一种抗鳞爆性能优良的搪玻璃用钢板及其制造方法与流程

本发明是关于一种搪玻璃用钢板及其生产方法，特别涉及一种具有优良抗鳞爆性能的搪玻璃用钢板及其生产方法。

背景技术：

所谓搪玻璃是指将含硅量高的搪玻璃瓷釉涂于金属(钢铁)表面，通过高温搪烧，使瓷釉密着于钢板表面。因此，搪玻璃钢板具有了类似玻璃的化学稳定性和金属强度的双重优点。正是因为搪玻璃钢板的独特性能，使得搪玻璃钢板广泛适用于化工、医药、染料、农药、有机合成、石油、食品制造和国防工业等领域，以代替昂贵的不锈钢和有色金属。

作为搪玻璃设备主要制造材料的钢板，其性能好坏直接影响着最终制品的质量水平和使用寿命，因此国外发达国家大多都采用专用钢板，并有相应的材料标准。我国最早开发的T06TiA、09MnTi、09MnTiNb等一系列用于制造搪玻璃设备的专用钢种，在当时的历史条件下很好地满足了市场需要。然而，由于当时的工艺状况比较落后，生产出的这些专用产品的成材率还不到70％，使成本大幅上升，严重制约了其在搪玻璃设备行业的推广和普及，无法从根本上改变我国用普通碳素钢生产搪玻璃设备的局面。经过20多年的时代变迁，一方面钢厂的冶炼水平有了飞跃性的进步，轧制控制水平、质量控制手段都得到了大幅度提高。另一方面我国搪玻璃行业的格局已经发生了根本性变化。整个行业的生产能力、标准化水平都已经不可同日而语，我国正在成为搪玻璃化工设备的制造中心，整个搪玻璃行业的钢材消 耗量已经达到了20万吨，产品已经开始大量向印度、东南亚出口。但是目前行业内仍在使用价格低廉的Q235A,Q235B,Q235C、20g、20R钢等材料代用。这些普通钢板在搪玻璃工艺过程中经常会产生鳞爆、密着不良和气孔等缺陷，严重损害了搪玻璃设备的产品质量和使用寿命。而且往往需要经过多次反复搪烧才能获得合格的制品，造成搪玻璃设备普遍存在质量不稳定、使用寿命短等缺点。

鳞爆是搪玻璃制品的致命缺陷，极大的危害搪玻璃制品的质量。鳞爆主要是由于搪玻璃制品在高温搪烧时，瓷浆内的结晶水与钢板表面的碳、铁反应生成原子氢，氢原子向钢中扩散。当搪玻璃制品冷却时，氢在钢中的溶解度急剧下降，如果钢中没有足够的储氢陷阱，氢气则大量逸出积聚在钢板表面，当氢气产生的压力超过瓷层的强度极限时，就会冲破瓷釉表面，产生鳞爆剥落。鳞爆的产生就是因为在涂搪冷却时氢气在钢板表面释放所引起的。能够引起产生鳞爆的原因很多，但钢板本身的质量对鳞爆的产生有很大影响。

在过去的国内外相关研究文献中，针对解决搪瓷钢鳞爆问题有了一些成果。如日本村上英邦、西村哲等人的专利CN101535517A公开了耐鳞爆性显著优良的搪瓷用钢板及其制造方法，其重量百分比为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％、还含有Ta、W、Mo、La、Ce、Ca、Mg中的1种以上，合计为1.0％以下，以及As、Se、Sn、Sb中的1种以上，合计为1.0％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。

宝钢专利文献CN201010179312公开了一种以超低碳为基础、添 加适量的合金元素、具有优良的成形性能和抗鳞爆性能的冷轧搪瓷钢板及其制造方法，其化学成分百分比为：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％，还含有Nb：0.01％～0.10％、V：0.01％～0.10％、Ti：0.01％～0.15％的一种或两种以上，还含有Cr：0.01％～0.10％、Ni：0.01％～0.10％、Mo：0.01％～0.10％中的一种或两种以上。

上述方法制造的搪瓷钢均具有良好的抗鳞爆性能，但必须通过在钢中添加Nb、B、V、Ni、Ti、Cr等合金元素，有的还需要精确控制C、S、N、Ti元素的含量和比例，这无疑会增加冶炼成本和加大生产控制难度。

武钢的专利文献CN103484757A公开了一种无鳞爆现象、生产难度低、成本低廉的具有抗鳞爆性能的搪瓷钢及其制造方法，钢中含有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％，余量为铁和其它不可避免的杂质。其采用的是超低碳钢，增加了冶炼难度；而且采用的是冷轧、退火工艺，增加工序成本，生产周期长。

针对上述不足，本发明提供了一种具有优良抗鳞爆性能的搪玻璃用钢及其制造方法。通过合理的成分设计和工艺控制，使钢中形成足够的储氢陷阱，提高钢板的抗鳞爆性能。一方面本发明通过控制钢中适量的N、S元素含量，加入适量的Ti元素，使钢中能够形成足够的第二相粒子，作为储氢的陷阱，提高钢板的抗鳞爆性能。另一方面采用控轧控冷技术，使钢中铁素体晶粒在10级以上，晶粒越细小，晶界面积相对增加。晶界也被认为是一种有效的储氢的陷阱，即晶界面 积越大，在钢板搪烧过程中储氢能力越强，对钢板的抗鳞爆性能越有利。

技术实现要素：

本发明提供了一种抗鳞爆性能优良的搪玻璃用钢板及其制造方法，该钢板具有良好的抗鳞爆性能和良好的成型性能，且经多次反复搪烧后强度水平稳定，为医药、化工等行业提供了一种安全可靠的搪玻璃基板材料。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

化学成分质量百分比为：C：0.011％～0.060％、Si：0.08％～0.20％、Mn：0.60％～1.8％、P≤0.025％、S：0.010％～0.045％、N：0.003％～0.009％、Ti：0.035％～0.20％、Cr：0.05％～0.25％、Als：0.005％～0.050％、Ti/C：1.5～3.5，其余为铁及不可避免的杂质。

钢中各化学成分的作用机理为：

C：是促进Ti的粒子析出的元素，如果含量太低,不利于作为氢陷阱的TiCx粒子的沉淀。如果含量偏高，在同等Ti含量的前提下，会降低析出相的捕氢活性，对搪瓷性能不利；同时涂搪过程中C含量偏高时也会形成CO气泡，造成搪瓷针孔缺陷，损害搪瓷表面质量。因此本发明钢C含量选择在0.011％～0.06％。

Si：在钢中起到固溶强化作用。Si在搪烧过程中会先行生成氧化物膜，阻碍钢板与搪玻璃釉间密着层的生成。钢中含有较高的Si含量时会影响搪瓷密着性能，因此限制0.08％～0.20％。

Mn：作为脱氧元素能够降低钢液中的氧，形成MnO夹杂物可以做为储氢的陷阱，对提高钢板的抗鳞爆性能有力。但过高的Mn含量会显著降低钢的塑性，对钢板加工使用不利；同时过高的Mn含量使钢的Ac3温度降低幅度较大，搪烧时因钢板奥氏体化而导致零件变形 过大，因此本发明钢控制其含量在0.60％～1.8％。

Ti/C比：是保证搪玻璃性能的重要指标。Ti/C≥1.5，使钢板的微观结构中出现大量具有化学活性的Ti的碳化物、Ti的碳氮化物等析出粒子，可以提供足够的捕氢陷阱，抑制搪烧后发生鳞爆。Ti含量过高会导致连铸时铸坯质量问题。本发明钢中Ti/C比的控制范围为1.5～3.5。

Ti：是作为氢陷阱的析出粒子的重要形成元素。如前所述，其含量应为C的1.5～3.5倍。在这个前提下，为保证形成的氢陷阱的必要表面积，Ti含量应高于0.015％。但高于0.20％时会给板坯连铸带来不良的影响。因此在保证Ti/C比在1.5～3.5的前提下，确定其含量在0.035％～0.20％。

P：对搪瓷性能没有不利影响。但如果其含量过高，会降低钢的焊接性能。因此本发明钢控制其含量上限为0.025％。

S、N：在传统钢板中，S和N是有害元素，因此要控制的尽量低。但在搪玻璃钢中，适量的S和N与Ti形成的第二相粒子，做为储氢的陷阱，抑制钢板搪烧后发生鳞爆，因此可适当放宽S和N的含量范围。但如果S和N的含量过高，钢中会形成粗大的TiS和TiN粒子，严重损害钢的塑性，同时粗大的TiS和TiN粒子也不能发挥其对提高抗鳞爆性能的作用。因此本发明钢中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，也不能充分发挥其对提高抗鳞爆性能的作用，因此本发明钢中S和N的下限分别控制在0.01％和0.003％。

Als：是脱氧产物，为使钢洁净，应进行Al脱氧，Als在0.005％～0.050％时，可足以保证钢的洁净度，Als超过0.050％使钢的成本增加。因此本发明钢控制其含量在0.005％～0.050％之间。

Cr：是可以改善轧后钢板的表面状态的元素，用其可以调整钢板表面的粗糙程度，提高瓷釉附着性。由于Cr低于0.05％时，改善钢板表面粗糙度的程度不明显，达到0.25％时，其作用已经饱和。且高于0.25％时也使钢板的生产成本增加。本发明钢中控制其含量在0.05％～0.25％。

钢板的生产工艺为：转炉冶炼-炉外精炼-铸坯加热-粗轧-精轧-入坑缓冷。

包括如下步骤：按上述成分配比冶炼的连铸坯加热至1180～1250℃，以保证获得细小的奥氏体晶粒，能有相当数量的Ti溶入奥氏体。采用两阶段轧制，粗轧阶段轧制温度≥1100℃；精轧阶段开轧温度为920～1000℃、终轧温度为840～900℃，累积变形量≥70％。轧后钢板空冷或水冷至600℃入坑缓冷。

对本发明生产工艺说明如下：

铸坯加热温度为1180～1250℃：为使作为氢陷阱的析出相的表面积最大化，要尽量使铸坯中的Ti析出粒子回溶到钢中。在1180℃时，铸坯中Ti析出粒子已经大部分回溶。在1250℃时，钢中的Ti析出粒子回溶程度已经接近饱和，且加热温度超过1250℃后，对加热设备的损害增大，钢的烧损也增加，因此确定铸坯加热温度为1180～1250℃。

粗轧阶段轧制温度≥1100℃：此时钢的强度低塑性好，易于轧制。粗轧阶段控制中间坯厚度为成品厚度的三倍以上，使晶粒得到充分细化，为精轧做准备。

精轧阶段开轧温度高于1000℃时，铁素体晶粒易粗大化，晶界面积相对减少，由于晶界也是一种有效的储氢陷阱，粗大的铁素体晶粒对抗鳞爆性能不利。精轧温度低于920℃时，增加轧机负荷，容易 导致事故。因此确定精轧开轧温度在920～1000℃。

终轧温度过低会诱导先析出，使析出粒子不均匀和析出粒子粗大化，粗大的粒子对抗鳞爆性能不利。终轧温度过高会导致铁素体晶粒粗大化，粗大的铁素体晶粒对抗鳞爆性能不利。因此确定终轧温度范围为840～900℃。

累积变形量≥70％，使晶粒得以充分细化，细小的晶粒有利于提高抗鳞爆性能。

轧后钢板空冷或水冷到600℃后入坑缓冷。在轧制及冷却过程中会有部分细小弥散分布的Ti的二相粒子析出，细小弥散分布的粒子提高钢板的抗鳞爆性能。钢板入坑缓冷，使粒子析出更充分，同时使钢中铁素体组织得以均匀和细化，提高钢板的抗鳞爆性能。

有益效果：

(1)本发明钢通过控制Ti/C比为1.5～3.5、Ti含量在0.05％～0.20％，保证了钢板具有良好的抗鳞爆性能。

(2)采用本发明的成分设计和工艺控制方法制造的钢板，具有优良的抗鳞爆性能和良好的成型性能，且经多次反复搪烧后强度水平稳定，屈服强度≥300MPa，抗拉强度≥420MPa，断后延伸率≥38％，为医药、化工等行业提供了一种安全可靠的搪玻璃基板材料。

(3)本发明在控制Ti/C比为1.5～3.5的前提下，通过控制Ti含量不超过0.20％，使钢板能够通过连铸-热轧的方法稳定生产。

(4)采用本发明的成分设计和工艺控制方法制造的钢板，热轧板屈服强度≥330MPa，抗拉强度≥440MPa，断后延伸率≥35％，是搪玻璃设备一种安全可靠的专用钢板材料。

(5)热轧态组织为铁素体+少量珠光体，铁素体晶粒度为10级，搪烧后组织为铁素体+少量珠光体，组织更加均匀细小。热轧态铁素 体量为80％～90％、珠光体量为10％～20％。

(6)通过粗轧阶段控制中间坯厚度为成品厚度的三倍以上，使粗轧阶段晶粒就得以细化，为成品的组织细化做准备；又通过控制精轧阶段的累积变形量≥70％，使成品组织得以充分细化，细小的晶粒有利于提高钢板抗鳞爆性能。

(7)轧后钢板入坑缓冷，可以消除残余应力，保证钢板的可加工性；另一方面也使钢板组织更加均匀，对提高钢板的力学性能及抗鳞爆性能有利。

附图说明

图1为实施例1热轧态组织照片，图2为实施例1经11次搪烧后的组织照片。

具体实施方式

本发明提供了一种抗鳞爆性能优良的搪玻璃用钢板及其制造方法，钢中化学成分质量百分比为：C：0.011％～0.060％、Si：0.08％～0.20％、Mn：0.60％～1.8％、P≤0.035％、S：0.010％～0.045％、N：0.003％～0.009％、Ti：0.035％～0.20％、Cr：0.05％～0.25％、Als：0.005％～0.050％、Ti/C：1.5～3.5，其余为铁及不可避免的杂质。将按上述成分配比冶炼的连铸坯加热至1180～1250℃，采用两阶段轧制，粗轧阶段轧制温度≥1100℃；精轧阶段开轧温度为920～1000℃、终轧温度为840～900℃，累积变形量≥70％。轧后钢板空冷或水冷至600℃入坑缓冷。

以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。

表1为本发明实施例钢的冶炼成分，表2为本发明实施例钢的生产工艺参数，表3为本发明实施例钢的热轧态性能，表4为本发明实 施例钢板搪烧后性能。抗鳞爆性能的测试是将钢板经双面涂搪后放置一个月，用100倍显微镜观察鳞爆点。

表1本发明实施例钢的冶炼成分

表2本发明实施例钢的生产工艺参数

表3本发明实施例钢板热轧态性能

(F：铁素体；P：珠光体；鳞爆测试：钢板经双面涂搪后放置一个月，用100倍显微镜观察鳞爆点。)

表4本发明实施例钢板搪烧后性能

注：①各实施例搪烧工艺制度为：850-900℃反复搪烧11次；②力学性能是经11次搪烧处理去掉表面瓷料后测得的；③鳞爆情况是对钢板双面搪玻璃后放置一个月的考察结果。

根据以上结果可以得出，本发明提供的一种高强度搪玻璃用热轧钢板，热轧态钢板屈服强度≥330MPa，抗拉强度≥440MPa，断后延伸率≥35％，搪烧后钢板屈服强度≥300MPa，抗拉强度≥420MPa，断后延伸率≥38％，具有良好的冷弯性能和抗鳞爆性能。