265 MPa 级酸洗搪瓷钢的开发与搪瓷性能研究

2020-06-11高小尧王海龙梁海强

山西冶金 2020年1期

高小尧，王海龙，王浩，梁海强

（唐山钢铁集团有限责任公司，河北唐山 063016）

搪瓷钢板在国民经济中发挥着十分重要的作用，在日常生活中与人们的关系十分密切，广泛地应用于制作厨房用具、卫生洁具、燃烤炉、热水器内胆、建筑饰面板、化工反应罐等，热轧搪瓷钢具有低成本、寿命长、耐蚀性高等特点，增加了与其他材料的竞争力，热水器行业采用搪瓷钢内胆的比例日益增多[1]。针对搪瓷用钢将继续向着个性化方向发展的趋势，唐山钢铁集团有限责任公司为某客户研制了适用于其热水器容量的热水器内胆用热轧酸洗搪瓷钢。

1 成分设计

C 是钢中最经济的强化元素，但提高碳含量将使搪瓷制品烘烤变形增大，并且钢板中的碳原子容易与瓷釉中的氧起反应生成一氧化碳，使搪瓷制品表面产生气泡缺陷[2]。反之，降低碳含量可以增加钢板的塑性与韧性，提高钢板的冷冲压、焊接等成形性能，并且改善钢的可涂搪性。

Si 在钢中起固溶强化作用，可以提高钢的强度，但降低钢的韧性和延展性，使钢难以进行深冲加工，同时过高的含硅量会降低钢与瓷釉的密着性。

Mn 能够提高钢的屈服强度与抗拉强度，起到一定的固溶强化作用，而Mn 含量增加会降低钢的塑性。Mn 可以与S 结合生成硫化锰，硫化锰作为第二相粒子可以提高钢的贮氢性能。

P 作为钢中的有害元素，对钢板的深冲性能有较大的影响，含量越低越好，较高的P 含量会增加钢带的冷脆性，不利于钢带的加工变形。

S 元素会大大增加钢带的热脆性，在其他类钢种中一般要求越低越好，但在搪瓷类钢带中S 可以和Ti、C、Mn 等元素生成相应的化合物，对提高抗鳞爆性有一定的作用。

Ti 不仅能提高强度，而且能和钢中的C、N、S等形成化合物，如TiN、TiC 和Ti4C2S2等。这些化合物作为有效的贮氢陷阱，可以提高钢板的抗鳞爆性能。同时有研究表明氢渗透时间与m（Ti）/m（C）有着单调上升的关系[3]。

综合考虑搪瓷钢要满足客户性能要求、抗鳞爆性、密着性、成型性及焊接性等各项要求，同时要满足热水器内胆的使用要求，搪瓷钢的化学成分设计见表1。

表1 搪瓷钢的化学成分控制范围 %

2 热轧工艺设计

2.1 CCT 曲线研究

通过JMatPro 软件对设计的成分体系下进行CCT 曲线的理论计算，结果如图1 所示。

图1 CCT 曲线

从CCT 曲线的理论计算来看，在设计的成分体系下以及唐钢冷却条件下900 ℃左右开始析出铁素体，在680 ℃左右开始析出贝氏体。

2.2 热轧工艺确定

为了充分发挥微合金元素在轧制过程中的强化作用，保证微合金元素充分固溶，同时根据理论计算的CCT 曲线以及唐钢其他钢种生产经验设定如表2所示两种热轧工艺。

表2 热轧工艺

3 性能与组织

根据设计的成分体系以及设定的工艺进行了试验生产，轧制规格为2.0 mm×1 250 mm。

3.1 性能

生产的TTC265R 酸洗后带钢力学性能客户要求以及检测后结果如表3 所示。由表3 可见，方案1的拉伸性能满足技术条件要求，冷弯试验结果合格，表明钢板具有良好的成型性能，能够满足用户对钢板加工过程中成型性能的要求。但方案2 的屈服强度仅为203 MPa，低于客户对强度的要求，不能满足客户的使用要求。

表3 TTC265R 酸洗后力学性能

3.2 组织

对方案1 与方案2 钢带进行组织分析，结果如图2 所示，从组织上看两个方案的组织均为铁素体+少量珠光体组织，同时在铁素体晶粒上均存在黑色点状物质，分析为Ti 的相关析出物。从晶粒大小上看，方案2 的晶粒明显粗大，对晶粒度进行评级结果显示方案1 的晶粒度为11 级，而方案2 的晶粒度仅为9.5 级。从组织分析上揭示了方案2 屈服强度低的原因，由于卷曲温度较高，冷却速率慢，晶粒度较低，晶粒相较粗大，晶粒尺寸增大，那相应的晶界数量就变少，位错滑移遇到晶界，滑移就会加快，这在一定程度上降低了屈服强度[4]。

图2 组织对比

4 氢渗透研究

为验证试验生产的酸洗搪瓷钢抗磷爆性能，对试验生产的TTC265R 和普通酸洗板SPHC 进行了氢渗透试验并进行了对比。氢渗透装置采用双电解池结构，氢渗透试样采用50 mm×80 mm 方形试样，为保证试验一致性，SPHC 试验料片同样为2.0 mm厚度，最终测试结果如表4 所示，从实验结果上看，TTC265R 的氢渗透时间长达8 min 较SPHC 多3 min，说明相较于普通酸洗SPHC，TTC265R 有更优异的搪瓷性能。