260MPa 級冷軋?zhí)麓捎娩撻_發(fā)與應(yīng)用

汪建威

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 馬鞍山243000）

儲(chǔ)水式熱水器內(nèi)膽常年在高溫高壓下的儲(chǔ)水的使用環(huán)境，因此要求內(nèi)膽用鋼具有良好的力學(xué)性能，還要求耐高溫，耐腐蝕等性能，以延長產(chǎn)品使用壽命[1]。熱水器內(nèi)膽主要生產(chǎn)工藝流程：沖壓、卷圓→焊接→脫脂→搪瓷，其中在沖壓、卷圓工序要求鋼板具有一定成型性能，且強(qiáng)度不能太高，搪瓷后不能發(fā)生鱗爆，在搪瓷生產(chǎn)過程中，需要通過830～850℃高溫搪燒8～10min，當(dāng)前國內(nèi)市場上主流熱水器內(nèi)膽用鋼的屈服強(qiáng)度在200MPa 級，搪瓷生產(chǎn)后強(qiáng)度下降約20～50MPa[2]，制成內(nèi)膽后按QB/T 4101-2010《儲(chǔ)水式電熱水器內(nèi)膽》標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行膽脈沖壓力試驗(yàn)，循環(huán)次數(shù)達(dá)到8 萬次以上。隨著產(chǎn)品升級，為了提高安全使用性能，內(nèi)膽脈沖壓力循環(huán)次數(shù)要求提升達(dá)到20 萬次以上，要求在不能降低鋼板抗鱗爆性能及沖壓成型性能基礎(chǔ)上提高內(nèi)膽用鋼的強(qiáng)度，且高溫搪燒后的強(qiáng)度不能降低或降低較少，因此提出開發(fā)屈服強(qiáng)度260MPa 級熱水器內(nèi)膽用冷軋?zhí)麓射摗?/p>

1 化學(xué)成分設(shè)計(jì)

根據(jù)260MPa 級冷軋?zhí)麓射摰氖褂锰卣?，并考慮終端用戶的加工需求和經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合生產(chǎn)線裝備特點(diǎn)，在低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼基礎(chǔ)上，增加碳、錳元素含量并添加適量經(jīng)濟(jì)性的第二相析出粒子形成元素，提升強(qiáng)度同時(shí)提高抗鱗爆性能。

碳是提高強(qiáng)度最經(jīng)濟(jì)且最有效的固溶強(qiáng)化元素，碳含量增加，形成的珠光體增加，強(qiáng)度增加，但碳含量過高，在搪燒過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，導(dǎo)致搪燒后出現(xiàn)針孔缺陷[3-5]。適當(dāng)硫可以與錳形成MnS，提高抗鱗爆性能，但過多的硫會(huì)顯著降低鋼板的塑性和韌性[3-5]。鈦元素為提高抗鱗爆性能的核心元素，可以促進(jìn)生成大量第二相粒子（Ti(C,N)、TiN，TiC）[4-6]，能有效增加鋼板的抗鱗爆性能。微量硼元素可以提高鋼的淬透性，且與氮形成BN，顯著提高鋼的搪瓷性能，但硼含量過高時(shí)，在連鑄時(shí)會(huì)引起鑄坯開裂[7]。屈服強(qiáng)度260MPa 級冷軋?zhí)麓射揟C260 產(chǎn)品化學(xué)成分設(shè)計(jì)見表1。

表1 TC260 的化學(xué)成分設(shè)計(jì)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

2 工藝設(shè)計(jì)

屈服強(qiáng)度260MPa 級冷軋?zhí)麓射揟C260 產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程為：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→合金微調(diào)站→RH精煉→連鑄→熱軋→酸洗冷連軋→連退→平整→成品。

對進(jìn)入轉(zhuǎn)爐冶煉之前的鐵水做去除雜質(zhì)元素的處理，包括鐵水脫硅、脫硫、脫磷，提高鐵水的純凈度；轉(zhuǎn)爐控制終點(diǎn)溫度及成分，RH 微調(diào)成分達(dá)到目標(biāo)值要求后連鑄成板坯；將鑄坯加熱至1100～1250℃，有利于形成更多、更細(xì)小的第二相粒子，另外高的加熱溫度能保障命中高終軋溫度和高卷取溫度；終軋溫度850～930℃，卷取溫度650～730℃；酸洗工序重點(diǎn)關(guān)注酸洗后表面質(zhì)量；冷軋大壓下能將熱軋鋼板中的析出粒子充分碎裂，增加析出相界面數(shù)量，有利于提升氫滲透時(shí)間，結(jié)合軋機(jī)能力，冷連軋總壓下率通常大于60%；連退退火溫度700～800℃；平整壓下率0.5～2.0%，可以消除屈服平臺，改善鋼板表面微觀形貌，提高搪瓷密著性能。

3 組織與性能

3.1 試驗(yàn)材料及方法

沿冷軋?zhí)麓射摪鍣M向切取拉伸、金相、搪瓷等試樣，為對比鋼板搪燒前后力學(xué)性能變化，采用馬弗爐模擬熱水器內(nèi)膽搪瓷生產(chǎn)過程，搪燒溫度830～850℃，搪燒時(shí)間8～10min 后空冷。

3.2 顯微組織

根據(jù)《GB/T 13298-2015 金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》對冷軋?zhí)麓射揟C260 鋼板搪燒前后試樣進(jìn)行分析，其顯微組織均為鐵素體+少量滲碳體。從圖1a 可知，搪燒前試樣的鐵素體晶粒較為細(xì)小，晶粒度為10 級；從圖1b 可知，經(jīng)830～850℃搪燒后試樣仍保持細(xì)小均為的等軸態(tài)，晶粒度為9 級。

圖1 未搪燒鋼板（a）；830～850℃模擬搪燒8～10min 后鋼板組織形貌（b）

3.3 第二相粒子

從圖2a 可知，冷軋?zhí)麓射揟C260 產(chǎn)品第二相粒子均勻彌散分布在鐵素體中，且數(shù)量較多，從圖2a-A、2a-B、2a-C 可知，析出物主要為Ti(C,N)，MnS，TiN，TiC 等；從圖2b 可知，經(jīng)830～850℃搪燒后試樣析出物數(shù)量略微減少，表明搪燒后第二相粒子部分溶解，從圖3b-A 可知，此時(shí)析出物主要為MnS、Ti4S2C2，這些析出物不僅作為有效的不可逆氫陷阱，提高抗鱗爆性能，而且可以保證鋼板搪燒后的強(qiáng)度。

圖2 未搪燒鋼板形貌（a）及能譜分析（a-A、a-B、a-C）,SEM

圖3 搪燒后鋼板形貌（b）及能譜分析（b-A），SEM

3.4 力學(xué)性能

冷軋?zhí)麓射揟C260 產(chǎn)品力學(xué)性能見表2 所示。從表2 可知，冷軋?zhí)麓射揟C260 鋼板經(jīng)高溫模擬搪燒后，強(qiáng)度基本未下降，由此保證了儲(chǔ)水式電熱水器內(nèi)膽脈沖壓力試驗(yàn)性能。

表2 冷軋?zhí)麓射揟C260 力學(xué)性能

3.5 抗鱗爆性能

根據(jù)BS EN ISO17081-2014《氫滲透的測量方法和用電化學(xué)法技術(shù)測定金屬中的氫吸收和遷移》試驗(yàn)方法利用雙電解池試驗(yàn)裝置測量冷軋?zhí)麓射摎錆B透時(shí)間及在實(shí)驗(yàn)室采用鋼板進(jìn)行搪瓷試驗(yàn)用來評估TC260 的抗鱗爆性能。

EN 10209-2013《Cold rolled low carbon steel flat products for vitreous enamelling - Technical delivery conditions》標(biāo)準(zhǔn)中要求搪瓷鋼（1mm）氫滲透時(shí)間應(yīng)≥6.7min，圖4a 為TC260 的氫滲透曲線，橫坐標(biāo)為氫滲透時(shí)間，縱坐標(biāo)為歸一化通量J/J∞，在曲線中J/J∞為0.096時(shí)對應(yīng)的時(shí)間為氫滲透時(shí)間TH[8-10]，由此可知試樣的tb（TH 換算成1mm 的數(shù)據(jù)，tb＝TH/L2，其中L 為試樣厚度）11.6min，抗鱗爆性能優(yōu)良。

圖4 氫滲透曲線（a），搪瓷試驗(yàn)（b）

實(shí)驗(yàn)室濕法搪瓷工藝流程：鋼板表面脫脂→清洗→烘干→濕法涂搪→釉料烘干→燒結(jié)→空冷，燒結(jié)溫度為830～850℃，保溫10min。從圖4b 可知，試樣鋼經(jīng)雙面涂搪后靜置7 天，未發(fā)生鱗爆，且密著試驗(yàn)后評估密著性能達(dá)到2 級（EN 10209 標(biāo)準(zhǔn)：1 級最優(yōu)）。

4 應(yīng)用

260MPa 級冷軋?zhí)麓射揟C260 產(chǎn)品批量應(yīng)用于熱水器內(nèi)膽行業(yè)，根據(jù)QB/T 4101-2010《儲(chǔ)水式電熱水器內(nèi)膽》標(biāo)準(zhǔn)中要求，制成搪瓷內(nèi)膽后經(jīng)脈沖壓力試驗(yàn)，循環(huán)次數(shù)均達(dá)到26 萬次以上，相對于普通搪瓷內(nèi)膽，安全性能得到極大提升。

5 結(jié)論

5.1 通過合理化學(xué)成分設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)，開發(fā)出了屈服強(qiáng)度260MPa 級冷軋?zhí)麓射揟C260 產(chǎn)品，其屈服強(qiáng)度大于260MPa，延伸率大于26%，氫滲透時(shí)間大于6.7min。

5.2 冷軋?zhí)麓射揟C260 鋼板顯微組織均為鐵素體+少量滲碳體，晶粒度10 級，并含有大量第二相粒子Ti(C,N)，MnS，TiN，TiC，經(jīng)830～850℃搪燒后顯微組織均為鐵素體+少量滲碳體，晶粒度9 級，析出物數(shù)量略微減少。

5.3 冷軋?zhí)麓射揟C260 經(jīng)830～850℃搪燒模擬后屈服強(qiáng)度基本不下降。

5.4 冷軋?zhí)麓射揟C260 氫滲透時(shí)間11.6min，實(shí)驗(yàn)室雙面搪瓷不鱗爆，密著性能4 級，抗鱗爆性能優(yōu)良，制成搪瓷內(nèi)膽后經(jīng)脈沖壓力試驗(yàn)，循環(huán)次數(shù)均達(dá)到26 萬次以上。