熱水器內膽用熱軋酸洗搪瓷鋼的研制

何 晉， 辛建卿

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

引言

隨著國民經濟的發展，搪瓷用鋼在人們的日常生活中得到了廣泛的應用，可以制作廚具、潔具、燒烤用具和熱水器內膽等[1]。熱軋搪瓷鋼具有低成本、壽命長、耐蝕性高等特點，增加了與其它材料的競爭力，熱水器行業采用搪瓷內膽的比例日益增多。針對搪瓷用鋼將繼續向著經濟性、耐久性方向發展的趨勢，山西太鋼不銹鋼股份有限公司研制了熱水器內膽用熱軋酸洗搪瓷鋼。

1 化學成分設計

C是鋼中最經濟的強化元素，但提高碳含量將使搪瓷制品烘烤變形增大，并且鋼板中的碳原子容易與瓷釉中的氧起反應生成一氧化碳，使搪瓷制品表面產生氣泡缺陷[2]。反之，降低碳含量可以增加鋼板的塑性與韌性，提高鋼板的冷沖壓、焊接等成形性能，并且改善鋼的可涂搪性。

Si在鋼中起固溶強化作用，可以提高鋼的強度，但降低鋼的韌性和延展性，使鋼難以進行深沖加工，同時過高的含硅量會降低鋼與瓷釉的密著性。

Mn能夠提高鋼的屈服強度與抗拉強度，起到一定的固溶強化作用，而Mn含量增加會降低鋼的塑性。Mn可以與S結合生成硫化錳，硫化錳作為第二相粒子可以提高鋼的貯氫性能。

P和S作為鋼中的有害元素，對鋼板的深沖性能有一定的影響，含量越低越好，但在加鈦鋼中，S可以和Ti、C、Mn等元素生成相應的化合物，對提高抗鱗爆性有一定的作用。

Ti不僅能提高強度，而且能和鋼中的C、N、S等形成化合物，如TiN、Ti（C，N）和Ti4C2S2等。這些化合物作為有效的貯氫陷阱，可以提高鋼板的抗鱗爆性能。

考慮到搪瓷鋼要滿足抗鱗爆性、密著性、成型性及焊接性等各項性能要求，同時要滿足熱水器內膽的使用要求，搪瓷鋼的化學成分設計見表1。

表1 搪瓷鋼的化學成分控制范圍（質量分數） %

2 熱連軋工藝控制

2.1 加熱

為了充分發揮微合金元素在軋制過程中的強化作用，連鑄坯在加熱時要保證微合金元素充分固溶，適當的加熱溫度可以使原始奧氏體晶粒分布均勻，在軋制過程中再結晶后形成的奧氏體晶粒也均勻細小，從而在軋制后容易獲得細小的鐵素體晶粒。為了便于組織生產，確定鑄坯的加熱溫度范圍為1 200～1 250℃。

2.2 軋制

粗軋的目的是經過多道次大變形軋制可以使奧氏體晶粒充分破碎，通過多次再結晶可以細化奧氏體晶粒且得到均勻的奧氏體組織，粗軋道次變形率按照不小于14%控制；隨后進入精軋階段，精軋是在奧氏體未再結晶區進行足夠的變形量，使奧氏體晶粒充分拉長并在晶粒內部形成均勻的變形帶，變形帶可以為奧氏體向鐵素體的轉變提供大量的形核位置，使相變后的鐵素體晶粒得以細化均勻。為了得到均勻的變形帶，獲得細小均勻的鐵素體晶粒，精軋累計變形率應控制在70%以上。

2.3 冷卻

卷取溫度直接影響到鋼板的組織和性能。在冷卻過程中將發生形變奧氏體向鐵素體的轉變，軋后快速冷卻可以使相變開始溫度向低溫移動，這樣就使鐵素體的形核率得以提高，導致鐵素體晶粒得到細化，強度及塑性都有所提高。軋后快速冷卻還可以阻止或延遲鈦的碳、氮化物在冷卻過程中過早析出，能夠生成更加彌散的析出物。這些細小彌散的析出物不僅能提高強韌性，而且能提高搪瓷鋼板的抗鱗爆性能。因此，確定卷曲溫度為500～700℃。

2.4 酸洗

熱軋帶鋼經酸洗后可以去除鋼板表面的氧化鐵皮，鋼卷表面均勻、清潔。酸洗處理后的表面粗糙度均勻，為搪瓷釉料和鋼板的良好結合奠定了基礎，對涂搪工藝是有益處的。

3 組織和性能控制

3.1 微觀組織特征

經過1 549 mm熱連軋生產線的批量試制。T330TCG熱軋帶鋼試樣的金相組織如圖1所示，鋼板的組織由鐵素體和少量的珠光體組成，鐵素體的晶粒度達到10級及以上，鐵素體晶粒較為均勻，尺寸為 5～20 μm。

圖1 T330TCG熱軋帶鋼試樣的金相組織

3.2 拉伸性能和冷彎性能

批量生產的T330TCG熱軋帶鋼力學性能檢測結果如表2所示。由表2可見，拉伸性能全部滿足技術條件要求，冷彎試驗結果合格，表明鋼板具有良好的成型性能，能夠滿足用戶對鋼板加工過程中成型性能的要求。

表2 T330TCG熱軋帶鋼的力學性能

3.3 產品應用情況

批量生產的T330TCG鋼板經沖壓、成形、焊接、涂搪和烘烤等工藝加工成熱水器內膽，其中內膽桶身的鋼板厚度為2.0 mm，封頭的鋼板厚度為3.0 mm。將加工好的熱水器內膽分別進行了20萬次的循環壓力試驗和壓力為1.6 MPa的耐壓試驗，試驗后內膽體無異常變形、泄漏和瓷層脫落現象。試驗結果表明，所研制的T330TCG鋼板的搪瓷、焊接及耐壓性能良好，能夠滿足用戶的使用要求。

4 結論

1）設計了熱水器內膽用熱軋酸洗搪瓷鋼的化學成分和熱連軋工藝。連鑄坯均熱溫度1 200～1 250℃，采用二階段控制軋制細化組織，卷曲溫度500～700℃。

2）批量生產的T330TCG熱軋帶鋼的組織由鐵素體和少量珠光體組成，其拉伸性能和冷彎性能滿足技術條件要求，且具有良好的搪瓷性、焊接性及耐壓性，能夠滿足用戶的加工使用要求。