一种具有高温烘烤硬化性的搪瓷用钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高温烘烤硬化性的搪瓷用钢，其化学元素质量百分配比为：C:0.008～0.020％、Mn:0.05～0.50％、S：0.021～0.035％、Alt：0.005～0.050％或AlS：0.003～0.045％、0＜N＜0.003％，0＜O≤0.010％以及Ti元素，且Ti元素的质量百分含量满足N×Ti≤3×10-4，S×Ti≥2×10-3，Ti≥3.43N+1.5S+0.02，余量为Fe和不可避免的杂质元素。本发明专利技术还公开了一种上述搪瓷用钢的制造方法，其包括步骤：铁水预处理→转炉冶炼→精炼→连铸→热轧。本发明专利技术所述的具有高温烘烤硬化性的搪瓷用钢具有较好的成形性能，良好的焊接性能，优异的搪烧性能以及优良的涂搪性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高温烘烤硬化性的搪瓷用钢及其制造方法
本专利技术涉及一种合金钢材及其制造方法，尤其涉及一种搪瓷用钢及其制造方法。
技术介绍
对于容积式热水器而言，内胆是它的关键部件，其决定了热水器的使用安全和使用寿命。以钢板为底坯的搪瓷内胆具有耐蚀性好、表面硬度高、光滑易清洁等诸多特点，这样的搪瓷内胆大幅度地提高了热水器内胆的使用寿命和综合性能。采用钢板为底坯制作热水器的搪瓷内胆时，首先钢板需要经过下料、加工成形、焊接后进，再进行涂搪，最后在830℃左右的高温条件下烧成。但是，为了满足生产出高质量搪瓷内胆的要求，钢板必须满足成形性、强度、焊接性、抗鳞爆性、抗针孔性以及耐高温烧成等多方面的性能要求。之前，搪瓷内胆通常由三部分焊接而成，即两个端盖和一个桶身，因此一个搪瓷内胆一般具有三道焊缝，其包括两道环缝和一道直缝，两个端盖对成形性的要求相对较低。然而，现有技术中出现一种新型内胆，这种新型内胆由上桶、下桶两部分焊接而成，将原来的三道焊缝减少为中间一道环缝焊接，因此，新型内胆在加工过程中省略了卷圆、扩孔和两道焊缝，制作工艺得到大大地简化。同时，焊缝的减少能够大幅度地提高内胆的耐压能力。同时，由于新型内胆的冲压较深，冲压后再进行扩孔等加工，因而，对钢板的冲压性能和扩孔性能要求明显提高。为了满足内胆的加工要求，主要采用冷轧钢板，其成形性能优于热轧钢板。现有技术中通常用于内胆的钢板能够满足冲压要求，但其扩孔性能较低，也就是经过深冲后扩孔容易开裂。同时，由于钢中缺乏高温下铁素体晶粒异常长大的抑制机制，在焊接后焊缝和热影响区的晶粒严重异常长大，在高温涂搪烧成后晶粒也容易长大，造成钢板母材、焊缝和热影响区等的屈服强度下降，最终导致内胆在打压时极易在焊缝周围开裂并漏水。另外，由于钢中贮氢陷阱不足，即使在内胆的单面涂搪条件下，也经常会产生鳞爆现象。公开号为CN1966753A，公开日为2007年2月23日，名称为“一种热轧双面搪瓷用钢板及其制造方法”的中国专利文献涉及一种搪瓷用钢板，其各元素成分(wt.％)为：C：0.02％～0.06％，Si：≤0.50％，Mn：0.15％～0.40％，P：≤0.15％，S：≤0.006％，N≤0.003％，Ti：0.08％～0.20％，AlS：0.005％～0.055％，Ti/C：2.2～5，余量为Fe和不可避免的杂质。热轧状态下组织为晶粒直径在2μm～20μm的铁素体，在组织中均匀分布着直径在20nm以下的TiC粒子。在该专利文献所公开的技术方案中，搪瓷用钢板具有含量较高的Ti元素和含量较低的S元素。公开号为CN101684532A，公开日为2010年3月31日，名称为“一种冷轧热水器用搪瓷钢及生产方法”的中国专利文献公开了一种搪瓷钢，其化学元素质量百分含量为(wt.％)的成份组成：C：0.01％～0.08％，Si≤0.03％，Mn：0.10％～0.60％，P≤0.02％，S：0.003％～0.02％，N：0.001％～0.006％，AlS≤0.04％，Ti：0.02％～0.12％，其余为铁及不可避免的杂质，钢中的过剩钛含量满足关系式：Ti-(4*C+3.43*N+1.5S)≤0。该中国专利文献所公开的搪瓷钢经过模拟搪烧后的屈服强度低于模拟搪烧前的屈服强度。公开号为CN101586210A，公开日为2009年11月25日，名称为“高强度搪瓷用钢及其生产和烧搪工艺”的中国专利文献公开了一种用于搪瓷用钢，其各化学元素的质量百分含量为：C：0.01～0.12，Si≤0.03，Mn：0.50～1.00，P≤0.070，S≤0.015，Nb：0.020～0.050，Mo：0.05～0.30，AlS：0.005～0.070，余量为Fe及不可避免的杂质。同时，该搪瓷用钢还满足10Nb≥Mo且0.30≤10Nb+Mo≤0.50。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有高温烘烤硬化性的搪瓷用钢，该搪瓷用钢具有优良的成形性能，良好的焊接性能以及优良的涂搪性能。另外，本专利技术所述的搪瓷用钢还具备优异的搪烧性能，其经过高温搪烧后的屈服强度会显著提升，即具有高温烘烤硬化性。此外，本专利技术所述的搪瓷用钢的合金添加成本低。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种具有高温烘烤硬化性的搪瓷用钢，其化学元素质量百分配比为：C：0.008～0.020％；Mn：0.05～0.50％；S：0.021～0.035％；Alt0.005～0.050％或者AlS0.003～0.045wt.％；0＜N＜0.003％；0＜O≤0.010％；以及Ti元素，且Ti元素的质量百分含量满足N×Ti≤3×10-4，S×Ti≥2×10-3，Ti≥3.43N+1.5S+0.02；余量为Fe和不可避免的杂质元素。本技术方案中不可避免的杂质主要是指P元素和Si元素。P含量较高时很容易在钢中的晶界上偏聚，由此，在搪烧时容易产生气泡和黑点，从而影响搪瓷的表面质量。Si含量较高时不仅会损害钢材的搪瓷性能，而且还会形成延展性很差的氧化物夹杂，从而损害钢的塑性。对于本专利技术的技术方案来说，P元素和Si元素是有害元素，它们在钢中的含量需要越低越好，因此，可以将Si元素的含量控制为≤0.10wt.％，且将P元素的含量控制为≤0.035wt.％。本专利技术所述的具有高温烘烤硬化性的搪瓷用钢中的各化学元素的设计原理为：C和Ti：首先，钢中含碳量对钢板的成形性能和强度有很大影响，含碳量越高，塑性越低，强度越高，反之亦然。其次，碳在钢中除了固溶存在之外，还会形成渗碳体或珠光体等微观组织。此外，在添加钛合金后，碳还可以和钛形成碳化钛化合物。在本专利技术的技术方案中，通过控制碳含量以及与碳发生反应的钛元素的含量，并结合后续的工艺控制，使得碳不会形成珠光体微观组织，而是以呈弥散的碳化物(例如，碳化钛、渗碳体等)或少量固溶形式存在。由于在珠光体微观组织中渗碳体大量聚集，一方面在搪瓷过程中会形成大量的气泡，另一方面在搪烧过程中不利于提高钢材的强度。当碳含量高于0.020wt.％时，则碳很容易形成较为粗大的渗碳体，甚至会产生珠光体微观组织，反之，当碳含量低于0.008wt.％时，并且不仅钢中渗碳体含量小，与钛形成的碳化钛也很少，无法起到强化作用，钢的强度降低，也达不到高温烘烤硬化的效果。对于本专利技术的技术方案来说，加入钛合金的量十分重要。根据钛的化合物形成的溶度积计算可知：钛先和氮发生反应，其次和硫发生反应，最后和碳发生反应，由此，以这样的析出顺序，必定要保证有一部分钛和碳发生反应后形成碳化钛。当加入的钛元素的质量百分含量满足关系式：Ti≥3.43N+1.5S+0.02时，就可以保证有一部分钛和碳反应，并且通过控制热轧工艺来使得渗碳体颗粒较之现有的渗碳体颗粒小，且碳化钛、碳氮化钛以细小颗粒状态存在，以实现基体强化的目的。同时，在搪瓷高温烧成过程中，原本以细小弥散状态存在的渗碳体和碳化钛、碳氮化钛颗粒，在后续加热过程中会有一部分溶解，而在随后的冷却过程中又重新析出，重新析出的颗粒会更加地细小、弥散，从而实现经过高温过程达到烘烤硬化的目的。相反地，如果钛元素的质量百分含量过低，若低于关系式所限定的含量，即Ti＜3.43N+1.5S+0.02时，那么钢中就很难保证存在一定数量的碳化钛、碳氮化钛粒子，这样，也就不能起本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高温烘烤硬化性的搪瓷用钢，其化学元素质量百分配比为：C:0.008～0.020％、Mn:0.05～0.50％、S：0.021～0.035％、Alt：0.005～0.050％或AlS：0.003～0.045％、0＜N＜0.003％，0＜O≤0.010％以及Ti元素，且Ti元素的质量百分含量满足N×Ti≤3×10‑4，S×Ti≥2×10‑3，Ti≥3.43N+1.5S+0.02，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种具有高温烘烤硬化性的搪瓷用钢，其化学元素质量百分配比为：C:0.008～0.020％、Mn:0.05～0.50％、S：0.021～0.035％、Alt：0.005～0.050％或AlS：0.003～0.045％、0＜N＜0.003％，0＜O≤0.010％以及Ti元素，且Ti元素的质量百分含量满足N×Ti≤3×10-4，S×Ti≥2×10-3，Ti≥3.43N+1.5S+0.02，余量为Fe和不可避免的杂质元素；其中，所述C元素以弥散的碳化物形式存在，所述碳化物为渗碳体和颗粒细小的碳化钛、碳氮化钛，所述碳化钛、碳氮化钛颗粒的粒径为10～30μm。2.如权利要求1所述的具有高温烘烤硬化性的搪瓷用钢，其特征在于，还含有0＜Cu≤0.10％、0＜Cr≤0.10％、0＜Ni≤0.10％、0＜Mo≤0.10％、0＜Nb≤0.010％、0＜V≤0.020％、0＜B≤0.0005％的至少其中之一，且0.05％≤5×Nb+Cu+V+Ni+Cr+Mo+10×B≤0.20％。3.如权利要求1所述的具有高温烘烤硬化性的搪瓷用钢，其特征在于，所述C元素含量为C:0.015～0.020％。4.如权利要求1所述的具有高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙全社，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31