热轧酸洗搪瓷钢在本钢生产的可行性研究

供稿|王旭生，于立伟，张楠，董宝权 / WANG Xu-sheng, YU Li-wei, ZHANG Nan, DONG Bao-quan

内容导读

本钢通过采用低碳含钛的化学成分设计和控轧、控冷的热轧工艺，在FTSR进行试轧制，并进行酸洗实验和搪瓷实验。本钢FTSR生产的热轧酸洗搪瓷钢，其屈服强度为413 MPa，抗拉强度为480 MPa，断后延伸率为33%；模拟酸洗产线的酸洗过程，钢板表面氧化铁皮被清洗干净，但表面存在一定的麻坑；实验室搪瓷后，表面无鳞爆缺陷，酸洗板表面出现的麻坑不影响搪瓷效果。在本钢FTSR生产热轧酸洗搪瓷钢的工艺路径具有可行性。

目前搪瓷钢板的研究和应用以冷轧搪瓷钢板居多，并形成了从机理研究、选材、应用、质量提高等全体系的研究，热轧搪瓷钢或热轧酸洗搪瓷钢的研究相对较少。华长辉等[1]在鄂钢冷轧薄板厂进行了热水器内胆用酸洗搪瓷钢RST330的开发，郭锐等[2]结合某厂生产的热轧酸洗搪瓷钢板研究了热轧搪瓷钢板的显微组织与氢渗透特性，吴菊环等[3]介绍了热轧搪瓷钢板的成分、生产工艺及市场应用。

热轧酸洗板具有较高的性价比、优良的表面质量和稳定的性能，是替代部分冷轧产品的最佳选择。根据搪瓷钢板的性能和应用特点分析，热轧酸洗搪瓷钢替代冷轧搪瓷钢具有成本低廉、性能相当的特点，因此热轧酸洗搪瓷钢具有替代冷轧搪瓷钢的巨大潜力。热水器内胆的厚度一般为1.5~2.5 mm，恰好是热轧酸洗钢板的常规厚度范围。

本钢薄板坯连铸连轧为FTSR，该产线生产的产品具有钢质纯净、厚度极薄等特点，与热轧酸洗搪瓷钢所需要的特点不谋而合，从工艺角度看本钢FTSR具备生产热轧酸洗搪瓷钢的各种条件。

热轧酸洗搪瓷钢的化学成分设计特点

热轧/热轧酸洗搪瓷钢在成分设计上除需要考虑成形性能外，还要考虑搪瓷工艺性能，需要钢板具有较高的强度，良好的成形性能、焊接性能、搪瓷密着性能、抗鳞爆性能。

综合以上性能需求，热轧/热轧酸洗搪瓷用钢板可采用零碳钢、脱碳钢、钛钢和低碳加硼钢等，目前国内一般采用低碳加钛钢，而冷轧搪瓷钢多选择钛、铝、锰、稀土、硼等第二相粒子形成元素混合加入。低碳加钛钢是目前国内外比较认可的搪瓷钢化学成分设计，低碳可以提高成形性能、焊接性能、搪瓷性能，钛对提高强度、抗鳞爆性能、密着性能、焊接性能具有非常显著的效果。低碳加钛钢一般采用C质量分数≤0.08%、Mn质量分数≤1.00%、Ti质量分数为0.03%~0.08%设计方案。

低碳有利于提高塑性、降低碳当量、改善焊接性能；钢材碳含量越低，越适合冷压加工；碳在搪烧(一般800~980℃)时，被氧化成CO气体，气体透过搪瓷表面产生气泡、针孔等缺陷，因此较低的碳含量是十分必要的。

钛的作用主要体现在：钛与氮、碳结合能形成稳定的氮化物、碳化物，氮化钛阻止奥氏体晶粒长大，不仅能细化热轧态的晶粒，还有效阻止焊接热影响区晶粒粗大；细小弥散分布的碳化钛既起析出强化作用，又是不可逆贮氢陷阱，可以提高抗鳞爆性能；钛能使钢中的硫化物变质，改善材料的纵横向性能的差异及冷成型性能；氧化钛是瓷釉中的添加物质，王广岭等[4]提出钢中的钛对搪瓷是十分有利的，因为钛能与瓷釉中多种组分相结合，使密着性增加。另外，随着冶炼技术和控轧、控冷技术的日趋成熟，钛微合金钢中含钛第二相析出理论的逐渐完善，以及当前钛铁的经济性，采用钛微合金化具有更低的成本。孙全社等[4]研究搪瓷用含钛热轧高强钢板认为含钛钢种的析出相主要是碳化钛和氮化钛，细小弥散分布的第2相粒子有利于细化晶粒、强化基体，特别是钢板经过高温长时间的退火后仍能保持较高的强度。由于钢种氮含量较低，因此含钛钢中的析出物以碳化钛为主。

FTSR试生产

本钢在FTSR以热轧产品为依托进行实验，经过钢水炉外精炼后，获得了搪瓷钢所需的化学成分，轧制采用奥氏体区轧制工艺，轧制成厚度2.5 mm的热轧钢卷。

搪瓷钢化学成分采用低碳含钛设计，如表1所示。

表1 化学成分(质量分数，%)

搪瓷钢生产工艺流程：铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→薄板坯连铸→辊底式炉加热→粗轧→精轧及末道次成型→层流冷却→卷取→酸洗→涂油→包装出厂。热轧工艺主要控制形成铁素体+碳化物的组织，因此必须控制轧制、控制冷却，以便获得稳定的组织。终轧温度保障在奥氏体区进行轧制，轧后立即冷却，冷却至一定的温度后卷取。热轧工艺主要为了获得足够的碳化钛，碳化钛的析出可能发现在热轧阶段、冷却相变阶段和终冷相变后保温阶段，因此轧制、冷却过程需要一定的控制。

性能检测

热轧酸洗搪瓷钢的生产在FTSR轧制成钢卷后，酸洗和搪瓷实验在实验室进行。

力学性能检测

取拉伸试样在Zwick300拉伸实验机上进行拉伸性能检测，实验结果(见表2)表明热轧酸洗含钛搪瓷钢具有较高的强度，能满足屈服强度360 MPa级搪瓷钢的要求。

表2 力学性能

酸洗实验

将钢板切成尺寸为100 mm×150 mm的若干个小块钢板，从酸洗车间取在线酸洗液盛放于容器中，将小块钢板静置于酸洗液中。每块钢板单独计时10、20、30、40、50、60 s，观察小块钢板的表面状况。

实验表明，20 s后除轧制边残存氧化铁皮外，其余位置均清洗干净；30 s后基本清洗干净；40 s后所有小块钢板完全消除氧化铁皮，表面光亮。根据酸洗产线酸洗段工艺要求，酸洗槽中的酸洗不断更新，酸液温度恒温，比实验室的酸洗条件要好，并且钢带可以在酸洗段清洗40 s以上，因此酸洗产线具备生产热轧酸洗搪瓷钢的条件。

搪瓷实验

◆ 小块搪瓷实验

选取尺寸为30 mm×60 mm的实验搪瓷钢和普通产品样片进行酸洗除锈，然后水洗，酒精擦拭晾干，沾搪瓷釉料(国内某搪瓷釉料生产厂生产)后放入加热炉，加热到850℃保温11 min后取出空冷，加热制度如图1所示。

搪烧后表面如图2所示。搪瓷钢搪瓷实验后表面没有鳞爆缺陷，普通钢板搪瓷实验后表面出现4个鳞爆缺陷；3天后，搪瓷钢无鳞爆缺陷，普通钢板鳞爆缺陷增加至7个。搪瓷钢搪瓷后，钢板表面麻坑不影响搪瓷效果，表面光滑。

◆ 大块搪瓷实验

选取尺寸为130 mm×130 mm的实验搪瓷钢，实验步骤与小块搪瓷实验相同。如图3所示，搪瓷后表面无鳞爆缺陷，放置一个月后，表面无鳞爆缺陷。

金相组织

分别在搪瓷前后的搪瓷钢样片上切取金相试样，进行金相检测。搪瓷前后金相组织均为铁素体+珠光体，850℃的烧搪温度使得铁素体晶粒长大，并称等轴状，如图4所示。

分析和讨论

热轧生产阶段是获得碳化钛的最终环节，霍向东等[5]研究了不同卷取温度对碳化钛析出的影响，冷速过高抑制了钛的扩散，使更多钛固溶在钢种。快速的冷却使钢中无法形成大量的碳化钛析出物，从而降低析出强化的效果，并且严重影响贮氢陷阱的数量。

本钢采用10~30℃/s的冷却速度，从实验数据看这个冷却速度能满足搪瓷钢的要求。同等碳含量和锰含量的SPHC屈服强度230 MPa、抗拉强度340 MPa，实验搪瓷钢在SPHC的基础上增加了一定量的钛含量，屈服强度提高183 MPa、抗拉强度提高150 MPa，说明钛的析出物起到了明显的强化作用。在搪瓷实验中发现，实验搪瓷钢具有良好的抗鳞爆性能，而普通SPHC搪烧后出现了大量的鳞爆缺陷。强度的提高和良好的抗鳞爆性能说明实验搪瓷钢中析出了大量的碳化钛。

结束语

本钢FTSR试生产热轧酸洗搪瓷钢，厚度为2.5 mm，力学性能满足搪瓷钢的要求。FTSR试生产的钢板在实验室进行酸洗实验，静置酸液中40 s，完全洗净钢板表面，酸洗产线具备生产搪瓷钢的能力。FTSR试生产的钢板在实验室进行搪瓷实验，表面光滑，无鳞爆缺陷，存放一个月后表面依然完好。根据实验和实验结果，在本钢FTSR生产热轧酸洗搪瓷钢的工艺路径是可行的。