搪瓷钢文献综述.docx

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1、搪瓷钢文献综述1选题的背景及意义搪瓷是将无机玻璃质材料通过熔融凝于基体金属上并与金属牢固结合在一 起的一种复合材料。搪瓷制品兼具了金属材料和陶瓷材料的优点。它既拥有金属 材料所固有的强度、韧性和可加工性，又具有陶瓷材料的耐腐蚀、耐老化、耐磨、 耐高温、无毒和可装饰性。瓷层的耐腐蚀、耐老化性能远强于塑料、有机涂层和 不锈钢，因此其使用寿命长，更新周期长，使钢铁资源消耗大幅度降低。从性价 比考虑，搪瓷制品相对于不锈钢制品和塑料制品具有明显的优势。搪瓷制品被广泛用于家用电器、厨房用具、建筑搪瓷和卫生设备等。随着现 代科学技术的进步，新金属材料层出不穷，新瓷釉材料也不断出现，促使搪瓷生 产开发出许多新

2、产品，在更多的领域发挥着特殊的作用。使搪瓷这个传统的先进 材料焕发新的生命力，这也是今后搪瓷工业的发展方向。中国目前已成为世界上 公认的搪瓷制品生产大国，年产值达到240亿元，拥有600多家企业。用搪瓷制 品的生产规模从3万吨发展到现在的近30万吨。产品出口世界各国，出口额每 年达12亿美元之多，特别是进入21世纪以后，每年出口额以10%以上的速度增 长着。搪瓷制品的鳞爆问题一直以来是影响其质量的主要问题之一，而搪瓷基板的 抗鳞爆性能即钢板的贮氢性能是控制鳞爆现象发生的主要环节。钢板的贮氢性能 能力的大小受到贮氢陷阱（晶界、位错密度和第二相粒子）数量影响，贮氢陷阱 越多，钢板的贮氢能力越强，抗

3、鳞爆性能越强。国外搪瓷制品生产都采用特殊的 专用搪瓷钢板，如日本、台湾、韩国等行业规定SPP冷轧板为搪瓷专用钢板， 其性能质量完全符合搪瓷用钢七要素。我国上海宝钢BTC1冷轧板近年使用状况基本与SPP相同。但SPP冷轧板 价格比国产普通板（SPCC或DC）价格高出许多，最高每吨差价2000元，最低 差价每吨也有500-600元。且SPP、BTC1 一般为期货交易或大宗采购，在市场 零星采购很难购得。近年来搪瓷企业大多采用了 SPCC或SPCD、08A1等普通板 应用于搪瓷生产。成本较低、货源充足，但质量不稳定，经常会有搪瓷鳞爆现象 发生。因此，开发出成本低廉、生产工艺简单、性能优良、抗鳞爆性及

4、密着性能良 好的搪瓷基板已成为搪瓷生产发展的必然要求。2搪瓷钢分类与发展搪瓷钢板的种类很多，按生产工艺分热轧板（即酸洗板、冷轧板和覆层板等； 按搪瓷工艺分一次搪瓷和二次搪瓷，单面搪瓷和双面搪瓷，湿法搪瓷和静电干粉 搪瓷等；按成形性能分CQ、DQ、DDQ、EDDQ等不同冲压级别；按强度分有 245MPa、330MPa等不同强度级别。搪瓷钢板的性能要求主要包括强度、成形性、 抗鳞爆性、密着性等方面，不同用途的搪瓷钢板要求具有不同的综合性能。日本开展搪瓷用钢的研究相对较早。七十年代日本开发加硼搪瓷钢，其成份 为：小于 0.01%C、小于 0.5%Mn、0.01%0.08%Al、0.001%0.01%

5、B、0.007%0.05%Ti、0.01%0.08%Zr。八十年代日本又开发出鳞爆抗力及深冲性能 优良的搪瓷钢，其中加入了 0.001%0.01%B。八十年代末研究开发了一种连铸 深拉冷轧搪瓷钢板。钢中含0.11%Ti+0.01%Sb，预处理酸洗时形成Sb-Cu沉淀物， 防止了钢板表面残余沉积物过多，同时TiC、TiN增加了贮氢陷阱，提高了抗鳞 爆性，降低了搪烧翘曲。在深入研究的基础上开发出一种新型连铸铝镇静冷轧搪 瓷钢板。钢中具有0.03%C、0.15%Mn，再引入硼添加剂。实验表明，具有良好 的抗搪烧下垂性和抗鳞爆能力；钢中碳化物细小且均匀分布、晶粒度810级， 具有优良的深冲加工性和涂搪

6、性。日本川崎钢铁公司曾对含Ti微合金钢生产技术进行过研究，认为含Ti微合 金钢板抗鳞爆性主要是通过钢板内TiN来控制，与热轧卷取温度关系不大，这点 是与沸腾钢和铝镇静钢不同的。含Ti量低的钢板密着性好，所以希望含Ti量在 0.06%以下。为使含Ti微合金钢二次加工性能好，要求采用连续退火工艺。川崎 钢铁公司还对Ti含量高的微合金钢的低密着性问题进行了研究，采用调整C与 N的含量及再添加Cu来解决密着性差的问题。美国伯利恒钢铁公司和日本川崎钢铁公司还采用添加B元素，用BN置换 AlN来改善钢板冲压成形性和提高钢板抗鳞爆性。一般认为B的含量控制在 0.002%0.007%范围内。B过量则会使固溶B

7、留在钢中，妨碍具有良好深冲性所必需织构的形成，降低冲压成形性。B过少则不能生成有效防止鳞爆的BN。日本川崎钢铁公司还采用添加Nb来提高钢板冲压成形性，其含量维持在C 含量的2倍以上至0.04%以下。若Nb含量小于C含量2倍，则r值的各向异性 变大。若Nb含量0.04%，则NbC析出物过多，退火后再结晶晶粒度变小，r 值恶化。日本、美国和德国是最早生产所谓的“零碳”搪瓷钢板的国家，如日本钢管 开发的NKP2E、新日铁开发的SPP.SDN和川崎制铁开发的KTSM-T等，都属于 超低碳超深冲的搪瓷钢板，其冲压性能在目前的搪瓷钢品种中是最佳的。欧洲一些技术人员目前对双面搪瓷用高强度热轧钢板开展了研究。

8、提出了可 以利用TiC同时提高热轧钢板的抗鳞爆性能和强度。生产工艺上采用高温轧制 （1250C开轧）和高温卷取（750C卷取）。文献中报道的屈服强度低的样品，C 含量低于0.02%。同时报道了具有较高屈服强度的SPEX600实验结果。提出了 高Ti和低S的成分设计思路，但没有给出C的含量控制范围和具体的工艺方法。上世纪九十年代中后期，国内楼堂馆所建设方兴未艾，大量的宾馆、酒店建 造需要用到搪瓷浴缸，作为浴缸的基板，搪瓷钢的需求日益高涨。在这一背景下， 宝钢积极研发，于1997年成功开发出BTC1高端搪瓷钢，并在2000年实现量产。 随后还相继开发出热轧高强度搪瓷钢板、热轧深冲用搪瓷钢等产品。其

9、产品种类、 性能和用途如表2.1所示。目前，宝钢已成为国内搪瓷钢品种最多、级别最全的 企业。长期以来，宝钢搪瓷钢以过硬的性能和质量领先于国内同行，受到用户青 睐，需求稳定。表2.1宝钢搪瓷钢板的种类、性能和用途牌号产品类型性能特点用途BTC1超低碳深冲 冷轧钢板超深冲性能优良的抗鳞爆性能 优良的密着性能 优良的抗挠性能厨具、卫具、烧烤炉、建筑面板等BTCR3超低碳深冲热轧酸洗钢 板深冲性能 优良的抗鳞爆性能 优良的密着性能浴缸、烧烤炉、烤箱等BTC245R高强度热轧 酸洗钢板较高强度良好的冲压性能 良好的抗鳞爆性能 优良的密着性能热水器内胆等BTC330R高强度热轧 酸洗钢板高强度较好的冲压性

10、能 良好的抗鳞爆性能优良的密着性能热水器内胆、化工罐等鞍钢于1980年起先后研制出一系列搪瓷类专用钢，包括冷轧钢板、热轧钢 板和无缝钢管产品等，满足了国内需求。随着设备条件的改进，鞍钢又相继开发 出满足双面搪瓷要求的热轧、冷轧钢板，且产品实现了批量生产能够稳定供应市 场。其中针对环保行业开发的牌号为ART310的双面搪瓷用热轧带钢主要用于拼 装型储罐。其成分要求见表2.2,力学性能见表2.3。钢板以轧态交货，产品以连 铸方法生产，通过热连轧机组轧制，经层流冷却后卷取。双面搪瓷用钢板已分别 应用于酒泉卫星发射中心、北京2008年奥运会、泉州市区污水处理工程等建设 中，在一批环保工程和生物能源工程

11、中也进行了批量的应用。表2.2 ATR310钢板的化学成分要求（wt，%）CSiMnPSTiAlsTi/C0.080.100.350.0600.0150.020.062.5表2.3 ATR310钢板的力学性能要求规格/mmRel/MpaRm/MpaA/%2.010.0300350193搪瓷工艺介绍搪瓷生产主要有釉料制备、坯体制备、涂搪、干燥、烧成、检验等工序。对 于艺术搪瓷、日用搪瓷、卫生搪瓷、建筑搪瓷等，为了外观装饰和使用的需要， 还需经过彩饰和装配。工业搪瓷设备则需经检测后再进行组装。在预先冲压或铸造成型的金属坯上先涂敷底釉，烧成后再涂敷面釉（一次或 数次），这是传统的多次涂搪法。底釉是与

12、金属坯相互结合的过渡层，具有较强 的密着性，面釉涂敷在底釉上，起遮盖底色并赋予制品以光滑美观的表面和一系 列优良的物理化学性能。面釉又有乳浊面釉（白色和有色）和无色透明光釉之分。 后者是涂烧在制品最外层以增强光泽或改善性能用的补加面釉。现在已有一次涂 搪新工艺，即配制一种釉，既作底釉，又作面釉，一次涂敷，一次烧成即得到产品。（1）瓷釉制备瓷釉是涂在金属坯体上的玻璃态硅酸盐或硼硅酸盐涂层。瓷釉料包括七种组 分，各有不同的作用（见表）。基体剂是主要的，其中多数是硅酸盐、氧化硼、 氧化铝和碱金属氧化物。按坯体材料种类和制品性能的要求来确定瓷釉化学组 成。要求准确称量，充分混匀（干混，也可加515%的

13、水，并制成小球），在池 窑（中国多用隔焰池窑）、坩蜗窑或回转炉中熔化达一定均匀程度，经水淬、气 冷或热压成薄片（0.61.5mm），然后研磨（用球磨机或气流粉磨机）成干釉粉或 加水制成釉浆。（2）涂搪将釉粉或釉浆均匀涂敷在金属坯胎上，经烧成后再涂敷面釉。涂搪方法有浸 渍、浇注、喷雾、洒粉法等。洒粉法是在灼热底釉上洒上干的面釉粉，使涂搪和 焙烧合为一项操作，也是铸铁大件（浴盆、反应锅等）必用的方法。此外，还有静 电涂粉和电泳法涂搪等。（3）制品烧成已涂搪瓷釉的坯件置于箱式炉、转盘炉或隧道炉中烧成。含密着剂的硼硅酸 盐底釉，烧成温度约为880930C，为使其能在坯体表面形成氧化铁层，有利 于瓷层同

14、坯体（钢材）良好密着，故须采取氧化气氛。面釉烧成温度略低，用锑 乳浊色的锑面釉为850900C，钛面釉为820860C。为使面釉具有良好乳浊 和鲜艳色彩，并与底釉紧密结合，要严格控制烧成时间和炉中气氛，铸铁坯体若 用锑釉和钛釉则对气氛尤为敏感。4搪瓷钢产品性能（1）成形性能对于类似裙边浴缸等形状复杂、冲压难度大、搪瓷质量要求高的搪瓷制品需 要高延伸率、高杯突值、高n值和r值、强度及屈服比低的搪瓷板进行冲压。而 这种深冲用搪瓷板早在90年就由武钢成功试制，其在08A1钢的基础上，调整成 分，改进工艺，在冶炼过程中严格控制钢中的氮含量，减少氮在位错和晶界的偏 聚，以降低强度，提高延伸性能。而宝钢后

15、期开发的冷轧超深冲搪瓷钢板，主要 以超低碳、超低氮和超低硫的纯净钢为基础，通过添加适量的合金元素并严格控 制生产工艺，获得了具有良好冲压性能和涂搪性能的搪瓷专用钢。表3.1为宝钢 的化学成分要求。表3.1宝钢BTC1的化学成分要求（wt，%）CSiMnPSAlTi0.0080.050.100.300.0200.050.070.20（2）抗鳞爆性能抗鳞爆性能是搪瓷钢板应有的最基本的、也是最重要的性能之一。搪瓷制品 鳞爆现象的产生是由溶解在钢板中的原子氢造成的，原子氢由钢中逸出至钢板表 面生成分子氢，分子氢以很大的压力划破釉层表面，生成了鱼鳞状的碎片，产生 所谓的鳞爆现象。而氢的来源主要是在钢的酸

16、洗和烧搪过程中进入钢板的。因此 搪瓷钢板抗鳞爆性能的保证除了控制酸洗时间、烧搪工艺和烧搪时间外，重点还 在于搪瓷钢成分的控制也即提高钢板本身的抗鳞爆性能。随着含碳量的增加，钢中氢的溶解度也增大，硫、磷和硅也增加氢在钢中的 溶解度。钢中引入少量的Ti使Ti和C生成一种碳化物，这种碳化物比铁碳化合 物在较大的温度范围内有更大的稳定性。如果钢中所有的碳全部和Ti结合，通 常把这种钢称为稳定化钢，氢在含Ti钢中的扩散速度比一般钢中要小40倍左右。 在烧成温度下（800C900C左右），Ti的化合物并不像铁的化合物那样会分解， 不但鳞爆的倾向大大减小，其它气孔、气泡等缺陷也大大减少，这是因为Ti和 钢中

17、的N、S都能形成相当稳定的化合物。一般日用搪瓷钢中C含量约为0.1% 以下，含有0.5%左右的Ti即可以获得稳定的化合物。提高抗鳞爆性能的主要手段是使钢板组织中形成H原子在室温时仍不能摆 脱束缚的贮氢陷阱。其中Ti的析出粒子作为化学陷阱，很早就被用于冷轧搪瓷 钢中，Ti4C2S2、TiN和TiC等析出粒子作为贮氢陷阱起到了十分重要的作用。同 时，B、Re等元素也被用于热轧和冷轧钢板中，用以形成具有捕氢作用的析出 粒子。这些第二相粒子尺寸细小且呈弥散分布，成为良好的贮氢陷阱，进而提高 了钢板的抗鳞爆性能。5影响搪瓷钢性能的主要因素5.1化学成分对鳞爆性能的影响Nilsson等人在研究加钛的超低碳

18、钢中碳含量对力学性能的影响时认为，只 有保证超低碳含量（如0.005%）时才能获得良好的力学性能。B元素对钢板抗鳞爆性能的影响。俞方华等人对含硼钢的释氢性能进行了研 究，结果表明含硼钢充氢速率比不含硼钢大4倍多。前者充氢以缺陷捕获氢为主， 主要是硼化物和有硼偏析的晶界使捕氢量大大增加；后者充氢则以溶解氢为主。 220C释氢时不含硼钢中的释氢速度比含硼钢大约3倍，且含硼钢的氢峰向表面 移动小，这表明微量硼能阻止热释氢向搪瓷层钢界面扩散和积聚，从而能防止怫 爆现象的产生。Ti元素对钢板抗鳞爆性能的影响。王东明等人对Ti元素对钢板抗鳞爆性能 的影响做了系统的研究。钢中C和Ti能够形成稳定的碳化物，即

19、使在900C以 上的搪瓷温度下也不会分解。其中Ti/C是影响热轧搪瓷用钢板可搪性能的重要 因素，氢渗透时间与Ti含量及Ti/C呈单调上升的关系。当Ti/C达到2.5以上时 钢板表现出更稳定的捕氢能力。其中TiC粒子作为最重要的贮氢陷阱，因为TiC 的析出可以在随后的轧制和热处理过程中进行控制，而N、S和Ti的化合物含 量不随温度的变化发生变化。稀土元素对钢板抗鳞爆性能的影响。由孙全社等人的研究可知，稀土元素是 一种硫化物的强形成元素，一般不单独添加到钢中，和Ti、Nb等元素共同作用 以提高钢的贮氢性能。稀土元素的添加对钢的成形性能也有一定影响，这是由于 稀土仅能与钢中的硫化合生成稀土硫化物，钢

20、中依然存在间隙原子碳和氮，因此 在拉伸过程中仍有屈服现象。RE在钢中以复合态存在，在单加稀土的钢中，析 出相主要是椭圆形或近圆形的MnS，并有少量的稀土硫化物和其他夹杂物的存 在。5.2热轧工艺对搪瓷板性能的影响热轧工艺对搪瓷板性能的影响:搪瓷用钢的热轧工艺一般采取高温终轧和高 温卷取，在这一过程中除可控制Ti在钢中的析出行为，还可促进铁素体晶粒的 长大和111等再结晶织构的形成，以实现高延伸率、高n、r值和无时效 性。绝大部分的第二相粒子是在热轧和卷取过程中析出的。卷取温度的控制是第 二相粒子形态的最后一个热轧工艺参数，这一参数的变化将对第二相粒子的析出 行为及铁素体晶粒产生很大的影响，因此

21、对于最终卷取温度的控制至关重要。研 究表明，晶粒的均匀性随着卷取温度的升高有提高的趋势，且在奥氏体终轧时， 奥氏体晶粒较细或奥氏体中应变累积程度高，可增加随后相变时铁素体的形核。5.3酸洗工艺对搪瓷板性能的影响酸洗工艺对搪瓷板性能的影响:酸洗工艺的确定除了要保证除尽钢板在退火 过程中形成的氧化铁皮外，还需考虑其对钢板贮氢性能的影响。钢板和溶液之间 的化学反应为：Fe+2HCl=FeCl2+H2，在这一过程中氢会进入到钢板基体中，若 被可逆陷阱捕捉的氢则有可能会在后续涂搪后扩散到钢板的表面形成氢气小气 泡。在小气泡的压力下釉层会开裂剥落形成所谓的鳞爆现象。同时，酸洗过程中， 钢板底板会被腐烛，从

22、而使底板表面变的粗糙。粗糙的底板表面是有利于后期涂 搪时釉料和钢板表面的密着性的，随酸洗时间的延长，瓷层与金属之间的密着性 也增强直到一个最大值。这时再增加酸洗时间，粗糙度也不会再发生变化。因此 酸洗时间的控制是酸洗工艺的一个十分重要的因素。5.4冷轧工艺对搪瓷板性能的影响冷轧工艺的控制主要在于对冷轧总压下率的控制，随着冷轧总压下率的提高，钢 板的延伸率和r值提高。同时冷轧压下率显著地影响钢板的氢渗透时间，即随着 冷轧压下率的提高，氢渗透时间延长，扩散系数降低，当冷轧压下率从0%提高 到58.7%时，氢渗透时间从10 min增加到28 min。这是因为冷加工过程中，在 钢板中产生大量的位错和显

23、微空穴，而且变形量越大位错密度越高。研究表明， 位错和晶界等是可逆的贮氢陷阱，位错对贮氢行为的影响决定于位错密度，位错 在高温搪烧过程中会逐步消失，晶界则取决于晶界的面积，晶粒越细则晶界面积 越大，在高温搪烧时钢中的铁素体晶粒容易长大，无论是位错还是晶界两者对于 捕捉氢的能力较小。显微空穴易于在第2相粒子和钢板基体的界面周围产生，是 不可逆陷阱，在涂搪过程中起着主要的贮氢作用。因此，冷变形提高氢渗透时间 是大量产生的位错和显微空穴共同作用的结果。经过冷变形之后，钢板的贮氢能 力和抗鳞爆性能会得到显著提高。且冷轧中钢板的变形为后续退火过程中的再结 晶提供了先决条件，有利于111织构的形成即获得高

24、的r值。在实际生产中为 了获得高的r值，普遍也采用增大冷轧压下率的方式，同时考虑设备的生产能力， 一般压下率不超过85%。鞍钢冷轧超低碳搪瓷用钢的冷轧压下率为65%80%， 宝钢含钛超低碳搪瓷用钢的冷轧压下率为70%左右。5.5退火工艺对搪瓷板性能的影响研究表明，罩式退火工艺有利于搪瓷用钢贮氢性能的提高，连续退火工艺有 利于钢板的成型性能。经过罩式退火工艺，钢板中析出相的体积分数虽然变化不 大，但密度即单位体积内颗粒数比连续退火的大。析出相作为氢的不可逆陷阱其 粒子数的增加直接造成钢板扩散系数减小，氢穿透时间延长，贮氢能力提高。而 连续退火工艺由于其退火温度较高，使结晶织构得到充分的发展，11

25、1取向晶 粒数明显增加。体现在连续退火钢板45截面强度较罩式退火的高，即值平均 值高，从而成型性能较好。综合考虑，生产搪瓷用钢时利用罩式退火工艺可以在 获得优良抗鳞爆性能的同时保证良好的成型性能。在罩式退火工艺的参数设定时，研究结果表明：a. 罩式退火温度的升高有利于提高搪瓷钢的rm值，同时罩式退火温度升高导致 搪瓷钢的屈服强度下降、延伸率提高，其中屈服强度对退火温度更敏感。b. 保温时间对搪瓷钢组织及性能的影响主要取决于退火温度。较低的退火温度 时，组织未完成再结晶，延长保温时间有利于保证搪瓷钢完成再结晶并获得 具有强烈的111有利织构，有利于搪瓷钢的成型性能。当退火温度较高时， 再结晶完成

26、，延长保温时间对rm基本无影响，对延伸率影响也不大。c. 在观察微观组织时可知，随退火温度的提高和保温时间的延长，铁素体晶粒 会逐渐长大，且由延轧向拉长的晶粒状态向等轴晶粒转变，等轴晶 数量会 逐渐增加。搪瓷钢性能的差别则主要来自于再结晶晶粒的形状和尺寸的变化。金蕾和孙全社等针对于退火工艺对含钛超低碳搪瓷钢板成型和贮氢性能的 影响进行了研究，模拟连续退火工艺采用870C保温，模拟罩式退火工艺采用 730C保温5h。研究表明：经罩式退火后钢中析出相的密度（单位体积内颗粒数） 较连续退火的大，钢板氢穿透时间延长，氢扩散系数减小。试验材料经罩式退火 后其贮氢性能优于连续退火。研究表明，具有粗大析出第

27、二相的IF钢不仅具有 强烈的111织构和很高的r值，而且表现出较高的晶界移动特性。阻碍111再 结晶织构发展的主要机制是细小弥散分布的第二相粒子对晶界迁移的阻碍作用， 特别是分布在晶界上的第二相所产生的钉扎力会阻碍晶粒长大。第二相粒子的分 布越粗大稀疏，晶界上的钉扎力就越小，相应也促进了111再结晶织构的发展。 而搪瓷钢板中第二相的体积分数越大，颗粒越细，其不可逆陷阱（如第二相颗粒 表面）中的贮氢容量越高。但第二相颗粒太细小，会影响钢的成形性和织构。Ti-IF钢中的第二相粒子析出相为TiN、TiS、Ti4C2S2和TiC，其中，前三种析出 相是在Y体区以前就开始析出了，而TiC仅在a区才开始析

28、出。随着钢中含S 量的增加，TiS、Ti4C2S2的析出从无到有，由少到多，S含量增加到一定程度（大 约在0.008%后），Ti4C2S2析出减缓，而TiS析出增加，随着S含量的增加，细 小的TiC析出程度由高到低，直到没有，这说明硫化物（TiS、Ti4C2S2）、析出量 的增加可能是由于夺取了形成TiC析出物造成的。在IF钢中加入Ti的目的是用 来固定钢中的C、N、S。因此，随着钢中S含量增加，Ti含量也应增加，这样 才能获得具有良好成形性和抗鳞爆性的冷轧超低碳搪瓷钢板。否则，钢中的C、 N将不能被完全固定。综上所述，大的冷轧压下率有利于获得良好的力学性能。对于搪瓷钢板来说， 经罩式退火后钢

29、中析出相的密度（单位体积内颗粒数）较连续退火钢板的大，即 钢的氢穿透时间延长，氢扩散系数减小，试验材料经罩式退火后其贮氢性能优于 连续退火。冷轧和退火与钢板的性能关系极为密切。冷轧的目的不仅在于控制板厚、板 型及平直度，冷轧压下率对退火后钢板的性能也产生极大的影响。通常随着冷轧 压下率的提高，成品钢板的延伸率和r值提高；随着退火温度的提高，延伸率和 r值也提高。因此，采用较大的冷轧压下率和较高的退火温度有利于提高钢板的 成型性能。但是，过高的退火温度或较长的退火时间容易导致铁素体晶粒过分长 大，晶粒过大（如大于ASTM6级）的钢板在冲压过程中易产生表面缺陷如桔子皮 等。6退火方式对低碳冷轧搪瓷

30、用钢组织性能的影响6.1实验材料及方法实验钢为满足普通冲压要求的搪瓷用冷轧板，是在一般冲压用钢DC03成分 的基础上适当提高Mn、S含量，欲采用MnS和Fe3C作为氢陷阱来达到贮氢的 目的。实验钢化学成分见表6.1。表6.1实验钢的化学成分%钢种CSiMnPSAlDC030.0400.0500.4000.0250.0300.0400.060实验钢0.0300.0300.4000.0070.0400.050实验钢热轧工艺:加热温度1250C,终轧温度880930C,层流冷却至680 730C后放入石棉保温箱中，模拟实际生产中的卷取过程。采用8%10%的稀盐酸溶液对热轧板进行酸洗，酸洗液温度控制在

31、6070C之 间。由于实验钢的特殊用途，在满足实验条件的基础上尽量缩短酸洗时间，以免 过多氢进入钢板影响其抗鳞爆性能。酸洗后进行不同压下率的冷轧实验，压下率 分别设置为50%、70%、80%、85%。利用全自动相变仪(Formastor-FII)进行 相变点的测定，根据相变点测定得到的数据制定罩式退火及连续退火工艺。罩式 退火工艺随炉加热，等温段保温5 h后开炉空冷。连续退火工艺进行过时效处理 以保证冷轧板性能的稳定并增加碳化物的析出，加热温度分别为760、800、830、 850、870、890C，过时效温度分别为380、450C，具体工艺见图6.1。A3珥日寸间也图6.1连续退火工艺6.2

32、实验结果与讨论6.2.1冷轧压下率对实验钢退火组织的影响在不同压下率下，实验钢冷轧板经710C罩式退火后的显微组织见图6.2。 随着压下量的增加，晶粒逐渐减小，晶粒尺寸变化如图6.3所示。在冷轧压下率 增加到一定程度时，铁素体晶界上的粗大渗碳体和非金属夹杂物充分破碎并在退 火过程中形成弥散分布的颗粒，进而增加作为贮氢陷阱的第二相粒子，有助于提 高钢板抗鳞爆性能。研究表明，冷轧退火后钢板的伸长率和r值通常随着冷轧压 下率的增加而增大。经比较分析，压下率为80%时，钢板组织均匀，且析出物 较多。a)b)图6.2不同压下率罩式退火后实验钢金相组织压下率/%： a)50； b)80图6.3罩式退火后钢

33、板晶粒尺寸6.2.2退火工艺对实验钢退火组织的影响经不同温度罩式退火后，压下率为80%实验钢冷轧板的金相组织见图6.4。由图6.4可知，室温组织基体为铁素体。随着退火温度的升高，晶粒尺寸逐渐增 大且更加均匀，晶粒内和晶界上的析出物逐渐减少，这是由于加热温度过高，析 出物又溶解造成的。由EDS能谱分析可知，晶粒内弥散分布的球状或近似球状 的析出物为MnS和Fe3C，这些第二相粒子与基体组织之间产生空穴，作为贮氢 陷阱，从而提高钢板的抗鳞爆性能。图6.4罩式退火后实验钢金相组织罩式退火温度/C： a)690； b)730不同温度连续退火后实验钢冷轧板的金相照片见图6.5。室温组织基体为等 轴铁素体

34、，随着连续退火温度的升高，晶粒尺寸逐渐增大且更加均匀。由于进行 了过时效处理，钢中存在大量沿晶界或晶内析出的MnS和Fe3C，随着连续退火 温度的升高，其析出量逐渐增多。经比较分析得出，870C退火得到的铁素体晶 粒呈等轴状且颗粒均匀，析出物最多，而890C退火得到的铁素体晶粒过分粗大。图6.5连续退火后实验钢的金相组织连续退火温度/C： a)800； b)830； c)870； d)890为了保证冷轧板的稳定性，使其在保质期内不发生时效以造成钢板硬化，需 进行过时效处理。带钢在连续退火炉中过时效阶段首先发生时效效应，这使得经 快冷后钢中的碳弥散析出，这个过程使钢板产生了时效硬化。随着析出碳化

35、物的 长大，钢板硬度达到一个峰值，过峰值后硬度开始下降，碳化物再次长大，开始 了过时效效应。过时效退火能显著提高材料的抗时效性能。压下率为80%的实验钢冷轧板在760C连续退火，过时效温度分别为380C 和450C的金相照片见图6.6。由图6.6可知，380C过时效的实验钢析出物明显 多于450C过时效实验钢。这是由于过时效处理时，从过饱和的铁素体中析出碳 化物，同时在铁素体中保留平衡固溶碳。过时效温度高时，碳原子扩散能力强， 过时效过程迅速，但由于固溶度大，冷却后固溶碳多；过时效温度低时，固溶度 小，冷却后固溶碳少。因此380C过时效得到的析出物更多。图6.6同过时效温度实验钢的金相组织(过

36、时效保温180s)过时效温度/C： a)380； b)4506.2.3退火工艺对实验钢性能的影响由压下率为80%的实验钢冷轧板通过不同退火工艺得到的组织性能分析可 知，退火后的实验钢室温组织基本为等轴铁素体，随着退火温度的升高，晶粒尺 寸逐渐增大且趋于均匀。罩式退火由于保温时间长，晶界析出物较多；连续退火 通过过时效保温制度来增加析出物以提高贮氢性能，选择380C为过时效温度， 根据室温金相组织观察，过时效处理的确对析出物的析出有促进作用，但由于保 温时间短，析出物不如罩式退火丰富。两种退火工艺下实验钢成形性能分别见表2、表3,两种不同的退火工艺均 可使实验钢达到产品要求。罩式退火可获得较理想

37、的强度、r90值，但伸长率 仅达到标准。由于连续退火的退火温度较高，使再结晶织构得到充分的发展， 111取向晶粒数明显增加，因此连续退火工艺得到的强度、伸长率、”0值 均较为理想。因此从成形性方面考虑，连续退火工艺优于罩式退火工艺。表6.2罩式退火后实验钢的力学性能退火温度Ml -3 *11、A 7)o / %rn67025029535t 2L 6070】9630031 5L 6873050280:打，0L 82表6.3连续退火后实验钢的力学性能退火温度过时效 温度皿3MPaRJMPaA50 / %顷7603S028533516. 0L 50SOO3S025032311 7L 578303S0

38、23032345t 9L 498503S023531013. 7L 458703S02003153& 0L 94890380200300IL 0L 79实验钢中作为贮氢陷阱的第二相粒子以MnS和Fe3C为主。对于实验钢来说， 可以满足要求的氢渗透时间在6.710.0min之间，此时钢板具有良好的抗鳞爆 性能。利用自行设计的氢渗透试验装置测定钢板的氢渗透时间，对实验钢抗鳞爆性 能进行初步探究。两种退火工艺均可使实验钢板抗鳞爆性能满足要求，但相比连 续退火工艺，罩式退火后的钢板贮氢时间更长，抗鳞爆性能更好。这是由于罩式 退火的保温时间长，晶界析出物更多，第二相粒子作为良好的贮氢陷阱提高了钢 板的氢

39、渗透时间，使搪瓷用钢板具有更好的抗鳞爆性能。连续退火后再经过加热 模拟搪瓷过程，结果氢渗透时间大幅度降低。这是由于连续退火后作为贮氢陷阱 的第二相粒子，在高温加热过程中发生再溶解，从而减少了贮氢陷阱，降低了实 验钢的贮氢性能。因此，相比连续退火工艺，罩式退火后的钢板抗鳞爆性能更好。7研究的目的和内容在满足性能要求和少添加贵价合金元素的前提下，以开发出高贮氢性能及可 适应后期多元化涂搪工艺为研究目的，开发出一种低碳冷轧搪瓷用钢。对搪瓷钢 的不同状态的组织和性能进行研究，获得了第二相粒子的析出规律、涂搪前后的 晶粒尺寸及析出物的变化规律及退火工艺对强度的影响规律。主要研究内容包括 以下几个方面：(

40、1) 结合国内外的研究成果，综合分析各种元素对搪瓷用钢的成形性及抗鳞 爆性能的影响规律，对实验钢进行化学成分设计;(2) 以高温终轧和高温卷取为热轧工艺的基本控制思路，并对终轧温度和卷 取温度对力学性能的影响进行分析。对热轧板的显微组织及第二相进行 观察；(3) 对罩式退火工艺进行模拟，获得实验钢冷轧后退火发生再结晶的温度区 间以及相应的组织演变规律。对罩式退火的钢板进行力学性能测试，研 究退火温度对力学性能的影响规律；(4) 采用氢渗透实验装置对钢板的贮氢性能进行评价，研究不同的退火温度 对钢板的氢渗透时间和氢扩散系数的影响，分析第二相粒子对钢板贮氢 性能的影响规律；(5) 综合以上的实验结果，分析得出适宜于低碳冷轧搪瓷钢的生产工艺。同 时，获得一套评价搪瓷钢的抗鳞爆性能的手段。为下一步的理论研究和 工业化生产提供必要的理论基础。