一种热交换器用全铁素体搪瓷钢及生产方法
【专利摘要】一种热交换器用全铁素体搪瓷钢，其化学成份的重量百分比为：C≤0.0050%、Mn：0.10~0.50%、Si≤0.010%、P≤0.020%、S：0.015~0.045%、Als≤0.010%，Nb：0.010~0.055%，B≤0.0030%，O：0.010~0.050%；生产步骤：铁水预处理、转炉冶炼、精炼并连铸；对铸坯加热；热轧；卷取并酸洗；冷轧；退火；精整并待用。本发明金相组织为全铁素体，晶粒度为11级，主要夹杂物为长线状MnS和颗粒状Mn/Nb复合氧化物，析出相为细小的NbC/N、BN颗粒，Rel为180~240MPa，拉伸强度280~360MPa，延伸率36~46%，钢板氢渗透时间≥25min/mm2，涂搪后无鳞爆，搪瓷密着强度优于A1级，针孔率低于10个/m2。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种搪瓷钢及生产方法，具体地属于一种热交换器用搪瓷钢及生产方 法，确切地为一种热交换器用全铁素体搪瓷钢及生产方法。 一种热交换器用全铁素体搪瓷钢及生产方法
【背景技术】
[0002] 热交换器波纹板是热交换器中换热元件的主体构件，直接与烟气接触，需要具备 优良的耐酸碱、耐腐蚀能力，目前主要采用搪瓷钢板制造。搪瓷波纹板是通过冷轧钢板辊压 成形，再涂覆一层搪瓷粉，最后高温烧结制成。为满足热交换器严苛的使用环境，必须保证 波纹板的涂搪质量，这就要求所采用钢板必须具有良好的抗鳞爆性能、搪瓷密着性和抗针 孔性。虽然波纹板结构简单，对钢板的深冲性能要求不高，但钢板经高温搪烧后容易变形， 影响波纹板组装质量和换热效率，这就要求钢板同时具备良好的抗高温变形能力。目前冷 轧搪瓷专用钢材主要为添加 B、Ti或Nb等合金元素的超低碳铝镇静搪瓷钢，虽然该类钢板 具有良好的成形性，抗鳞爆性和抗高温变形也能满足使用要求，但其制造出的波纹板搪瓷 密着强度和抗针孔性难以达到热交换器用波纹板的要求，因此开发出综合性能更优的搪瓷 钢板。
[0003] 经检索，中国专利申请号为CN01802486. 6的专利文献，公开了一种加工性、时效 性和上釉性出色的搪瓷用钢板及制造方法。其组分及质量百分比为：〇. 0018%以下的碳、 0. 020%以下的硅、0. 1(Γ〇. 30%的锰、0. 01(Γ〇. 030%的磷、0. 030%以下的硫、0. 005%以下的 铝、0. 0008?0. 0050%的氮、0. 0050%以下且0. 6倍氮量以上的硼和0. 01(Γ〇. 05%的氧，该方 法主要通过成分和热轧条件调整来控制氮化物形态，冶炼和轧制的控制难度较大，而且主 要夹杂物为硼氮化物，虽然实现了在较低氧含量条件下保证钢板的抗鳞爆性，但没有起到 改善搪瓷密着性的作用。
[0004] 中国专利申请号为CN201010179312. 5专利文献，其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超低碳钢搪瓷钢板的制造 方法，其组分及重量百分比为：C彡0· 050、Si彡（λ 10、Μη彡（λ 50、Ρ彡0· 035、S彡0· 035、 Α1:0· 031 ?0· 10、N 彡 0· 015、0 彡 0· 001、Β: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中的一种或两种以上，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。其存在的不足是C含量较 高，容易产生针孔缺陷，添加合金种类较多导致冶炼成本较高，该发明的钢板主要满足两次 搪瓷两次搪烧的湿法搪瓷工艺，而制造热交换器波纹板主要采用静电干法一次搪烧工艺， 对钢板涂搪性能要求更高，尚未得到实例验证是否满足使用要求。； 中国专利申请号为CN201010179313.X的文献，公开了一种抗针孔性能、抗鳞爆性 能、钢板和瓷釉之间的密着性优良的搪瓷钢，其组分及重量百分比为：0.0040%、 Si 彡 0· 03%、Μη 彡 1. 0%、P 彡 0· 035%、S 彡 0· 050%、A1 彡 0· 030%、Β:0· 0003 ?0· 010%、 Ν 彡 0· 015%、0 :0· 005?0· 05%、Ti :0· 01 ?0· 50,还含有 Cu :0· 01 ?0· 20%、Cr :0· 01 ?0· 20%、 Ni :0. 01?0. 20%、M〇 :0. 01?0. 20%中的一种或两种以上。该发明的钢板密着性在A1级和A2 级之间，不能满足密着性优于A1级的产品需求，同时适应于加工热交换器波纹板的屈服强 度最优范围为20(T220MPa，而该发明钢板的屈服强度在148~220MPa，波动范围较宽，加工 适应性较差。
[0005] 中国专利申请号为CN201310486400. 3的文献，公开了一种具有抗鳞爆性能的 搪瓷钢，由以下组分及重量百分比制成：C :0. 0020?0. 0050%、Μη :0. 30?0. 50%、Si : 0· 0050 ?0· 0100%、P :0· 010 ?0· 015%、S :0· 011 ?0· 020%、Als :0 ?0· 010%、0 :0· 011 ? 0. 020%，余量为Fe和其他不可避免的杂质，该文献虽合金加入量少，生产成本低，钢板成形 性、抗鳞爆性和涂搪密着性能满足一次涂搪使用要求，但晶粒较粗大，使钢板强度较低，抗 高温变形能力较差，不能满足更高要求的热交换器需求。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有技术的不足，提供一种金相组织为全铁素体，晶粒度为11级，主 要夹杂物为长线状MnS和颗粒状Mn/Nb复合氧化物，析出相为细小的NbC/N、BN颗粒，钢板 屈服强度180?240MPa，拉伸强度28(T360MPa，延伸率36?46%，钢板氢渗透时间彡25min/ mm2,涂搪后无鳞爆，搪瓷密着强度优于A1级，针孔率低于10个/m2的热交换器用全铁素体 搪瓷钢及生产方法。
[0007] 实现上述目的的措施： 一种热交换器用全铁素体搪瓷钢，其化学成份的重量百分比为：0.0050%、 Μη :0· 1(Γ〇· 50%、Si 彡 0· 010%、P 彡 0· 020%、S :0· 015?0· 045%、Als ^ 0. 010%, Nb ： 0. 01(T〇. 055%，B < 0. 0030%，0 :0. 01(T〇. 050%，余量为Fe和其他不可避免的杂质；金相组 织为铁素体，晶粒度为11级，主要夹杂物为长线状MnS和颗粒状Mn/Nb复合氧化物,析出相 为细小的NbC/N、BN颗粒，钢板氢渗透时间彡25min/mm 2,搪瓷密着强度优于A1级。
[0008] -种热交换器用全铁素体搪瓷钢，其化学成份的重量百分比为：0.0050%、 Μη :0· 35?0· 50%、Si 彡 0· 010%、P 彡 0· 020%、S :0· 032?0· 040%、Als ^ 0. 010%, Nb ： 0. 026?0. 055%，B < 0. 0030%，0 :0. 01(Γ〇. 050%，余量为Fe和其他不可避免的杂质；金相组 织为铁素体，晶粒度为11级，主要夹杂物为长线状MnS和颗粒状Mn/Nb复合氧化物,析出相 为细小的NbC/N、BN颗粒，钢板氢渗透时间彡25min/mm 2,搪瓷密着强度优于A1级。
[0009] -种热交换器用全铁素体搪瓷钢，其化学成份的重量百分比为：0.0050%、 Μη :0· 4(Γ〇· 50%、Si 彡 0· 010%、P 彡 0· 020%、S :0· 036?0· 040%、Als ^ 0. 010%, Nb ： 0. 04(H). 050%，B < 0. 0030%，0 :0. 01(T〇. 050%，余量为Fe和其他不可避免的杂质；金相组 织为铁素体，晶粒度为11级，主要夹杂物为长线状MnS和颗粒状Mn/Nb复合氧化物,析出相 为细小的NbC/N、BN颗粒，钢板氢渗透时间彡25min/mm 2,搪瓷密着强度优于A1级。
[0010] 生产一种热交换器用全铁素体搪瓷钢的方法，其步骤： 1) 进行铁水预处理、转炉冶炼、精炼并连铸； 2) 对铸坯加热，控制铸坯加热温度在120(Γ1280? ; 3) 进行热连轧，控制终轧温度在88(T940° C; 4) 进行卷取并酸洗，控制卷取温度在68(T740° C; 5) 进行冷连轧，控制冷轧压下率为75~85% ; 6) 进行退火：当采用罩式退火时，其退火温度控制在7ΚΓ760。C，退火时间在24?30h， 平整延伸率在0. 5~1. 2% ;当采用连续退火时，其退火温度控制在80(T850° C，退火时间在 60s?150s，平整延伸率在0· 5?1. 2% ; 7)精整并待用。
[0011] 本发明中各元素及主要工序的作用 本发明的C < 0. 0050%，钢板的成形性随碳含量降低而显著提高，降低钢中碳含量还 能有效避免连铸过程中C0气泡的产生，减少铸坯缺陷，同时涂搪过程中C含量偏高时也 会形成C0气泡，容易导致搪瓷针孔缺陷，损害搪瓷表面质量，因此钢中碳含量不应超过 0·0050%。
[0012] 本发明的Μη含量选择在0. 1(Γ〇. 50%，Μη可以与钢中的S、0结合形成MnS、MnO等 夹杂物充当氢陷阱，显著改善钢板的抗鳞爆性能，同时，Μη与S含量比例大于10时，还可 有效抑制S元素引起的热轧热脆性问题，因此选择Μη含量在0. 10%以上。Μη作为固溶强 化元素，含量过高时钢板塑性显著降低，不利于搪瓷板的加工使用，因此Μη含量不应超过 0· 50%。
[0013] 本发明的Si < 0. 010%，Si是搪瓷钢中的有害元素，Si含量增加会显著降低搪瓷 密着性，损害表面质量，Si含量越低越好，因此选择将Si含量控制在0. 010% -下。
[0014] 本发明的P彡0. 020%，P为杂质元素，容易在晶界偏聚，增加钢板脆性，损害钢板的 成形性，因此其含量尽可能低，目前炼钢工艺将P控制在0. 020%以下易于实现。
[0015] 本发明的S含量选择在0. 015?0. 040%，S容易与Μη结合形成塑性夹杂物MnS，充 当钢中的有效氢陷讲，提高了钢板的抗鳞爆性能，选择S含量大于0.015%可以保证钢中形 成MnS夹杂，但S含量超过0. 040%时，一方面容易形成大尺寸的MnS，显著降低钢板的塑性， 另一方面钢中Μη含量有限，超量的S还容易产生热脆性。； 本发明的Als < 0. 010%，Α1是强脱氧剂，能够抑制其他氧化物的生成，Α1的氧化物对 氢的吸附能力差而且损害钢板的加工性，因此选择少量A1脱氧，Als含量不超过0. 010%，达 到有效控制钢液中氧含量的目的 本发明的Nb含量选择在0. 01(Γ〇. 055%，Nb是强碳、氮化物形成元素，能与C、N结合形 成细小的析出相，既可充当氢陷阱，还能细化晶粒，提高钢板强度，在氧含量较高的钢液中， Nb还可以与Μη等合金元素形成复合氧化物，能提高钢板的抗鳞爆性能，为保证Nb元素起到 以上有效作用，Nb含量不应低于0. 010%，同时过量的Nb不仅进一步改善钢板性能的效果不 明显，同时还会带来成本的提高，因此选择0. 055%作为上限。
[0016] 本发明的B彡0. 0030%，B主要与N结合形成BN，有利于提高钢板抗鳞爆性，钢中 加入少量的B就能起到很好的效果，当B含量过高时，容易形成铸坯角部裂纹，同时B的烧 损更严重，不利于稳定控制，因此B含量上限取0. 0030%。
[0017] 本发明的0含量选择在0. 〇1(Γ〇. 050%，0是钢中氧化物的形成元素，钢液氧含量 越高，凝固过程形成的氧化物越多，对抗鳞爆性能有利，但氧含量超过〇. 050%时，一方面容 易产生大量C0气泡，甚至引起钢液沸腾，不利于连铸生产和铸坯质量，另一方面还会形成 导致炉内耐火材料、塞棒、水口等设备溶损严重 试验中发现，在其它元素含量范围不变的情况下，将其中的Mn、S、Nb的重量百分比进 一步分别控制在以下范围：Μη :0. 35?0. 50%、S :0. 032?0. 040%、Nb :0. 026?0. 055%，所制得的 钢板中夹杂物数量会更多，且夹杂物的类型和分布更加对力学性能和抗鳞爆性能有利，使 抗鳞爆性能及力学性能更加优异。
[0018] 钢坯加热温度控制在120(Γ1280?，能保证钢坯充分奥氏体化，达到组织均匀的目 的，同时钢中化合物能充分溶解，冷却过程中析出，能起到细化晶粒的作用。
[0019] 热连轧终轧温度控制在88(T940° C，可避免两相区轧制带来的混晶问题。
[0020] 卷取温度控制在68(T740° C，可保证析出相充分析出，有利于抗鳞爆性能。
[0021] 冷轧压下率控制在75~85% :采用较高的冷轧压下率可增加钢中变形储能，降低再 结晶温度，同时还有利于织构发展，改善钢板成形性能。
[0022] 退火：当采用罩式退火，其退火温度控制为7ΚΓ760。C，退火时间24?30h，平整延 伸率0. 5?1. 2% ;当采用连续退火，退火温度控制为80(T850° C，退火时间60s?150s，平整延 伸率0. 5~1. 2%。罩式退火温度相对较低，退火时间长能保证再结晶完全和析出物充分析出； 连续退火温度较高，退火时间较短，生产效率高，退火时间不低于60s，能保证完全再结晶和 织构发展，生成大量细小析出物，同时退火时间不能过长，避免晶粒和析出物的粗大；根据 厚度规格调整平整延伸率，可有效改善板形，同时优化力学性能。
[0023] 本发明与现有技术相比具有以下优点： (1) 本发明搪瓷钢的化学成分简单，仅添加少量Mn、Nb、B合金元素，通过成分和工艺控 制获得目标组织和夹杂物，显著改善了钢板性能； (2) 本发明生产的搪瓷钢金相组织为铁素体，晶粒度11级，钢板屈服强度18(T240MPa， 拉伸强度28(T360MPa，延伸率36?46%，强度和塑性匹配良好，完全满足波纹板滚压加工要 求； (3) 本发明制造的搪瓷钢中夹杂物主要是大量尺寸为1飞μ m含Mn、Nb的复合氧化物 颗粒，长度为5?20 μ m线状的MnS塑性颗粒以及尺寸小于1 μ m的NbC、NbN、BN析出物颗粒， 在涂搪过程中，氧化物、硫化物夹杂和碳氮化物析出相均可充当不可逆氢陷阱，与单一种类 的小颗粒析出相（TiC、NbC、TiS等）相比，本发明搪瓷钢中不同尺寸和形状的夹杂物共同作 用，更能有效抑制氢在钢板中的扩散，既保证钢板具有良好的抗鳞爆性能，又具备细化晶粒 和析出强化作用，提高钢板抗高温变形能力，同时氧化物夹杂有利于钢板界面与搪瓷层形 成连接紧密的过渡层，提高钢板搪瓷密着性。
[0024] (4)经检测，钢板氢渗透时间彡25min/mm2,涂搪后板形良好，无鳞爆，搪瓷密着强 度优于A1级，针孔率低于10个/m 2,说明该搪瓷钢具有优良的搪瓷密着性、抗鳞爆性、抗针 孔性和抗高温变形能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为本发明钢板的金相组织图； 图2为本发明钢板中夹杂物的扫描电镜图； 图3为本发明钢板中析出相的透射电镜图； 图1可见线状和颗粒状物质为夹杂物； 图2中线状物质为MnS，颗粒状物质为Mn、Nb复合氧化物； 图3球形颗粒为NbC。
【具体实施方式】
[0026] 下面对本发明予以详细描述： 表1为本发明各实施例及对比例的取值列表； 表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表； 表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表； 表4为本发明各实施例的涂搪检测结果列表。
[0027] 本发明各实施例按照以下步骤生产： 1) 进行铁水预处理、转炉冶炼、精炼并连铸； 2) 对铸坯加热，控制铸坯加热温度在120(Γ1280? ; 3) 进行热连轧，控制终轧温度在88(T940° C; 4) 进行卷取并酸洗，控制卷取温度在68(T740° C; 5) 进行冷连轧，控制冷轧压下率为75~85% ; 6) 进行退火：当采用罩式退火时，其退火温度控制在7ΚΓ760。C，退火时间在24?30h， 平整延伸率在0. 5~1. 2% ;当采用连续退火时，其退火温度控制在80(T850° C，退火时间在 60s?150s，平整延伸率在0· 5?1. 2% ; 7) 精整并待用。
[0028] 表1本发明各实施例及对比例的取值列表（wt%)
【权利要求】
1. 一种热交换器用全铁素体搪瓷钢，其化学成份的重量百分比为：c < 0. 0050%、 Μη :0· 1(Γ〇· 50%、Si 彡 0· 010%、P 彡 0· 020%、S :0· 015?0· 045%、Als ^ 0. 010%, Nb ： 0. 01(T〇. 055%，B < 0. 0030%，0 :0. 01(T〇. 050%，余量为Fe和其他不可避免的杂质；金相组 织为铁素体，晶粒度为11级，主要夹杂物为长线状MnS和颗粒状Mn/Nb复合氧化物,析出相 为细小的NbC/N、BN颗粒，钢板氢渗透时间彡25min/mm 2,搪瓷密着强度优于A1级。
2. -种热交换器用全铁素体搪瓷钢，其化学成份的重量百分比为：C < 0. 0050%、 Μη :0· 35?0· 50%、Si 彡 0· 010%、P 彡 0· 020%、S :0· 032?0· 040%、Als ^ 0. 010%, Nb ： 0. 026?0. 055%，B < 0. 0030%，0 :0. 01(Γ〇. 050%，余量为Fe和其他不可避免的杂质；金相组 织为铁素体，晶粒度为11级，主要夹杂物为长线状MnS和颗粒状Mn/Nb复合氧化物,析出相 为细小的NbC/N、BN颗粒，钢板氢渗透时间彡25min/mm 2,搪瓷密着强度优于A1级。
3. -种热交换器用全铁素体搪瓷钢，其化学成份的重量百分比为：C < 0. 0050%、 Μη :0· 4(Γ〇· 50%、Si 彡 0· 010%、P 彡 0· 020%、S :0· 036?0· 040%、Als ^ 0. 010%, Nb ： 0. 04(Γ〇. 050%，B < 0. 0030%，0 :0. 01(Γ〇. 050%，余量为Fe和其他不可避免的杂质；金相组 织为铁素体，晶粒度为11级，主要夹杂物为长线状MnS和颗粒状Mn/Nb复合氧化物,析出相 为细小的NbC/N、BN颗粒，钢板氢渗透时间彡25min/mm 2,搪瓷密着强度优于A1级。
4. 生产权利要求1至3所述的一种热交换器用全铁素体搪瓷钢的方法，其步骤： 1) 进行铁水预处理、转炉冶炼、精炼并连铸； 2) 对铸坯加热，控制铸坯加热温度在120(Γ1280? ; 3) 进行热连轧，控制终轧温度在88(T940° C; 4) 进行卷取并酸洗，控制卷取温度在68(T740° C; 5) 进行冷连轧，控制冷轧压下率为75~85% ; 6) 进行退火：当采用罩式退火时，其退火温度控制在7ΚΓ760。C，退火时间在24?30h， 平整延伸率在0. 5~1. 2% ;当采用连续退火时，其退火温度控制在80(T850° C，退火时间在 60s?150s，平整延伸率在0· 5?1. 2% ; 7) 精整并待用。
【文档编号】C22C33/04GK104087828SQ201410337333
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】宋乙峰, 涂元强, 杨宏武, 蔡捷, 白会平, 杜蓉, 黄道兵, 雷泽红 申请人:武汉钢铁(集团)公司