搪瓷用钢板的研究进展

搪瓷用钢板的研究进展 摘 要：综述国内外搪瓷用钢板现状和发展，阐述国内外搪瓷钢板

的不同分类和搪瓷钢板的成形性能、密着性、抗鳞爆性能及影响搪瓷钢板性能的因素，探讨改善和提高搪瓷钢板性能的措施。 关键字：搪瓷钢板；成形性；密着性；抗鳞爆性；改善

一、前言 搪瓷用钢板是一种适用于制造搪瓷制品的深冲钢板。我国在化工搪瓷设备上已取得较好的效果，但搪瓷钢板的生产与需要差距极大,远不能适应搪瓷工业的需要[1]。 搪瓷制品是由钢板和瓷釉组成的一种复合材料,它是通过特殊的工艺,把一种低融点的玻璃质在800-900℃烘烤在钢板上,要求钢板具有良好的导电性、易受酸类腐蚀、膨胀系数大、延展性好、冷加工性好[2]。 搪瓷工艺过程十分复杂,它包括很多道工序。因此瓷层质量取决于许多因素。即使对各个生产工段严格加以控制,也不能完全避免瓷釉生产中出现缺陷[3]。因此如何改善搪瓷钢板的性能从而改善搪瓷制品的缺陷的问题迫在眉睫。

二、研究背景 搪瓷工业具有悠久的历史,我国是东方最早的搪瓷制品生产国，至今已两千多年了早在唐朝初期就已掌握了在铜上涂搪的生产技术，到了明朝,著名的“景泰蓝”实际上就是一种优秀的搪瓷后来以我国为中心逐渐传向周围的国家和东南亚一带。解放后,我国的搪瓷工业又有了迅速的发展。 但搪瓷钢板则是在世纪初才以生产日用搪瓷制品开始,到年代初用于化工搪瓷方面。目前全世界主要产钢国家,如美、日、苏、西德等均制订有搪瓷钢板国家标准,并已形成系列。为了适应我国搪瓷工业的发展,对搪瓷钢板生产与研究,已引起了有关方面的密切注意。 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、烧烤炉、热水器内胆、建筑饰面板、化工反应罐等等[4]。 长期以来我国用于搪瓷制品的钢板主要靠进口，这种钢板并不是搪瓷专用钢板，而是一般低碳冷轧薄钢板，例如SPCC-SD。近几年搪瓷工业对冷轧薄钢板的需求量约15万吨/年左右，其中约80靠进口[5]。 美国钢铁公司研究实验室的D．A．托兰[6]在1981年文章中介绍了美国生产的几种搪瓷用薄钢板的试验情况，同时还论及各种钢板的发运质量，如抗拉强度与可成形性参数，以供搪瓷作业上的参考并提供了各种钢板在不同搪烧温度下的强度保持和凹变(下垂)数据。 英国钢铁公司的D．R．托马斯，D．琼斯[7]在1984年论著中，首先简介钦与钢的一系列生产过程，其次述及该生产过程对搪瓷作业有影响的各个方面，最后论及有关改善连铸钢制薄钢板的搪瓷作业性能的一些措施。 W．瓦内克，D．吉泽尔和U．沙尔[8]在1985年文章中介绍了联邦德国蒂森冶金公司的试验结果，指出近10年来连铸钢已日益取代模铸锭钢用于生产冷轧薄钢板(产量已超过50吨)。仍处于增大的趋势。连铸钢在化学分析成份的均匀性和冶炼的高纯度方面，导致钢板材质的均匀性和良好冷加工睦能。但是钢板表面由于只有极少数的“氢捕集地”可能使扩散的氢原子重新组台为分子氢，加之搪瓷层冷却后的非金属夹杂物含量低，因而有引起鳞爆的危险。 K．布里克[9]在1986年的评论中指出，现今适用于搪瓷工业的钢板种类较多，其特征标志为：1．沸腾锕或半镇静低碳钢，2．搪瓷用铁皮，3．脱碳的拂腾钢或半镇静钢，4．脱碳的沸腾镇静锕，5．脱碳的镇静钢，6．沸腾的镇静的搪瓷铁皮，7．含钛的镇静钢，8．无填隙钢。其中一些钢号只有报窄的市场，供应很特殊用途的用户。

三、研究现状 宝钢钢铁集团的孙全社博士研究出宝钢的冷轧和热轧搪瓷钢能够满足不同搪瓷制品的生产需要。 徐春，李晓杰[10]发现,含钛的钢搪瓷鳞爆现象较轻；当退火温度提高到750℃时无鳞爆出现。显微组织分析表明,含钛钢中生成了钛化物相,并且随着退火温度的提高,钛化物析出量增多。氢渗透曲线测试证明,氢穿透时间和氢陷阱系数明显高于不含钛的钢。此外,随着退火温度的提高,氢渗透时间和氢陷阱系数也增大,而氢的扩散系数则降低。 田德新，叶仲超，李平和[11]研究发现，IF钢搪瓷板中的析出相主要为TiS、Ti4C2S2、TiN以及细小的FeTiP相；钢的碳含量增加和低的热轧加热温度有助于Ti4C2S2相的析出；钢中富余的固溶Ti将在退火温度下形成FeTiP相；粗大的TiS、Ti4C2S2析出相,既使钢板具有良好的涂搪性能,又对钢的深冲性能无有害影响,因此,IF钢搪瓷板具有很好的涂搪性能和深冲性能。 日本资料介绍,搪瓷用钢板内加入少量界的稀土元素如斓系元素对改进涂搪性能大有好处。这是因为稀土元素有吸藏钢中氢的作用因此对防止“鳞爆”的产生获得了明显的效果。资料还资绍,适当控制钢中铬与氧的比例也能克服搪瓷“鳞爆”,当份比在一时,效果最好。鳞爆也称冷爆。它是搪瓷制品最易产生的缺陷,不仅在烧成时立即出现,就是在制成后几天,甚至几个月后也可能产生。这对产品质量和使用价值影响极大。鳞爆缺陷的产生与钢板、釉料的成分以及搪烧工艺有关。但就钢板本身来说,则要求有良好的抗鳞爆性。 3.1. 搪瓷钢板的分类： 1．按生产工艺分有热轧板(酸洗板)、冷轧板和覆层板等； 2．按搪瓷工艺分有一次搪瓷和两次搪瓷,单面搪瓷和双面搪瓷,湿法搪瓷和静电干粉搪瓷等； 3．按成形性能可分为CQ、DQ、DDQ到EDDQ等不同冲压级别； 4．从强度上可分为如245MPa、330MPa等不同的强度级别。 5．按钢板的含碳量分： 1)．松卷退火的脱碳薄钢板(<0.008％C)，适用于制造一次涂搪和两次涂搪制品。 2)．低碳(0.02％C)类金属薄钢板，仅适于制作两次涂搪制品； 3)．高碳(0.1％C)冷轧沸腾钢板，适于造技术要求不甚高的两次涂搪品[12]。 3.2. 搪瓷钢板主要的性能： 3.2.1. 搪瓷钢板的成形性 生产超低碳钢过程中,通过适量的合金配比、高温终轧和高温退火等工艺,控制钛在钢中的析出行为,促进铁素体晶粒的长大和{111}<110>等再结晶织构的发展,以实现高的延伸率、高n值、高r值和无时效性。热轧深冲钢也基于超低碳钢,通过控制热轧工艺来提高钢板的成形性。热轧高强钢系列则主要通过细化晶粒、析出强化和晶溶强化等强化机制提高钢板强度的同时,保证钢板具有一定的成形性。 3.2.2. 搪瓷钢板的密着性 搪瓷粘结性,也称密着性。它是搪瓷钢板用特定的搪瓷工艺,在钢板上涂搪,经焙烧后能形成粘附良好而无孔隙与气饱的覆盖层。密着性能是衡量底釉和金属结合强度的,其密着性能愈好的瓷层,搪瓷产品的强度就愈高,底釉和金属相互结合的程度就越牢固[13]。 3.2.3. 搪瓷钢板的抗鳞爆性 抗鳞爆性能是搪瓷钢板应有的最基本、也是最重要的性能指标之一。导致搪瓷制品产生鳞爆是由氢造成的,氢主要是在酸洗和搪烧过程中进入钢板的,所以除了改进搪瓷工艺外,还应改善钢板本身的抗鳞爆性能[14]。钢中的晶界、位错、空穴、夹杂物和析出相等都是良好的氢陷阱,但超低碳钢由于钢质纯净没有足够的氢陷阱,满足不了搪瓷时抗鳞爆的需要,因此对于搪瓷钢,需要针对不同的搪瓷用途,调整钢的成分和生产工艺,以保证钢中有足够的氢陷阱,实现良好的抗鳞爆性能[15]。 3.3. 搪瓷钢板的性能的影响因素： 3.3.1. 合金元素的形响[16] 1．碳的影响： 一般认为,0.12%C是搪瓷钢板允许含碳量的上限。提高含碳童将使搪瓷制品烘烤变形增大,并且钢板中的碳原子容易与瓷釉中的氧起反应生成一氧化碳,使搪瓷制品表面产生气泡,此外,含碳量对深冲性能也有影响。 2．锰的影响： 沸腾钢的锰含量通常在0.5%以下,但是钢的实际含锰量可达0.2-0.3%。当钢中的锰含量低于0.25%时,钢板涂搪时的密着性将达90-100%,当钢中的锰含量高于0.25%时,在冷轧状态下钢板涂搪的密着性还勉强可以,但退火后密着性降低程变得比较弱,不至于引起密着性降低。 3．氮的影响 氮是原子半径比较小的原子氮在铁中的溶解度与温度有关,在高温时氮的溶解度比较大,形成固溶体,当温度降低到室温时氮的溶解度显着降低如果从高温快冷至室退时,则氮要残留在过饱和固溶体中,处于不稳定状态,使钢具有时效性。 4．钛的影响 钛是一种碳化物形成元素,研究表明,加入与钢中的碳成比例的钛可固定碳,使钢具有优良的深冲性和比较高的下值比约为时下值最高随着钛含量的提高,钢中氢的表观扩散系数减小[17]。 5．氧的影响 钢中的氧主要以夹杂物形式存在。沸腾钢的夹杂物主要是研究结果表明,钢中的含氧量与钢,协氢的表观扩散系数有关随着钢中含氧量的减少,钢中氢的表观扩散系数增大也就是说钢的“纯洁度”与氢的表观扩散系数有关,钢越纯净,氢的表观扩散系数也越大。这些都表明,钢中氧化物等夹杂物做为钢中氢的“储藏器”是很有效的。 6．其它合金元素的影响 钢中加入0.03%的Cu可提高钢板涂搪时的密着性，铝镇静钢加入少量的硅可改变钢锭心部夹杂物含量和形状,硅原子半径与铁原子半径大小不同,可利用硅原子产生的晶格畸变区,以提高钢的储氢能力。 3.3.2. 冶炼、热加工、热处理的影响[18] 1．沸腾钢 沸腾钢偏析大,容易引起化学成分偏析,所以冷加工性能不如铝镇静钢此外它的时效倾向坦比较大,必须用镇静钢代替铝镇静钢，铝镇静钢的化学成分、机械性能比较均匀,钢中的氮被铝固定,冷轧后再结晶退火时,由于析出的作用,使铝镇静钢形成了对深冲有利的织构,