搪燒對(duì)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(duì)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(guò)對(duì)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(chǔ)上，再次800 ℃搪燒10 min)后的三組試樣，用TH值法研究其儲(chǔ)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(wú)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?yàn)槎嗔Ｗ拥臄?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(wú)機(jī)材料，經(jīng)高溫?zé)贫蒣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(jī)理，是因搪燒制作過(guò)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(dāng)搪瓷制品冷卻到室溫時(shí)，鋼板中的溶解氫達(dá)到過(guò)飽和，向鋼板和搪瓷的界面擴(kuò)散，并重新結(jié)合形成氫氣。如果氫氣形成的界面壓力達(dá)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(kuò)散和溢出[3]，因此鋼板的儲(chǔ)氫性能對(duì)鱗爆有著重要的影響。熱軋酸洗搪瓷鋼具有強(qiáng)度高，成型性能好，儲(chǔ)氫能力強(qiáng)、前處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)始占據(jù)熱水器市場(chǎng)。因此，對(duì)梅鋼熱軋酸洗搪瓷鋼的儲(chǔ)氫能力及搪燒對(duì)其儲(chǔ)氫能力的影響進(jìn)行了研究。

1　試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料的化學(xué)成分見(jiàn)表1。試驗(yàn)材料為熱軋酸洗搪瓷鋼，即熱軋板直接進(jìn)行酸洗，去除表面的氧化鐵皮。然后對(duì)試樣進(jìn)行熱處理，處理工藝見(jiàn)表2，每組試樣有若干個(gè)平行樣。對(duì)處理好的試樣進(jìn)行清洗，依次采用粗砂紙→細(xì)砂紙進(jìn)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(yàn)鋼的化學(xué)成分 　 / %

表2　試樣處理工藝

試驗(yàn)采用電化學(xué)方法進(jìn)行鋼板的氫滲透試驗(yàn)，這是一種衡量鋼板抗鱗爆性能的定量的方法[4]，具有簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)。充氫溶液為硫酸和硫脲的混合溶液，擴(kuò)氫溶液采用氫氧化鈉溶液，采用30 mA/cm2的充氫電流進(jìn)行試驗(yàn)。用TH表示試樣儲(chǔ)氫能力的大小，TH定義見(jiàn)式(1)。TH值越大，試樣的儲(chǔ)氫能力越強(qiáng)，鋼板的抗鱗爆性能越好。TH值直接與試驗(yàn)溶液和充氫電流有關(guān)，但是目前文獻(xiàn)中提到的試驗(yàn)條件并不統(tǒng)一，具有一定的差異，沒(méi)有專門(mén)針對(duì)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(shí)間， min；

d——試樣厚度， mm。

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

2　試驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1氫滲透試驗(yàn)

氫滲透試驗(yàn)主要是通過(guò)電化學(xué)工作站獲得試樣的充氫曲線，即電流-時(shí)間曲線，通過(guò)對(duì)試樣的電流-時(shí)間曲線積分獲得試樣的電量-時(shí)間曲線，計(jì)算得到試樣的TH值。通過(guò)對(duì)1#、2#、3#試樣(其中1#、2#試樣分別為3個(gè)平行樣，3#試樣4個(gè)平行樣)進(jìn)行充氫試驗(yàn)，得到各個(gè)試樣的電流-時(shí)間曲線及處理后的電量-時(shí)間曲線圖。1#、2#、3#試樣的電流-時(shí)間曲線及電量-時(shí)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(guò)積分曲線圖可以計(jì)算試樣的TH值，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

(a) 電流-時(shí)間曲線

(b) 電量-時(shí)間曲線

(a) 電流-時(shí)間曲線

(b) 電量-時(shí)間曲線

(a) 電流-時(shí)間曲線

(b) 電量-時(shí)間曲線

從表3可以看出，搪燒后的試樣的TH值明顯降低，說(shuō)明其儲(chǔ)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(méi)有變化，說(shuō)明熱軋?zhí)麓射摼哂休^好的使用能力，這一點(diǎn)在實(shí)際使用中也得到了驗(yàn)證。

2.2顯微組織

對(duì)1#試樣、2#試樣、3#試樣進(jìn)行金相組織分析，結(jié)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(guò)檢測(cè)，1#試樣、2#試樣、3#試樣的晶粒度均為8.5，搪燒沒(méi)有使晶粒明顯長(zhǎng)大，主要是因?yàn)樘?、磷、錳元素雖然可以促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大，但是鋼中的合金元素鋁、鈦合金元素可以對(duì)晶粒的長(zhǎng)大起阻止作用，整體晶粒長(zhǎng)大情況不明顯。

搪燒的加熱過(guò)程中，試樣的晶粒沒(méi)有明顯長(zhǎng)大，所以試樣的晶界沒(méi)有明顯減少。晶界也是一種氫陷阱，可以有效存儲(chǔ)進(jìn)入鋼板的氫，但是一般認(rèn)為晶界是一種可逆氫陷阱[1]，晶界中存儲(chǔ)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(chǔ)氫性能。

2.3二相粒子

二相粒子直接影響試樣的儲(chǔ)氫能力。通過(guò)掃描電鏡對(duì)1#試樣、2#試樣、3#試樣進(jìn)行二相粒子分析，結(jié)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(shuō)明搪燒的過(guò)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(chǔ)氫的空間變小，導(dǎo)致試樣的TH值降低。

鈦是一種可以增加鋼板儲(chǔ)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(qiáng)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(jìn)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(qiáng)烈影響氫在鋼中的容量和擴(kuò)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(chǔ)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(guò)程使二相粒子溶解，降溫過(guò)程中二相粒子沒(méi)有及時(shí)析出，造成二相粒子數(shù)目減少。

3　結(jié)語(yǔ)

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

2)搪燒對(duì)熱軋酸洗搪瓷鋼的金相組織和晶粒尺寸無(wú)明顯影響，對(duì)晶界的儲(chǔ)氫能力無(wú)明顯影響。

3)搪燒對(duì)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(jìn)而影響鋼板的儲(chǔ)氫性能。

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

[2]張萬(wàn)靈，劉建容.冷軋?zhí)麓射摪蹇棍[爆性能檢測(cè)方法評(píng)述[J].武鋼技術(shù)，2009，47(6):44-46.

[3]凌冶弘.搪瓷鋼板的魚(yú)鱗爆敏感性測(cè)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(yàn)研究[J].上海金屬，2004,26(2):9-12.

[5]張永權(quán)，吳寶榕.影響搪瓷用鋼板性能的因素[J].機(jī)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(shù)中心；

2016—5—18