TWI789985B

TWI789985B - 搪瓷鋼片及其製造方法

Info

Publication number: TWI789985B
Application number: TW110141707A
Authority: TW
Inventors: 朱育弘; 涂睿帆; 蔣龍仁
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2023-01-11
Also published as: TW202319544A

Abstract

本發明提供一種搪瓷鋼片及其製造方法，藉由對具有特定成分的鋼胚依序進行熱軋操作、盤捲操作、冷軋操作、調質軋延操作及熱處理操作，並控制盤捲溫度及調質軋延率，以獲得具有抗高溫軟化特性及良好氫擴散係數的搪瓷鋼片。

Description

搪瓷鋼片及其製造方法

本發明是關於一種搪瓷鋼片及其製造方法，特別是關於一種具有抗高溫軟化特性的搪瓷鋼片及其製造方法。

習知冷軋搪瓷鋼片一般係以低碳鋼為材料，藉由降低碳含量以提高成形性。另外，藉由添加鈦、氮及硫等元素添加物，以提升鋼材內部吸附氫氣的能力，進而避免跳鐵現象(或稱為鱗爆(fishscale)現象)。其中，跳鐵現象係由於降溫過程中氫原子在鋼材與搪瓷界面聚集形成氫氣，大量氫氣使得界面壓力過大，進而導致搪瓷層局部剝落的現象。因此，添加前述之元素添加物可使搪瓷層與鋼材密合不易脫落，且後續經過熱軋、冷軋及連續退火製程，可獲得具有低強度及良好深衝性的冷軋成品。

然而，習知搪瓷鋼片大部分為深衝級用料，故產品的強度低且伸長率高，適於用作鍋具及廚具等複雜外型的器具。若要用於需高強度以抵抗外力衝擊，或需承受內部壓力的器具(例如熱水器內膽)時，則習知搪瓷鋼片的強度無法負荷。一般而言，搪瓷過程中需進行高溫熱處理，以利釉藥溶解以附著於鋼材，但習知搪瓷鋼片經過高溫後，產品強度大幅下降，以致於其耐衝擊性及耐壓性劣化，故不具抗高溫軟化的特性。

有鑑於此，亟須提供一種搪瓷鋼片及其製造方法，以製造具有抗高溫軟化特性的搪瓷鋼片，並兼具良好氫擴散係數。

本發明之一態樣是提供一種搪瓷鋼片的製造方法，其係藉由對具有特定成分的鋼胚依序進行熱軋操作、盤捲操作、冷軋操作、調質軋延操作及熱處理操作，以獲得具有抗高溫軟化特性及良好氫擴散係數的搪瓷鋼片。

本發明之另一態樣是提供一種搪瓷鋼片，其係以上述態樣的製造方法所製得，且具有高強度及良好氫擴散係數。

根據本發明之一態樣，提供一種搪瓷鋼片的製造方法，其包含提供鋼胚。基於鋼胚為100 wt%，鋼胚包括0.04 wt%至0.16 wt%的碳、0.05 wt%至1.50 wt%的錳、0.01 wt%至0.30 wt%的矽、0.01 wt%至0.20 wt%的磷、0.01 wt%至0.30 wt%的銅、0.01 wt%至0.30 wt%的鉻、0.01 wt%至0.10 wt%的鈦、0.01 wt%至0.12 wt%的鋁、0.01 wt%至0.02 wt%的氮、不大於0.03 wt%的硫、不大於0.10 wt%的鎳、其餘為鐵及不可避免的雜質。對鋼胚進行熱軋操作，以獲得完軋鋼材。

接著，對完軋鋼材進行盤捲操作，以獲得熱軋鋼捲。盤捲操作之盤捲溫度為550℃至650℃。然後，對熱軋鋼捲進行冷軋操作，以獲得冷軋鋼帶。冷軋操作之裁減率為40%至80%。對冷軋鋼帶進行調質軋延操作，以獲得底材。調質軋延的軋延率為0.5%至3.0%。接著，對底材進行熱處理操作，以獲得搪瓷鋼片。

根據本發明之一實施例，上述熱軋操作包含對鋼胚進行再加熱步驟，以升溫至1150℃至1300℃。接著，在再加熱步驟之後，對鋼胚進行熱軋步驟，以獲得完軋鋼材。熱軋步驟之完軋溫度不低於Ar3溫度。

根據本發明之一實施例，上述方法更包含在調質軋延操作之前，對冷軋鋼帶進行退火操作。

根據本發明之一實施例，上述退火操作包含對冷軋鋼帶進行加熱步驟，以達到650℃至850℃。在加熱步驟之後，對冷軋鋼帶於650℃至850℃進行80秒至240秒的持溫步驟。接著，在持溫步驟之後，對冷軋鋼帶進行降溫步驟，以降至室溫。

根據本發明之一實施例，上述冷軋操作之裁減率為40%至80%。

根據本發明之一實施例，上述熱處理操作包含以850℃至950℃之溫度進行10分鐘至20分鐘。

根據本發明之一實施例，上述搪瓷鋼片之降伏強度與底材之降伏強度的差值不大於20 MPa。

根據本發明之另一態樣，提供一種搪瓷鋼片，其係由上述態樣所述之製造方法所製得。

根據本發明之一實施例，上述搪瓷鋼片具有不小於300 MPa的降伏強度及不小於400 MPa的抗拉強度。

根據本發明之一實施例，上述搪瓷鋼片具有6.0×10 ^-7至9.0×10 ^-7cm ²/s之氫擴散係數。

應用本發明之搪瓷鋼片及其製造方法，藉由對具有特定成分的鋼胚依序進行熱軋操作、盤捲操作、冷軋操作、調質軋延操作及熱處理操作，並控制盤捲溫度及調質軋延率，以獲得具有抗高溫軟化特性及良好氫擴散係數的搪瓷鋼片。

如本揭露所使用的「大約(around)」、「約(about)」、「近乎 (approximately)」或「實質上(substantially)」一般係代表在所述之數值或範圍的百分之20以內、或百分之10以內、或百分之5以內。

承上所述，本發明提供一種搪瓷鋼片及其製造方法，藉由對具有特定成分的鋼胚依序進行熱軋操作、盤捲操作、冷軋操作、調質軋延操作及熱處理操作，並控制盤捲溫度及調質軋延率，以獲得具有抗高溫軟化特性及良好氫擴散係數的搪瓷鋼片。

請參閱圖1，其係繪示根據本發明一些實施例之搪瓷鋼片的製造方法100的流程圖。首先，進行操作110，提供鋼胚。在一些實施例中，基於鋼胚為100 wt%，鋼胚包含0.04 wt%至0.16 wt%的碳、0.04 wt%至0.16 wt%的碳、0.01 wt%至0.30 wt%的矽、0.01 wt%至0.20 wt%的磷、0.01 wt%至0.30 wt%的銅、0.01 wt%至0.30 wt%的鉻、0.01 wt%至0.10 wt%的鈦、0.01 wt%至0.12 wt%的鋁、0.01 wt%至0.02 wt%的氮、不大於0.03 wt%的硫、不大於0.10 wt%的鎳、其餘為鐵及不可避免的雜質。

一般而言，鋼胚的碳、錳、矽、磷及硫的含量會影響後續製得之鋼片的強度及成形性。舉例而言，碳含量在0.07 wt%至0.11 wt%及/或錳含量為0.5 wt%至1.0 wt%，可製得具有較高強度的鋼片。然而，若強度太強，又會影響鋼片的成形性，例如若碳含量高於0.16 wt%，則鋼片的成形性不佳。另外，鋼胚的銅、鎳及鉻的含量主要是控制為可有效的防銹，但又不致增加太多成本。鈦含量須控制在上述範圍，以防止跳鐵的情形。鋁及氮的含量會影響析出的氮化鋁(AlN)，氮化鋁的析出有助於使鋼片具有抗軟化的功效。

接著，進行操作120，對鋼胚進行熱軋操作，以獲得完軋鋼材。在一些實施例中，熱軋操作包含先對鋼胚進行再加熱步驟，以升溫至1150℃至1300℃。然後，對鋼胚進行熱軋步驟，以獲得完軋鋼材。熱軋步驟之完軋溫度不低於Ar3溫度。補充說明的是，Ar3溫度係鋼材在冷卻時，沃斯田鐵開始變態成肥粒鐵的溫度。換言之，本發明之熱軋操作係期望在沃斯田鐵相完成熱軋延。

然後，進行操作130，對完軋鋼材進行盤捲操作，以獲得熱軋鋼捲。在一些實施例中，盤捲操作之盤捲溫度為550℃至650℃。本發明係使用較習知更高的盤捲溫度進行盤捲操作，其係由於若盤捲溫度太低，則氮化鋁的析出量太少，則後續製得之鋼片的強度太低，無法達到本發明的功效。

接著，進行操作140，對熱軋鋼捲進行冷軋操作，以獲得冷軋鋼帶。在一些實施例中，冷軋操作的裁減率為40%至80%，較佳為60%至80%。冷軋裁減率在前述範圍，以獲得符合厚度要求的冷軋鋼帶。

在進行後續操作150之前，可選擇性地對冷軋鋼帶進行退火操作。在一些實施例中，退火操作可在連續退火設備中進行，其包含先對冷軋鋼帶進行加熱步驟，經過約500秒至約800秒，以由室溫升溫至約650℃至約850℃。接著，在約650℃至約850℃進行80秒至240秒的持溫步驟。然後，對冷軋鋼帶進行降溫步驟，以降至室溫。在此實施例中，降溫步驟包含於約15秒至約48秒降溫至約450℃至約560℃；接著，於約12秒至約35秒內，再降溫至約320℃至約400℃；然後，於約310秒至約900秒內，可再降溫至約210℃至約300℃；最後，於約40秒至約130秒降溫至室溫。

然後，在進行操作140或前述選擇性進行的退火操作後，進行操作150，對冷軋鋼帶進行調質軋延操作，以獲得底材。在一些實施例中，調質軋延的軋延率為0.5%至3.0%，較佳為2.0%至3.0%。當調質軋延的軋延率低於0.5%時，則無法消除降伏點延伸，進而無法獲得具有高降伏強度的底材；反之，若調質軋延的軋延率高於3.0%時，則所得底材的表面粗糙度太高，故後續無法獲得較平整的鋼片。相較於習知製程所製得之底材僅具有不大於200 MPa的降伏強度及不大於300 MPa的抗拉度。在本發明的一些實施例中，底材可具有不小於300 MPa的降伏強度及不小於400 MPa的抗拉強度。在另一些實施例中，底材具有大於約20%的伸長率，較佳是大於約25%的伸長率。

接著，進行操作160，對底材進行熱處理操作，以獲得搪瓷鋼片。在一些實施例中，熱處理操作包含以850℃至950℃之溫度進行10分鐘至20分鐘，且熱處理操作可在一般大氣氣氛中進行。在一些實施例中，搪瓷鋼片具有不小於300 MPa的降伏強度及不小於400 MPa的抗拉強度。

習知製程中，底材在經過高溫熱處理後所得之搪瓷鋼片的降伏強度會大幅下降，例如下降約75 MPa以上。然而，本發明之底材在經過高溫熱處理後，降伏強度的差值不大於20 MPa。換言之，本發明之搪瓷鋼片具有良好的抗高溫軟化效果。

在一些實施例中，本發明製得之搪瓷鋼片的金相組織主要是肥粒鐵相及高碳波來鐵相，且其晶粒型態為等軸晶。補充說明的是，等軸晶的各向成形度較均勻，故成形後的破裂風險較低。另外，在上述操作150所獲得的底材之晶粒度約11至12號(即平均粒徑為約5 μm至約17 μm)，而操作160後的搪瓷鋼片之晶粒度約10至11號(即平均粒徑為約10 μm至約23 μm)，即高溫熱處理沒有使晶粒尺寸有顯著變化。一般而言，晶粒尺寸會影響鋼材的強度，故底材強度和搪瓷鋼片的降伏強度差異不大，而其晶粒尺寸相近係由於氮化鋁析出釘紮於晶界上，而有效減緩高溫退火時的晶粒成長行為。

在一些實施例中，依照ASTM G148規範，上述搪瓷鋼片具有6.0×10 ^-7至9.0×10 ^-7cm ²/s之氫擴散係數。應理解的是，氫擴散係數愈小，代表氫在試片中愈不易通過，即在金屬內的氫愈不易擴散。然而，本發明的搪瓷鋼片具有較小的氫擴散係數，顯示其具有較佳的儲氫能力，則應具有較佳的抗跳鐵能力。

以下利用數個實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。 實施例一至三

實施例一至三使用的鋼胚包含0.04 wt%至0.16 wt%的碳、0.01 wt%至0.30 wt%的矽、0.01 wt%至0.20 wt%的磷、0.01 wt%至0.30 wt%的銅、0.01 wt%至0.30 wt%的鉻、0.01 wt%至0.10 wt%的鈦、0.01 wt%至0.12 wt%的鋁、0.01 wt%至0.02 wt%的氮、不大於0.03 wt%的硫、不大於0.10 wt%的鎳、其餘為鐵及不可避免的雜質。然後，對鋼胚依序進行再加熱步驟、熱軋步驟以及盤捲操作，以獲得熱軋鋼捲，其中再加熱步驟的溫度為1160℃至1240℃，完軋溫度為850至910℃，盤捲溫度為550℃至650℃。

接著，對熱軋鋼捲進行冷軋操作後，於室溫下進行連續退火操作，並於退火降至室溫後進行調質軋延，以獲得實施例一的底材，其中冷軋裁減率為50%至60%，且調質軋延率為2.0%至2.5%。實施例二及三皆使用與實施例一相同的材料及製程。

實施例一至三的底材再利用約870℃的溫度進行約10分鐘的高溫熱處理，氣氛選用一般大氣，以分別製得實施例一至三的搪瓷鋼片。 比較例一及二

比較例一及二使用的鋼胚包含小於0.01 wt%的碳、0.05 wt%至0.30 wt%的錳、小於0.05 wt%的矽、小於0.05 wt%的的磷、小於0.05 wt%的銅、小於0.05 wt%的鉻、0.05 wt%至0.20 wt%的鈦、0.01 wt%至0.09 wt%的鋁、0.005 wt%至0.02 wt%的氮、小於0.03 wt%的硫、小於0.05 wt%的鎳、其餘為鐵及不可避免的雜質。比較例一及二係使用與上述實施例一相同的製程，差異僅在於盤捲溫度為500℃，且調質軋延率為1%。所製得之比較例一及二的底材再經過與上述實施例一相同條件的高溫熱處理，以製得比較例一及二的搪瓷鋼片。

以下表1為實施例一至三及比較例一及二之底材及搪瓷鋼片，分別經過拉伸試驗後所得之降伏強度、抗拉強度及伸長率的結果。

表1

由上表1可看出，相較於比較例一及二，實施例一至三之底材的降伏強度及抗拉強度較大。經過高溫熱處理後的搪瓷鋼片，實施例一至三的降伏強度變化量(下降量)皆小於20 MPa，然而，比較例一及二的降伏強度變化量係大於75 MPa。換言之，實施例一至三的降伏強度無明顯下降。

圖2A及圖2B係分別為實施例一的底材及搪瓷鋼片的金相圖片；而圖2C及圖2D係分別為比較例一的底材及搪瓷鋼片的金相圖片。由圖2A及圖2B可看出，底材之晶粒度約11至12號，而搪瓷鋼片的晶粒度約10至11號，即實施例一的底材在經過高溫熱處理後的晶粒會稍微變大，但差異不太大，故其強度表現相近。在圖2C及圖2D中，比較例一之底材的晶粒度約8至9號(即平均粒徑為約20 μm至約50 μm)，而搪瓷鋼片的晶粒度約7至8號(即平均粒徑為約30 μm至約70 μm)，但圖2D中可看到部分區域有明顯晶粒異常成長的情形，例如線200所框列的區域，故比較例一的搪瓷鋼片之降伏強度與底材差異較大。

另外，將實施例一至三及比較例一及二的搪瓷鋼片用以進行氫滲透試驗，其係採ASTM G148規範，利用電化學充氫試驗方法，以獲得滲氫曲線與氫擴散係數。圖3係分別為實施例一及比較例一的搪瓷鋼片經氫滲透試驗所得的氫滲透曲線310及320。由圖3可看出實施例一的氫滲透時間(t _b1)較比較例一的氫滲透時間(t _b2)大，表示氫擴散通過實施例一之搪瓷鋼片的厚度所需時間較長。藉由下式(1)，利用上述之氫滲透時間(t _b)及搪瓷鋼片的厚度(L)可計算出氫擴散係數(DH)：

(1) 氫擴散係數愈小，代表氫於試片中愈不易通過，即氫愈不易擴散。實施例一至三所計算出的氫擴散係數為6.0×10 ^-7cm ²/s至9.0×10 ^-7cm ²/s；而比較例一及二所計算出的氫擴散係數為1.0×10 ^-6cm ²/s至4.0×10 ^-6cm ²/s。實施例一至三的氫擴散係數較比較例一及二的氫擴散係數小一個數量級以上，顯然實施例一至三的搪瓷鋼片有較佳的儲氫能力，故應具有較佳的抗跳鐵能力。

根據以上實施例，應用本發明之搪瓷鋼片的製造方法，藉由控制鋼胚的組成成分、製程中的盤捲溫度及調質軋延率，而獲得具有抗高溫軟化特性的搪瓷鋼片，故其不會因高溫熱處理而使降伏強度顯著下降，因此具有足夠的強度。再者，本發明之搪瓷鋼片還具有較小的氫擴散係數，表示有良好的儲氫能力，故對於搪瓷常見的跳鐵缺陷有較佳的預防能力。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:方法 110,120,130,140,150,160:操作 200:線 310,320:氫滲透曲線 t _b1,t _b2:氫滲透時間

根據以下詳細說明並配合附圖閱讀，使本揭露的態樣獲致較佳的理解。需注意的是，如同業界的標準作法，許多特徵並不是按照比例繪示的。事實上，為了進行清楚討論，許多特徵的尺寸可以經過任意縮放。 [圖1]係繪示根據本發明一些實施例之搪瓷鋼片的製造方法的流程圖。 [圖2A]及[圖2B]係分別為實施例一的底材及搪瓷鋼片的金相圖片。 [圖2C]及[圖2D]係分別為比較例一的底材及搪瓷鋼片的金相圖片。 [圖3]係繪示實施例一及比較例一的搪瓷鋼片經氫滲透試驗所得的氫滲透曲線圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:方法

110,120,130,140,150,160:操作

Claims

一種搪瓷鋼片的製造方法，包含：提供一鋼胚，其中基於該鋼胚為100wt%，該鋼胚包括：0.04wt%至0.16wt%的碳；0.50wt%至1.50wt%的錳；0.01wt%至0.30wt%的矽；0.01wt%至0.20wt%的磷；0.01wt%至0.30wt%的銅；0.01wt%至0.30wt%的鉻；0.01wt%至0.10wt%的鈦；0.01wt%至0.12wt%的鋁；0.01wt%至0.02wt%的氮；不大於0.03wt%的硫；不大於0.10wt%的鎳；以及其餘為鐵及不可避免的雜質；對該鋼胚進行一熱軋操作，以獲得一完軋鋼材；對該完軋鋼材進行一盤捲操作，以獲得一熱軋鋼捲，其中該盤捲操作之一盤捲溫度為550℃至650℃；對該熱軋鋼捲進行一冷軋操作，以獲得一冷軋鋼帶；對該冷軋鋼帶進行一調質軋延操作，以獲得一底材，其中該調質軋延之一軋延率為0.5%至3.0%；以及對該底材進行一熱處理操作，以獲得該搪瓷鋼片，其中該熱處理操作包含以850℃至950℃之一溫度進行10分鐘至20分鐘。
如請求項1所述之搪瓷鋼片的製造方法，其中該熱軋操作包含：對該鋼胚進行一再加熱步驟，以升溫至1150℃至1300℃；以及在進行該再加熱步驟之後，對該鋼胚進行一熱軋步驟，以獲得該完軋鋼材，其中該熱軋步驟之一完軋溫度不低於Ar3溫度。
如請求項1所述之搪瓷鋼片的製造方法，更包含：在進行該調質軋延操作之前，對該冷軋鋼帶進行一退火操作。
如請求項3所述之搪瓷鋼片的製造方法，其中該退火操作包含：對該冷軋鋼帶進行一加熱步驟，以達到650℃至850℃；在進行該加熱步驟之後，對該冷軋鋼帶於650℃至850℃進行80秒至240秒的一持溫步驟；以及在進行該持溫步驟之後，對該冷軋鋼帶進行一降溫步驟，以降至室溫。
如請求項1所述之搪瓷鋼片的製造方法，其中，其中該冷軋操作之一裁減率為40%至80%。
如請求項1所述之搪瓷鋼片的製造方法，其中該搪瓷鋼片之一降伏強度與該底材之一降伏強度的差值不大於20MPa。
一種搪瓷鋼片，係由請求項1至6中之任一項所述之製造方法所製得。
如請求項7所述之搪瓷鋼片，其中該搪瓷鋼片具有不小於300MPa的降伏強度及不小於400MPa的抗拉強度。
如請求項7所述之搪瓷鋼片，其中該搪瓷鋼片具有6.0×10^-7cm²/s至9.0×10^-7cm²/s之氫擴散係數。