專利名稱：一種熱軋雙面搪瓷用鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種搪瓷用鋼板及其制造方法，尤其是一種搪瓷后屈服強度在280N/mm2以上的高強度熱軋雙面搪瓷用鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
在環(huán)保意識、成本意識等日益增強的今天，一些大型的水處理設(shè)施、化工設(shè)施、環(huán)保設(shè)施正在出現(xiàn)應(yīng)用搪瓷構(gòu)件拼裝的趨勢。
然而，由于現(xiàn)有熱軋鋼板材料，沒有考慮到良好的雙面搪瓷性能，因此只能進行普通質(zhì)量要求的單面搪瓷。而一些專用熱軋?zhí)麓射摪澹粏畏矫婵紤]鋼板的搪瓷性能，搪瓷后不具有高的屈服強度。搪瓷后屈服強度都變得非常低(一般都低于250N/mm2)，不能夠滿足大型工程構(gòu)件設(shè)計對強度的要求，使設(shè)計受到局限。冷軋?zhí)麓捎娩摪逡泊嬖谕瑯拥膯栴}，即雙面搪瓷后強度不足。而且制造成本高，不能生產(chǎn)厚規(guī)格產(chǎn)品。
現(xiàn)有冷軋?zhí)麓射摪搴穸纫?guī)格大多在3mm以下，并且屈服強度不足，規(guī)格和強度兩方面都不能夠滿足大型搪瓷拼裝構(gòu)件的裝配要求。而且C含量低，在0.008％以下，Ti/C都在5以上，生產(chǎn)成本高(如日本特公昭58-1170號)。
采用Ti合金化的熱軋?zhí)麓射摪?，為保障搪瓷性能，往往要將Ti/C比提高到4以上，如日本專利“特開平10-121141”，而且C含量低于0.005％，生產(chǎn)成本高且不具備搪瓷后屈服強度高于280N/mm2的特點?，F(xiàn)有技術(shù)如日本專利“特開昭55-152127”、“特開平8-269540”等，不是Ti含量高而生產(chǎn)成本高、難度大，不適應(yīng)連鑄生產(chǎn)，就是C含量低于0.01％而不足以保障搪后屈服強度。“平2-305926”、“昭58-1013”等提出加入B、N、Cu合金化，生產(chǎn)不易控制，且不足以保障雙面搪瓷性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好雙面搪瓷性能和搪瓷后具有280N/mm2以上屈服強度的熱軋?zhí)麓捎娩摪寮捌渖a(chǎn)方法，以滿足大型工程構(gòu)件對雙面搪瓷鋼板的強度和搪瓷性能要求。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種熱軋雙面搪瓷用鋼板，其化學(xué)成分(Wt％)為C0.02％～0.06％、Si≤0.50％、Mn0.15％～0.40％、P≤0.15％、S≤0.006％、N≤0.003％、Ti0.08％～0.20％、Als0.005％～0.055％，Ti/C2.2～5，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。熱軋狀態(tài)下組織為晶粒直徑在2μm～20μm的鐵素體，在組織中均勻分布著直徑在20nm以下的TiC粒子。還可以加入V0.015％～0.060％和/或Cr0.05％～0.20％。
一種用于生產(chǎn)上述熱軋雙面搪瓷用鋼板的制造方法，包括如下步驟鋼水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、板坯連鑄、再加熱、粗軋、精軋、層流冷卻、卷取。其特征是板坯加熱至1180～1260℃，均熱后經(jīng)高壓水除鱗、粗軋成中間坯、在840～1100℃的溫度區(qū)間精軋，通過5～7道次精軋至目標(biāo)厚度，精軋開軋溫度1100～960℃，終軋溫度920～840℃，軋后0～7S內(nèi)以≥30℃/S的冷速連續(xù)冷卻至450～630℃卷取。
本發(fā)明技術(shù)特征的詳細說明如下(1)C含量的選擇是本發(fā)明的重要特征。C是作為促進Ti的粒子析出的元素，低于0.02％，不能保證搪瓷后必要的強度，且使冶煉成本增加。高于0.06％，降低了Ac3，并增加保證Ti/C比的必要Ti含量，對搪瓷性能不利。因此選擇在0.02％～0.06％。
(2)針對用戶的不同處理工藝，采用兩種不同的Si含量控制范圍，是本發(fā)明的特征之一。當(dāng)搪前采用酸洗方法處理表面時，Si含量應(yīng)越低越好，但太低會導(dǎo)致冶煉成本增加，而在0.10％以下時對酸洗除銹的效果的影響已經(jīng)不大，因此確定上限為0.10％。當(dāng)采用噴丸處理時，Si含量在0.50％以下時的影響不大，而Si還可以具有提高強度和提高Ac3點的作用，對搪瓷后保持必要的強度有貢獻。選擇Si做為強化元素時，其含量低于0.10％作用不明顯，但高于0.50％時，給表面除銹帶來困難，且相應(yīng)的彎曲成型性能也將變差。因此以噴丸方法處理表面時，允許選擇加入Si，含量在0.10％～0.50％。
(3)Mn是強化元素，又是鋼中冶煉時必然存在的元素。使其低于0.15％對冶煉要求高，增加成本。使其Mn高于0.40％，會使Ac3點降低過大。對搪瓷性能不利。因此確定其范圍為0.15％～0.40％。
(4)針對不同的鋼板生產(chǎn)條件和鋼板深加工工藝，P元素采用兩種不同的控制范圍是本發(fā)明的特征之一。
P易于導(dǎo)致偏析。本發(fā)明提出，對于成型性要求高的鋼板材料，應(yīng)控制其低于0.02％。
但是由于P不降低鋼的搪瓷性能，且是很好的強化元素，因此在成型性能要求不太高以及連鑄中能夠防范其偏析的情況下，可以選擇其作為強化元素，以提高搪瓷后的強度水平。其低于0.04％時強化作用不明顯，而高于0.15％時會使鋼板的冷脆性增加。因此本發(fā)明確定，可以選擇其作為強化元素，但其作為強化元素加入的范圍為0.04％～0.15％。
(5)S是有害元素，其會導(dǎo)致Ti析出粒子粗大化，降低作為有效氫陷阱的Ti析出粒子的表面積，因此越低越好。但過度降硫會增加成本，而在S低于0.006％時對Ti析出粒子的影響已經(jīng)不明顯，因此確定S≤0.006％。N元素過高，也會導(dǎo)致Ti析出粒子粗大化，其低于0.003％時，在Ti含量≥0.08％，Ti/C比高于2.2時，對于搪瓷效果的影響已不明顯，因此規(guī)定其≤0.003％。
(6)Ti/C比是保證搪瓷性能的重要指標(biāo)。Ti/C低于2.2則析出相會易于聚集，活性降低，從而喪失作為氫陷阱的作用。Ti/C高于5，Ti與C的原子比將大于1.25。在快速冷卻的條件下，形成的析出相的氫陷阱作用會達到飽和，同時過剩的Ti會影響釉料的浸潤性。因此確定Ti/C比的合適范圍為2.2～5。
(7)Ti是作為氫陷阱的活性析出粒子的重要形成元素。如前所述，其含量應(yīng)為C的2.2～5倍。但為保證其形成的氫陷阱的必要表面積，其含量應(yīng)高于0.08％。但高于0.20％時會給板坯連鑄帶來不良的影響。因此在保證Ti/C比在2.2～5之間的前提下。確定其含量在0.08％～0.20％。
(8)Als是脫氧產(chǎn)物，為使鋼潔凈，應(yīng)進行Al脫氧，Als在0.005％～0.055％時，可足以保證鋼的潔凈度。Als超過0.055％使鋼的成本增加。因此確定Als含量在0.005％～0.055％。
(9)V是一種析出強化元素，可以縮小奧氏體相區(qū)，提高鋼的Ac3點。有利于搪瓷，同時，V對于保障搪瓷后的鋼板仍具有較高的屈服強度有作用。本發(fā)明提出，在搪燒溫度低以及搪燒時間短時，不需要加V，具有前述特征的發(fā)明鋼可以保障在搪燒后仍具有較高的屈服強度。
對于搪燒溫度以及搪燒時間控制不太準確的情形，本發(fā)明提出，可以選擇V作為析出強化元素加入，以抑制這種情形下搪燒后鋼板軟化過大。V低于0.015％時，這種作用不明顯。而高于0.060％會導(dǎo)致成本增加過多.因此確定選擇加入V時，其含量范圍為0.015％～0.060％。
(10)Cr是一種可以改善軋后鋼板的表面狀態(tài)的元素。用其可以調(diào)整鋼板表面的粗糙程度，提高瓷釉附著性。本發(fā)明提出，在瓷釉的附著對鋼板表面粗糙度不敏感時，不添加Cr。對于需要改善鋼板表面的粗糙度的情況，提出可以選擇添加Cr。由于Cr低于0.05％時，改善鋼板表面粗糙度的程度不明顯，達到0.20％時，其作用已經(jīng)飽和。而高于0.20％時使鋼板的成本增加。所以確定添加Cr的范圍為0.05％～0.20％。
(11)加熱溫度是本發(fā)明的要點，為使作為氫陷阱的析出相的表面積最大化，要盡量使鑄坯中的Ti析出粒子回溶到鋼中。在1180℃時，鑄坯中Ti析出粒子已經(jīng)大部分回溶。在1260℃時，鋼中的Ti析出粒子回溶程度已經(jīng)接近飽和，且加熱溫度超過1260℃后，對加熱設(shè)備的損害增大，鋼的燒損也增加。因此確定鑄坯加熱溫度為1180℃～1260℃。
(12)軋后的冷卻速度是本發(fā)明的要點。由于Ti粒子析出的范圍很寬，在緩慢冷卻的條件下，其析出粒子易于粗大化，使析出相的總表面積減小，不利于貯存氫，而且導(dǎo)致鋼板強度降低，塑性下降，使搪瓷后的鋼板屈服強度不足。尤其在相轉(zhuǎn)變過程中，相間析出的Ti粒子更易粗大化，且對塑性不利。因此提出應(yīng)采用高的冷卻速度，盡量抑制相間析出產(chǎn)生的大的周期分布的Ti粒子。在冷速不低于30℃/S時，可足以抑制粗大的Ti粒子形成，因此確定軋后冷速應(yīng)不低于30℃/S。
(13)終軋溫度及軋后的開始冷卻溫度是本發(fā)明的要點。終軋溫度過低會誘導(dǎo)先析出TiC，使析出不均勻和析出粒子粗大化，搪瓷后鋼板的晶粒易于粗大化，使鋼板服役強度降低。在末道次壓下量小時，在軋后快速冷卻的前提下，在840℃以上終軋，這種粗大化的程度還不顯著，而在920℃終軋，誘導(dǎo)先析出TiC粒子的數(shù)量已經(jīng)很少。溫度高于920℃需要控制對軋輥冷卻的水量，對軋輥的壽命不利。因此確定終軋的溫度范圍為840℃～920℃。開始冷卻溫度越高，對于控制析出相細小程度越有利。開始冷卻溫度決定于終軋溫度。軋后在空冷段停留的時間越短，對析出的TiC粒子的細化越有利。停留不超過7S對析出的影響程度小，對搪瓷效果的影響不明顯，因此確定終軋后到開冷的時間為0～7S。
(14)控制冷卻終止及卷取溫度是本發(fā)明的要點。對于搪瓷鋼來說，除TiC等析出相粒子的界面外，晶界、位錯等也是具有捕氫作用的氫陷阱。在TiC沉淀析出的溫度區(qū)域，控制冷卻終止及卷取溫度越低，則析出的TiC越細小彌散，同時卷取溫度低，鋼的晶粒更細小(晶界面積更大)，對于搪瓷性能有利。細小的析出相可以有效抑制搪瓷過程中的晶粒粗大化，保證搪瓷后鋼板仍具有足夠的強度富余量?？焖倮鋮s到630℃卷取，細小的TiC的析出開始明顯增多，而相變后鐵素體晶粒的長大趨勢也變得不明顯，隨卷取溫度的降低，TiC的沉淀析出被逐漸抑制，在450℃卷取，已經(jīng)不再發(fā)生顯著的TiC析出。因此確定冷卻終止及卷取溫度的范圍為450℃～630℃。
有益效果1.采用連鑄方法生產(chǎn)這種Ti含量高的低C鋼，生產(chǎn)效率高。成分均勻，偏析程度小。
2.將C、Ti含量控制在所定范圍，有效降低了連鑄漏鋼危險，保障了鑄坯質(zhì)量。
3.控制C在0.02～0.06％、Mn元素的含量在0.15％～0.40％，實際是在保證高的Ac3低于搪瓷工藝溫度，以有效保證搪瓷性能。
4、加入V是因為三者不降低Ac3，且有良好的強化作用。特別是V能夠有效抑制搪瓷后材料的軟化。加入少量Cr不會明顯降低Ac3，能起到強化作用，并有效改善成品表面質(zhì)量。
5.合適的Ti/C比，加熱溫度，保障了再熱期間Ti的析出相充分回溶。
6.選擇在920～840℃終軋，軋后0秒～7秒內(nèi)快速冷卻，冷速不低于30℃/秒，卷取溫度選擇在450℃～630℃。可控制析出相的細小析出，控制鐵素體晶粒的尺度。有效保證搪瓷性能，確保搪后強度指標(biāo)滿足服役條件要求。
7.產(chǎn)品屈服強度搪前可達到300N/mm2～610N/mm2。搪后可達到280N/mm2～440N/mm2。即使在無變形或小變形條件下，雙面搪瓷后也不會發(fā)生鱗爆缺陷。延伸率≥18％，適合于彎曲及簡單沖壓成型。


圖1為熱軋鋼板搪瓷前的金相組織；圖2為熱軋鋼板搪瓷后的金相組織；圖3為熱軋鋼板搪瓷前的析出相；
圖4為熱軋鋼板搪瓷后的析出相；圖5為搪瓷層與鋼板的結(jié)合部形態(tài)。
具體實施例方式
1.生產(chǎn)工藝路線為鋼水脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉→板坯連鑄→鑄坯再加熱→粗軋→精軋→層流冷卻→卷取。
2.鋼板成分

3.通過連鑄生產(chǎn)板坯，常規(guī)鑄機以0.8～1.5m/min的速度連鑄成200～230mm厚度的板坯；中薄板坯鑄機以1.5～4m/min的速度連鑄成120～170mm厚度的板坯。
4.軋制工藝采用常規(guī)鑄機的230mm厚度的板坯，在步進梁式加熱爐中加熱，均熱溫度1180～1260℃，板坯抽出后經(jīng)高壓水除鱗，在定寬壓力機和粗軋機附屬立輥上調(diào)整寬度，經(jīng)粗軋機軋制成厚度為40mm～50mm的中間坯，經(jīng)延遲輥道進入精軋機軋制，精軋機投入5架～7架連續(xù)軋制到3mm和5mm厚度的成品。精軋開軋溫度1020±30℃，終軋溫度870～900℃。在軋后2～5S內(nèi)投入層流連續(xù)快速冷卻到卷取溫度，實際冷卻速度在32℃/S～160℃/S(按溫降幅度和降溫時間計算所得)，控制卷取溫度570±30℃。
采用中薄板坯鑄機的135mm厚度的板坯，連鑄后直接熱裝，在隧道式加熱爐中加熱，均熱溫度1180～1220℃，板坯抽出后經(jīng)高壓水除鱗，經(jīng)粗軋機附屬立輥調(diào)整寬度，在粗軋機上軋制成厚度為35mm～45mm的中間坯，經(jīng)熱卷箱后進入6架精軋機軋制到3mm和5mm厚度的成品。精軋開軋溫度1030±30℃，終軋溫度840～890℃。在軋后3～4S內(nèi)開始層流冷卻，實際冷卻速度在32℃/S～120℃/S(按溫降幅度和降溫時間計算所得)，控制卷取溫度550±30℃。
5.成品搪瓷后的力學(xué)性能水平和搪瓷效果。

搪瓷前鋼板的組織為鐵素體，晶粒直徑在3μm～18μm，在鐵素體上均勻分布著大量粒徑為20nm以下的TiC析出粒子，鋼板搪瓷前后金相組織的比較見圖1、圖2；搪瓷前后析出相的比較見圖3、圖4；搪瓷層與鋼板的結(jié)合部形態(tài)見圖5。
本發(fā)明提供的一種同時具有“良好雙面搪瓷性能”和“搪后高的使用強度”的熱軋雙面搪瓷用鋼板，以連鑄+熱軋方法生產(chǎn)，成品在具有良好雙面搪瓷性能前提下，搪瓷后仍具有較高的使用強度。這種熱軋雙面搪瓷用鋼板具有大型拼裝構(gòu)件所需的必要厚度，與冷軋鋼板相比又具有更低的生產(chǎn)成本。該鋼板既可以應(yīng)用于單面搪瓷，也可以應(yīng)用于雙面搪瓷；既可以應(yīng)用于小型的搪瓷件，也可以應(yīng)用于大型搪瓷件拼裝結(jié)構(gòu)，為大型環(huán)保設(shè)備、化工設(shè)備、水處理工程設(shè)備的制造等提供了一種可選擇的低成本的良好的搪瓷用鋼板材料。
權(quán)利要求
1.一種熱軋雙面搪瓷用鋼板，其特征在于鋼的化學(xué)成分(Wt％)為C0.02％～0.06％、Si≤0.50％、Mn0.15％～0.40％、P≤0.15％、S≤0.006％、N≤0.003％、Ti0.08％～0.20％、Als0.005％～0.055％，Ti/C2.2～5，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，熱軋狀態(tài)下組織為晶粒直徑在2μm～20μm的鐵素體，在組織中均勻分布著直徑在20nm以下的TiC粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱軋雙面搪瓷用鋼板，其特征在于鋼的化學(xué)成分(Wt％)為選擇加入V0.015％～0.060％和/或Cr0.05％～0.20％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種熱軋雙面搪瓷用鋼板，其特征在于鋼的化學(xué)成分(Wt％)為Si≤0.10％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種熱軋雙面搪瓷用鋼板，其特征在于鋼的化學(xué)成分(Wt％)為Si0.10％～0.50％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種熱軋雙面搪瓷用鋼板，其特征在于鋼的化學(xué)成分(Wt％)為P≤0.02％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種熱軋雙面搪瓷用鋼板，其特征在于鋼的化學(xué)成分(Wt％)為P0.04％～0.15％。
7.一種用于生產(chǎn)權(quán)利要求1～6所述的熱軋雙面搪瓷用鋼板的制造方法，包括如下步驟鋼水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、板坯連鑄、再加熱、粗軋、精軋、層流冷卻、卷取，其特征在于板坯加熱至1180～1260℃，均熱后經(jīng)高壓水除鱗，粗軋成中間坯，在840～1100℃的溫度區(qū)間精軋，通過5～7道次精軋至目標(biāo)厚度，精軋開軋溫度1100～960℃，終軋溫度920～840℃，軋后0～7S內(nèi)以≥30℃/S的冷速連續(xù)冷卻至450～630℃卷取。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱軋雙面搪瓷用鋼板的制造方法，其特征在于常規(guī)鑄機以0.8～1.5m/min的速度連鑄成200～230mm厚度的板坯。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱軋雙面搪瓷用鋼板的制造方法，其特征在于中薄板坯鑄機以1.5～4m/min的速度連鑄成120～170mm厚度的板坯。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種熱軋雙面搪瓷用鋼板，其化學(xué)成分(Wt％)為C0.02％～0.06％、Si≤0.50％、Mn0.15％～0.40％、P≤0.15％、S≤0.006％、N≤0.003％、Ti0.08％～0.20％、Als0.005％～0.055％，Ti/C2.2～5，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。熱軋狀態(tài)下組織為晶粒直徑在2μm～20μm的鐵素體，在組織中均勻分布著直徑在20nm以下的TiC粒子。還可以加入V0.015％～0.060％和/或Cr0.05％～0.20％。該鋼板的制造方法為采用連鑄方法生產(chǎn)板坯，板坯加熱至1180～1260℃，均熱后經(jīng)高壓水除鱗、粗軋成中間坯、在840～1100℃的溫度區(qū)間精軋，通過5～7道次精軋至目標(biāo)厚度，精軋開軋溫度1100～960℃，終軋溫度920℃～840℃，軋后0～7S內(nèi)以≥30℃/S的冷速連續(xù)冷卻至450～630℃卷取。本發(fā)明產(chǎn)品具有雙面搪瓷性能優(yōu)和搪后使用強度高等特點，滿足了大型工程構(gòu)件對雙面搪瓷鋼板的強度和搪瓷性能要求。
文檔編號B21B37/74GK1966753SQ200510047758
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者王東明, 董恩龍, 郭曉宏, 劉立群, 劉鳳蓮, 侯家平, 辛國強, 翟永彬, 吳世龍 申請人:鞍鋼股份有限公司, 鞍鋼集團新鋼鐵有限責(zé)任公司