方 磊， 黃亞鶴

(南京鋼鐵股份有限公司, 江蘇 南京 210035)

南鋼N245RTC搪瓷鋼的開發(fā)

方 磊， 黃亞鶴

(南京鋼鐵股份有限公司, 江蘇 南京 210035)

摘要：介紹了搪玻璃專用中厚板和雙面搪瓷用熱軋卷板的開發(fā)試驗，以Ti元素作為捕氫陷阱的形成元素，通過控制w(Ti)/w(C)比及析出粒子的數(shù)量，消除鱗爆現(xiàn)象，可以生產(chǎn)出搪瓷性能優(yōu)異的雙面搪瓷熱軋鋼板，取得了良好的效果。

關鍵詞：搪瓷鋼; Ti； 鱗爆

引 言

搪瓷鋼板在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著十分重要的作用，在日常生活中與人們的關系十分密切，廣泛地應用于輕工、家電、冶金、化工、建筑等行業(yè)，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、化工反應罐等等。搪瓷鋼板若設計不合理在搪瓷燒制后易產(chǎn)生鱗爆缺陷。鱗爆是指搪瓷制品表面釉層產(chǎn)生的大小不等、深淺不一的半月形魚鱗狀剝落現(xiàn)象，是搪瓷制品報廢的主要原因之一[1]。由于鱗爆出現(xiàn)的時間不確定，有時在產(chǎn)品生產(chǎn)出來時就立即出現(xiàn)，有時在放入倉庫里以后才出現(xiàn)，甚至在用戶使用時出現(xiàn)在制品表面，因此，抗鱗爆缺陷是搪瓷鋼開發(fā)要解決的首要問題。

1 設計思路

1.1 鱗爆原因分析

鱗爆產(chǎn)生的原因主要是鋼板中的氫原子在搪瓷后的一段時期內(nèi)從鋼板中釋放出來，富集到鋼板與瓷層界面的缺陷里，形成氫氣氣泡，產(chǎn)生的壓力超過搪瓷層的強度極限后，導致瓷層的破壞并以點狀、鱗片狀脫落。隨著冶煉技術的發(fā)展，熔煉過程中鋼的容氫量可以控制在很低的程度。從搪瓷制品的生產(chǎn)工藝來看，鋼板中溶入氫主要通過兩種方式：一是鋼板酸洗過程中，酸與氧化鐵皮首先發(fā)生化學反應，然后酸與金屬反應，產(chǎn)生的氫部分以原子H的形式溶入鋼板中；二是在搪瓷燒制過程中，釉料中的H2O在高溫下與Fe發(fā)生反應，產(chǎn)生的氫一部分以氫氣的形式進入空氣，一部分則溶于鋼板中[2]。

1.2 鱗爆的對策

為避免鱗爆的發(fā)生，一方面要設法在鋼中生成一些能夠吸附氫原子的界面，這些界面在高溫下必須能穩(wěn)定吸附氫原子，在鋼板的溫度降到常溫后氫原子仍然擺脫不了束縛，從而避免從鋼板中逸出并在界面富集。此外，由于奧氏體晶格的高溫溶氫能力是鐵素體的1.25倍以上，所以要考慮盡可能避免基體鋼板在搪燒時發(fā)生α→γ的相變，以減少進入鋼板中的氫原子。作為增強捕氫能力的方法，可提高鋼板中物理氫陷阱和化學氫陷阱的數(shù)量。但由于大部分物理氫陷阱在搪燒工藝過程中都是不穩(wěn)定的，因此最有價值的還是與氫具有化學親和力的氫陷阱。Ti的析出粒子作為化學氫陷阱，在很早就被用在冷軋?zhí)麓射撝校缬休^高沖壓性能要求的冷軋深沖搪瓷鋼中，Ti4C2S2,TiN和TiC等析出粒子作為氫陷阱起到了重要的作用。另外Cu、B、RE等元素也被用于熱軋和冷軋鋼板中，用以形成具有捕氫作用的析出粒子。通過前期調(diào)研，南京鋼鐵股份有限公司(以下簡稱“南鋼”)的搪瓷鋼開發(fā)擬采用加鈦的方式，來提高鋼板的捕氫能力。

1.3 不同w(Ti)及w(Ti)/ω(C)對氫滲透時間的影響

有研究者認為[2-3]，w(Ti)/w(C)>2即可提高鋼板的抗鱗爆性能。也有研究者認為[4]，抗鱗爆性能只與鋼中w(Ti)有關，當w(Ti) >0.05%即可。前期，本研究進行了一組w(Ti)/w(C)與氫滲透時間的關系的試驗，結果表明，氫滲透時間與w(Ti)及w(Ti)/w(C)均呈單調(diào)上升的關系，當w(Ti)/w(C)>1.5時，鋼板則表現(xiàn)出更穩(wěn)定的捕氫能力。鑒于此，w(Ti)及w(Ti)/w(C)作為南鋼熱軋?zhí)麓射摮煞衷O計中著重考慮的一個重要問題。

1.4 成分設計

通過調(diào)研和前期試驗摸索，南鋼設計出N245RTC搪瓷鋼化學成分內(nèi)控要求如表1所示。

表1 N245RTC內(nèi)控化學成分

備注：Ceq(%)=w(C)+w(Mn)/6+(w(Cr)+w(Mo)+w(V))/5+(w(Ni)+w(Cu))/15，w(Ti)/w(C)>1.5。

2 搪瓷試驗

工業(yè)試制選用9爐滿足鋼種成分要求的樣品請某公司進行搪瓷試驗：

第一組是鋼板軋制后在670 ℃進行長時間保溫處理(模擬卷取)的樣品。鋼板樣品尺寸為150 mm×150 mm，厚度為4 mm，以850 ℃×6 min的制度正火處理，并噴丸除去表面銹，通過濕涂法雙面上底釉，底釉厚度為182～307 μm，采用的搪燒工藝是880 ℃×9 min，空冷，搪燒后放置120 h，沒有發(fā)現(xiàn)鱗爆現(xiàn)象。

第二組樣品成分與第一組相同，但鋼板軋制后的冷卻方式是水冷+空冷(沒有進行模擬卷取處理)，水冷后的溫度約為650 ℃。樣品打砂處理后直接進行雙面搪瓷試驗，搪燒工藝與第一組相同。搪燒后也放置120 h，發(fā)現(xiàn)這組樣品出現(xiàn)了鱗爆點，最少的為2點，最多的達11點；但鱗爆點的多少與w(Ti)和w(Ti)/w(C)沒有對應規(guī)律。

分析認為，沒有經(jīng)過在670℃長時間保溫處理的樣品，Ti主要是以固溶狀態(tài)存在，并沒有形成足夠數(shù)量的作為氫陷阱的Ti析出粒子而阻礙氫向鋼中的擴散，因此搪燒過程中氫更容易滲入到鋼中，搪燒后也沒有形成足夠的析出粒子作為儲存氫的缺陷空隙，所以搪燒后仍然有過剩的自由氫滲出到鋼——瓷界面，導致鱗爆。

圖1是樣品(搪前)在兩種熱處理后析出粒子形態(tài)對比。從圖1中可見，經(jīng)過670 ℃長時間保溫的圖1(b)中的樣品有較多的粒徑在20 nm以上的Ti的析出粒子，而沒有經(jīng)過保溫處理圖1(a)中的樣品析出粒子則非常細小。對這兩種樣品(樣品厚度約為4 mm)用電解水滲氫儀進行裸板滲氫試驗，發(fā)現(xiàn)圖1(a)中的樣品的氫滲過時間T0只有5 min，而圖1(b)中的樣品的T0則為26 min。

圖1 不同溫度保溫處理后樣品的析出粒子形貌

3 應用效果

對南鋼工業(yè)生產(chǎn)的搪玻璃專用板進行了性能檢測，其中化學成分如表2所示。

選擇了4種不同的釉進行了考察抗鱗爆性能的搪瓷試驗，結果表明，所開發(fā)的專用鋼板，能完全消除鱗爆、氣孔缺陷，滿足雙面搪瓷制品的要求。

表3為南鋼生產(chǎn)的正火態(tài)和熱軋態(tài)搪瓷用鋼的力學性能檢測結果，從表中可以看出，其力學性能均符合要求。表4為南鋼生產(chǎn)的正火態(tài)和熱軋態(tài)搪瓷用鋼在不同溫度下的沖擊試驗結果，所用試樣均為V型缺口試樣，部分試樣的取樣位置是厚度的1/2或者1/4處；可以看出，無論是全厚度試樣，還是在厚度為1/2或者1/4處，這些沖擊功試驗值均超出了標準規(guī)定。

表2 搪玻璃專用板的化學成分

表3 正火和熱軋態(tài)搪瓷用鋼的力學性能

序號樣品編號鋼板規(guī)格/mmY.S/MPaT.S/MPaA/%備注114101141440111T637044536.5正火態(tài)214101141460111T3432844137正火態(tài)314101141470111T6029843031正火態(tài)414101141310101T2043049030熱軋態(tài)

表4 正火和熱軋態(tài)搪瓷用鋼的沖擊性能

序號樣品編號鋼板規(guī)格/mm試驗溫度/℃試樣尺寸/mm沖擊試驗值/J備注114101141440111T605×10×55114,105,114(平均值111)正火態(tài)2J14101141440111-01T6-205×10×55109,105,108(平均值107)正火態(tài)3J14101141440111-03T6205×10×55132,147,129(平均值136)正火態(tài)4J14101141460111-01T34-2010×10×55210,204,225(平均值213)正火態(tài)5J14101141460111-03T342010×10×55225,222,228(平均值225)正火態(tài)614101141460111T34010×10×55228,225,210(平均值221)正火態(tài)7J14101141470111-01T60-2010×10×55110,90,100(平均值100)正火態(tài)8J14101141470111-03T602010×10×55252,240,237(平均值243)正火態(tài)914101141470111T60010×10×55195,204,192(平均值197)正火態(tài)1014101141310101T20010×10×55236,220,238(平均值231)熱軋態(tài)

4 結束語

(1) 以Ti元素作為捕氫陷阱的形成元素，在控制基本化學元素含量的情況下，通過控制w(Ti)/w(C)，可以生產(chǎn)出搪瓷性能優(yōu)異的搪瓷熱軋鋼板。實際生產(chǎn)中必須滿足w(Ti)/w(C)>1.5的要求。

(2)制定出合理的熱處理工藝，通過熱軋后空冷+670℃長時間保溫的熱處理工藝，可以促進含鈦粒子的析出，從而消除鱗爆現(xiàn)象。

(3) 南鋼開發(fā)的含Ti的搪玻璃專用中厚板，不僅具有優(yōu)異的搪瓷性能還具有優(yōu)良的力學性能，取得了良好的使用效果。

參考文獻：

[1] 王東明,張萬山,董恩龍，等. 鞍鋼搪瓷用熱軋帶鋼的開發(fā)與應用[J]. 鞍鋼技術,2009，(3),27—32.

[2] 徐 春，李曉杰.鈦對冷軋超低碳搪瓷鋼鱗爆性的影響[J]. 熱處理,2011,26(3):17—20.

[3] 孫全社,金 蕾,張慶安.冷軋?zhí)麓射摪宓目棍[爆性能的研究[J].鋼鐵, 2000, 35(4): 44—46.

[4] 洗愛平,李培基,王儀康,等.低碳鋼中沉淀對氫的捕集[J].金屬學報, 1986, 22(3): 181—187.

[5] 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—47.

收稿日期：2017-07-24

作者簡介：方 磊(1982—)，男，工程師。E-mail：niscofl@163.com

中圖分類號：TG142.1