趙麗明，亓海燕，薛成大

1 前言

搪瓷制品具有優(yōu)良的耐腐蝕、耐磨損、耐高溫、易清洗、表面光潔、無(wú)靜電等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于輕工、家電、冶金、化工、建筑等行業(yè)，以搪瓷鋼制造的產(chǎn)品種類(lèi)很多，如廚房用具、衛(wèi)生潔具、燒烤爐以及熱水器內(nèi)膽、售貨亭、高速公路牌、建筑裝飾面板、化工反應(yīng)罐等，搪瓷鋼在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著十分重要的作用［1］。影響搪瓷制品質(zhì)量的主要問(wèn)題之一是搪瓷鱗爆的存在，而搪瓷基板貯氫性能的獲得是控制鱗爆現(xiàn)象發(fā)生的主要環(huán)節(jié)。鋼板貯氫能力的大小受到貯氫陷阱（晶界、位錯(cuò)密度和第二相粒子）數(shù)量影響，貯氫陷阱越多，鋼板的貯氫能力越強(qiáng)，其抗鱗爆性能越強(qiáng)。國(guó)外搪瓷制品生產(chǎn)均采用特殊的專(zhuān)用搪瓷鋼板，如日本、韓國(guó)等國(guó)家規(guī)定SPP冷軋板為搪瓷專(zhuān)用鋼板，我國(guó)上海寶鋼的搪瓷用BTC1冷軋板也與其類(lèi)似，但這些專(zhuān)用搪瓷鋼板均因添加了Ti、B等貴金屬元素，生產(chǎn)成本高［2］。

近年來(lái)搪瓷企業(yè)大多采用了SPCC、08A1等普通板應(yīng)用于搪瓷生產(chǎn)，成本較低、貨源充足，但質(zhì)量不穩(wěn)定，經(jīng)常會(huì)有搪瓷鱗爆現(xiàn)象發(fā)生，而且通過(guò)目前方法，最大可能能夠軋制厚度為0.3～3.0 mm的搪瓷用鋼帶，無(wú)法生產(chǎn)深沖性能好、無(wú)鱗爆現(xiàn)象，而且表面光潔、板形平直、厚度為0.15～0.30 mm的搪瓷用冷軋鋼帶。為此，泰鋼在分析搪瓷用鋼性能要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身生產(chǎn)裝備實(shí)際，盡可能少添加或不添加合金元素，通過(guò)合理的成分設(shè)計(jì)和軋制工藝、退火工藝制度，來(lái)獲得滿足性能要求的低成本冷軋?zhí)麓捎娩摗?/p>

2 工序控制與分析

2.1 成分設(shè)計(jì)

一般搪瓷用鋼除了保證穩(wěn)定的抗鱗爆性能外，還需要一定的沖壓性能。而這一要求在進(jìn)行搪瓷用鋼的成分設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生矛盾，即為了保證搪瓷用鋼的沖壓性能需減少鋼中C和S的含量，而保證貯氫性能則需提高C、S和Mn的含量。減少鋼中的C、N會(huì)提高鋼的塑性，降低鋼的強(qiáng)度，而提高C、S和Mn的含量是為了增加鋼中所形成的第二相粒子，即貯氫陷阱。解決這一問(wèn)題需注意兩點(diǎn)：第一是控制C、S和Mn的含量，以保證形成足夠彌散的第二相的合理匹配C、S和Mn含量；同時(shí)在煉鋼時(shí)降低N含量。第二是需注意控制第二相粒子的形態(tài)及數(shù)量。第二相粒子是搪瓷用鋼貯氫陷阱的重要保證，第二相粒子的形態(tài)和數(shù)量直接影響最終鋼板的抗鱗爆性能。一般來(lái)說(shuō)，大量細(xì)小彌散分布的第二相粒子有利于鋼的貯氫性能［3］。

為滿足用戶沖壓及涂搪的使用要求，依據(jù)GB/T 13790—2008標(biāo)準(zhǔn)要求，在普通碳素鋼的成分基礎(chǔ)上適當(dāng)降低了C含量至0.03%左右，同時(shí)，適當(dāng)提高S（0.010%～0.012%）含量，采用MnS和Fe3C作為氫陷阱來(lái)達(dá)到貯氫的目的。搪瓷用鋼的設(shè)計(jì)成分如表1所示。

表1 搪瓷用鋼化學(xué)成分 %

2.2 冶煉、連鑄工藝控制

1）提高鋼水純凈度：合理控制成分；改善吹氬質(zhì)量，采取分階段控制吹氬強(qiáng)度，促進(jìn)夾雜物碰撞、積聚、長(zhǎng)大及上??；通過(guò)延長(zhǎng)吹氬時(shí)間，促進(jìn)尺寸微小夾雜物上浮至鋼-渣界面，被爐渣捕捉去除；渣洗及頂渣改質(zhì)工藝等，提高夾雜物的去除率，進(jìn)一步提高鋼水的純凈度。

2）全程保護(hù)澆注：大包長(zhǎng)水口周?chē)懵吨睆健?0 cm，無(wú)鋼花翻出，結(jié)晶器液面以輕微冒泡為宜，實(shí)現(xiàn)黑渣操作。正常澆注中包液面控制在900 mm，更換鋼包時(shí)液面不低于850mm，中包渣層＜50 mm。

3）LF精煉過(guò)程進(jìn)行鈣處理，中間包鋼水溫度1 545～1 560℃，全程氬封保護(hù)澆鑄，恒拉速控制。液相線溫度1 506℃，過(guò)熱度控制在10～20℃。

2.3 熱軋工藝設(shè)計(jì)及控制

在步進(jìn)式加熱爐中保證1 250℃的出爐溫度，熱軋?jiān)囼?yàn)主要控制終軋溫度和卷取溫度，過(guò)高或過(guò)低的卷取溫度都將對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成不利影響。同時(shí)需指出滲碳體的析出是不能避免的，只能是在合理范圍內(nèi)控制滲碳體的析出量與析出位置，進(jìn)而降低滲碳體對(duì)鋼板深沖性能的影響。

終軋溫度在880～930℃、卷取溫度在580～710℃進(jìn)行交叉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

1）終軋溫度及卷取溫度對(duì)熱軋板力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)鋼屈服強(qiáng)度在250～280 MPa之間，抗拉強(qiáng)度在340～370 MPa之間，伸長(zhǎng)率均在44%以上。在終軋溫度基本一致的情況下，隨著卷取溫度的升高，試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都逐漸降低（見(jiàn)圖1a）。由圖1b可知，隨著終軋溫度的變化，試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度變化不明顯，屈服強(qiáng)度在250 MPa，抗拉強(qiáng)度為340～360 MPa。

圖1 溫度對(duì)熱軋鋼板強(qiáng)度的影響

2）熱軋?jiān)囼?yàn)鋼板的顯微組織。圖2為試驗(yàn)鋼熱軋板的金相組織。終軋溫度不變的情況下，在580℃卷取，晶粒細(xì)?。ㄒ?jiàn)圖2a）；610℃卷取，晶界上滲碳體較少，晶內(nèi)有呈微小白點(diǎn)狀的滲碳體析出（見(jiàn)圖2b）；在640℃卷取時(shí)，晶界上明顯可以見(jiàn)到滲碳體；卷取溫度繼續(xù)升高，晶界上的滲碳體也隨之逐漸粗化和聚集，點(diǎn)鏈狀的滲碳體圍繞著晶界分布（見(jiàn)圖2c），嚴(yán)重的滲碳體甚至形成白亮的條塊狀（見(jiàn)圖2d～圖2f）。

圖2 不同卷取溫度熱軋鋼帶金相組織

隨著終軋溫度的升高鐵素體晶粒變大，滲碳體析出量略有增加但是增量并不明顯。在終軋溫度超過(guò)900℃、卷取溫度超過(guò)640℃后出現(xiàn)了較大塊滲碳體，即滲碳體出現(xiàn)了集中析出現(xiàn)象。隨著卷取溫度的提高，滲碳體的析出量增加，當(dāng)卷取溫度超過(guò)710℃，在鋼中出現(xiàn)包圍鐵素體晶粒的滲碳體析出，即產(chǎn)生了網(wǎng)狀滲碳體。組織中的網(wǎng)狀滲碳體嚴(yán)重影響鋼板的深沖性能。因此，搪瓷用鋼合適的終軋溫度為880～900℃，卷取溫度為610～640℃。

2.4 酸洗工藝控制

搪瓷用鋼鱗爆現(xiàn)象中H的來(lái)源一是燒搪過(guò)程中進(jìn)入鋼板，另一途徑就是在酸洗過(guò)程中進(jìn)入鋼板。因此酸洗時(shí)間、酸液濃度對(duì)鋼板的抗鱗爆性能有重要影響。酸洗工藝的確定除了要保證除盡鋼板在退火過(guò)程中形成的氧化鐵皮外，還需考慮其對(duì)鋼板貯氫性能的影響。合理控制酸洗時(shí)間才能保證沒(méi)有過(guò)量的H進(jìn)入鋼板，不至導(dǎo)致過(guò)酸洗；同時(shí)，酸洗使鋼板表面形成一定的粗糙度，在后續(xù)的燒搪過(guò)程中有利于釉料和鋼板基體的結(jié)合，增加密著性。因此，在不損害鋼板貯氫性能的同時(shí)控制酸洗時(shí)間有利于后續(xù)的燒搪加工。

4個(gè)酸洗槽串聯(lián)并互相獨(dú)立，其中：1#槽鹽酸溫度控制在75～90℃，鹽酸中Fe2+濃度＜100 g/L，鹽酸中HCl濃度控制在50～130 g/L；4#槽鹽酸溫度控制在60～75℃，鹽酸中Fe2+濃度控制在5～50 g/L，鹽酸中HCl濃度控制在180～220 g/L。漂洗水的電導(dǎo)率≤100 μS/cm。

2.5 冷軋與退火工藝

冷軋壓下率及氫在鋼板中的穿透時(shí)間與氫擴(kuò)散系數(shù)有密切關(guān)系，壓下率越高，氫擴(kuò)散系數(shù)越低，氫在鋼板中的穿透時(shí)間越長(zhǎng)，搪瓷鋼的貯氫及抗鱗爆性能越好。在實(shí)際生產(chǎn)中為了獲得高的r值及抗鱗爆性能，常采用增大冷軋壓下率的方式。

采用HC單機(jī)架六輥可逆軋機(jī)進(jìn)行兩軋程軋制來(lái)獲得具有較高n值與r值的極薄冷軋鋼帶。其中一軋程軋制變形量為75%～85%，二軋程軋制變形量為55%～66%。

通過(guò)罩式退火爐進(jìn)行雙臺(tái)階退火。升溫至420℃設(shè)置2 h保溫平臺(tái)；溫度超過(guò)420℃后升溫速率按照40～45℃/h設(shè)定，以保證產(chǎn)品良好的深沖性能。總升溫時(shí)間不少于10 h，保溫曲線波動(dòng)＜5℃，保溫結(jié)束后悶罩4 h，風(fēng)冷時(shí)間不少于6 h，出爐溫度≤85℃，以促進(jìn)第二相粒子的聚集長(zhǎng)大從而獲得良好的抗鱗爆性能。

3 冷軋鋼帶成品質(zhì)量分析

3.1 外觀質(zhì)量

搪瓷用冷軋鋼帶厚度0.15～0.60 mm，冷軋成品厚度精度高，偏差-0.02～0 mm；板形平直，不平度≤2 mm；表面光潔，無(wú)粘結(jié)、條紋、色差、黑斑、麻點(diǎn)、油污等缺陷，燒成后無(wú)“鱗爆”等缺陷；沖壓無(wú)開(kāi)裂、無(wú)滑移線，達(dá)到了極薄深沖搪瓷用冷軋鋼帶質(zhì)量要求。

3.2 力學(xué)性能

成品鋼帶規(guī)格為（0.15～0.60）mm×（740～950）mm。搪瓷用冷軋鋼帶成品力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)要求及實(shí)測(cè)情況見(jiàn)表2。成品鋼帶力學(xué)性能均符合GB/T 13790—2008的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 杯突試驗(yàn)

杯突試驗(yàn)主要用于評(píng)估板材的拉脹性能，其試驗(yàn)指標(biāo)為杯突值。試驗(yàn)時(shí)，用20 mm的鋼球形凸模，壓入夾緊在凹模與壓邊圈之間的薄板，使之形成半球鼓包，直到薄板底部出現(xiàn)能透光裂紋為止，將此時(shí)凸模的壓入深度作為杯突試驗(yàn)指標(biāo)，稱之為IE值。IE值與n值有很好的相關(guān)性。杯突試驗(yàn)時(shí)，試樣的應(yīng)力與變形特點(diǎn)與局部脹形時(shí)相同，所以IE值能夠反映脹形類(lèi)成形時(shí)的沖壓性能，該值越大說(shuō)明薄板的脹形成形性能越好。不同鋼帶厚度對(duì)應(yīng)的IE值見(jiàn)表3，試驗(yàn)樣品的IE值在9.32～10.03 mm，說(shuō)明試驗(yàn)鋼帶的脹形成形性能較好，具有較為理想的沖壓性能。

表2 搪瓷用鋼帶力學(xué)性能

表3 搪瓷用冷軋鋼帶杯突試驗(yàn)結(jié)果

3.4 夾雜物與組織檢測(cè)

成品鋼帶中非金屬夾雜物以D類(lèi)為主（0.5～1.0級(jí)），級(jí)別均不超過(guò)1.5級(jí)，夾雜物形貌見(jiàn)圖3。鋼帶金相組織見(jiàn)圖4，組織為鐵素體+彌散分布的游離滲碳體，晶粒度8.0～9.5級(jí)。

圖3 搪瓷用冷軋鋼帶夾雜物形貌

圖4 搪瓷用冷軋鋼帶金相組織500×

通過(guò)EDS能譜分析，晶粒內(nèi)彌散分布的球狀或近似球狀的析出物為MnS和Fe3C，析出物尺寸在200～400 nm，如圖5所示。

圖6為試驗(yàn)鋼的透射電鏡（TEM）形貌，借助于透射電鏡可以更為清晰地觀察試驗(yàn)鋼中的析出物并確定其成分。由于試驗(yàn)鋼中未添加其他合金元素，只是S的含量較高，因此第二相粒子成分為MnS，形狀以球形為主，尺寸在200～400 nm之間。這些顆粒將會(huì)與基體組織之間產(chǎn)生空穴，成為貯氫陷阱，提高鋼板的抗鱗爆性能。

圖5 冷軋鋼帶退火后球狀MnS形貌及能譜分析

圖6 試驗(yàn)鋼球狀MnS的TEM形貌及能譜結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)合理設(shè)計(jì)鋼種的化學(xué)成分，以MnS和Fe3C替代Ti（C，N）、TiC2S2、BN作為氫陷阱的搪瓷用冷軋鋼帶的成分體系，采用HC單機(jī)架六輥可逆軋機(jī)進(jìn)行兩軋程軋制（一軋程軋制變形量為75%～85%，二軋程軋制變形量為55%～66%）以及單機(jī)架平整毛化、重卷卸張、強(qiáng)對(duì)流全氫光亮罩式退火爐退火，開(kāi)發(fā)出成本低廉、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良、抗鱗爆性能良好及可適應(yīng)后期多元化涂搪工藝的低碳冷軋?zhí)麓捎娩?。搪瓷用鋼的熱軋生產(chǎn)工藝為：加熱溫度1 250℃，終軋溫度880～900℃，卷取溫度610～640℃。

極薄搪瓷用冷軋鋼帶已實(shí)現(xiàn)批量化訂單生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，各項(xiàng)性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足了廚房衛(wèi)生潔具、燒烤爐、熱水器內(nèi)膽等領(lǐng)域的使用要求，用戶使用后反饋鋼帶的成形性好、抗鱗爆性及涂搪性能優(yōu)良。產(chǎn)品得到了用戶的認(rèn)可，促進(jìn)了企業(yè)冷軋產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整。

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