一種高強度搪玻璃用熱軋鋼板及其製造方法與流程

2023-10-24 20:25:02

本發明涉及搪玻璃用熱軋鋼板，特別涉及一種高強度搪玻璃用低合金熱軋鋼板及其製造方法。

背景技術：

所謂搪玻璃是指將含矽量高的搪玻璃瓷釉塗於金屬(鋼鐵)表面，通過高溫搪燒，使瓷釉密著於鋼板表面。因此，搪玻璃鋼板具有了類似玻璃的化學穩定性和金屬強度的雙重優點。正是因為搪玻璃鋼板的獨特性能，使得搪玻璃鋼板廣泛適用於化工、醫藥、染料、農藥、有機合成、石油、食品製造和國防工業等領域，以代替昂貴的不鏽鋼和有色金屬。

作為搪玻璃設備主要製造材料的鋼板，其性能好壞直接影響著最終製品的質量水平和使用壽命，因此國外發達國家大多都採用專用鋼板，並有相應的材料標準。我國最早開發的T06TiA、09MnTi、09MnTiNb等一系列用於製造搪玻璃設備的專用鋼種，在當時的歷史條件下很好地滿足了市場需要。然而，由於當時的工藝狀況比較落後，生產出的這些專用產品的成材率還不到70％，使成本大幅上升，嚴重製約了其在搪玻璃設備行業的推廣和普及，無法從根本上改變我國用普通碳素鋼生產搪玻璃設備的局面。經過20多年的時代變遷，一方面鋼廠的冶煉水平有了飛躍性的進步，軋制控制水平、質量控制手段都得到了大幅度提高。另一方面我國搪玻璃行業的格局已經發生了根本性變化。整個行業的生產能力、標準化水平都已經不可同日而語，我國正在成為搪玻璃化工設備的製造中心，整個搪玻璃行業的鋼材消 耗量已經達到了20萬噸，產品已經開始大量向印度、東南亞出口。但是目前行業內仍在使用價格低廉的Q235A、Q235B、Q235C、20g、20R鋼等材料代用。這些普通鋼板在搪玻璃工藝過程中經常會產生鱗爆、密著不良和氣孔等缺陷，嚴重損害了搪玻璃設備的產品質量和使用壽命。而且往往需要經過多次反覆搪燒才能獲得合格的製品，造成搪玻璃設備普遍存在質量不穩定、使用壽命短等缺點。

日本村上英邦、西村哲等人申請的三項中國發明專利，分別是專利號200780035777.X耐鱗爆性顯著優良的搪瓷用鋼板及其製造方法，其化學成分質量百分比為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，餘量由Fe和不可避免的雜質構成；專利號CN200680050708.1抗鱗爆性顯著優異的連鑄搪瓷用鋼板及其製造方法，其化學成分質量百分比為C：0.010％以下、Mn：0.03％～1.30％、Si：0.100％以下、Al：0.030％以下、N：0.0055％以下、P：0.035％以下、S：0.08％以下、O：0.005％～0.085％、B：0.0003％～0.0250％和專利號CN02821685.7搪瓷用鋼板及其製備方法，其化學成分質量百分比為C：0.010％或更少、Mn：0.03％～1.30％、Si：0.03％或更少、Al：0.020％或更少、N：0.0055％或更少、P：0.035％以下、S：0.025％～0.08％。

其中專利號200780035777.X和CN200680050708.1發明專利中共同點是低C成分設計，強度低，達不到搪玻璃設備用材的強度要求，同時又添加了Nb元素或B元素，增加成本。專利號CN02821685.7發明專利中同樣是低C成分設計，強度低，達不到搪玻璃設備用材的強度要求，其製備方法是鑄坯經過熱軋後進行冷軋、退火處理，生產工序複雜，生產周期長。

CN201210265014.7公開了「一種搪玻璃用高強度鋼板及其製造方法」，其化學成分質量百分比為C：0.06％～0.15％、Si：0.15％～0.50％、Mn：0.5％～1.5％、P≤0.02％、S：0.008％～0.035％、Al：0.001％～0.05％、N：0.003％～0.015％、O：0.001％～0.035％、Ti：0.001％～0.05％、Cu、Cr、Ni、Mo均小於0.10％，餘量為Fe和其它不可避免的雜質，其中Ti(％)×N(％)≤3×104。此發明中Si含量偏高，Si元素在搪燒過程中會先行生成氧化物膜，阻礙鋼板與搪玻璃釉間密著層的生成，對搪玻璃密著性不利。而且鋼中的N元素含量偏高，易在高溫時析出TiN夾雜物，其尺寸較大，對鋼的延性不利。另外此發明鋼的強度級別為345MPa級，不能適應搪玻璃用鋼對強度的更高要求。

針對現有技術中存在的不足，本發明提供了一種高強度搪玻璃用熱軋鋼板及其製造方法，鋼板強度達到450MPa級，且具有良好的抗鱗爆性能和良好的成型性能，為搪玻璃設備製造行業提供了一種安全可靠的鋼板材料。

技術實現要素：

本發明提供了一種高強度搪玻璃用熱軋鋼板及其製造方法。以固溶強化和沉澱硬化作為主要強化方式。本發明鋼中通過加入適量的P、V、Nb、Ti元素，充分發揮固溶強化作用，而析出的細小彌散的TiC、NbC和V(CN)析出相，在保證了析出相對基體的沉澱析出強化效果的同時，又有利於提高鋼板的抗鱗爆性能。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

化學成分質量百分比為：C：0.06％～0.20％、Si≤0.15％、Mn：0.80％～2.0％、P：0.05％～0.12％、S≤0.020％、Ti：0.09％～0.20％、Nb：0.03％～0.07％、V：0.01％～0.05％、Als：0.005％～0.050％、Ti/C：0.5～1.5、N≤0.0060％，其餘為鐵及不可避免的雜質。

在本發明的成分中：

(1)C是提高強度最經濟有效的元素，但C含量過高會惡化鋼的焊接性能及冷成型性能。而且C含量控制在0.20％以下，可以避免搪玻璃後氣孔缺陷的發生。因此選擇在0.05％～0.20％之間。

(2)Si元素在搪燒過程中會先行生成氧化物膜，阻礙鋼板與搪玻璃釉間密著層的生成。Si含量超過0.15％時影響搪瓷密著性能，因此限制Si≤0.15％。

(3)Mn是提高強度的有效元素，而且成本十分低廉。加入Mn的主要目的是提高鋼的強度，但Mn含量過高對塑性不利。Mn在鋼中的加入量主要取決於鋼的強度級別。本發明中控制Mn的含量範圍為0.80％～2.0％。

(4)Ti/C比是保證搪玻璃性能的重要指標。Ti/C≥0.5，使鋼板的微觀結構中出現大量具有化學活性的Ti的碳化物、Ti的碳氮化物等析出粒子，可以提供足夠的捕氫陷阱，抑制搪燒後發生鱗爆。Ti含量過高會導致連鑄時鑄坯質量問題。本發明鋼中Ti/C比的控制範圍為0.5～1.5。

(5)Ti是作為氫陷阱的析出粒子的重要形成元素。如前所述，其含量應為C的0.5～1.5倍。在這個前提下，為保證形成的氫陷阱的必要表面積，Ti含量應高於0.060％。但高於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0.5～1.5的前提下，確定其含量在0.09％～0.20％。

(6)Nb是重要的微合金化元素，可提高鋼的未再結晶區溫度，保障控制軋制的效果，使鋼材軋制後晶粒細化，同時Nb與Ti複合析出的粒子具有沉澱強化作用，保證鋼板具有較高的強度。低於0.03％效果不足，高於0.07％作用達到飽和。因此確定其範圍為0.03％～ 0.07％。

(7)V有很好的析出強化作用。在本發明中，依靠其起到補充強化作用。V的主要作用是在γ→α轉變過程中的相間析出和在鐵素體中的析出強化，與Nb、Ti複合添加強化效果更好。在添加如前所述的Nb、Ti的前提下，本發明鋼中V含量達到0.01％，就已明顯提高鋼的強度，超出0.05％，在本發明中的作用已達到飽和。且增加更多，造成成本上的增加。因此確定其範圍為0.01％～0.05％。

(8)P有很好的固溶強化作用，又對搪瓷性能沒有不利影響。其含量達0.05％時其作用已很明顯，超過0.12％，易於發生中心偏析，導致連鑄坯的分層，對鋼板的厚度方向的力學性能造成不利影響，因此控制其含量上限為0.12％。

(9)S易與Mn形成MnS夾雜，對鋼的性能產生不利影響，本發明鋼中控制其含量不超過0.020％。

(10)Als是脫氧產物，為使鋼潔淨，應進行Al脫氧，Als在0.005％～0.050％時，可足以保證鋼的潔淨度，Als超過0.050％使鋼的成本增加。因此控制Als含量在0.005％～0.050％之間。

(11)殘餘元素N含量偏高時易與Ti形成TiN夾雜，顆粒較大，夾雜物級別高。形成的TiN一般在晶界上析出，使鋼的延性變壞。因此控制本發明鋼控制N含量的上限為0.0060％。

鋼板的生產工藝為：轉爐冶煉-爐外精煉-鑄坯加熱-粗軋-精軋-水冷。在本發明中，將連鑄坯加熱至1180～1250℃，以保證獲得細小的奧氏體晶粒，能有相當數量的Ti溶入奧氏體。粗軋階段軋制溫度≥1100℃；精軋階段開軋溫度為900～980℃、終軋溫度為900～840℃，軋後水冷。冷卻速度控制在10～40℃/s之間，終冷溫度為580～730℃。

本發明生產工藝中：

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，要儘量使鑄坯中的Ti析出粒子回溶到鋼中。在1180℃時，鑄坯中Ti析出粒子已經大部分回溶。在1250℃時，鋼中的Ti析出粒子回溶程度已經接近飽和，且加熱溫度超過1250℃後，對加熱設備的損害增大，鋼的燒損也增加，因此確定鑄坯加熱溫度為1180～1250℃。

精軋開軋溫度高於980℃，成品晶粒不易細化，細晶強化效果不好。低於900℃，則增加精軋機架的負荷，容易導致事故；規定終軋溫度在840℃以上，可以避免在雙相區軋制使軋機負荷過大，並避開板型難於控制的變形溫度區間，且能減少鋼板縱橫向性能差異。但終軋溫度高於900℃，晶粒細化不足，影響強化效果。在本發明中鋼板軋後採取水冷的冷卻方式。在冷卻過程中，細小彌散的Ti的析出相均勻分布在基體中，另外通過控制冷卻，使鐵素體晶粒得以充分細化。冷速過高，不利於Ti的析出相充分析出，而且易發生貝氏體或馬氏體轉變，因此應適當控制冷卻速度。本發明鋼中冷卻速度控制在10～40℃/s之間，終冷溫度為580～730℃。

組織為鐵素體+少量珠光體，其中，按體積百分比計，鐵素體佔85％～90％，珠光體佔10％～15％，晶粒度為10級以上。

有益效果：

1)本發明鋼通過控制Ti/C比為0.5～1.5、Ti含量在0.09％～0.20％，保證了鋼板具有良好的抗鱗爆性能。

2)本發明通過控制Mn含量在0.80％～2.0％，並添加P、V元素進行補充強化，使鋼板屈服強度達到450MPa級以上，為搪玻璃設備製造行業提供了一種安全可靠的鋼板材料。

3)本發明在控制Ti/C比為0.5～1.5的前提下，通過控制Ti含量不超過0.20％，使鋼板能夠通過連鑄-熱軋的方法穩定生產。

附圖說明

圖1為實施例A金相組織圖。

具體實施方式

以下實施例用於具體說明本發明內容，這些實施例僅為本發明內容的一般描述，並不對本發明內容進行限制。

表1為本發明實施例鋼的冶煉成分，表2為本發明實施例鋼的生產工藝參數，表3為本發明實施例鋼的性能。

在實施例中，抗鱗爆性能的測試是將鋼板經雙面搪玻璃後放置一個月，用100倍顯微鏡觀察鱗爆點。

表1 本發明實施例鋼的冶煉成分wt％

表2 本發明實施例鋼的生產工藝參數

表3 本發明實施例鋼的性能

F：鐵素體；P：珠光體

根據以上結果可以得出，本發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470MPa以上，具有良好的抗鱗爆性能和良好的成型性能。