搪烧对热轧酸洗搪瓷钢抗鳞爆性能影响的研究

刘　欣　刘友荣

(上海梅山钢铁股份有限公司)



搪烧对热轧酸洗搪瓷钢抗鳞爆性能影响的研究

刘欣刘友荣

(上海梅山钢铁股份有限公司)

通过对C:0.020%，Mn:0.158%，Ti:0.092%的热轧酸洗搪瓷钢三组试样：搪烧前、一次搪烧(800 ℃搪烧10 min)后、二次搪烧(在一次搪烧的基础上，再次800 ℃搪烧10 min)后的三组试样，用TH值法研究其储氢能力变化。发现烧搪前试样的晶粒度为8.5，金相组织为铁素体加少量渗碳体，TH值为2.47 min·mm-2。一次搪烧和二次搪烧后试样，其晶粒度和金相组织与搪烧前试样无显著变化。一次搪烧后试样TH值变为1.65 min·mm-2，二次搪烧后试样TH值变为1.64 min·mm-2。TH值的减小主要是因为二相粒子的数量减少。

热轧酸洗搪瓷钢鳞爆搪烧

0　前言

搪瓷材料是由金属和玻璃质无机材料，经高温烧制而成[1]。鳞爆是影响搪瓷层质量的一种主要缺陷，主要是搪瓷层产生大小不等、深度不一的半月型剥落现象。鳞爆的产生机理，是因搪烧制作过程的酸洗液、粘土中的水分、瓷釉中的水、搪烧炉中空气的水分中产生的氢，在搪烧温度下极易以原子的形式溶解到钢板中去[2]。当搪瓷制品冷却到室温时，钢板中的溶解氢达到过饱和，向钢板和搪瓷的界面扩散，并重新结合形成氢气。如果氢气形成的界面压力达到破坏瓷层的临界值，搪瓷表面出现瓷面剥落，即鳞爆。

造成鳞爆缺陷的最为广泛接受的原因是钢板中氢的吸收、扩散和溢出[3]，因此钢板的储氢性能对鳞爆有着重要的影响。热轧酸洗搪瓷钢具有强度高，成型性能好，储氢能力强、前处理简单等优点，开始占据热水器市场。因此，对梅钢热轧酸洗搪瓷钢的储氢能力及搪烧对其储氢能力的影响进行了研究。

1　试验方法

试验材料的化学成分见表1。试验材料为热轧酸洗搪瓷钢，即热轧板直接进行酸洗，去除表面的氧化铁皮。然后对试样进行热处理，处理工艺见表2，每组试样有若干个平行样。对处理好的试样进行清洗，依次采用粗砂纸→细砂纸进行打磨，然后用去离子水清洗，酒精冲洗，最后吹干备用。

表1　试验钢的化学成分 　 / %

表2　试样处理工艺

试验采用电化学方法进行钢板的氢渗透试验，这是一种衡量钢板抗鳞爆性能的定量的方法[4]，具有简单易行的特点。充氢溶液为硫酸和硫脲的混合溶液，扩氢溶液采用氢氧化钠溶液，采用30 mA/cm2的充氢电流进行试验。用TH表示试样储氢能力的大小，TH定义见式(1)。TH值越大，试样的储氢能力越强，钢板的抗鳞爆性能越好。TH值直接与试验溶液和充氢电流有关，但是目前文献中提到的试验条件并不统一，具有一定的差异，没有专门针对热轧搪瓷钢的TH值的明确要求。

TH=tb/d2

(1)

式中：TH——抗搪瓷鳞爆敏感性， min·mm-2；

tb——透氢时间， min；

d——试样厚度， mm。

采用电子显微镜和扫描电镜对试样的二相粒子进行检测，观察搪烧对其试样组织的影响。

2　试验结果和讨论

2.1氢渗透试验

氢渗透试验主要是通过电化学工作站获得试样的充氢曲线，即电流-时间曲线，通过对试样的电流-时间曲线积分获得试样的电量-时间曲线，计算得到试样的TH值。通过对1#、2#、3#试样(其中1#、2#试样分别为3个平行样，3#试样4个平行样)进行充氢试验，得到各个试样的电流-时间曲线及处理后的电量-时间曲线图。1#、2#、3#试样的电流-时间曲线及电量-时间曲线分别如图1、图2、图3所示(图中的1、2、3、4分别代表试样的平行样)。通过积分曲线图可以计算试样的TH值，具体数据见表3。

(a) 电流-时间曲线

(b) 电量-时间曲线

(a) 电流-时间曲线

(b) 电量-时间曲线

(a) 电流-时间曲线

(b) 电量-时间曲线

从表3可以看出，搪烧后的试样的TH值明显降低，说明其储氢能力降低，但仍满足单面涂搪的使用要求。但是一次搪烧和二次搪烧后试样的TH值基本没有变化，说明热轧搪瓷钢具有较好的使用能力，这一点在实际使用中也得到了验证。

2.2显微组织

对1#试样、2#试样、3#试样进行金相组织分析，结果如图4所示。

(a) 1#试样金相组织 (b) 2#试样金相组织(c) 3#试样金相组织

图4试样金相组织

从图4可以看出，试样的金相组织主要是铁素体和游离渗碳体。通过检测，1#试样、2#试样、3#试样的晶粒度均为8.5，搪烧没有使晶粒明显长大，主要是因为碳、磷、锰元素虽然可以促进晶粒长大，但是钢中的合金元素铝、钛合金元素可以对晶粒的长大起阻止作用，整体晶粒长大情况不明显。

搪烧的加热过程中，试样的晶粒没有明显长大，所以试样的晶界没有明显减少。晶界也是一种氢陷阱，可以有效存储进入钢板的氢，但是一般认为晶界是一种可逆氢陷阱[1]，晶界中存储的氢常温下很容易跑到晶格中去。晶粒的稳定性有助于提高热轧酸洗搪瓷钢的储氢性能。

2.3二相粒子

二相粒子直接影响试样的储氢能力。通过扫描电镜对1#试样、2#试样、3#试样进行二相粒子分析，结果如图5所示。

(a) 1#试样电镜形貌(b) 2#试样电镜形貌(c) 3#试样电镜形貌

图5试样电镜形貌

从图5可以看出，2#试样和3#试样的二相粒子数量比1#试样的明显减少，说明搪烧的过程使得二相粒子部分溶解在基体中，二相粒子数量的减少造成可以储氢的空间变小，导致试样的TH值降低。

钛是一种可以增加钢板储氢能力的合金元素[5]。Ti与钢中的C、N等形成二相粒子(如图5中的二相粒子)。二相粒子一方面与氢之间具有强烈的亲和作用，另一方面其周围存在有大量的空位，可以大量贮存进入钢板内部的氢，所以二相粒子可以作为氢的不可逆陷阱，强烈影响氢在钢中的容量和扩散。由图5中1#试样的扫描电镜可以看出，二相粒子体积小，且弥散分布在试样上，这有助于提高钢板的储氢性能。2#试样和3#试样，二相粒子数量明显减少，是由于搪烧的加热过程使二相粒子溶解，降温过程中二相粒子没有及时析出，造成二相粒子数目减少。

3　结语

1)梅钢热轧酸洗搪瓷钢具有好的储氢性能，一次搪烧后储氢能力虽有降低，但满足实际应用需要；两次搪烧的情况下储氢能力变化不大，具有优秀的抗鳞爆性。

2)搪烧对热轧酸洗搪瓷钢的金相组织和晶粒尺寸无明显影响，对晶界的储氢能力无明显影响。

3)搪烧对热轧酸洗搪瓷钢的二相粒子的数目有影响，使二相粒子的数目减少，影响氢陷阱数量，进而影响钢板的储氢性能。

[1]蒋伟忠，厉益骏.搪瓷与搪玻璃[M].北京：中国轻工业出版社，2015:2.

[2]张万灵，刘建容.冷轧搪瓷钢板抗鳞爆性能检测方法评述[J].武钢技术，2009，47(6):44-46.

[3]凌冶弘.搪瓷钢板的鱼鳞爆敏感性测定[J].华东搪瓷，1992,73(3):1-9.

[4]孙全社，金蕾.含Ti超低碳钢的氢渗透试验研究[J].上海金属，2004,26(2):9-12.

[5]张永权，吴宝榕.影响搪瓷用钢板性能的因素[J].机械工程材料，1982(6):6-7.

STUDY OF FISHSCALING RESISTANCE OF THE HOT ROLLED AND PICKLED ENAMEL STEEL IN ENAMELING BURNING

Liu XinLiu Yourong

(Shanghai Meishan Iron and Steel Co.，Ltd)

The hydroge-storage capacity of the hot rolled and pickled enamel steel, which C/Mn/Ti content was 0.020%/0.158%/0.092% ,was studied by TH method.There were three kinds of samples:before enameling burning ones,once enameling burning( heating at 800 ℃ for 10 mins) ones and secondary enameling burning(heating at 800 ℃ for 10 mins on a basis of once enameling burning) ones.The metallographic of samples before burning ,whose grain size was 8.5 grade,was Ferrite and a few Centites,and the TH of it was 2.47 min·mm-2.The sizes and the metallographics of the samples after once burning and twice burning had no significant different from samples before burning.The TH of once burning sample was 1.65 min·mm-2,while that of secondary burning sample was 1.64 min·mm-2.The declining of the THs of once and twice burning samples were contributing to the reducing of second phase particles.

the hot rolled and pickled enamel steelfishscalingenameling burning

，工程师，江苏.南京(210039)，上海梅山钢铁股份有限公司技术中心；

2016—5—18