260MPa 級冷軋搪瓷用鋼開發與應用

汪建威

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司 技術中心，安徽 馬鞍山243000）

儲水式熱水器內膽常年在高溫高壓下的儲水的使用環境，因此要求內膽用鋼具有良好的力學性能，還要求耐高溫，耐腐蝕等性能，以延長產品使用壽命[1]。熱水器內膽主要生產工藝流程：沖壓、卷圓→焊接→脫脂→搪瓷，其中在沖壓、卷圓工序要求鋼板具有一定成型性能，且強度不能太高，搪瓷后不能發生鱗爆，在搪瓷生產過程中，需要通過830～850℃高溫搪燒8～10min，當前國內市場上主流熱水器內膽用鋼的屈服強度在200MPa 級，搪瓷生產后強度下降約20～50MPa[2]，制成內膽后按QB/T 4101-2010《儲水式電熱水器內膽》標準要求進行膽脈沖壓力試驗，循環次數達到8 萬次以上。隨著產品升級，為了提高安全使用性能，內膽脈沖壓力循環次數要求提升達到20 萬次以上，要求在不能降低鋼板抗鱗爆性能及沖壓成型性能基礎上提高內膽用鋼的強度，且高溫搪燒后的強度不能降低或降低較少，因此提出開發屈服強度260MPa 級熱水器內膽用冷軋搪瓷鋼。

1 化學成分設計

根據260MPa 級冷軋搪瓷鋼的使用特征，并考慮終端用戶的加工需求和經濟性，結合生產線裝備特點，在低碳鋁鎮靜鋼基礎上，增加碳、錳元素含量并添加適量經濟性的第二相析出粒子形成元素，提升強度同時提高抗鱗爆性能。

碳是提高強度最經濟且最有效的固溶強化元素，碳含量增加，形成的珠光體增加，強度增加，但碳含量過高，在搪燒過程中，會產生大量的氣泡，導致搪燒后出現針孔缺陷[3-5]。適當硫可以與錳形成MnS，提高抗鱗爆性能，但過多的硫會顯著降低鋼板的塑性和韌性[3-5]。鈦元素為提高抗鱗爆性能的核心元素，可以促進生成大量第二相粒子（Ti(C,N)、TiN，TiC）[4-6]，能有效增加鋼板的抗鱗爆性能。微量硼元素可以提高鋼的淬透性，且與氮形成BN，顯著提高鋼的搪瓷性能，但硼含量過高時，在連鑄時會引起鑄坯開裂[7]。屈服強度260MPa 級冷軋搪瓷鋼TC260 產品化學成分設計見表1。

表1 TC260 的化學成分設計（質量分數%）

2 工藝設計

屈服強度260MPa 級冷軋搪瓷鋼TC260 產品的生產工藝流程為：鐵水預處理→轉爐冶煉→合金微調站→RH精煉→連鑄→熱軋→酸洗冷連軋→連退→平整→成品。

對進入轉爐冶煉之前的鐵水做去除雜質元素的處理，包括鐵水脫硅、脫硫、脫磷，提高鐵水的純凈度；轉爐控制終點溫度及成分，RH 微調成分達到目標值要求后連鑄成板坯；將鑄坯加熱至1100～1250℃，有利于形成更多、更細小的第二相粒子，另外高的加熱溫度能保障命中高終軋溫度和高卷取溫度；終軋溫度850～930℃，卷取溫度650～730℃；酸洗工序重點關注酸洗后表面質量；冷軋大壓下能將熱軋鋼板中的析出粒子充分碎裂，增加析出相界面數量，有利于提升氫滲透時間，結合軋機能力，冷連軋總壓下率通常大于60%；連退退火溫度700～800℃；平整壓下率0.5～2.0%，可以消除屈服平臺，改善鋼板表面微觀形貌，提高搪瓷密著性能。

3 組織與性能

3.1 試驗材料及方法

沿冷軋搪瓷鋼板橫向切取拉伸、金相、搪瓷等試樣，為對比鋼板搪燒前后力學性能變化，采用馬弗爐模擬熱水器內膽搪瓷生產過程，搪燒溫度830～850℃，搪燒時間8～10min 后空冷。

3.2 顯微組織

根據《GB/T 13298-2015 金屬顯微組織檢驗方法》對冷軋搪瓷鋼TC260 鋼板搪燒前后試樣進行分析，其顯微組織均為鐵素體+少量滲碳體。從圖1a 可知，搪燒前試樣的鐵素體晶粒較為細小，晶粒度為10 級；從圖1b 可知，經830～850℃搪燒后試樣仍保持細小均為的等軸態，晶粒度為9 級。

圖1 未搪燒鋼板（a）；830～850℃模擬搪燒8～10min 后鋼板組織形貌（b）

3.3 第二相粒子

從圖2a 可知，冷軋搪瓷鋼TC260 產品第二相粒子均勻彌散分布在鐵素體中，且數量較多，從圖2a-A、2a-B、2a-C 可知，析出物主要為Ti(C,N)，MnS，TiN，TiC 等；從圖2b 可知，經830～850℃搪燒后試樣析出物數量略微減少，表明搪燒后第二相粒子部分溶解，從圖3b-A 可知，此時析出物主要為MnS、Ti4S2C2，這些析出物不僅作為有效的不可逆氫陷阱，提高抗鱗爆性能，而且可以保證鋼板搪燒后的強度。

圖2 未搪燒鋼板形貌（a）及能譜分析（a-A、a-B、a-C）,SEM

圖3 搪燒后鋼板形貌（b）及能譜分析（b-A），SEM

3.4 力學性能

冷軋搪瓷鋼TC260 產品力學性能見表2 所示。從表2 可知，冷軋搪瓷鋼TC260 鋼板經高溫模擬搪燒后，強度基本未下降，由此保證了儲水式電熱水器內膽脈沖壓力試驗性能。

表2 冷軋搪瓷鋼TC260 力學性能

3.5 抗鱗爆性能

根據BS EN ISO17081-2014《氫滲透的測量方法和用電化學法技術測定金屬中的氫吸收和遷移》試驗方法利用雙電解池試驗裝置測量冷軋搪瓷鋼氫滲透時間及在實驗室采用鋼板進行搪瓷試驗用來評估TC260 的抗鱗爆性能。

EN 10209-2013《Cold rolled low carbon steel flat products for vitreous enamelling - Technical delivery conditions》標準中要求搪瓷鋼（1mm）氫滲透時間應≥6.7min，圖4a 為TC260 的氫滲透曲線，橫坐標為氫滲透時間，縱坐標為歸一化通量J/J∞，在曲線中J/J∞為0.096時對應的時間為氫滲透時間TH[8-10]，由此可知試樣的tb（TH 換算成1mm 的數據，tb＝TH/L2，其中L 為試樣厚度）11.6min，抗鱗爆性能優良。

圖4 氫滲透曲線（a），搪瓷試驗（b）

實驗室濕法搪瓷工藝流程：鋼板表面脫脂→清洗→烘干→濕法涂搪→釉料烘干→燒結→空冷，燒結溫度為830～850℃，保溫10min。從圖4b 可知，試樣鋼經雙面涂搪后靜置7 天，未發生鱗爆，且密著試驗后評估密著性能達到2 級（EN 10209 標準：1 級最優）。

4 應用

260MPa 級冷軋搪瓷鋼TC260 產品批量應用于熱水器內膽行業，根據QB/T 4101-2010《儲水式電熱水器內膽》標準中要求，制成搪瓷內膽后經脈沖壓力試驗，循環次數均達到26 萬次以上，相對于普通搪瓷內膽，安全性能得到極大提升。

5 結論

5.1 通過合理化學成分設計及工藝設計，開發出了屈服強度260MPa 級冷軋搪瓷鋼TC260 產品，其屈服強度大于260MPa，延伸率大于26%，氫滲透時間大于6.7min。

5.2 冷軋搪瓷鋼TC260 鋼板顯微組織均為鐵素體+少量滲碳體，晶粒度10 級，并含有大量第二相粒子Ti(C,N)，MnS，TiN，TiC，經830～850℃搪燒后顯微組織均為鐵素體+少量滲碳體，晶粒度9 級，析出物數量略微減少。

5.3 冷軋搪瓷鋼TC260 經830～850℃搪燒模擬后屈服強度基本不下降。

5.4 冷軋搪瓷鋼TC260 氫滲透時間11.6min，實驗室雙面搪瓷不鱗爆，密著性能4 級，抗鱗爆性能優良，制成搪瓷內膽后經脈沖壓力試驗，循環次數均達到26 萬次以上。