搪燒對熱軋酸洗搪瓷鋼抗鱗爆性能影響的研究

劉　欣　劉友榮

(上海梅山鋼鐵股份有限公司)

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搪燒對熱軋酸洗搪瓷鋼抗鱗爆性能影響的研究

劉欣劉友榮

(上海梅山鋼鐵股份有限公司)

通過對C:0.020%，Mn:0.158%，Ti:0.092%的熱軋酸洗搪瓷鋼三組試樣：搪燒前、一次搪燒(800 ℃搪燒10 min)后、二次搪燒(在一次搪燒的基礎上，再次800 ℃搪燒10 min)后的三組試樣，用TH值法研究其儲氫能力變化。發(fā)現(xiàn)燒搪前試樣的晶粒度為8.5，金相組織為鐵素體加少量滲碳體，TH值為2.47 min·mm-2。一次搪燒和二次搪燒后試樣，其晶粒度和金相組織與搪燒前試樣無顯著變化。一次搪燒后試樣TH值變?yōu)?.65 min·mm-2，二次搪燒后試樣TH值變?yōu)?.64 min·mm-2。TH值的減小主要是因為二相粒子的數(shù)量減少。

熱軋酸洗搪瓷鋼鱗爆搪燒

0　前言

搪瓷材料是由金屬和玻璃質(zhì)無機材料，經(jīng)高溫燒制而成[1]。鱗爆是影響搪瓷層質(zhì)量的一種主要缺陷，主要是搪瓷層產(chǎn)生大小不等、深度不一的半月型剝落現(xiàn)象。鱗爆的產(chǎn)生機理，是因搪燒制作過程的酸洗液、粘土中的水分、瓷釉中的水、搪燒爐中空氣的水分中產(chǎn)生的氫，在搪燒溫度下極易以原子的形式溶解到鋼板中去[2]。當搪瓷制品冷卻到室溫時，鋼板中的溶解氫達到過飽和，向鋼板和搪瓷的界面擴散，并重新結合形成氫氣。如果氫氣形成的界面壓力達到破壞瓷層的臨界值，搪瓷表面出現(xiàn)瓷面剝落，即鱗爆。

造成鱗爆缺陷的最為廣泛接受的原因是鋼板中氫的吸收、擴散和溢出[3]，因此鋼板的儲氫性能對鱗爆有著重要的影響。熱軋酸洗搪瓷鋼具有強度高，成型性能好，儲氫能力強、前處理簡單等優(yōu)點，開始占據(jù)熱水器市場。因此，對梅鋼熱軋酸洗搪瓷鋼的儲氫能力及搪燒對其儲氫能力的影響進行了研究。

1　試驗方法

試驗材料的化學成分見表1。試驗材料為熱軋酸洗搪瓷鋼，即熱軋板直接進行酸洗，去除表面的氧化鐵皮。然后對試樣進行熱處理，處理工藝見表2，每組試樣有若干個平行樣。對處理好的試樣進行清洗，依次采用粗砂紙→細砂紙進行打磨，然后用去離子水清洗，酒精沖洗，最后吹干備用。

表1　試驗鋼的化學成分 　 / %

表2　試樣處理工藝

試驗采用電化學方法進行鋼板的氫滲透試驗，這是一種衡量鋼板抗鱗爆性能的定量的方法[4]，具有簡單易行的特點。充氫溶液為硫酸和硫脲的混合溶液，擴氫溶液采用氫氧化鈉溶液，采用30 mA/cm2的充氫電流進行試驗。用TH表示試樣儲氫能力的大小，TH定義見式(1)。TH值越大，試樣的儲氫能力越強，鋼板的抗鱗爆性能越好。TH值直接與試驗溶液和充氫電流有關，但是目前文獻中提到的試驗條件并不統(tǒng)一，具有一定的差異，沒有專門針對熱軋?zhí)麓射摰腡H值的明確要求。

TH=tb/d2

(1)

式中：TH——抗搪瓷鱗爆敏感性， min·mm-2；

tb——透氫時間， min；

d——試樣厚度， mm。

采用電子顯微鏡和掃描電鏡對試樣的二相粒子進行檢測，觀察搪燒對其試樣組織的影響。

2　試驗結果和討論

2.1氫滲透試驗

氫滲透試驗主要是通過電化學工作站獲得試樣的充氫曲線，即電流-時間曲線，通過對試樣的電流-時間曲線積分獲得試樣的電量-時間曲線，計算得到試樣的TH值。通過對1#、2#、3#試樣(其中1#、2#試樣分別為3個平行樣，3#試樣4個平行樣)進行充氫試驗，得到各個試樣的電流-時間曲線及處理后的電量-時間曲線圖。1#、2#、3#試樣的電流-時間曲線及電量-時間曲線分別如圖1、圖2、圖3所示(圖中的1、2、3、4分別代表試樣的平行樣)。通過積分曲線圖可以計算試樣的TH值，具體數(shù)據(jù)見表3。

(a) 電流-時間曲線

(b) 電量-時間曲線

(a) 電流-時間曲線

(b) 電量-時間曲線

(a) 電流-時間曲線

(b) 電量-時間曲線

從表3可以看出，搪燒后的試樣的TH值明顯降低，說明其儲氫能力降低，但仍滿足單面涂搪的使用要求。但是一次搪燒和二次搪燒后試樣的TH值基本沒有變化，說明熱軋?zhí)麓射摼哂休^好的使用能力，這一點在實際使用中也得到了驗證。

2.2顯微組織

對1#試樣、2#試樣、3#試樣進行金相組織分析，結果如圖4所示。

(a) 1#試樣金相組織 (b) 2#試樣金相組織(c) 3#試樣金相組織

圖4試樣金相組織

從圖4可以看出，試樣的金相組織主要是鐵素體和游離滲碳體。通過檢測，1#試樣、2#試樣、3#試樣的晶粒度均為8.5，搪燒沒有使晶粒明顯長大，主要是因為碳、磷、錳元素雖然可以促進晶粒長大，但是鋼中的合金元素鋁、鈦合金元素可以對晶粒的長大起阻止作用，整體晶粒長大情況不明顯。

搪燒的加熱過程中，試樣的晶粒沒有明顯長大，所以試樣的晶界沒有明顯減少。晶界也是一種氫陷阱，可以有效存儲進入鋼板的氫，但是一般認為晶界是一種可逆氫陷阱[1]，晶界中存儲的氫常溫下很容易跑到晶格中去。晶粒的穩(wěn)定性有助于提高熱軋酸洗搪瓷鋼的儲氫性能。

2.3二相粒子

二相粒子直接影響試樣的儲氫能力。通過掃描電鏡對1#試樣、2#試樣、3#試樣進行二相粒子分析，結果如圖5所示。

(a) 1#試樣電鏡形貌(b) 2#試樣電鏡形貌(c) 3#試樣電鏡形貌

圖5試樣電鏡形貌

從圖5可以看出，2#試樣和3#試樣的二相粒子數(shù)量比1#試樣的明顯減少，說明搪燒的過程使得二相粒子部分溶解在基體中，二相粒子數(shù)量的減少造成可以儲氫的空間變小，導致試樣的TH值降低。

鈦是一種可以增加鋼板儲氫能力的合金元素[5]。Ti與鋼中的C、N等形成二相粒子(如圖5中的二相粒子)。二相粒子一方面與氫之間具有強烈的親和作用，另一方面其周圍存在有大量的空位，可以大量貯存進入鋼板內(nèi)部的氫，所以二相粒子可以作為氫的不可逆陷阱，強烈影響氫在鋼中的容量和擴散。由圖5中1#試樣的掃描電鏡可以看出，二相粒子體積小，且彌散分布在試樣上，這有助于提高鋼板的儲氫性能。2#試樣和3#試樣，二相粒子數(shù)量明顯減少，是由于搪燒的加熱過程使二相粒子溶解，降溫過程中二相粒子沒有及時析出，造成二相粒子數(shù)目減少。

3　結語

1)梅鋼熱軋酸洗搪瓷鋼具有好的儲氫性能，一次搪燒后儲氫能力雖有降低，但滿足實際應用需要；兩次搪燒的情況下儲氫能力變化不大，具有優(yōu)秀的抗鱗爆性。

2)搪燒對熱軋酸洗搪瓷鋼的金相組織和晶粒尺寸無明顯影響，對晶界的儲氫能力無明顯影響。

3)搪燒對熱軋酸洗搪瓷鋼的二相粒子的數(shù)目有影響，使二相粒子的數(shù)目減少，影響氫陷阱數(shù)量，進而影響鋼板的儲氫性能。

[1]蔣偉忠，厲益駿.搪瓷與搪玻璃[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2015:2.

[2]張萬靈，劉建容.冷軋?zhí)麓射摪蹇棍[爆性能檢測方法評述[J].武鋼技術，2009，47(6):44-46.

[3]凌冶弘.搪瓷鋼板的魚鱗爆敏感性測定[J].華東搪瓷，1992,73(3):1-9.

[4]孫全社，金蕾.含Ti超低碳鋼的氫滲透試驗研究[J].上海金屬，2004,26(2):9-12.

[5]張永權，吳寶榕.影響搪瓷用鋼板性能的因素[J].機械工程材料，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

，工程師，江蘇.南京(210039)，上海梅山鋼鐵股份有限公司技術中心；

2016—5—18