热轧搪瓷用钢板及对攀钢的建议.doc

攀 钢 技 术 5热轧搪瓷用钢板及对攀钢的建议吴菊环（攀钢集团研究院有限公司）摘要：介绍热轧搪瓷钢板的成分和生产工艺及市场需求，阐述搪瓷钢板在成形性能、抗鳞爆性能以及强度等方面的技术要求，以及搪瓷钢板的应用领域。研究表明，在我国热轧搪瓷钢板的市场正在不断扩大，攀钢具备生产搪瓷钢板的优势，提出了攀钢开发热轧搪瓷钢板以满足不同搪瓷制品的生产需要的建议。关键词：搪瓷钢板；化学成分；生产工艺；性能；开发和应用引言搪瓷钢板广泛地应用于轻工、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、建筑装饰面板、化工反应罐等等，由于搪瓷产品固有的性能、成本优势，其市场需求及空间巨大。搪瓷钢的种类很多，按生产工艺分有热轧板、酸洗板、冷轧板和涂层板等；按搪瓷工艺分有一次搪瓷和两次搪瓷，有单面搪瓷和双面搪瓷，有湿法搪瓷和静电干粉搪瓷等；按成形性能可分为CQ、DQ、DDQ到EDDQ等不同冲压级别；从屈服强度上可分为245、330、360 MPa等各种不同的强度级别1。热轧搪瓷用钢板是近年来开发和使用的经济环保类产品，主要应用于建筑消防设施、家电热水器、石油化工等工业容器、高层建筑用高位水箱、环保行业罐体、环保水处理工程、自来水工程等。我国传统搪瓷制品的生产商主要是中小型企业，其产品包括日用搪瓷物品、搪玻璃化工设备等。如搪玻璃化工反应釜、搪玻璃储存容器、搪瓷冷凝器等主要是以热轧钢板为原料制造。随着我国化工行业的发展，这部分的市场需求份额在逐步增加，目前钢材需求量每年大约在15万t。随着我国经济的发展，搪瓷制品的应用范围已经开始呈现多元化的趋势。比如，大型的搪瓷板拼装型储罐正逐步在水处理工程、仓储业、生物能源工程等领域推广；在建筑领域应用；家电行业，热水器内胆开始采用搪瓷结构件制造；电烤箱、炉具等厨房用品也开始大量使用搪瓷钢板。我国在搪瓷钢方面的开发始于20世纪80年代末期，曾开发生产过日用冷轧搪瓷钢、化工搪瓷用钢等产品，储备了丰富的搪瓷钢技术。武钢是我国最早开发搪瓷用钢的企业；宝钢自1997年以来针对市场的需求开发出新一代的系列搪瓷专用钢板；2006年，鞍钢率先抢占高强度双面搪瓷用热轧钢板市场，并围绕产品特性，成功开发生产出新产品。近几年，为降低成本，市场上出现了以热轧搪瓷用钢代替冷轧搪瓷用钢的发展趋势，在替代的过程中，搪瓷钢鳞爆缺陷等成了首要解决的核心技术问题。热轧搪瓷钢板品种及其生产工艺1.1热轧搪瓷钢板的分类根据用途，搪瓷用热轧钢板大体可分为四种类型，第一种是用于热水器内胆制造的热轧薄板，其厚度规格在1.52.5 mm，单面搪瓷能够满足要求。并需要有一定的搪后强度，以保障低周疲劳强度，提高内胆使用寿命。第二种类型是生产搪玻璃化工设备的热轧钢板，其厚度范围为840 mm，都是单面搪瓷，以往大多以普通碳素钢替代，制造时搪烧的工序成本较高，所制作的设备使用寿命短。2006年以后，工业搪瓷行业协会提出“要使用专用钢板制造搪玻璃设备，以使其质量水平与国外先进国家接轨，从而全面提高我国产品的竞争力”的设想。目前，我国已经完成了245 MPa级专用钢板的研发工作。为使搪玻璃设备达到与美国、欧洲制品同等的实物质量，专用钢板需具有良好的密着性、耐温差激变性能、抗鳞爆性能、可抑制气泡发生等特点，同时为保障制品作为压力容器使用时的安全性，钢板需要具有良好的焊接性和稳定、均衡的力学性能。为满足这些性能，需限定C、Ti等关键成分的范围，对关键性的工艺方法予以规定。第三种类型是用于各种搪瓷板拼装型储罐的热轧钢板。这种拼装型罐体结构是近年才引入我国的，主要应用于城市垃圾渗液和生活污水处理、工业污水处理。在农村及大型养殖场、酒厂、食品厂，也在逐渐推广以这种结构为主体的生物能源工程，作为一个新兴产业的主导产品，其市场前景是非常广阔的。另外，以搪瓷结构为基础的气体冷凝、分馏设备也开始推广。应用于这些结构的钢板，其厚度规格范围为210 mm，搪瓷方面的要求较高，需要具有良好的双面搪瓷性能。在力学方面，主要是材料搪烧后的强度需保障结构安全。在表面质量方面的要求较高，而在成型方面的要求则不高。此外，热轧超低碳搪瓷钢具有良好的深冲性能和优良的涂搪性能，可以部分替代冷轧搪瓷钢板，主要用于生产形状比较复杂的制品如烧烤炉、烤箱、炉具、浴缸等。1.2 品种及生产工艺1.2.1 热轧高强度搪瓷钢板系列热轧高强度搪瓷钢板系列具有不同的强度级别和冲压性能，并具有良好的焊接性能和涂搪性能。其性能特点和用途见表l。在搪瓷制品的生产过程中，除了要求钢板具有良好的涂搪性能外，针对不同用途，要求具有不同的强度级别，如生产耐压的热水器内胆等既要求钢板具有良好的成形性，满足内胆封头的冲压成形，又要有较高的强度，保证内胆能够承受压强为1.01.2 MPa的耐压试验和高压水循环试验，以及良好的焊接性，使焊缝处及热影响区在涂搪性能和耐压能力方面不致于成为薄弱环节。对于一些难冲件则需要有良好的深冲性以满足成形的要求，所以只有不同强度级别和冲压级别的热轧钢板才能够满足各种搪瓷制品的不同需要。表1 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超低碳超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抗鳞爆性能优良密着性能浴缸、烧烤炉、烤箱等BTC245R高强度热轧酸洗钢板较高强度良好超深冲性能良好的抗鳞爆性能优良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能良好的抗鳞爆性能良好的密着性能热水器内胆、化工罐等攀 钢 技 术 7对热轧高强度搪瓷钢板来说，按钢板的屈服强度分为245、330、360 MPa等级别，主要用于生产热水器内胆、化工反应罐等耐压容器。钢板的强度级别不同，对应的成形性要求也不同。高强度热轧搪瓷板一般以酸洗板表面状态交货，其生产工艺流程为：转炉冶炼真空脱气连铸热轧酸洗平整、剪切、涂油和包装。1.2.2 热轧深冲用搪瓷钢板热轧深冲用搪瓷钢是一种具有深冲性能和优良涂搪性能的专用钢，主要用于生产成形较复杂、搪瓷质量要求高的制品如烧烤炉等，可以部分替代冷轧板，因而其应用范围较广。其生产工艺流程同热轧高强度搪瓷钢板系列。2 搪瓷钢的成分要求和性能特点钢板上搪瓷涂层的质量取决于基体金属的性能、涂层的组成和搪烧工艺等因素，因此，选择合适的钢种及其生产工艺，对于提高密着性及抗鳞爆性能起着重要的作用。搪瓷钢板的主要技术要求有：良好的冲压成型性；钢板与瓷釉有良好的密着性；良好的涂搪性，抗鳞爆缺陷；搪烧后成品变形小等。以工业搪瓷钢板为例，它主要用于使用温度为200 各种酸性以及使用温度为80110 中性和碱性介质的反应罐等大型容器。其中搪玻璃反应罐属于低压容器，除要求原板有一定的强度和可焊性外，还要求具有良好的涂搪性，冷热成型性和中低温性能。要获得这些良好的综合性能，无论在钢种化学成分上还是冶炼轧制工艺上往往相互矛盾，难以统一。2.1 化学成分由于冶金装备的发展和技术水平的提高，特别是超低碳、超低氮和超低硫钢冶炼水平的提高和连铸工艺的采用，使得纯净钢的生产得到了快速发展。但是，纯净钢由于钢质纯净，使得贮氢的氢陷阱减少，导致钢板的抗鳞爆性能变差，因而无法满足搪瓷的要求。为此需在钢中添加合金元素以在钢中形成一定的夹杂物和析出物，并控制尺寸和分布，使钢板既具有优良的成形性能又具有优良的抗鳞爆性能。典型搪瓷钢的化学成分要求见表2。表搪瓷钢的化学成分要求牌号CSiMnPSAl其它合金元素BTC10.0080.030.100.300.0200.050.07Ti等BTC330R0.160.050.900.070.050.02有BTC245R0.160.050.900.070.050.02有BTCR30.0080.050.500.0200.050.07有从表2可见，超深冲搪瓷钢板(BTC1)以超低碳钢为基础，通过加人适量的合金元素，实现超深冲性能和优良的抗鳞爆性能。高强度搪瓷钢则基于低碳钢，并适当地加人合金元素，实现强度、塑性和涂搪性的良好匹配。2.2 性能要求搪瓷钢板的性能要求与其加工工艺密切相关，主要包括强度、成形性、抗鳞爆性、密着性和焊接性等，不同的用途，要求具有不同的综合性能相适应。其力学性能要求见表3。表3 搪瓷钢的力学性能要求牌号ReL/MPaRm/MPaA50/%n值r值BTC1190270320430.191.6BTC330R33040022BTC245R24534028BTCR3190275352.2.1 成形性能热轧深冲钢基于超低碳钢，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、析出强化和固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。2.2.2 抗鳞爆性能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，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。如果氢在钢板中扩散得慢，在相同的搪瓷工艺下进入钢板中的氢就少，这将有利于防止搪瓷制品的鳞爆。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。在搪瓷钢板的生产中，可通过添加足够的Ti、RE和B等合金元素，它们在钢中与C、N和S元素化合，形成足够的第二相粒子，这些第二相粒子尺寸细小呈弥散分布，成为良好的贮氢陷阱，从而提高了钢板的抗鳞爆性能。2.2.3 抗挠性能挠曲是钢板经搪烧以后发生变形的原因之一。钢板的抗挠性与板厚、晶粒度和化学成分有关。在高温搪烧时含钛钢的抗变形能力强于普碳钢。2.2.4 搪瓷密着性瓷层与基板之间的结合力即搪瓷密着性。在搪瓷钢的生产过程中，一方面依靠添加适当的合金元素，有利于钢板与瓷釉结合，另一方面在精整时采用特殊的轧辊进行平整，控制钢板的表面结构，实现良好的密着性能。2.2.5 搪烧后的强度高强度搪瓷钢板由于添加了合金元素钛，提高了搪烧后钢板的强度稳定性。3 搪瓷钢的实物性能和应用3.1 实物性能典型的搪瓷钢的实物性能见表4。表4 搪瓷钢板实物力学性能牌号厚度/mmReL/MPaRm/MPaA50/%nmrmBTC11.5140306500.242.0BTC245R2.027038641BTC330R1.634545430攀 钢 技 术 93.2 产品应用实例 浙江开尔实业有限公司成为第一家进入地铁高档搪瓷钢板装饰材料领域的国内企业。2007年，其生产的搪瓷钢板被奥组委认可，在北京地铁奥支线、北京奥林匹克公园地下环形隧道工程中被采用，使用量达6万m2。其产品还用于深圳地铁装饰材料工程，用于墙面、柱面的装饰及站台壁画等工程项目。搪瓷钢板应用实例如图1所示。图奥运村污水处理厂改扩建工程 图北京大兴区后安定村沼气工程图吉林乾安油田回注水工程市场及建议据有关专家介绍，在我国搪瓷钢领域，过去只有单面搪瓷用热轧和冷轧钢板等产品。随着国内环保、化工、仓储等行业迅猛发展，市场对搪瓷钢的性能要求越来越高，急需高强度双面搪瓷用热轧钢板产品。高强度双面搪瓷用热轧钢板因具有可实现致密型釉料双面搪瓷，良好的抗鳞爆性、酸洗性、涂搪密着性、焊接性和搪瓷后钢板强度高等特点，成为搪瓷钢系列中的高端产品，且市场前景广阔，经济效益显著。搪瓷钢制品比不锈钢制品、铝制品价格便宜，比塑料制品耐高温。具有不老化，耐酸碱，耐高温和易洗涤等优点，广泛使用于化工、轻工、医药、酿造等行业。特别是近年来在地铁、隧道、车站、机场、体育馆等内部装饰及建筑外墙上的应用日益显现。搪瓷钢制品既有钢板的坚韧性、抗冲击性等优点，又具有无机搪瓷层超强耐酸碱、超级耐久、不燃性、无污染、光滑美观等特点，在国内外已被广泛应用。在20世纪80年代初期我国每年需要的搪瓷钢板只有15万t，几乎全部依靠进口解决，表5是80年代国内外搪瓷钢板使用情况。1995年需求达32万t，其中日用搪瓷制品占85，需27万t薄的冷轧搪瓷钢板，工业用搪瓷制品只占15%，约5万t厚的热轧搪瓷钢板，少量为厚618 mm热轧中板；2000年需求达到了46万t，其中日用板为39万t，工业用板为7万t；而2008年搪瓷钢板需求为100万t，其中热轧搪瓷钢板的需求达到了15万t。表5 国内外搪瓷钢板使用情况使用量/(万ta-1)人口/亿人均占有量/(kg人-1)美国1302.345.55西德28.50.614.75日本18.191.291.53捷克120.167.5中国14.910.50.17表5说明我国与国外比存在差距，但差距背后反映的是市场潜力的巨大。因此，广泛开发搪瓷制品及用途具有广阔前景。为满足市场需求，武钢、宝钢、鞍钢开发了热轧深冲搪瓷钢和热轧高强度搪瓷钢系列，供国内外用户使用，受到普遍欢迎。我国是一个搪瓷钢板的消费大国，实际生产满足不了搪瓷工业的需要。近年来，随着我国化工、轻工、医药、食品工业的蓬勃发展，对热轧搪玻璃反应罐需求剧增。但国内合适的搪玻璃专用钢品种较少，大多数厂家以A3作原板，由于这类钢板涂搪性差，搪烧遍数多，搪烧废品率高，使用寿命短等原因造成了很大的浪费。为满足用户对高质量搪瓷钢板的迫切要求，开发热轧搪瓷钢