洗后钢板表面反射率≥90％；炉内氢含量3％～7％，氧含量≤10ppm，炉压200～400Pa；
温度控制单元为均热温度控制在820±20℃；
平整控制单元的Ra＝2.5～3.5um，Rpc＞100/cm，平整延伸率0.8～1.3％。
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