一种具有抗鳞爆性能的冷轧搪瓷钢及其制备方法 |
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| 申请号 | CN202410214707.6 | 申请日 | 2024-02-27 | 公开(公告)号 | CN117867398A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 东北大学; | 发明人 | 赵阳; 孙杰; 刘昶; 张维娜; 蔡明晖; 丁桦; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于搪瓷 钢 生产领域，具体涉及一种具有抗鳞爆性能的 冷轧 搪瓷钢及其制备方法。本发明通过添加微量元素W，形成 纳米级 (Ti,W)C析出物，有效地捕获氢 原子 ，从而显著提高搪瓷钢的抗鳞爆能 力 ；良好的成形性能，达到了超深冲钢成形性能的级别。本发明还提供了上述具有抗鳞爆性能的冷轧搪瓷钢的制备方法，包括 铁 水 预处理、转炉炼钢、精炼、 连铸 、 热轧 、冷轧和 退火 。与 现有技术 相比，本发明不仅改善了搪瓷钢的抗鳞爆性，同时也保证了良好的成形性能，使得该材料能够满足高要求的应用场景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有抗鳞爆性能的冷轧搪瓷钢，其特征在于，所述具有抗鳞爆性能的冷轧搪瓷钢的化学成分按重量百分比为：C≤0.003％，Si≤0.02％，Mn：0.10～0.20％，P≤0.012％，S≤0.010％，Al：0.02～0.04％，Ti：0.07～0.10％，0.39≤Ti/W≤0.52，N≤0.0030％，O≤ |
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| 说明书全文 | 一种具有抗鳞爆性能的冷轧搪瓷钢及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于搪瓷钢生产领域，具体涉及一种具有抗鳞爆性能的冷轧搪瓷钢及其制备方法。 背景技术[0002] 搪瓷是将无机玻璃质材料通过熔融凝于基体金属上并与金属牢固结合在一起的一种复合材料。搪瓷制品兼具金属材料的强度高、成形性优良与瓷釉层的耐腐蚀、耐磨损和耐高温的优点，因此被广泛应用于轻工、家电、冶金、化工、建筑等行业。钢铁是搪瓷制品常用的基体材料，按轧制工艺的不同，搪瓷钢可分为冷轧搪瓷钢和热轧搪瓷钢。相较于热轧搪瓷钢，冷轧搪瓷钢其成形性更加优良，因此常被用于制作对成形性要求高的产品，如日用器皿、烤炉烤箱、建筑装饰板、脱硫脱硝设备等。在冷轧搪瓷钢的应用中，除了对其成形性能有一定的要求外，还要求其具有良好的抗鳞爆性能。这是因为鳞爆是搪瓷制品一种普遍而又致命的缺陷，鳞爆一旦发生，便意味着搪瓷制品的报废。在钢中存在大量的可自由扩散的氢是搪瓷钢发生鳞爆的主要原因。在钢中引入大量的缺陷，如晶界、位错、显微孔洞、夹杂物和第二相析出粒子等是提高搪瓷钢抗鳞爆性能的主要方法。其中最常用的方法便是在钢中加入微合金元素形成大量纳米尺寸的析出物，同时提高搪瓷钢的强度和抗鳞爆性能。 [0003] 一些对成形性能要求极高的搪瓷制品，其基体金属常采用具有超深冲性能的冷轧搪瓷钢，而相应的专利中大多采用超低碳+Ti微合金化的成分设计。例如，公布号为CN 100396808A，名称为“具有优良抗鳞爆性和超深冲性的冷轧搪瓷钢及其制造方法”专利中，公布的冷轧搪瓷钢中C含量小于等于0.005％，Ti＝4C+3.42N+0.5S+0.02～0.04％(该公式中各元素代表其质量分数)。公布号为CN 102251174A，名称为“一种搪瓷钢及其冷轧板的制造方法”专利中，公布的冷轧搪瓷钢中C含量小于等于0.004％，Ti含量控制在0.005～ 0.020％之间。公布号为CN 115305411A，名称为“一种超深冲冷轧搪瓷钢高效生产的方法”专利中，公布的冷轧搪瓷钢中C含量小于等于0.005％，Ti含量控制在0.09～0.12％之间。公布号为CN 111154955A，名称为“超深冲冷轧搪瓷钢的生产方法”专利中，公布的冷轧搪瓷钢的C含量控制在0.003～0.008％，Ti含量控制在0.070～0.010％。 [0004] 采用上述成分设计的冷轧搪瓷钢主要依靠钢中的第二相析出物如TiC、TiS和Ti4C2S2来提高其抗鳞爆性能。TiC、TiS和Ti4C2S2捕获氢的位置为这些析出物与铁素体基体的界面处，这些析出物的尺寸越小，那么其捕氢能力就越强，搪瓷钢的抗鳞爆能力就越好。然而，不幸的是相比于TiC，TiS和Ti4C2S2的尺寸都较大、相同体积分数下捕氢能力大幅降低，导致未能充分发挥冷轧搪瓷钢抗鳞爆性能，鳞爆现象时有发生。 发明内容[0005] 针对现有技术的不足，本发明通过成分优化和工艺控制，提供了一种具有优良抗鳞爆性能的冷轧搪瓷钢及其制备方法。 [0006] 本发明提供了一种具有优良抗鳞爆性能的冷轧搪瓷钢；所述冷轧搪瓷钢的化学成分按重量百分比为：C≤0.003％，Si≤0.02％，Mn：0.10～0.20％，P≤0.012％，S≤0.010％，Al：0.02～0.04％，Ti：0.07～0.10％，0.39≤Ti/W≤0.52，N≤0.0030％，O≤0.0010％，其余为Fe和不可避免的杂质。 [0007] 本发明中各主要化学元素的作用如下： [0008] C：主要是与Ti、W结合生产纳米尺寸的(Ti,W)C，既可以起到析出强化的效果，又可以作为氢陷阱提高抗鳞爆性能。 [0009] Si：Si会对搪瓷钢的表面质量产生不利影响，Si含量越低越好，考虑到工业生产时的实际控制能力，将Si含量控制在小于等于0.02％。 [0010] Mn：Mn是钢中的强化元素，为了保证本发明冷轧搪瓷钢的强度，将Mn含量控制在0.10～0.20％。 [0012] Ti：Ti的主要作用是与C、N结合，保证本发明搪瓷钢中无间隙C、N原子，以确保本发明冷轧搪瓷钢具有超深冲性能。 [0013] W：W的主要作用是与Ti、C共同生成(Ti,W)C，由于(Ti,W)C具有更加细小的尺寸(相比于TiC、Ti4C2S2和TiS)，因此会进一步提高冷轧搪瓷钢的抗鳞爆性能。当Ti和W的原子比在1.5和2之间时，(Ti,W)C的尺寸最小，因此将Ti和W的质量分数比控制在0.39～0.52之间。 [0014] 对于P、S、N、O等残余元素的含量，本发明均进行了严格的限制。生产工艺也是影响冷轧搪瓷钢抗鳞爆性能的主要因素。除了严格控制化学成分，还应严格控制生产工艺，这样才能获得具有优良抗鳞爆性能的冷轧搪瓷钢。 [0016] 1.铁水预处理：对铁水进行脱硫，得到脱硫后的铁水； [0017] 2.转炉炼钢：将脱硫后的铁水转移至转炉，开始冶炼过程； [0018] 3.精炼：将步骤2得到的产物转移至RH炉进行精炼； [0019] 4.连铸：对步骤3得到的产品进行连铸；； [0020] 5.热轧：对步骤4得到的产品进行热轧； [0021] 6.冷轧：对步骤5得到的产品进行冷轧； [0022] 7.退火：对步骤6得到的产品进行退火，得到最终产品。 [0023] 进一步的，步骤1所述的铁水预处理采用的脱硫工艺为KR脱硫工艺，所述脱硫后的铁水S含量小于等于0.006wt％，这样可以确保最终得到的冷轧搪瓷钢中S含量小于等于0.010wt％； [0024] 进一步的，所述步骤2中，转炉炼钢时采用顶底复吹+全程吹氩气的工艺，出钢温度≥1650℃； [0027] 进一步的，所述步骤5中，热轧时加热炉温度为1230～1260℃，粗轧温度为1050℃以上，终轧温度为900～930℃，卷取温度为680～720℃； [0028] 进一步的，所述步骤6中，冷轧时的压下率大于等于75％； [0029] 进一步的，所述步骤7中，退火时采用连续退火工艺，退火过程全程采用氢气进行气体保护，退火加热温度为820～840℃，保温时间为60～120s，保温结束后以30～50℃/s的速率冷却至室温。 [0030] 本发明所述冷轧搪瓷钢生产工艺的选择说明如下： [0031] 采用KR脱硫工艺，铁水脱硫后应保证S含量小于等于0.006％；转炉炼钢时采用顶底复吹+全程吹氩气工艺；RH炉精炼时的真空度应小于等于15Pa，纯脱气时间大于等于10min；上述工艺的主要目的是确保化学成分符合要求。 [0033] 加热炉温度控制在1230～1260℃，粗轧温度控制在1050℃以上，终轧温度控制在900～930℃，卷取温度控制在680～720℃；采用上述工艺使(Ti,W)C以最小尺寸析出，可显著提高抗鳞爆性能。 [0034] 冷轧时的压下率应大于等于75％。退火时采用连续退火工艺，退火加热温度为820～840℃，保温时间为60～120s，保温结束后以30～50℃/s的速率冷却至室温；上述冷轧和退火工艺可以使冷轧搪瓷钢中具有高强度的γ纤维织构，给予本发明得到的冷轧搪瓷钢超深冲性能。 [0035] 本发明的有益效果： [0036] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在超深冲冷轧搪瓷钢的成分基础上添加适量的W，将钢中的析出物由TiC、Ti4C2S2和TiS转变为(Ti,W)C。相比于TiC、Ti4C2S2和TiS析出物，(Ti,W)C析出物的尺寸更小，导致搪瓷钢的抗鳞爆性能更高。同时，由于本发明冷轧搪瓷钢中不含有间隙碳、氮原子，因此其具有良好的成形性能，达到了超深冲钢成形性能的级别。附图说明 [0037] 图1为实施例1制备的冷轧搪瓷钢的显微组织图。 [0038] 图2为实施例2制备的冷轧搪瓷钢的显微组织图。 具体实施方式[0039] 本发明实施例1～8的化学成分如表1所示。图1和图2分别为本发明实施例1和实施例2制备的冷轧搪瓷钢的显微组织图。本发明实施例1～8的主要生产工艺参数如表2所示，其余的生产工艺参数为：出钢温度为1650℃，RH精炼真空度为12Pa，RH精炼纯脱气时间为12min，连铸时的拉坯速率为1.0m/min，二冷水比水量为0.25L/kg，结晶器冷却水量为 3 120m/h。本发明实施例1～8的力学性能和抗鳞爆性能(TH值)如表3所示。由表3可知所有实施例的屈服强度≤165MPa之间，抗拉强度在270～300MPa之间，断后伸长率大于42％，r90大 2 于2.2，TH值大于40min/mm，且搪烧后无鳞爆现象发生。对比超深冲钢的主要性能指标(屈服强度≤170MPa，抗拉强度在260～330MPa之间，r90≥2.1)，可以发现本发明冷轧搪瓷钢的成形性能已达到超深冲钢的水平。 [0040] 表1实施例1‑8的化学成分(质量分数,％) [0041] 编号 C Si Mn P S Al Ti W N O实施例1 0.0022 0.01 0.15 0.010 0.008 0.032 0.08 0.20 0.0030 0.0008实施例2 0.0025 0.02 0.16 0.009 0.008 0.033 0.09 0.23 0.0025 0.0008实施例3 0.0022 0.02 0.15 0.010 0.006 0.032 0.08 0.16 0.0028 0.0010实施例4 0.0028 0.01 0.18 0.011 0.007 0.035 0.10 0.25 0.0026 0.0009实施例5 0.0024 0.01 0.16 0.011 0.006 0.033 0.10 0.22 0.0028 0.0009实施例6 0.0025 0.01 0.18 0.009 0.005 0.035 0.09 0.23 0.0025 0.0010实施例7 0.0028 0.02 0.17 0.010 0.008 0.033 0.08 0.20 0.0031 0.0010实施例8 0.0023 0.02 0.17 0.009 0.005 0.032 0.10 0.25 000026 0.0008[0042] 表2实施例1‑8的生产工艺 [0043] [0044] [0045] 表3实施例1‑8的力学性能和抗鳞爆性能 [0046] [0047] |
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