265 MPa 級(jí)酸洗搪瓷鋼的開發(fā)與搪瓷性能研究

高小堯， 王海龍， 王 浩， 梁海強(qiáng)

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063016）

搪瓷鋼板在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著十分重要的作用，在日常生活中與人們的關(guān)系十分密切，廣泛地應(yīng)用于制作廚房用具、衛(wèi)生潔具、燃烤爐、熱水器內(nèi)膽、建筑飾面板、化工反應(yīng)罐等，熱軋?zhí)麓射摼哂械统杀?、壽命長(zhǎng)、耐蝕性高等特點(diǎn)，增加了與其他材料的競(jìng)爭(zhēng)力，熱水器行業(yè)采用搪瓷鋼內(nèi)膽的比例日益增多[1]。針對(duì)搪瓷用鋼將繼續(xù)向著個(gè)性化方向發(fā)展的趨勢(shì)，唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司為某客戶研制了適用于其熱水器容量的熱水器內(nèi)膽用熱軋酸洗搪瓷鋼。

1 成分設(shè)計(jì)

C 是鋼中最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素，但提高碳含量將使搪瓷制品烘烤變形增大，并且鋼板中的碳原子容易與瓷釉中的氧起反應(yīng)生成一氧化碳，使搪瓷制品表面產(chǎn)生氣泡缺陷[2]。反之，降低碳含量可以增加鋼板的塑性與韌性，提高鋼板的冷沖壓、焊接等成形性能，并且改善鋼的可涂搪性。

Si 在鋼中起固溶強(qiáng)化作用，可以提高鋼的強(qiáng)度，但降低鋼的韌性和延展性，使鋼難以進(jìn)行深沖加工，同時(shí)過高的含硅量會(huì)降低鋼與瓷釉的密著性。

Mn 能夠提高鋼的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度，起到一定的固溶強(qiáng)化作用，而Mn 含量增加會(huì)降低鋼的塑性。Mn 可以與S 結(jié)合生成硫化錳，硫化錳作為第二相粒子可以提高鋼的貯氫性能。

P 作為鋼中的有害元素，對(duì)鋼板的深沖性能有較大的影響，含量越低越好，較高的P 含量會(huì)增加鋼帶的冷脆性，不利于鋼帶的加工變形。

S 元素會(huì)大大增加鋼帶的熱脆性，在其他類鋼種中一般要求越低越好，但在搪瓷類鋼帶中S 可以和Ti、C、Mn 等元素生成相應(yīng)的化合物，對(duì)提高抗鱗爆性有一定的作用。

Ti 不僅能提高強(qiáng)度，而且能和鋼中的C、N、S等形成化合物，如TiN、TiC 和Ti4C2S2等。這些化合物作為有效的貯氫陷阱，可以提高鋼板的抗鱗爆性能。同時(shí)有研究表明氫滲透時(shí)間與m（Ti）/m（C）有著單調(diào)上升的關(guān)系[3]。

綜合考慮搪瓷鋼要滿足客戶性能要求、抗鱗爆性、密著性、成型性及焊接性等各項(xiàng)要求，同時(shí)要滿足熱水器內(nèi)膽的使用要求，搪瓷鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)見表1。

表1 搪瓷鋼的化學(xué)成分控制范圍 %

2 熱軋工藝設(shè)計(jì)

2.1 CCT 曲線研究

通過JMatPro 軟件對(duì)設(shè)計(jì)的成分體系下進(jìn)行CCT 曲線的理論計(jì)算，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 CCT 曲線

從CCT 曲線的理論計(jì)算來看，在設(shè)計(jì)的成分體系下以及唐鋼冷卻條件下900 ℃左右開始析出鐵素體，在680 ℃左右開始析出貝氏體。

2.2 熱軋工藝確定

為了充分發(fā)揮微合金元素在軋制過程中的強(qiáng)化作用，保證微合金元素充分固溶，同時(shí)根據(jù)理論計(jì)算的CCT 曲線以及唐鋼其他鋼種生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定如表2所示兩種熱軋工藝。

表2 熱軋工藝

3 性能與組織

根據(jù)設(shè)計(jì)的成分體系以及設(shè)定的工藝進(jìn)行了試驗(yàn)生產(chǎn)，軋制規(guī)格為2.0 mm×1 250 mm。

3.1 性能

生產(chǎn)的TTC265R 酸洗后帶鋼力學(xué)性能客戶要求以及檢測(cè)后結(jié)果如表3 所示。由表3 可見，方案1的拉伸性能滿足技術(shù)條件要求，冷彎試驗(yàn)結(jié)果合格，表明鋼板具有良好的成型性能，能夠滿足用戶對(duì)鋼板加工過程中成型性能的要求。但方案2 的屈服強(qiáng)度僅為203 MPa，低于客戶對(duì)強(qiáng)度的要求，不能滿足客戶的使用要求。

表3 TTC265R 酸洗后力學(xué)性能

3.2 組織

對(duì)方案1 與方案2 鋼帶進(jìn)行組織分析，結(jié)果如圖2 所示，從組織上看兩個(gè)方案的組織均為鐵素體+少量珠光體組織，同時(shí)在鐵素體晶粒上均存在黑色點(diǎn)狀物質(zhì)，分析為Ti 的相關(guān)析出物。從晶粒大小上看，方案2 的晶粒明顯粗大，對(duì)晶粒度進(jìn)行評(píng)級(jí)結(jié)果顯示方案1 的晶粒度為11 級(jí)，而方案2 的晶粒度僅為9.5 級(jí)。從組織分析上揭示了方案2 屈服強(qiáng)度低的原因，由于卷曲溫度較高，冷卻速率慢，晶粒度較低，晶粒相較粗大，晶粒尺寸增大，那相應(yīng)的晶界數(shù)量就變少，位錯(cuò)滑移遇到晶界，滑移就會(huì)加快，這在一定程度上降低了屈服強(qiáng)度[4]。

圖2 組織對(duì)比

4 氫滲透研究

為驗(yàn)證試驗(yàn)生產(chǎn)的酸洗搪瓷鋼抗磷爆性能，對(duì)試驗(yàn)生產(chǎn)的TTC265R 和普通酸洗板SPHC 進(jìn)行了氫滲透試驗(yàn)并進(jìn)行了對(duì)比。氫滲透裝置采用雙電解池結(jié)構(gòu)，氫滲透試樣采用50 mm×80 mm 方形試樣，為保證試驗(yàn)一致性，SPHC 試驗(yàn)料片同樣為2.0 mm厚度，最終測(cè)試結(jié)果如表4 所示，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看，TTC265R 的氫滲透時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8 min 較SPHC 多3 min，說明相較于普通酸洗SPHC，TTC265R 有更優(yōu)異的搪瓷性能。

表4 氫滲透試驗(yàn)結(jié)果

5 客戶試用

在客戶處進(jìn)行了剪切、卷筒、焊接、搪瓷試驗(yàn)，全部滿足要求，同時(shí)對(duì)搪瓷后的熱水器進(jìn)行了沖擊試驗(yàn)，結(jié)果如圖3 所示，根據(jù)沖擊試驗(yàn)情況，TTC265R的密著性明顯優(yōu)于SPHC。

圖3 沖擊試驗(yàn)對(duì)比

6 結(jié)論

1）根據(jù)客戶設(shè)計(jì)了以C、Mn、Ti 為基本化學(xué)元素的265 MPa 級(jí)酸洗搪瓷鋼。

2）根據(jù)CCT 曲線和固溶理論設(shè)計(jì)了兩種熱軋工藝，通過結(jié)果對(duì)比確定了終軋溫度800～900 ℃，卷曲溫度≤650 ℃的熱軋工藝。

3）設(shè)計(jì)的TTC265R 氫滲透時(shí)間明顯高于SPHC，密著性優(yōu)于SPHC。