本發(fā)明是關(guān)于一種熱軋?zhí)麓射摷捌滗摪宓闹圃旆椒?，特別涉及一種具有優(yōu)良抗鱗爆性能的搪瓷鋼及鋼板的制造方法。

背景技術(shù)：

鱗爆是搪瓷制品的致命缺陷，極大的危害搪瓷制品的質(zhì)量。搪瓷鱗爆是由于溶入鋼板中的氫引起的。搪瓷制品在生產(chǎn)過程中經(jīng)歷了兩次吸氫的過程，一是在酸洗過程、二是在搪燒過程中。酸洗時首先是氧化鐵皮與酸的反應(yīng)，之后酸主要與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫，一部分氫逸出，一部分氫以原子形式溶于鋼板中。在隨后的高溫搪燒時，瓷漿內(nèi)的結(jié)晶水及加熱爐氣中的水蒸氣與鋼板表面鐵和碳發(fā)生反應(yīng)，生成氫原子，以原子和分子的形式溶解于鐵。隨著鋼板冷卻,固態(tài)鐵中氫的溶解度急驟下降(20℃時氫在鋼中溶解度僅是900℃時的千分之一)，于是氫原子逸出，在鋼表面受到瓷釉層阻隔,以分子狀態(tài)聚集在鋼板與搪瓷界面。當(dāng)氫原子不斷逸出、氫氣壓力增大至一定程度,產(chǎn)生的壓力超過搪瓷層的強度極限而發(fā)生搪瓷層的破損。這種破損一般呈坑點形態(tài)，形如鱗片，稱為鱗爆。由于產(chǎn)生鱗爆的氫主要是在酸洗和搪燒過程中進入鋼板的，因此除了改進制品的搪瓷工藝外，還應(yīng)提高鋼板本身的抗鱗爆性能。因此需要通過合理的化學(xué)成分設(shè)計和生產(chǎn)工藝控制來提高鋼板本身的抗鱗爆性能，一般認為1mm厚度鋼板的氫滲透時間大于7～8min時，就不會發(fā)生鱗爆。

在過去的國內(nèi)外相關(guān)研究文獻中，針對解決搪瓷鋼鱗爆問題有了一些成果。如日本村上英邦、西村哲等人的專利文獻CN101535517A 公開了耐鱗爆性顯著優(yōu)良的搪瓷用鋼板及其制造方法，其重量百分比為C：0.003％～0.010％、Si：0.001～0.100％、Mn：0.03％～1.30％、P≤0.035％、S≤0.08％、Nb：0.055％～0.250％、O：0.005％～0.085％，Al：0.0002％～0.010％、N：0.0055％以下，B：0.0003％～0.0030％、V：0.003％～0.15％、Ni：0.0001％～0.05％、Ti：0.0001％～0.05％、還含有Ta、W、Mo、La、Ce、Ca、Mg中的1種以上，合計為1.0％以下，以及As、Se、Sn、Sb中的1種以上，合計為1.0％以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成；寶鋼專利(申請?zhí)朇N201010179312)介紹了一種以超低碳為基礎(chǔ)、添加適量的合金元素、具有優(yōu)良的成形性能和抗鱗爆性能的冷軋?zhí)麓射摪寮捌渲圃旆椒ǎ浠瘜W(xué)成分百分比為：C≤0.05％、Si≤0.10％、Mn≤0.50％、P≤0.035％、S≤0.035％、Al：0.031％～0.10％、N≤0.015％、O≥0.001％、B：0.0003％～0.020％、Cu：0.01％～0.50％，還含有Nb：0.01％～0.10％、V：0.01％～0.10％、Ti：0.01％～0.15％的一種或兩種以上，還含有Cr：0.01％～0.10％、Ni：0.01％～0.10％、Mo：0.01％～0.10％中的一種或兩種以上。上述方法制造的搪瓷鋼均具有良好的抗鱗爆性能，但必須通過在鋼中添加Nb、B、V、Ni、Ti、Cr等合金元素，有的還需要精確控制C、S、N、Ti元素的含量和比例，這無疑會增加冶煉成本和加大生產(chǎn)控制難度。武鋼開發(fā)了一種無鱗爆現(xiàn)象、生產(chǎn)難度低、成本低廉的具有抗鱗爆性能的搪瓷鋼及其制造方法(CN103484757A)，具體公開了重量百分比為C：0.0020％～0.0050％、Mn：0.30％～0.50％、Si：0.0050％～0.010％、P：0.01％～0.015％、S：0.011％～0.020％、Als：0～0.010％、O：0.011％～0.020％，余量為鐵和其它不可避免的雜質(zhì)。采用的是超低碳鋼，增加了冶煉難度；而且采用的是冷軋、退火工藝，增加工序成本，生產(chǎn)周期長。

針對上述不足，本發(fā)明提供了一種具有優(yōu)良抗鱗爆性能的搪瓷鋼及其鋼板的制造方法。通過合理的成分設(shè)計和工藝控制，使鋼中形成足夠的儲氫陷阱，提高鋼板的抗鱗爆性能。一方面本發(fā)明通過控制鋼中適量的N、S元素含量，加入適量的Ti元素，使鋼中能夠形成足夠的第二相粒子，作為儲氫的陷阱，提高鋼板的抗鱗爆性能。另一方面采用控軋控冷技術(shù)，使鋼中鐵素體晶粒在10級以上，晶粒越細小，晶界面積相對增加。晶界也被認為是一種有效的儲氫的陷阱，即晶界面積越大，在鋼板搪燒過程中儲氫能力越強，對鋼板的抗鱗爆性能越有利。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種具有優(yōu)良抗鱗爆性能的搪瓷鋼及其鋼板制造方法。通過合理的成分設(shè)計和工藝控制，使鋼中形成足夠的儲氫陷阱，提高鋼板的抗鱗爆性能，為家電等行業(yè)提供了一種抗鱗爆性能優(yōu)異的鋼板材料。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

鋼中化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：C：0.04％～0.10％、Si≤0.10％、Mn：0.30％～1.0％、Ti：0.03％～0.10％、P≤0.015％、S：0.010％～0.045％、N：0.003％～0.009％、Als：0.005％～0.050％、Cr：0.05％～0.25％，Ti/C：0.5～1.2，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。

在本發(fā)明的成分中：

(1)C是促進Ti的粒子析出的元素，如果含量太低,不利于作為氫陷阱的TiCx粒子的沉淀。如果含量偏高，在同等Ti含量的前提下，會降低析出相的捕氫活性，對搪瓷性能不利；同時涂搪過程中C含量偏高時也會形成CO氣泡，造成搪瓷針孔缺陷，損害搪瓷表面質(zhì)量。因此本發(fā)明鋼C含量選擇在0.04％～0.10％。

(2)Si元素在搪燒過程中會先行生成氧化物膜，阻礙鋼板與瓷釉間密著層的生成。Si含量超過0.10％時影響搪瓷密著性能，因此本發(fā)明鋼限制Si≤0.10％。

(3)Mn做為脫氧元素能夠降低鋼液中的氧，同時形成MnO夾雜物可以做為儲氫的陷阱，對提高鋼板的抗鱗爆性能有力。但過高的Mn含量會顯著降低鋼的塑性，對鋼板加工使用不利；當(dāng)Mn含量超過1.0％以上時，鋼的Ac3溫度降低幅度較大，搪燒時因鋼板奧氏體化而導(dǎo)致零件變形過大，所以控制Mn的含量范圍為0.30％～1.0％。

(4)Ti/C比是保證搪瓷性能的重要指標(biāo)。Ti/C≥0.5，使鋼板的微觀結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)大量具有化學(xué)活性的Ti的碳化物、Ti的碳氮化物等析出粒子，可以提供足夠的儲氫陷阱，抑制鋼板搪燒后發(fā)生鱗爆。Ti含量過高會導(dǎo)致連鑄時鑄坯質(zhì)量問題。因此Ti/C比的控制范圍限定在0.5～1.2。

(5)Ti是作為氫陷阱的析出粒子的重要形成元素。如前所述，其含量應(yīng)為C的0.5～1.2倍。在這個前提下，為保證形成的氫陷阱的必要表面積，Ti含量應(yīng)高于0.02％。因此在保證Ti/C比在0.5～1.2之間的前提下，確定其含量在0.030％～0.10％。

(6)在傳統(tǒng)鋼板中S和N是有害元素，因此要控制的盡量低。但在搪瓷鋼中，適量的S和N與Ti形成的第二相粒子，作為儲氫的陷阱，抑制鋼板搪燒后發(fā)生鱗爆，因此可適當(dāng)放寬S和N的含量范圍。但如果S和N的含量過高，鋼中會形成粗大的TiS和TiN粒子，嚴重損害鋼的塑性，同時粗大的TiS和TiN粒子也不能發(fā)揮其對提高抗鱗爆性能的作用。因此本發(fā)明鋼中S含量的上限控制在0.045％、N含量的上限控制在0.009％。如果S和N的含量控制的太低，也不能充分發(fā)揮其對提高抗鱗爆性能的作用，因此本發(fā)明鋼中S和N的下 限分別控制在0.01％和0.003％。

(7)P對搪瓷性能沒有不利影響。但如果其含量過高，會降低鋼的焊接性能。因此本發(fā)明鋼控制其含量上限為0.015％。

(8)Als是脫氧產(chǎn)物，為使鋼潔凈，應(yīng)進行Al脫氧，Als在0.005％～0.050％時，可足以保證鋼的潔凈度，Als超過0.050％使鋼的成本增加。因此本發(fā)明鋼控制其含量在0.005％～0.050％之間。

(9)Cr是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。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0.25％時，其作用已經(jīng)飽和。且高于0.25％時也使鋼板的生產(chǎn)成本增加。本發(fā)明鋼中控制其含量在0.05％～0.25％。

含有上述化學(xué)成分鋼板的生產(chǎn)工藝為：鋼水脫硫-轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉-連鑄-鑄坯加熱-粗軋-精軋-層流冷卻-卷取。在本發(fā)明中，將連鑄坯加熱至1180～1250℃，均熱后經(jīng)高壓水除鱗、粗軋開坯，精軋開軋溫度980～1100℃，終軋溫度為880～950℃，軋后采取前段冷卻方式，在6s時間內(nèi)以≥30℃/s冷速快冷至卷取溫度，卷取溫度控制在630～700℃。

在本發(fā)明生產(chǎn)工藝中：

鑄坯加熱溫度為1180～1250℃。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1250℃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1250℃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1180～1250℃。

精軋溫度高于1100℃時，鐵素體晶粒易粗大化，晶界面積相對 減少，由于晶界也是一種有效的儲氫陷阱，粗大的鐵素體晶粒對抗鱗爆性能不利。精軋溫度低于980℃時，增加軋機負荷，容易導(dǎo)致事故。因此確定精軋開軋溫度在980～1100℃。

終軋溫度過低會誘導(dǎo)先析出，使析出不均勻和析出粒子粗大化，粗大的粒子對抗鱗爆性能不利。在軋后快速冷卻的條件下，在880℃以上終軋，這種粗大化的程度還不顯著。而在950℃終軋，誘導(dǎo)先析出TiC粒子的數(shù)量已經(jīng)很少，因此確定終軋溫度范圍為880～950℃。

在緩慢冷卻的條件下，由于Ti粒子析出的范圍很寬，其析出粒子易于粗大化，使析出相的總表面積減??；另一方面鐵素體晶粒尺寸粗大，鐵素體晶界面積相對減少，儲氫陷阱的總量不足，因此本發(fā)明提出采用高的快速冷卻速度，使重新析出的Ti的析出粒子更加細小彌散，增加了析出相的總表面積；同時鋼中的鐵素體組織得到細化，鐵素體晶粒在10級以上，使鐵素體晶界面積相對增加，兩方面的因素使鋼中具有足夠的儲氫陷阱，有利于抑制鱗爆的發(fā)生。軋后采取前段冷卻方式在6s內(nèi)以≥30℃/s冷速快冷至卷取溫度，完全可以抑制粗大的Ti的析出粒子形成，有利于鐵素體晶粒細化，因此確定軋后冷速應(yīng)不低于30℃/s。

對于本發(fā)明鋼來說，卷取溫度低于630℃時，作為儲氫陷阱的鈦的析出粒子的析出被抑制，儲氫陷阱總量不足，不足以抑制鱗爆的發(fā)生。而卷取溫度高于700℃，鐵素體晶粒會出現(xiàn)粗大化，鐵素體晶界面積相對減少，儲氫陷阱的總量不足。因此控制卷取溫度的范圍為630～700℃。

組織為鐵素體+少量珠光體，其中，按體積百分比計，鐵素體≥95％，珠光體≤5％，晶粒度為10級。

有益效果：

1)采用本發(fā)明的成分設(shè)計和工藝控制方法制造的鋼板，具有優(yōu)良的抗鱗爆性能，且性能穩(wěn)定，適應(yīng)性廣，為家電等行業(yè)提供了一種抗鱗爆性能優(yōu)異的鋼板材料。

2)本發(fā)明在控制Ti/C比為0.5～1.0的前提下，通過控制Ti含量不超過0.10％，使鋼板能夠通過連鑄-熱軋的方法穩(wěn)定生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實施例1的金相組織圖。

具體實施方式

以下實施例用于具體說明本發(fā)明內(nèi)容，這些實施例僅為本發(fā)明內(nèi)容的一般描述，并不對本發(fā)明內(nèi)容進行限制。本發(fā)明中所指的鋼包括鑄坯、鋼板、鋼管等。

表1為本發(fā)明實施例鋼和對比例鋼的冶煉成分，表2為本發(fā)明實施例鋼和對比例鋼的生產(chǎn)工藝參數(shù)，表3為本發(fā)明實施例鋼和對比例鋼的性能。

抗鱗爆性能的測試是將鋼板經(jīng)涂搪后放置一個月，用100倍顯微鏡觀察鱗爆點。

表1本發(fā)明實施例鋼和對比例鋼的冶煉成分 wt％

表2本發(fā)明實施例鋼和對比例鋼的工藝參數(shù)

表3本發(fā)明實施例鋼和對比例鋼實物性能

(F：鐵素體；P：珠光體；鱗爆測試：鋼板經(jīng)涂搪后放置一個月，用100倍顯微鏡觀察。)

根據(jù)以上結(jié)果可以得出，本發(fā)明提供的一種高強度搪玻璃用熱軋鋼板，鋼板屈服強度達到390MPa以上，具有良好的抗鱗爆性能。