熱軋酸洗搪瓷鋼在本鋼生產(chǎn)的可行性研究

供稿|王旭生，于立偉，張楠，董寶權(quán) / WANG Xu-sheng, YU Li-wei, ZHANG Nan, DONG Bao-quan

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本鋼通過采用低碳含鈦的化學(xué)成分設(shè)計(jì)和控軋、控冷的熱軋工藝，在FTSR進(jìn)行試軋制，并進(jìn)行酸洗實(shí)驗(yàn)和搪瓷實(shí)驗(yàn)。本鋼FTSR生產(chǎn)的熱軋酸洗搪瓷鋼，其屈服強(qiáng)度為413 MPa，抗拉強(qiáng)度為480 MPa，斷后延伸率為33%；模擬酸洗產(chǎn)線的酸洗過程，鋼板表面氧化鐵皮被清洗干凈，但表面存在一定的麻坑；實(shí)驗(yàn)室搪瓷后，表面無鱗爆缺陷，酸洗板表面出現(xiàn)的麻坑不影響搪瓷效果。在本鋼FTSR生產(chǎn)熱軋酸洗搪瓷鋼的工藝路徑具有可行性。

目前搪瓷鋼板的研究和應(yīng)用以冷軋?zhí)麓射摪寰佣?，并形成了從機(jī)理研究、選材、應(yīng)用、質(zhì)量提高等全體系的研究，熱軋?zhí)麓射摶驘彳埶嵯刺麓射摰难芯肯鄬^少。華長輝等[1]在鄂鋼冷軋薄板廠進(jìn)行了熱水器內(nèi)膽用酸洗搪瓷鋼RST330的開發(fā)，郭銳等[2]結(jié)合某廠生產(chǎn)的熱軋酸洗搪瓷鋼板研究了熱軋?zhí)麓射摪宓娘@微組織與氫滲透特性，吳菊環(huán)等[3]介紹了熱軋?zhí)麓射摪宓某煞?、生產(chǎn)工藝及市場應(yīng)用。

熱軋酸洗板具有較高的性價(jià)比、優(yōu)良的表面質(zhì)量和穩(wěn)定的性能，是替代部分冷軋產(chǎn)品的最佳選擇。根據(jù)搪瓷鋼板的性能和應(yīng)用特點(diǎn)分析，熱軋酸洗搪瓷鋼替代冷軋?zhí)麓射摼哂谐杀镜土⑿阅芟喈?dāng)?shù)奶攸c(diǎn)，因此熱軋酸洗搪瓷鋼具有替代冷軋?zhí)麓射摰木薮鬂摿?。熱水器?nèi)膽的厚度一般為1.5~2.5 mm，恰好是熱軋酸洗鋼板的常規(guī)厚度范圍。

本鋼薄板坯連鑄連軋為FTSR，該產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品具有鋼質(zhì)純凈、厚度極薄等特點(diǎn)，與熱軋酸洗搪瓷鋼所需要的特點(diǎn)不謀而合，從工藝角度看本鋼FTSR具備生產(chǎn)熱軋酸洗搪瓷鋼的各種條件。

熱軋酸洗搪瓷鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)特點(diǎn)

熱軋/熱軋酸洗搪瓷鋼在成分設(shè)計(jì)上除需要考慮成形性能外，還要考慮搪瓷工藝性能，需要鋼板具有較高的強(qiáng)度，良好的成形性能、焊接性能、搪瓷密著性能、抗鱗爆性能。

綜合以上性能需求，熱軋/熱軋酸洗搪瓷用鋼板可采用零碳鋼、脫碳鋼、鈦鋼和低碳加硼鋼等，目前國內(nèi)一般采用低碳加鈦鋼，而冷軋?zhí)麓射摱噙x擇鈦、鋁、錳、稀土、硼等第二相粒子形成元素混合加入。低碳加鈦鋼是目前國內(nèi)外比較認(rèn)可的搪瓷鋼化學(xué)成分設(shè)計(jì)，低碳可以提高成形性能、焊接性能、搪瓷性能，鈦對提高強(qiáng)度、抗鱗爆性能、密著性能、焊接性能具有非常顯著的效果。低碳加鈦鋼一般采用C質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.08%、Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤1.00%、Ti質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%~0.08%設(shè)計(jì)方案。

低碳有利于提高塑性、降低碳當(dāng)量、改善焊接性能；鋼材碳含量越低，越適合冷壓加工；碳在搪燒(一般800~980℃)時(shí)，被氧化成CO氣體，氣體透過搪瓷表面產(chǎn)生氣泡、針孔等缺陷，因此較低的碳含量是十分必要的。

鈦的作用主要體現(xiàn)在：鈦與氮、碳結(jié)合能形成穩(wěn)定的氮化物、碳化物，氮化鈦?zhàn)柚箠W氏體晶粒長大，不僅能細(xì)化熱軋態(tài)的晶粒，還有效阻止焊接熱影響區(qū)晶粒粗大；細(xì)小彌散分布的碳化鈦既起析出強(qiáng)化作用，又是不可逆貯氫陷阱，可以提高抗鱗爆性能；鈦能使鋼中的硫化物變質(zhì)，改善材料的縱橫向性能的差異及冷成型性能；氧化鈦是瓷釉中的添加物質(zhì)，王廣嶺等[4]提出鋼中的鈦對搪瓷是十分有利的，因?yàn)殁伳芘c瓷釉中多種組分相結(jié)合，使密著性增加。另外，隨著冶煉技術(shù)和控軋、控冷技術(shù)的日趨成熟，鈦微合金鋼中含鈦第二相析出理論的逐漸完善，以及當(dāng)前鈦鐵的經(jīng)濟(jì)性，采用鈦微合金化具有更低的成本。孫全社等[4]研究搪瓷用含鈦熱軋高強(qiáng)鋼板認(rèn)為含鈦鋼種的析出相主要是碳化鈦和氮化鈦，細(xì)小彌散分布的第2相粒子有利于細(xì)化晶粒、強(qiáng)化基體，特別是鋼板經(jīng)過高溫長時(shí)間的退火后仍能保持較高的強(qiáng)度。由于鋼種氮含量較低，因此含鈦鋼中的析出物以碳化鈦為主。

FTSR試生產(chǎn)

本鋼在FTSR以熱軋產(chǎn)品為依托進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過鋼水爐外精煉后，獲得了搪瓷鋼所需的化學(xué)成分，軋制采用奧氏體區(qū)軋制工藝，軋制成厚度2.5 mm的熱軋鋼卷。

搪瓷鋼化學(xué)成分采用低碳含鈦設(shè)計(jì)，如表1所示。

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

搪瓷鋼生產(chǎn)工藝流程：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉→薄板坯連鑄→輥底式爐加熱→粗軋→精軋及末道次成型→層流冷卻→卷取→酸洗→涂油→包裝出廠。熱軋工藝主要控制形成鐵素體+碳化物的組織，因此必須控制軋制、控制冷卻，以便獲得穩(wěn)定的組織。終軋溫度保障在奧氏體區(qū)進(jìn)行軋制，軋后立即冷卻，冷卻至一定的溫度后卷取。熱軋工藝主要為了獲得足夠的碳化鈦，碳化鈦的析出可能發(fā)現(xiàn)在熱軋階段、冷卻相變階段和終冷相變后保溫階段，因此軋制、冷卻過程需要一定的控制。

性能檢測

熱軋酸洗搪瓷鋼的生產(chǎn)在FTSR軋制成鋼卷后，酸洗和搪瓷實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

力學(xué)性能檢測

取拉伸試樣在Zwick300拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸性能檢測，實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見表2)表明熱軋酸洗含鈦搪瓷鋼具有較高的強(qiáng)度，能滿足屈服強(qiáng)度360 MPa級(jí)搪瓷鋼的要求。

表2 力學(xué)性能

酸洗實(shí)驗(yàn)

將鋼板切成尺寸為100 mm×150 mm的若干個(gè)小塊鋼板，從酸洗車間取在線酸洗液盛放于容器中，將小塊鋼板靜置于酸洗液中。每塊鋼板單獨(dú)計(jì)時(shí)10、20、30、40、50、60 s，觀察小塊鋼板的表面狀況。

實(shí)驗(yàn)表明，20 s后除軋制邊殘存氧化鐵皮外，其余位置均清洗干凈；30 s后基本清洗干凈；40 s后所有小塊鋼板完全消除氧化鐵皮，表面光亮。根據(jù)酸洗產(chǎn)線酸洗段工藝要求，酸洗槽中的酸洗不斷更新，酸液溫度恒溫，比實(shí)驗(yàn)室的酸洗條件要好，并且鋼帶可以在酸洗段清洗40 s以上，因此酸洗產(chǎn)線具備生產(chǎn)熱軋酸洗搪瓷鋼的條件。

搪瓷實(shí)驗(yàn)

◆ 小塊搪瓷實(shí)驗(yàn)

選取尺寸為30 mm×60 mm的實(shí)驗(yàn)搪瓷鋼和普通產(chǎn)品樣片進(jìn)行酸洗除銹，然后水洗，酒精擦拭晾干，沾搪瓷釉料(國內(nèi)某搪瓷釉料生產(chǎn)廠生產(chǎn))后放入加熱爐，加熱到850℃保溫11 min后取出空冷，加熱制度如圖1所示。

搪燒后表面如圖2所示。搪瓷鋼搪瓷實(shí)驗(yàn)后表面沒有鱗爆缺陷，普通鋼板搪瓷實(shí)驗(yàn)后表面出現(xiàn)4個(gè)鱗爆缺陷；3天后，搪瓷鋼無鱗爆缺陷，普通鋼板鱗爆缺陷增加至7個(gè)。搪瓷鋼搪瓷后，鋼板表面麻坑不影響搪瓷效果，表面光滑。

◆ 大塊搪瓷實(shí)驗(yàn)

選取尺寸為130 mm×130 mm的實(shí)驗(yàn)搪瓷鋼，實(shí)驗(yàn)步驟與小塊搪瓷實(shí)驗(yàn)相同。如圖3所示，搪瓷后表面無鱗爆缺陷，放置一個(gè)月后，表面無鱗爆缺陷。

金相組織

分別在搪瓷前后的搪瓷鋼樣片上切取金相試樣，進(jìn)行金相檢測。搪瓷前后金相組織均為鐵素體+珠光體，850℃的燒搪溫度使得鐵素體晶粒長大，并稱等軸狀，如圖4所示。

分析和討論

熱軋生產(chǎn)階段是獲得碳化鈦的最終環(huán)節(jié)，霍向東等[5]研究了不同卷取溫度對碳化鈦析出的影響，冷速過高抑制了鈦的擴(kuò)散，使更多鈦固溶在鋼種。快速的冷卻使鋼中無法形成大量的碳化鈦析出物，從而降低析出強(qiáng)化的效果，并且嚴(yán)重影響貯氫陷阱的數(shù)量。

本鋼采用10~30℃/s的冷卻速度，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看這個(gè)冷卻速度能滿足搪瓷鋼的要求。同等碳含量和錳含量的SPHC屈服強(qiáng)度230 MPa、抗拉強(qiáng)度340 MPa，實(shí)驗(yàn)搪瓷鋼在SPHC的基礎(chǔ)上增加了一定量的鈦含量，屈服強(qiáng)度提高183 MPa、抗拉強(qiáng)度提高150 MPa，說明鈦的析出物起到了明顯的強(qiáng)化作用。在搪瓷實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)搪瓷鋼具有良好的抗鱗爆性能，而普通SPHC搪燒后出現(xiàn)了大量的鱗爆缺陷。強(qiáng)度的提高和良好的抗鱗爆性能說明實(shí)驗(yàn)搪瓷鋼中析出了大量的碳化鈦。

結(jié)束語

本鋼FTSR試生產(chǎn)熱軋酸洗搪瓷鋼，厚度為2.5 mm，力學(xué)性能滿足搪瓷鋼的要求。FTSR試生產(chǎn)的鋼板在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行酸洗實(shí)驗(yàn)，靜置酸液中40 s，完全洗凈鋼板表面，酸洗產(chǎn)線具備生產(chǎn)搪瓷鋼的能力。FTSR試生產(chǎn)的鋼板在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行搪瓷實(shí)驗(yàn)，表面光滑，無鱗爆缺陷，存放一個(gè)月后表面依然完好。根據(jù)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在本鋼FTSR生產(chǎn)熱軋酸洗搪瓷鋼的工藝路徑是可行的。