一种高密着性能冷轧搪瓷用钢及其提高钢密着性能的方法 |
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| 申请号 | CN202311648529.X | 申请日 | 2023-12-01 | 公开(公告)号 | CN117626127A | 公开(公告)日 | 2024-03-01 |
| 申请人 | 马鞍山钢铁股份有限公司; | 发明人 | 张宜; 张建; 王占业; 汪建威; 吴浩; 李进; 俞波; 李凯旋; 汤亨强; 张涛; 郑旺; 唐东东; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种高密着性能 冷轧 搪瓷用 钢 及其提高钢密着性能的方法，属于金属材料技术领域。本发明的冷轧搪瓷用钢，主要化学成分重量百分比为：Cu：0.015％～0.060％；Cr：0.015％～0.080％；Ti：0.035％～0.070％；C：0.025％～0.060％；Si≤0.03％；Mn：0.20％～0.50％；P：0.016％～0.030％；S：0.005％～0.025％；Al：0.010％～0.040％；N≤0.0070％，余量为Fe和不可避免的杂质。以上化学成分组合，可在含Ti搪瓷用钢的 基础 上通过Cu在 晶界 和表面的偏聚，搪烧时表面Cu 氧 化物可提升钢板与搪瓷层的结合 力 ，再通过Cr的 碳 化物的钉扎作用提高钢板与搪瓷层的结合力，同时通过Ti和Cr联合作用，尽可能的减少了钢中固溶C含量，减少搪烧过程中C氧化减少的气体，增强了钢板与搪瓷层的结合力，具有良好的密着性能。并解决了 现有技术 搪瓷用钢承压能力较低，密着性能低的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高密着性能冷轧搪瓷用钢，其特征在于：主要化学成分重量百分比为：Cu： |
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| 说明书全文 | 一种高密着性能冷轧搪瓷用钢及其提高钢密着性能的方法技术领域[0001] 本发明属于金属材料领域，更具体地说，涉及一种高密着性能冷轧搪瓷用钢及其提高钢密着性能的方法。 背景技术[0002] 搪瓷钢板是由钢板与特种功能无机非金属材料经湿法或静电干粉涂搪工艺及高温烧成，使钢板与特种功能无机搪瓷层两者间产生牢固结合的复合材料。钢板表面进行瓷釉涂搪可以防止钢板生锈，使钢板在受热时不至于在表面形成氧化层并且能抵抗各种液体的侵蚀。搪瓷制品不仅安全无毒，易于洗涤洁净，可以广泛地用作日常生活中使用的饮食器具和洗涤用具，而且在特定的条件下，瓷釉涂搪在金属坯体上表现出的硬度高、耐高温、耐磨以及绝缘作用等优良性能，使搪瓷制品有了更加广泛的用途。 [0003] 冷轧搪瓷钢在实际使用过程中，通常情况下抗鳞爆性能是最关注的点，然而冷轧搪瓷钢在做承压容器时，在搪瓷钢制品不发生鳞爆的情况下，因使用过程中承受压力变化，对疲劳使用寿命有较高要求，在同一强度级别，其使用寿命与密着性能有很大关联。与同成分的单Ti强化的热轧酸洗搪瓷钢相比，冷轧搪瓷钢搪瓷后的密着性能低，不能满足密着性能等级≤2级的要求。为提高承压容器冷轧搪瓷钢制品的使用寿命，需提高冷轧搪瓷钢的密着性能。 [0004] 针对以上要求，经检索，中国专利公开号为CN 101356295A，公开日2009‑1‑28的专利，公开了一种抗鳞爆性显著优异的连铸搪瓷用钢板及其制造方法，提供的方案是通过使钢板内的空隙形成能力提高来增大捕集氢的能力的抗鳞爆性显著优异的连铸搪瓷用钢板及其制造方法，所述钢板的钢成分，按质量％计，为：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％，钢板内存在B或Mn的质量浓度不同的非一体的或一体的氧化物。在使其最高浓度与最低浓度之比为1.2以上的同时，在非一体的场合，使其以下述方式存在：浓度不同的氧化物的中心间的直线距离为0.10μm以上、20μm以内，并且，连结两方的氧化物的中心的直线与轧制方向构成±10°以内的角度。该专利主要以三氧化二硼和氧化锰作为“捕氢”陷阱提高钢板的抗鳞爆性能，对密着性能没有涉及，另外强度较低，并不适合做承压容器。 [0005] 中国专利公开号为CN 105177411A，公开日2015‑12‑23，公开了一种适宜连续退火生产的含硼冷轧搪瓷钢及其制造方法，该钢化学成分质量百分比为：C0.03‑0.05％；Si≤0.02％；Mn0.20‑0.40％；P≤0.020％；S0.020‑0.035％；Als0.020‑0.07％；B0.0010‑ 0.0020％；N0.0020‑0.0060％；余量为Fe和不可避免的杂质。可用于薄规格热水器内胆和地铁、隧道的装饰面板，屈服强度200‑240MPa，抗拉强度290‑340MPa，延伸率38‑44％，硬化指数n值大于0.20，平均塑性应变比rm值大于1.6，1mm厚钢板氢滞后时间大于50min，搪瓷后不发生鳞爆。该专利主要在低碳铝镇静钢的基础上增S，添加N、B，以BN和MnS作为“捕氢”陷阱，提高钢板的抗鳞爆性能，其屈服强度为200‑240MPa，承压能力较低，密着性能较低，也不适合做承压容器。 发明内容[0006] 1、要解决的问题 [0007] 针对现有技术搪瓷用钢承压能力较低，密着性能较低的问题，本发明提供了一种高密着性能冷轧搪瓷用钢及其提高钢密着性能的方法，通过将Cu、Cr和Ti等化学成分进行突出的实质性组合，Cu氧化物提升钢板与搪瓷层的结合力，Cr的碳化物的钉扎作用提高钢板与搪瓷层的结合力，同时通过Ti和Cr联合作用，减少钢中固溶C含量，减少搪烧过程中C氧化减少的气体，进而增强了钢板与搪瓷层的结合力，提高了搪瓷钢制品的密着性能。 [0008] 2、技术方案 [0009] 为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案： [0010] 一种高密着性能冷轧搪瓷用钢，主要化学成分重量百分比为：Cu：0.015％～0.060％；Cr：0.015％～0.080％；Ti：0.035％～0.070％；C：0.025％～0.060％；Si≤ 0.03％；Mn：0.20％～0.50％；P：0.016％～0.030％；S：0.005％～0.025％；Al：0.010％～ 0.040％；N≤0.0070％，余量为Fe和不可避免的杂质。以上化学成分组合，可在含Ti搪瓷用钢的基础上通过Cu在晶界和表面的偏聚，搪烧时表面Cu氧化物可提升钢板与搪瓷层的结合力，再通过Cr的碳化物的钉扎作用提高钢板与搪瓷层的结合力，同时通过Ti和Cr联合作用，尽可能的减少了钢中固溶C含量，减少搪烧过程中C氧化减少的气体，增强了钢板与搪瓷层的结合力，具有良好的密着性能和抗鳞爆性能。 [0011] 进一步的技术方案，化学成分中，2/3Cr/52+Ti/48≥(C‑0.0218％)/12+N/14，让搪瓷用钢中的碳以Ti的化合物和Cr的化合物存在，以减少钢游离碳含量；搪烧过程钢的游离碳含量越少，搪烧过程中氧化产生的气泡也就越少，以有效提高搪瓷层抗鳞爆和密着性能。 [0012] 一种以上冷轧搪瓷用钢提高钢密着性能的方法，铸坯成型后，加热炉加热铸坯在2h内加热到1100℃，铸坯在0.5h内加热到1190℃，铸坯出炉温度控制在1190℃～1220℃，且铸坯总的在炉时间≤3h，使铸坯晶粒度均匀且细小，铸坯表面氧化铁皮厚度小易清除，为后续的轧制奠定基础。 [0013] 进一步的提高钢密着性能的方法，退火步骤中，连续退火均热温度为770～800℃，生产速度V控制为100～200m/min，产品厚度H为0.3mm～3.0mm，生产速度V的目标值V目标与2 产品厚度H之间存在关系，V目标＝‑70H+187H+3，对钢板组织、钢密着性能和生产稳定性有利，为后续平整步骤提高钢密着性能奠定基础。 [0014] 进一步的提高钢密着性能的方法，退火后的平整步骤中，平整延伸率控制在0.8～1.5％，平整机轧制辊表面粗糙度Ra值为3.8～4.5。通过控制平整机轧制辊表面粗糙度使钢板表面粗糙度Ra值控制在1.6～1.9，以提高钢板与搪瓷层的结合力，提高密着性能。 [0015] 进一步的提高钢密着性能的方法，搪瓷前处理中，采用表面有凸起的小球对钢板表面进行抛丸处理，小球材质是高硬度陶瓷或高强耐磨钢球，小球直径2mm～4mm，表面凸起高度100～200μm，表面的小凹坑可增加钢板与搪瓷层的结合力，提高密着性能。 [0016] 进一步的提高钢密着性能的方法，搪瓷步骤采用湿法搪瓷，搪烧温度830～880℃，搪烧时间5～10min。 [0017] 3、有益效果 [0018] 本发明的高密着性能冷轧搪瓷用钢及其提高钢密着性能的方法，通过合理的化学成分设计，并通过热轧、连轧、连续退火、平整工序生产，制得的冷轧搪瓷用钢屈服强度260～330MPa，抗拉强度350～410MPa，A50延伸率≥32％，组织为铁素体+少量碳化物，铁素体占比≥95％，产品搪瓷后，具有优异的抗鳞爆性能，搪瓷后的密着性能在2级以上，再配合搪瓷前处理工艺可使搪瓷后的密着性能稳定在1级。附图说明 [0019] 图1为具体实施例的高密着性能冷轧搪瓷用钢截面结构示意图； [0020] 图2为具体实施例中，未采用搪瓷前处理工艺的搪瓷用钢截面结构示意图； [0021] 图3为具体实施例步骤搪瓷前处理中表面有凸起的小球立体图； [0022] 图4为实施例1的冷轧搪瓷用钢搪瓷后表面宏观图片； [0023] 图5为对比例1的冷轧搪瓷用钢搪瓷后表面宏观图片； [0024] 图6为实施例2的冷轧搪瓷用钢搪瓷后表面宏观图片； [0025] 图7为对比例2的冷轧搪瓷用钢搪瓷后表面宏观图片； [0026] 图8为具体实施例的高密着性能冷轧搪瓷用钢钢板的金相组织。 [0027] 图中：1、搪瓷层；2、钢板；3、凹坑；5、小球；51、表面凸起。 具体实施方式[0028] 下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。 [0029] 基本实施例 [0030] 本实施例的高密着性能冷轧搪瓷用钢，主要化学成分重量百分比为：Cu：0.015％～0.060％；Cr：0.015％～0.080％；Ti：0.035％～0.070％；C：0.025％～0.060％；Si≤0.03％；Mn：0.20％～0.50％；P：0.016％～0.030％；S：0.005％～0.025％；Al：0.010％～ 0.040％；N≤0.0070％，余量为Fe和不可避免的杂质。 [0031] 各成分的配比依据为： [0032] C：C是提高强度最经济且最有效的固溶强化元素，C含量增加，形成的珠光体增加，强度增加，但钢的塑性和成形性降低，且对焊接性不利，另外C含量过高，在搪烧过程中，会产生气泡，导致搪烧后出现针孔缺陷，因此从强度、成形性能和搪瓷性能考虑，本实施例中C百分含量控制范围为0.025％～0.06％。 [0033] Si：Si含量过高，钢板表面氧化铁皮不易去除，表面容易形成由于氧化物压入的微裂纹，进而作为裂纹源易导致钢板在冷成形过程中开裂，因此本实施例中Si百分含量控制范围为≤0.03％。 [0034] Mn：Mn能降低奥氏体转变成铁素体的相变温度(正好可以弥补因C元素含量降低带来的奥氏体转变成铁素体的相变温度升高)，扩大热加工温度范围，有利于细化铁素体晶粒尺寸，但Mn含量过高，铸坯在连铸过程中Mn偏析程度增大，钢板厚度中心部位易形成珠光体或贝氏体的带状组织，对塑性、焊接性能、疲劳性能都不利，综合考虑，本实施例中Mn百分含量控制范围为0.20％～0.50％。 [0035] P：P在γ‑Fe和α‑Fe中的扩散速度小，形成偏析，可在一定程度上提高密着性能，P含量过高对钢板成形性能、低温冲击韧性和焊接性能不利。因此本实施例中P百分含量控制范围为0.016％～0.030％。 [0036] S：S可以与Mn化合形成MnS，MnS是一种塑性优良的夹杂物，是良好的贮氢陷阱，对提高钢板的抗鳞爆性能非常有利，但S含量过高会恶化钢板的焊接性能，且对钢板搪瓷后的密着性能不利，结合本实施例中的Mn元素含量，综合考虑，本实施例中S百分含量控制范围为0.005％～0.025％。 [0037] Al：Al作为主要脱氧剂，同时铝对细化晶粒也有一定作用。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。本实施例中Al百分含量控制范围为0.010％～0.040％。 [0038] Ti：Ti与C、N有较强的亲合力，能与C和S等生成稳定型化合物，如TiN或Ti(CN)、Ti4C2S2或TiS。这些相远比Fe3C稳定，搪烧温度下也不会分解，由此阻止了搪烧过程中CO、CO2等气体的产生，可提高钢板抗鳞爆性，减少了瓷面的针孔、气泡等缺陷。Ti与S形成的稳定型化合物不仅同样能使钢脱硫，并且促使硫分布变得均匀，这就避免了由于硫而引起的缺陷。但是Ti含量过高的钢板密着性变差，本实施例中Ti百分含量控制范围为0.035％～0.070％。 [0040] Cr：显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性，提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性；铬为中强碳化物形成元素，还可以提高钢板的抗鳞爆性能，铬的碳化物还可对搪瓷层起到钉扎作用提高密着性能。本实施例中Cr百分含量控制范围为0.015％～0.080％。 [0041] N：N能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性，N能与Ti、Cr结合形成化合物，提高钢板抗鳞爆性能。本实施例中N百分含量控制范围为≤0.0070％。 [0042] 各化学成分中，优选2/3Cr/52+Ti/48≥(C‑0.0218％)/12+N/14，能让搪瓷用钢中的碳以Ti的化合物和Cr的化合物存在，以减少钢游离碳含量；搪烧过程钢的游离碳含量越少，搪烧过程中氧化产生的气泡也就越少，以有效提高搪瓷层抗鳞爆和密着性能。 [0043] 以上化学成分组合，可在含Ti搪瓷用钢的基础上通过Cu在晶界和表面的偏聚，搪烧时表面Cu氧化物可提升钢板与搪瓷层的结合力，再通过Cr的碳化物的钉扎作用提高钢板与搪瓷层的结合力，同时通过Ti和Cr联合作用，尽可能的减少了钢中固溶C含量，减少搪烧过程中C氧化减少的气体，增强了钢板与搪瓷层的结合力，具有良好的密着性能和抗鳞爆性能。 [0044] 本实施例的冷轧搪瓷用钢提高钢密着性能的方法，步骤为： [0045] 1)铁水预处理：要求前扒渣和后扒渣。 [0047] 3)合金微调站：进行二次钢包顶渣改质。 [0048] 4)RH炉精炼：RH采用轻处理工艺，如需吹氧，则根据温度和氧位在前中期吹入氧气；破空前保证净循环时间不小于6min。 [0049] 5)加热炉加热：铸坯在2h内加热到1100℃，铸坯在0.5h内加热到1190℃，铸坯出炉温度控制在1190℃～1220℃，且铸坯总的在炉时间≤3h。目的使铸坯晶粒度均匀且细小，铸坯表面氧化铁皮厚度小易清除，为后续的轧制奠定基础。铸坯在炉时间长，奥氏体晶粒粗大，氧化铁皮多。 [0050] 6)热轧：采用终轧温度控制在860℃～920℃，卷取温度控制在670℃～720℃。 [0051] 7)冷轧：冷轧总压下率控制60％～80％。 [0052] 8)退火：连续退火均热温度为770～800℃，生产速度V控制为100～200m/min，产品2 厚度H为0.3mm～3.0mm，生产速度V的目标值V目标与产品厚度H之间存在关系，V目标＝‑70H + 187H+3，对钢板组织、钢密着性能和生产稳定性有利，为后续平整步骤提高钢密着性能奠定基础。 [0053] 9)平整：平整延伸率控制在0.8～1.5％，平整机轧制辊表面粗糙度Ra值为3.8～4.5。通过控制平整机轧制辊表面粗糙度使钢板表面粗糙度Ra值控制在1.6～1.9。钢板表面粗糙度提高可以整体提高钢板与搪瓷层的结合力，提高密着性能。 [0054] 10)表面涂油：采用微涂油，涂油量在300mg/m2以下，涂油量低后续使用时钢板表面更易清洗干净。 [0055] 11)搪瓷前处理：采用如图3所示的有表面凸起51的小球5对钢板表面进行抛丸处理，小球材质是高硬度陶瓷或高强耐磨钢球，小球直径2mm～4mm，表面凸起高度100～200μm。采用此工艺的钢板搪瓷后，相较于如图2所示的未采用搪瓷前处理工艺的搪瓷用钢截面结构示意图，如图1所示的冷轧搪瓷用钢，表面的小凹坑3可增加钢板2与搪瓷层1的结合力，提高密着性能。 [0056] 12)搪瓷：此钢板采用湿法搪瓷，搪烧温度830～880℃，搪烧时间5～10min，具体搪烧温度和时间需要结合釉料匹配。 [0057] 具体实施例1至3以及对比例1‑3 [0058] 以下实施例1至3的基本步骤同上述基本实施例，各化学成分配比和提高钢密着性能方法的步骤参数以及搪瓷用钢制品性能如表1、2、3所示： [0059] 根据具体实施例和对比例搪瓷用冷轧钢板的化学成分、热轧、冷轧、连续退火、平整工艺参数的不同选择，通过具体实施例和对比例具体说明如下： [0060] 钢水的化学成分见表1，其余为Fe和不可避免的杂质元素。 [0061] 制造该冷轧钢板的主要化学成分重量百分比为： [0062] 表1实施例化学成分，wt％ [0063] C Si Mn P S Al Ti N Cu Cr实施例1 0.048 0.027 0.48 0.027 0.022 0.036 0.058 0.0055 0.055 0.056实施例2 0.025 0.007 0.24 0.017 0.010 0.024 0.042 0.0036 0.023 0.046实施例3 0.035 0.012 0.37 0.024 0.015 0.016 0.045 0.0027 0.045 0.029对比例1 0.048 0.025 0.45 0.018 0.021 0.038 0.058 0.0058 0.005 0.005对比例2 0.048 0.025 0.45 0.018 0.021 0.038 0.0058 0.0058 0.005 0.005对比例3 0.025 0.007 0.24 0.017 0.010 0.024 0.042 0.0036 0.023 0.046[0064] 钢水连铸后，经过热轧、冷轧、连续退火、平整，生产出搪瓷用冷轧钢板，其主要工艺参数、最终性能见表2。 [0065] 表2生产工艺与产品性能 [0066] [0067] [0068] 钢板经过清洗后处理后进行搪瓷，釉料采用热水器内胆用搪瓷粉，搪烧工艺830‑880℃搪烧5‑10min空冷，表3为搪瓷工艺及性能评价结果。 [0069] 搪瓷钢板密着性能评级标准为： [0070] 1级，冲击后搪瓷层完全附着在试样表面,并有光亮的外表(最好的密着强度)。 [0071] 2级，冲击后搪瓷层几乎完全附着在试样表面(很好的密着强度)。 [0072] 3级，冲击后搪瓷层大部分附着在试样上，少量露铁(比较好)。 [0073] 4级：冲击后搪瓷层少部分附着在试样上，大量露铁(比较差)。 [0074] 5级：冲击后的试样全部脱瓷，搪瓷层、金属层分离非常清楚(非常差)。 [0075] 经对比，按本发明以上基本实施例工艺步骤的实施例1‑3的冷轧搪瓷用钢，搪瓷后搪瓷无鳞爆，密着性能在2级以上。 [0076] 图4为实施例1搪烧后的宏观图片，密着性能2级，可以满足要求。 [0077] 图5为对比例1搪烧后的宏观图片，密着性能5级，不能满足要求。 [0078] 图6为实施例2搪烧后的宏观图片，密着性能1级，可以满足要求。 [0079] 图7为对比例2搪烧后的宏观图片，可以看出采用抛丸处理工艺后，密着性能从5级提高到3级，说明该前处理工艺对搪瓷后密着性能有利。 [0080] 图8为实施例的金相组织，可以看出主要为铁素体+碳化物，铁素体比例为98％，晶粒度级别为11.0。 [0081] 表3搪瓷后性能 [0082] 前处理 搪烧工艺 搪瓷后后是否鳞爆 密着性能 实施例1 无 850℃，7分钟 无 2 实施例2 有 860℃，8分钟 无 1 实施例3 有 840℃，10分钟 无 1 对比例1 无 850℃，7分钟 无 5 对比例2 有 850℃，7分钟 无 3 对比例3 无 850℃，7分钟 无 3 [0083] 对比例1与实施例1相比，化学成分中没有添加Cu、Cr、As，加热炉加热时间长，冷轧成品表面粗糙低，同时未采用本基本实施例中的前处理工艺，搪瓷后密着性能5级，不能满足承压容器的要求。 [0084] 比较例2在比较例1的基础上，搪瓷前采用了本基本实施例中的前处理工艺，搪瓷后密着性能从5级提升到3级。 [0085] 比较例3与实施例2化学成分相同，但热轧加热温度偏高，同时产品表面粗糙度偏低，同时未采用本基本实施例中的前处理工艺，搪瓷后密着性能3级，不能满足承压容器的要求。 [0086] 从上述实例可以看出，本发明实施例所生产的冷轧搪瓷用钢板，组织主要为铁素体+少量碳化物，铁素体占比≥95％，晶粒度级别为10.0～12.0，屈服强度260～330MPa，抗拉强度350～410MPa，A50延伸率≥32％，组织为铁素体+少量珠光体，铁素体占比≥95％，产品搪瓷后，具有优异的抗鳞爆性能，搪瓷后的密着性能在2级以上，再配合搪瓷前处理工艺可使搪瓷后的密着性能稳定在1级，是承压容器的最佳选择。 [0087] 本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。 |
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