熱軋酸洗搪瓷鋼在本鋼生產的可行性研究

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

內容導讀

本鋼通過采用低碳含鈦的化學成分設計和控軋、控冷的熱軋工藝，在FTSR進行試軋制，并進行酸洗實驗和搪瓷實驗。本鋼FTSR生產的熱軋酸洗搪瓷鋼，其屈服強度為413 MPa，抗拉強度為480 MPa，斷后延伸率為33%；模擬酸洗產線的酸洗過程，鋼板表面氧化鐵皮被清洗干凈，但表面存在一定的麻坑；實驗室搪瓷后，表面無鱗爆缺陷，酸洗板表面出現的麻坑不影響搪瓷效果。在本鋼FTSR生產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用以冷軋搪瓷鋼板居多，并形成了從機理研究、選材、應用、質量提高等全體系的研究，熱軋搪瓷鋼或熱軋酸洗搪瓷鋼的研究相對較少。華長輝等[1]在鄂鋼冷軋薄板廠進行了熱水器內膽用酸洗搪瓷鋼RST330的開發，郭銳等[2]結合某廠生產的熱軋酸洗搪瓷鋼板研究了熱軋搪瓷鋼板的顯微組織與氫滲透特性，吳菊環等[3]介紹了熱軋搪瓷鋼板的成分、生產工藝及市場應用。

熱軋酸洗板具有較高的性價比、優良的表面質量和穩定的性能，是替代部分冷軋產品的最佳選擇。根據搪瓷鋼板的性能和應用特點分析，熱軋酸洗搪瓷鋼替代冷軋搪瓷鋼具有成本低廉、性能相當的特點，因此熱軋酸洗搪瓷鋼具有替代冷軋搪瓷鋼的巨大潛力。熱水器內膽的厚度一般為1.5~2.5 mm，恰好是熱軋酸洗鋼板的常規厚度范圍。

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

熱軋酸洗搪瓷鋼的化學成分設計特點

熱軋/熱軋酸洗搪瓷鋼在成分設計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，目前國內一般采用低碳加鈦鋼，而冷軋搪瓷鋼多選擇鈦、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外比較認可的搪瓷鋼化學成分設計，低碳可以提高成形性能、焊接性能、搪瓷性能，鈦對提高強度、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質量分數≤0.08%、Mn質量分數≤1.00%、Ti質量分數為0.03%~0.08%設計方案。

低碳有利于提高塑性、降低碳當量、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，被氧化成CO氣體，氣體透過搪瓷表面產生氣泡、針孔等缺陷，因此較低的碳含量是十分必要的。

鈦的作用主要體現在：鈦與氮、碳結合能形成穩定的氮化物、碳化物，氮化鈦阻止奧氏體晶粒長大，不僅能細化熱軋態的晶粒，還有效阻止焊接熱影響區晶粒粗大；細小彌散分布的碳化鈦既起析出強化作用，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，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，王廣嶺等[4]提出鋼中的鈦對搪瓷是十分有利的，因為鈦能與瓷釉中多種組分相結合，使密著性增加。另外，隨著冶煉技術和控軋、控冷技術的日趨成熟，鈦微合金鋼中含鈦第二相析出理論的逐漸完善，以及當前鈦鐵的經濟性，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鋼板認為含鈦鋼種的析出相主要是碳化鈦和氮化鈦，細小彌散分布的第2相粒子有利于細化晶粒、強化基體，特別是鋼板經過高溫長時間的退火后仍能保持較高的強度。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

本鋼在FTSR以熱軋產品為依托進行實驗，經過鋼水爐外精煉后，獲得了搪瓷鋼所需的化學成分，軋制采用奧氏體區軋制工藝，軋制成厚度2.5 mm的熱軋鋼卷。

搪瓷鋼化學成分采用低碳含鈦設計，如表1所示。

表1 化學成分(質量分數，%)

搪瓷鋼生產工藝流程：鐵水預處理→轉爐冶煉→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，以便獲得穩定的組織。終軋溫度保障在奧氏體區進行軋制，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現在熱軋階段、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在FTSR軋制成鋼卷后，酸洗和搪瓷實驗在實驗室進行。

力學性能檢測

取拉伸試樣在Zwick300拉伸實驗機上進行拉伸性能檢測，實驗結果(見表2)表明熱軋酸洗含鈦搪瓷鋼具有較高的強度，能滿足屈服強度360 MPa級搪瓷鋼的要求。

表2 力學性能

酸洗實驗

將鋼板切成尺寸為100 mm×150 mm的若干個小塊鋼板，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。每塊鋼板單獨計時10、20、30、40、50、60 s，觀察小塊鋼板的表面狀況。

實驗表明，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。根據酸洗產線酸洗段工藝要求，酸洗槽中的酸洗不斷更新，酸液溫度恒溫，比實驗室的酸洗條件要好，并且鋼帶可以在酸洗段清洗40 s以上，因此酸洗產線具備生產熱軋酸洗搪瓷鋼的條件。

搪瓷實驗

◆ 小塊搪瓷實驗

選取尺寸為30 mm×60 mm的實驗搪瓷鋼和普通產品樣片進行酸洗除銹，然后水洗，酒精擦拭晾干，沾搪瓷釉料(國內某搪瓷釉料生產廠生產)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。搪瓷鋼搪瓷實驗后表面沒有鱗爆缺陷，普通鋼板搪瓷實驗后表面出現4個鱗爆缺陷；3天后，搪瓷鋼無鱗爆缺陷，普通鋼板鱗爆缺陷增加至7個。搪瓷鋼搪瓷后，鋼板表面麻坑不影響搪瓷效果，表面光滑。

◆ 大塊搪瓷實驗

選取尺寸為130 mm×130 mm的實驗搪瓷鋼，實驗步驟與小塊搪瓷實驗相同。如圖3所示，搪瓷后表面無鱗爆缺陷，放置一個月后，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

熱軋生產階段是獲得碳化鈦的最終環節，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散，使更多鈦固溶在鋼種?？焖俚睦鋮s使鋼中無法形成大量的碳化鈦析出物，從而降低析出強化的效果，并且嚴重影響貯氫陷阱的數量。

本鋼采用10~30℃/s的冷卻速度，從實驗數據看這個冷卻速度能滿足搪瓷鋼的要求。同等碳含量和錳含量的SPHC屈服強度230 MPa、抗拉強度340 MPa，實驗搪瓷鋼在SPHC的基礎上增加了一定量的鈦含量，屈服強度提高183 MPa、抗拉強度提高150 MPa，說明鈦的析出物起到了明顯的強化作用。在搪瓷實驗中發現，實驗搪瓷鋼具有良好的抗鱗爆性能，而普通SPHC搪燒后出現了大量的鱗爆缺陷。強度的提高和良好的抗鱗爆性能說明實驗搪瓷鋼中析出了大量的碳化鈦。

結束語

本鋼FTSR試生產熱軋酸洗搪瓷鋼，厚度為2.5 mm，力學性能滿足搪瓷鋼的要求。FTSR試生產的鋼板在實驗室進行酸洗實驗，靜置酸液中40 s，完全洗凈鋼板表面，酸洗產線具備生產搪瓷鋼的能力。FTSR試生產的鋼板在實驗室進行搪瓷實驗，表面光滑，無鱗爆缺陷，存放一個月后表面依然完好。根據實驗和實驗結果，在本鋼FTSR生產熱軋酸洗搪瓷鋼的工藝路徑是可行的。