方 磊， 黄亚鹤

(南京钢铁股份有限公司, 江苏 南京 210035)

南钢N245RTC搪瓷钢的开发

方 磊， 黄亚鹤

(南京钢铁股份有限公司, 江苏 南京 210035)

摘要：介绍了搪玻璃专用中厚板和双面搪瓷用热轧卷板的开发试验，以Ti元素作为捕氢陷阱的形成元素，通过控制w(Ti)/w(C)比及析出粒子的数量，消除鳞爆现象，可以生产出搪瓷性能优异的双面搪瓷热轧钢板，取得了良好的效果。

关键词：搪瓷钢; Ti； 鳞爆

引 言

搪瓷钢板在国民经济中发挥着十分重要的作用，在日常生活中与人们的关系十分密切，广泛地应用于轻工、家电、冶金、化工、建筑等行业，制作厨房用具、卫生洁具、燃烤炉、热水器内胆、建筑饰面板、化工反应罐等等。搪瓷钢板若设计不合理在搪瓷烧制后易产生鳞爆缺陷。鳞爆是指搪瓷制品表面釉层产生的大小不等、深浅不一的半月形鱼鳞状剥落现象，是搪瓷制品报废的主要原因之一[1]。由于鳞爆出现的时间不确定，有时在产品生产出来时就立即出现，有时在放入仓库里以后才出现，甚至在用户使用时出现在制品表面，因此，抗鳞爆缺陷是搪瓷钢开发要解决的首要问题。

1 设计思路

1.1 鳞爆原因分析

鳞爆产生的原因主要是钢板中的氢原子在搪瓷后的一段时期内从钢板中释放出来，富集到钢板与瓷层界面的缺陷里，形成氢气气泡，产生的压力超过搪瓷层的强度极限后，导致瓷层的破坏并以点状、鳞片状脱落。随着冶炼技术的发展，熔炼过程中钢的容氢量可以控制在很低的程度。从搪瓷制品的生产工艺来看，钢板中溶入氢主要通过两种方式：一是钢板酸洗过程中，酸与氧化铁皮首先发生化学反应，然后酸与金属反应，产生的氢部分以原子H的形式溶入钢板中；二是在搪瓷烧制过程中，釉料中的H2O在高温下与Fe发生反应，产生的氢一部分以氢气的形式进入空气，一部分则溶于钢板中[2]。

1.2 鳞爆的对策

为避免鳞爆的发生，一方面要设法在钢中生成一些能够吸附氢原子的界面，这些界面在高温下必须能稳定吸附氢原子，在钢板的温度降到常温后氢原子仍然摆脱不了束缚，从而避免从钢板中逸出并在界面富集。此外，由于奥氏体晶格的高温溶氢能力是铁素体的1.25倍以上，所以要考虑尽可能避免基体钢板在搪烧时发生α→γ的相变，以减少进入钢板中的氢原子。作为增强捕氢能力的方法，可提高钢板中物理氢陷阱和化学氢陷阱的数量。但由于大部分物理氢陷阱在搪烧工艺过程中都是不稳定的，因此最有价值的还是与氢具有化学亲和力的氢陷阱。Ti的析出粒子作为化学氢陷阱，在很早就被用在冷轧搪瓷钢中，如有较高冲压性能要求的冷轧深冲搪瓷钢中，Ti4C2S2,TiN和TiC等析出粒子作为氢陷阱起到了重要的作用。另外Cu、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。通过前期调研，南京钢铁股份有限公司(以下简称“南钢”)的搪瓷钢开发拟采用加钛的方式，来提高钢板的捕氢能力。

1.3 不同w(Ti)及w(Ti)/ω(C)对氢渗透时间的影响

有研究者认为[2-3]，w(Ti)/w(C)>2即可提高钢板的抗鳞爆性能。也有研究者认为[4]，抗鳞爆性能只与钢中w(Ti)有关，当w(Ti) >0.05%即可。前期，本研究进行了一组w(Ti)/w(C)与氢渗透时间的关系的试验，结果表明，氢渗透时间与w(Ti)及w(Ti)/w(C)均呈单调上升的关系，当w(Ti)/w(C)>1.5时，钢板则表现出更稳定的捕氢能力。鉴于此，w(Ti)及w(Ti)/w(C)作为南钢热轧搪瓷钢成分设计中着重考虑的一个重要问题。

1.4 成分设计

通过调研和前期试验摸索，南钢设计出N245RTC搪瓷钢化学成分内控要求如表1所示。

表1 N245RTC内控化学成分

备注：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 搪瓷试验

工业试制选用9炉满足钢种成分要求的样品请某公司进行搪瓷试验：

第一组是钢板轧制后在670 ℃进行长时间保温处理(模拟卷取)的样品。钢板样品尺寸为150 mm×150 mm，厚度为4 mm，以850 ℃×6 min的制度正火处理，并喷丸除去表面锈，通过湿涂法双面上底釉，底釉厚度为182～307 μm，采用的搪烧工艺是880 ℃×9 min，空冷，搪烧后放置120 h，没有发现鳞爆现象。

第二组样品成分与第一组相同，但钢板轧制后的冷却方式是水冷+空冷(没有进行模拟卷取处理)，水冷后的温度约为650 ℃。样品打砂处理后直接进行双面搪瓷试验，搪烧工艺与第一组相同。搪烧后也放置120 h，发现这组样品出现了鳞爆点，最少的为2点，最多的达11点；但鳞爆点的多少与w(Ti)和w(Ti)/w(C)没有对应规律。

分析认为，没有经过在670℃长时间保温处理的样品，Ti主要是以固溶状态存在，并没有形成足够数量的作为氢陷阱的Ti析出粒子而阻碍氢向钢中的扩散，因此搪烧过程中氢更容易渗入到钢中，搪烧后也没有形成足够的析出粒子作为储存氢的缺陷空隙，所以搪烧后仍然有过剩的自由氢渗出到钢——瓷界面，导致鳞爆。

图1是样品(搪前)在两种热处理后析出粒子形态对比。从图1中可见，经过670 ℃长时间保温的图1(b)中的样品有较多的粒径在20 nm以上的Ti的析出粒子，而没有经过保温处理图1(a)中的样品析出粒子则非常细小。对这两种样品(样品厚度约为4 mm)用电解水渗氢仪进行裸板渗氢试验，发现图1(a)中的样品的氢渗过时间T0只有5 min，而图1(b)中的样品的T0则为26 min。

图1 不同温度保温处理后样品的析出粒子形貌

3 应用效果

对南钢工业生产的搪玻璃专用板进行了性能检测，其中化学成分如表2所示。

选择了4种不同的釉进行了考察抗鳞爆性能的搪瓷试验，结果表明，所开发的专用钢板，能完全消除鳞爆、气孔缺陷，满足双面搪瓷制品的要求。

表3为南钢生产的正火态和热轧态搪瓷用钢的力学性能检测结果，从表中可以看出，其力学性能均符合要求。表4为南钢生产的正火态和热轧态搪瓷用钢在不同温度下的冲击试验结果，所用试样均为V型缺口试样，部分试样的取样位置是厚度的1/2或者1/4处；可以看出，无论是全厚度试样，还是在厚度为1/2或者1/4处，这些冲击功试验值均超出了标准规定。

表2 搪玻璃专用板的化学成分

表3 正火和热轧态搪瓷用钢的力学性能

序号样品编号钢板规格/mmY.S/MPaT.S/MPaA/%备注114101141440111T637044536.5正火态214101141460111T3432844137正火态314101141470111T6029843031正火态414101141310101T2043049030热轧态

表4 正火和热轧态搪瓷用钢的冲击性能

序号样品编号钢板规格/mm试验温度/℃试样尺寸/mm冲击试验值/J备注114101141440111T605×10×55114,105,114(平均值111)正火态2J14101141440111-01T6-205×10×55109,105,108(平均值107)正火态3J14101141440111-03T6205×10×55132,147,129(平均值136)正火态4J14101141460111-01T34-2010×10×55210,204,225(平均值213)正火态5J14101141460111-03T342010×10×55225,222,228(平均值225)正火态614101141460111T34010×10×55228,225,210(平均值221)正火态7J14101141470111-01T60-2010×10×55110,90,100(平均值100)正火态8J14101141470111-03T602010×10×55252,240,237(平均值243)正火态914101141470111T60010×10×55195,204,192(平均值197)正火态1014101141310101T20010×10×55236,220,238(平均值231)热轧态

4 结束语

(1) 以Ti元素作为捕氢陷阱的形成元素，在控制基本化学元素含量的情况下，通过控制w(Ti)/w(C)，可以生产出搪瓷性能优异的搪瓷热轧钢板。实际生产中必须满足w(Ti)/w(C)>1.5的要求。

(2)制定出合理的热处理工艺，通过热轧后空冷+670℃长时间保温的热处理工艺，可以促进含钛粒子的析出，从而消除鳞爆现象。

(3) 南钢开发的含Ti的搪玻璃专用中厚板，不仅具有优异的搪瓷性能还具有优良的力学性能，取得了良好的使用效果。

参考文献：

[1] 王东明,张万山,董恩龙，等. 鞍钢搪瓷用热轧带钢的开发与应用[J]. 鞍钢技术,2009，(3),27—32.

[2] 徐 春，李晓杰.钛对冷轧超低碳搪瓷钢鳞爆性的影响[J]. 热处理,2011,26(3):17—20.

[3] 孙全社,金 蕾,张庆安.冷轧搪瓷钢板的抗鳞爆性能的研究[J].钢铁, 2000, 35(4): 44—46.

[4] 洗爱平,李培基,王仪康,等.低碳钢中沉淀对氢的捕集[J].金属学报, 1986, 22(3): 181—187.

[5] 张万灵,刘建容.冷轧搪瓷钢板抗鳞爆性能检测方法评述[J].武钢技术, 2009, 47(6): 44—47.

收稿日期：2017-07-24

作者简介：方 磊(1982—)，男，工程师。E-mail：niscofl@163.com

中图分类号：TG142.1