适宜连续退火生产的含硼冷轧搪瓷钢及其制造方法.pdf

本发明涉及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：C 0.03-0.05%；Si≤0.02%；Mn 0.20-0.40%；P≤0.020%；S 0.020-0.035%；Als 0.020-0.07%；B 0.0010-0.0020%；N 0.0020-0.0060%；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，搪瓷密着性能达到国家标准。

权利要求书
1.  一种适宜连续退火生产的含硼冷轧搪瓷钢，其特征在于：该种搪瓷钢的化学成分质量百分比为：C：0.03-0.05%；Si≤0.02%；Mn：0.20-0.40%；P≤0.020%；S：0.020-0.035%；Als:0.020-0.07%；B:0.0010-0.0020%；N:0.0020-0.0060%；余量为Fe和不可避免的杂质元素。

2.  如权利要求1所述适宜连续退火生产的含硼冷轧搪瓷钢，其特征在于：该种搪瓷钢的化学成分质量百分比为：C：0.045%，Si≤0.01%，Mn：0.25-0.30%，P≤0.010%，S：0.025%，Als：0.030-0.05%，B：0.0012%，N：0.0030-0.0050%；余量为Fe和不可避免的杂质元素。

3.  一种如权利要求1所述适宜连续退火生产的含硼冷轧搪瓷钢的制造方法，其特征在于：包括：铁水预处理，转炉冶炼，精炼，连铸成板坯，连铸坯加热，热连轧，卷取，酸洗，冷连轧，连续退火，平整，精整；其中，连铸坯加热温度控制在1200-1250℃；终轧温度控制在860-930℃；卷取温度控制在680-740℃；冷轧压下率70-80%；连续退工艺包括加热保温和后续的过时效处理，保温温度830-870℃，等温时间40-120s，过时效处理温度350-450℃，时间180-300s，平整延伸率0.5-1.2%。

4.  如权利要求3所述适宜连续退火生产的含硼冷轧搪瓷钢的制造方法，其特征在于：连铸坯加热温度1200℃；终轧温度控制910℃；卷取温度控制710℃；冷轧压下率80%；连续退火保温温度830℃，等温时间60s，过时效处理温度由450℃缓慢降温到350℃，时间300s；平整延伸率0.8%。

说明书适宜连续退火生产的含硼冷轧搪瓷钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及搪瓷钢及其制造工艺，具体是一种适宜连续退火生产的含硼冷轧搪瓷钢及其制造方法，该钢可应用于薄规格热水器内胆和地铁、隧道的装饰面板。
背景技术
搪瓷钢综合了钢铁材料所固有的强韧性和易加工性以及陶瓷材料耐腐蚀和易装饰的优点，被广泛地应用于轻工、家电、化工、建筑等行业。
在家电和建筑领域，对搪瓷钢的深冲成形性能要求不高，而对强度和抗搪烧变形性要求较高。由于热水器内胆用搪瓷钢和建筑装饰用搪瓷板板面较大，因此要求搪瓷钢具有较高的高温适应性能，即抗高温变形能力和较高的高温搪瓷烧制后强度，要求800℃以上高温搪瓷烧制后产品不变形且强度较高。
目前国内相关机构对搪瓷钢的生产和研究大多针对热轧搪瓷钢和超低碳冷轧搪瓷钢开展，添加Nb、V、Ti或RE等合金元素，利用碳氮化物作为弥散的第二相粒子形成“氢陷阱”来保证抗鳞爆性能。超低碳冷轧搪瓷钢通常增加Ti含量，利用Ti的化合物，如TiN、TiS、Ti4C2S2和Ti(C,N)等第二相析出作为氢陷阱以提高钢板的抗鳞爆性能，而对硼微合金化的搪瓷钢应用较少。微量硼元素（10-30ppm）对不管是热轧还是冷轧的低碳钢性能均具有较大提高，其合金成本较低，微量添加即可较大幅度的提高搪瓷钢的抗鳞爆性能和综合力学性能，尤其适宜于高温连续退火工艺生产。为了提高抗鳞爆性能，目前大多数冷轧搪瓷钢的生产采用罩式退火工艺，而放弃了生产效率更高的连续退火，连续退火产品性能稳定性强，更加适应现代化生产。并且，高温连续退火工艺生产的低碳钢比热轧板和罩式退火的冷轧板高温稳定性强。而采用连续退火工艺的冷轧低碳搪瓷钢的生产实践尚比较少。
因此，需要一种采用低碳、添加微量硼合金化，适宜于连续退火工艺生产的冷轧搪瓷钢，该种搪瓷钢具有低成本、高性能的特点，尤其具有一定的强度和较强的抗高温变形性，适宜于生产热水器内胆和大幅面建筑装饰搪瓷板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低合金成本，应用于热水器内胆和建筑装饰面板的含硼冷轧搪瓷钢。该种冷轧搪瓷钢适宜于连续退火工艺生产；微观组织以等轴铁素体为主，还有少量珠光体和晶粒内弥散分布的渗碳体颗粒；钢板屈服强度200-240MPa，抗拉强度290-340MPa，延伸率38-44%，加工硬化指数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，搪瓷密着性能达到国家标准的要求。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种适宜连续退火生产的含硼冷轧搪瓷钢，该种搪瓷钢的化学成分质量百分比为：C：0.03-0.05%；Si≤0.02%；Mn：0.20-0.40%；P≤0.020%；S：0.020-0.035%；Als:0.020-0.07%；B:0.0010-0.0020%；N:0.0020-0.0060%；余量为Fe和不可避免的杂质元素。
该种搪瓷钢最优的化学成分质量百分比为：C：0.045%，Si≤0.01%，Mn：0.25-0.30%，P≤0.010%，S：0.025%，Als：0.030-0.05%，B：0.0012%，N：0.0030-0.0050%；余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明的另一个发明目的是提供该种搪瓷钢的制造方法，该方法包括：铁水预处理，转炉冶炼，精炼，连铸成板坯，连铸坯加热，热连轧，卷取，酸洗，冷连轧，连续退火，平整，精整；其中，连铸坯加热温度控制在1200-1250℃；终轧温度控制在860-930℃；卷取温度控制在680-740℃；冷轧压下率70-80%；连续退工艺包括加热保温和后续的过时效处理，保温温度830-870℃，等温时间40-120s，过时效处理温度350-450℃，时间180-300s，平整延伸率0.5-1.2%。
该方法最优的主要工艺参数为：连铸坯加热温度1200℃；终轧温度控制910℃；卷取温度控制710℃；冷轧压下率80%；连续退火保温温度830℃，等温时间60s，过时效处理温度由450℃缓慢降温到350℃，时间300s；平整延伸率0.8%。
本发明中各合金成分及主要工艺参数的作用机理：
搪瓷钢在设计上需要综合考虑使用目的、搪瓷企业的生产工艺及制造条件。因此，搪瓷钢在成分设计上应考虑多方面要求，如力学性能、成形性能、抗鳞爆性能、钢板在搪瓷烧制过程中的抗变形能力和搪瓷后的耐压性能等。成分是钢铁材料性能优劣的基础，在生产冷轧搪瓷钢时，对成分的严格控制以及不同成分对性能的作用机理认识至关重要。
本发明的C：0.03-0.05%，C是钢中最一般的强化元素，C使强度增加，塑性下降。对于需要冷冲压的钢来说，屈服强度不宜过高，需要一定的延伸率。因此，C含量通常较低，一般小于0.1wt.%，深冲钢的C含量不大于0.04wt.%，超深冲钢的C含量则不大于0.006wt.%。N与C类似，在钢中一般使强度增加，硬度上升，塑性下降并引起时效。如果工艺控制不当，N会和Ti、Al等形成带尖角的夹杂物，这对于钢板的冲压成形是非常不利的。钢中的碳氮化物、珠光体、渗碳体可作为氢陷阱提高抗鳞爆性能。因此，对于该发明的冷轧搪瓷钢来说，为保证必要的抗鳞爆性能、冷成形性和抗高温变形性和搪瓷烧制后强度，C、N的含量要严格控制。
本发明的Als：0.020-0.07%，Al在钢中一般作为脱氧剂加入，作用主要是去除吹氧冶炼时溶在钢液中的氧。另外，Al可与N结合，降低N在铁素体内的固溶含量，降低应变时效，提高低温塑性。对不添加Nb、V、Ti等微合金元素的搪瓷钢而言，AlN可作为有效氢陷阱。
本发明的S：0.020-0.035%，S通常是钢中的有害元素，但如果钢中含有足够的Mn，则S通常在钢种形成MnS，可使其危害作用大幅度降低。对于搪瓷钢而言，为降低合金成本，可适当提高S、Mn含量，利用MnS作为为氢陷阱。
本发明的P≤0.020%，P会增加钢的脆性，但是P又是一种提高的钢强度非常有效的元素，对于低碳钢适当的加入P，可以生产深冲成形性能优良的高强度钢板。但P对钢成形性的总体影响是，随着钢中P含量的增加，强度增加，延伸率、n值和r值呈下降趋势。
本发明的B：0.0010-0.0020%，B在相变强化钢中的主要作用是提高淬透性，B在钢中的溶解度很小，一般加入量很少，但对钢的硬度产生有很大的影响，B对硬度加强效果随含C量的增加而逐渐减弱。因此B在低碳钢中最有效，在中碳钢也有广泛的应用。B的添加对低合金钢也有很好的效果可提高钢的高温强度，强化晶界。B元素资源丰富，价格便宜。钢中添加微量B元素能显著节省其它昂贵的合金元素，有可观的经济效益。微量B即可很大程度上改善钢的力学性能，同时还能提高钢的冷、热加工性能。B、N在晶界、相界面处的偏聚可显著增加搪瓷钢中的氢陷阱的数量和效能。
本发明的主要工艺参数的影响：
板坯加热：热轧板坯加热温度控制在1200-1250℃，该温度下可使钢坯充分奥氏体化，同时使绝大部分合金元素充分溶解，为得到均匀细化的组织做准备。
热轧温度控制：终轧温度控制在860-930℃，保证在奥氏体低温区有足够的变形，同时避免在两相区变形得到混晶，使热轧板得到均匀细化的组织。卷取温度制在680-740℃，使珠光体、渗碳体充分析出，得到相对较大的珠光体球团。
冷轧：冷轧压下率控制在70-80%，冷轧压下率对钢板的性能有较大影响。首先，冷变形程度影响钢板的退火再结晶，影响晶粒尺寸，进而影响力学性能。其次，冷变形程度影响钢板的变形织构和再结晶织构，进而影响r值和成形性能。最后，冷变形程度影响珠光体、渗碳体形态，进而影响氢陷阱数量和抗鳞爆性能。
连续退火：连续退工艺采用保温温度800-870℃，等温时间40-120s，过时效处理温度350-450℃，时间180-300s。冷轧退火使钢板组织得到进一步细化，得到再结晶织构，改变珠光体和渗碳体形态。采用加热保温配合过时效的连续退火，既可以得到相对均匀等轴的铁素体组织，使γ再结晶织构得到充分发展，得到弥散的退化珠光体，大量渗碳体颗粒在晶粒内析出。钢板的力学性能、成形性能、抗鳞爆性能都得到提高。
平整：平整延伸率0.5-1.2%。对钢板进行轻微减薄冷压下，消除再结晶退火后钢板存在的屈服平台，提高平直度，消除不连续的塑性变形，改善表面质量。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，具有以下创新：
（1）本发明的搪瓷钢合金成本较低，与普通低碳冷冲板成分几乎没有差别，仅添加微量硼元素。通过工艺控制，充分发挥合金元素的作用，得到了理想的微观组织状态，力学性能、成形性能、抗鳞爆性能得到了显著改善。
（2）本发明的搪瓷钢连续退火板微观组织以等轴铁素体为主，钢板屈服强度200-240MPa，抗拉强度290-340MPa，延伸率38-44%，加工硬化指数n值大于0.20，平均塑性应变比rm值大于1.6，具有较高的综合力学性能。
（3）搪瓷钢退火板铁素体晶粒间和三相交叉处具有一定数量的退化珠光体，晶粒内弥散分布着大量渗碳体颗粒；B与N结合主要在晶界、相界面处偏聚，钢中的氢陷阱的数量和作用得到显著加强。1mm厚钢板氢滞后时间大于50min，搪瓷后不发生鳞爆，搪瓷密着性能达到国家标准。
（40本发明的搪瓷钢适宜于采用高温快节奏的连续退火生产。由于硼元素在钢中偏聚特性较强，可在连续退火工艺下充分发挥其促进渗碳体晶粒内析出的作用。并且，连续退火组织高温稳定性强，抗搪烧变形性强，搪烧后钢板强度变化小。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的搪瓷钢连续退火板的金相组织图片；
图2为本发明实施例2制备的搪瓷钢连续退火板的金相组织图片；
图3为本发明实施例3制备的搪瓷钢连续退火板的金相组织图片；
图4为本发明对比例1制备的搪瓷钢连续退火板的金相组织图片；
图5为本发明实施例1制备的搪瓷钢连续退火板中铁素体晶粒内的渗碳体颗粒图片；
图6为本发明实施例1制备的搪瓷钢连续退火板中球形的MnS图片。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好的理解本发明内容，所举之例并非限制本发明的权利要求范围。
本发明的实施例和对比例的化学成分（质量百分数）见表1：
表1

本发明实施例和对比例的主要生产工艺参数见表2：
表2

各实施例和对比例的生产步骤如下：
1.铁水预处理、转炉冶炼、精炼、铸成坯料；
2.板坯加热，加热温度控制在1200-1250℃；
3.热连轧、卷取，终轧温度控制在860-930℃，卷取温度控制在680-740℃；
4.酸洗、冷连轧，冷轧压下率70-80%；
5.连续退火，保温温度800-870℃，等温时间40-120s，过时效处理温度350-450℃，时间180-300s。
6.平整、精整，平整延伸率0.5-1.2%。
本发明实施例和对比例的综合力学性能如表3：
表3

本发明实施例和对比例的搪瓷适应性能如表4：
表4

采用电化学氢渗透方法，试样为1.0mm×50mm×80mm的矩形钢板。砂纸打磨，电解剖光并单面镀Ni。实验主体部分由两个电解池构成，电解池之间由钢板试样连接并隔开，氢经由钢板一面扩散至镀Ni的一面，经仪器检测并换算为渗透通量，直至达到稳态。
采用湿法涂塘工艺，880℃搪烧，放置一个月，检验钢板的鳞爆。通过国家标准GBT7990-2013的落球冲击试验，检验搪瓷钢板的搪瓷密着性能，用110g钢球冲击搪瓷板表面。