南鋼N245RTC搪瓷鋼的開發

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

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)比及析出粒子的數量，消除鱗爆現象，可以生產出搪瓷性能優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

搪瓷鋼板在國民經濟中發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，制作廚房用具、衛生潔具、燃烤爐、熱水器內膽、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生鱗爆缺陷。鱗爆是指搪瓷制品表面釉層產生的大小不等、深淺不一的半月形魚鱗狀剝落現象，是搪瓷制品報廢的主要原因之一[1]。由于鱗爆出現的時間不確定，有時在產品生產出來時就立即出現，有時在放入倉庫里以后才出現，甚至在用戶使用時出現在制品表面，因此，抗鱗爆缺陷是搪瓷鋼開發要解決的首要問題。

1 設計思路

1.1 鱗爆原因分析

鱗爆產生的原因主要是鋼板中的氫原子在搪瓷后的一段時期內從鋼板中釋放出來，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生化學反應，然后酸與金屬反應，產生的氫部分以原子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發生反應，產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量。但由于大部分物理氫陷阱在搪燒工藝過程中都是不穩定的，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搪瓷鋼中，如有較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。通過前期調研，南京鋼鐵股份有限公司(以下簡稱“南鋼”)的搪瓷鋼開發擬采用加鈦的方式，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)均呈單調上升的關系，當w(Ti)/w(C)>1.5時，鋼板則表現出更穩定的捕氫能力。鑒于此，w(Ti)及w(Ti)/w(C)作為南鋼熱軋搪瓷鋼成分設計中著重考慮的一個重要問題。

1.4 成分設計

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

表1 N245RTC內控化學成分

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，沒有發現鱗爆現象。

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，發現這組樣品出現了鱗爆點，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)沒有對應規律。

分析認為，沒有經過在670℃長時間保溫處理的樣品，Ti主要是以固溶狀態存在，并沒有形成足夠數量的作為氫陷阱的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對比。從圖1中可見，經過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，發現圖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

對南鋼工業生產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為南鋼生產的正火態和熱軋態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為南鋼生產的正火態和熱軋態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定。

表2 搪玻璃專用板的化學成分

表3 正火和熱軋態搪瓷用鋼的力學性能

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

表4 正火和熱軋態搪瓷用鋼的沖擊性能

序號樣品編號鋼板規格/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2J14101141440111-01T6-205×10×55109,105,108(平均值107)正火態3J14101141440111-03T6205×10×55132,147,129(平均值136)正火態4J14101141460111-01T34-2010×10×55210,204,225(平均值213)正火態5J14101141460111-03T342010×10×55225,222,228(平均值225)正火態614101141460111T34010×10×55228,225,210(平均值221)正火態7J14101141470111-01T60-2010×10×55110,90,100(平均值100)正火態8J14101141470111-03T602010×10×55252,240,237(平均值243)正火態914101141470111T60010×10×55195,204,192(平均值197)正火態1014101141310101T20010×10×55236,220,238(平均值231)熱軋態

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)，可以生產出搪瓷性能優異的搪瓷熱軋鋼板。實際生產中必須滿足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，從而消除鱗爆現象。

(3) 南鋼開發的含Ti的搪玻璃專用中厚板，不僅具有優異的搪瓷性能還具有優良的力學性能，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.冷軋搪瓷鋼板的抗鱗爆性能的研究[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.冷軋搪瓷鋼板抗鱗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