搪玻璃鋼板是制造搪玻璃反應(yīng)釜的主要材料，其性能的好壞直接影響搪玻璃反應(yīng)釜的質(zhì)量和使用壽命。一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)搪玻璃鋼板已有系統(tǒng)研究，并制定了相應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)是搪玻璃反應(yīng)釜的生產(chǎn)大國(guó)，用于制造各種搪玻璃反應(yīng)釜所消耗的鋼材總量已很過(guò)15萬(wàn)t，但由于制造搪玻璃反應(yīng)釜材料基本用Q235B及20g等鋼種替代，致使搪玻璃反應(yīng)釜生產(chǎn)存在能耗大、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定以及使用壽命短等缺點(diǎn)，削弱了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，制約了我國(guó)搪玻璃反應(yīng)釜制造業(yè)的發(fā)展。
為滿(mǎn)足搪玻璃反應(yīng)釜制造需求，本文根據(jù)搪玻璃反應(yīng)釜專(zhuān)用鋼板的特性，通過(guò)工業(yè)試制（成分及工藝設(shè)計(jì)），并結(jié)合組織與性能分析，確定了生產(chǎn)搪玻璃反應(yīng)釜用鋼的工藝制度，為搪玻璃反應(yīng)釜專(zhuān)用鋼板的規(guī)模生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
1成分及工藝設(shè)計(jì)
1.1成分設(shè)計(jì)
根據(jù)搪玻璃專(zhuān)用鋼板的強(qiáng)度指標(biāo)要求、搪瓷性能、沖壓加工性能及焊接性能要求，確定了試驗(yàn)鋼的冶煉成分，見(jiàn)表1所示。
由于搪玻璃反應(yīng)釜的特殊生產(chǎn)過(guò)程，在制品上無(wú)法保留組織強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等的作用效果，所以強(qiáng)度方面主要需要依靠C、Mn等元素的固溶強(qiáng)化來(lái)保障。過(guò)高含量的C會(huì)導(dǎo)致搪瓷氣泡缺陷發(fā)生，影響搪瓷質(zhì)量。所以對(duì)碳含量范圍做了嚴(yán)格的限定，同時(shí)通過(guò)控制Mn含量，來(lái)補(bǔ)償固溶強(qiáng)化的幅度。
搪瓷性能包括抗鱗爆性能，抗氣孔性能以及密著性能。對(duì)于抗鱗爆性能，選擇了Ti作為氫陷阱的主要形成元素，規(guī)定了Ti/C≥l。同時(shí)控制Ti含量在合適的水平，避免Ti元素過(guò)高對(duì)連鑄坯造成的質(zhì)量缺陷，以保證鋼板的表面質(zhì)量。搪瓷氣孔缺陷的發(fā)生取決于鋼材表面的C在搪燒過(guò)程中與釉層內(nèi)的氧的反應(yīng)。已有的研究表明，C含量控制在0.12%以下，可以避免氣孔缺陷的發(fā)生。鋼中加入1：1以上比例的Ti，可以使部分C以TiC的形式被固定，這部分被固定的C不易被氧化，這將進(jìn)一步降低氣孔缺陷的發(fā)生率。鋼中Si、Al等元素在搪燒過(guò)程中會(huì)先行生成氧化物膜，阻礙密著層的生成，因此對(duì)這些元素的含量進(jìn)行了限定。
1.2工藝設(shè)計(jì)
搪玻璃鋼板的工藝流程為：鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉-連鑄-板坯加熱-軋制-矯直一剪切一熱處理一檢查入庫(kù)。
采用鐵水預(yù)處理進(jìn)行深脫硫、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉、鋼水RH真空處理等爐外精煉工藝。精煉脫氣后加入鈦鐵進(jìn)行合金化處理。鋼水經(jīng)過(guò)喂SiCa線(xiàn)處理并充分鎮(zhèn)靜后，連鑄成板坯，連鑄坯厚度為230mm。為保證連鑄坯質(zhì)量，中間包鋼水采用低過(guò)熱度，全程保護(hù)澆鑄。在中厚板生產(chǎn)線(xiàn)采用兩階段控制軋制。階段軋制溫度≥1050℃，中間坯厚度為成品板的2.5倍以上；第二階段軋制終軋溫度≥900℃，累計(jì)變形率≥50010，鋼板厚度規(guī)格為8—40mm。熱軋后經(jīng)過(guò)在線(xiàn)矯直、切尺后，進(jìn)行正火處理，以保障鋼板質(zhì)量。
2試驗(yàn)的材料和方法
試樣取自鞍鋼厚板廠(chǎng)生產(chǎn)的鋼板，在板寬1/4處取樣。拉伸試樣采用φ10mm橫向標(biāo)準(zhǔn)圓試樣；沖擊試樣為橫向，加工成10mm×10mm×55mm的標(biāo)準(zhǔn)V型缺口試樣。在Olympus光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行微觀組織觀察，在TecnaiG2透射電子顯微鏡下進(jìn)行析出物觀察。利用電爐進(jìn)行反復(fù)搪燒處理，用彎曲法和拉伸法兩種方法測(cè)試鋼板與其釉層的密著強(qiáng)度。
3微觀組織與性熊分析
3.1微觀組織
在金相顯微鏡下觀察，正火處理后鋼板的顯微組織為鐵素體+少量珠光體，晶粒度9級(jí)，如圖1所示。在透射電鏡下觀察，鐵素體基體上分布有大量的彌散析出的TiC第二相粒子，如圖2所示。
鋼板經(jīng)反復(fù)搪燒處理后的金相組織為鐵素體+少量珠光體，晶粒度仍保持9級(jí)，見(jiàn)圖3。由圖4可見(jiàn)，二相粒子TiC析出更充分，分布均勻并趨于球化。鋼板正火處理后，組織更加均勻和細(xì)化，TiC粒子析出充分，提高了鋼板的強(qiáng)度和韌性。
3.2力學(xué)性能
鋼板的拉伸和冷彎性能結(jié)果見(jiàn)表2，沖擊韌性見(jiàn)表3?？梢钥闯鲂阅苓_(dá)到指標(biāo)要求，并且沖擊韌性余量很大。這主要是由于其細(xì)小的鐵素體晶粒組織，不易產(chǎn)生應(yīng)力集中和解理斷裂，促使韌性提高，韌脆轉(zhuǎn)變溫度下降。
3.3焊接性能
采用埋弧自動(dòng)焊，焊絲為H08MnA、規(guī)格φ3.2mm，焊劑為SJ101。鋼板厚度為16mm，焊接坡口300，按JB4708-2000對(duì)焊接接頭進(jìn)行了拉伸、冷彎試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，見(jiàn)表4、表5。結(jié)果表明，鋼板具有良好的焊接性能。
3.4搪燒后鋼板的強(qiáng)度穩(wěn)定性
模擬搪燒后的性能見(jiàn)圖5、圖6。從圖中可以看到，鋼板經(jīng)反復(fù)搪燒處理后，屈服強(qiáng)度穩(wěn)定在300MPa以上，鋼板仍然具有良好的韌性。由于鋼中添加了合金元素Mn、Ti，提高了搪燒后鋼板的強(qiáng)度穩(wěn)定性
3.5抗鱗爆性能評(píng)定
鋼板樣品單面搪玻璃、雙面搪玻璃和全包容搪玻璃后，放置一個(gè)月以上，用100倍顯微鏡觀測(cè)鱗爆點(diǎn)，試樣表面均未發(fā)生鱗爆現(xiàn)象，這說(shuō)明該鋼板具有優(yōu)良的抗鱗爆性能。全包容試驗(yàn)樣品形貌的照片見(jiàn)圖7。
3.6搪玻璃與鋼板搪燒后密著強(qiáng)度試驗(yàn)
用彎曲法和拉伸法兩種方法測(cè)試了研發(fā)鋼板與其釉層的密著強(qiáng)度，以判斷密著性。釉層脫落時(shí)的樣板臨界彎人角度和臨界張力值的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。表中也列出了Q235B鋼的釉層與其釉層的密著強(qiáng)度，通過(guò)對(duì)比可知，彎曲時(shí)所研發(fā)鋼板的釉層發(fā)生破壞時(shí)的彎人角度較大，且拉伸時(shí)其釉層開(kāi)始破裂的張力臨界點(diǎn)比Q235B的高43MPa，這說(shuō)明所研發(fā)的搪玻璃鋼板具有較高的密著強(qiáng)度。
4結(jié)論
(1)試驗(yàn)鋼中添加合金元素Mn、Ti，提高了搪玻璃鋼板的強(qiáng)度穩(wěn)定性，對(duì)鋼板反復(fù)搪燒處理后，其屈服強(qiáng)度穩(wěn)定在300MPa以上，-25℃時(shí)仍具有良好的沖擊韌性。
(2)試驗(yàn)結(jié)果表明，所研發(fā)鋼板的釉層發(fā)生破壞時(shí)的彎入角度較大，且拉伸時(shí)其釉層開(kāi)始破裂的張力臨界點(diǎn)比Q235B的高43MPa，鋼板具有較高的密著強(qiáng)度。
(3)試驗(yàn)結(jié)果表明，研發(fā)的搪玻璃鋼板成分設(shè)計(jì)合理，所選的生產(chǎn)工藝可行，組織狀態(tài)和力學(xué)性能穩(wěn)定，具有良好的焊接性能以及綜合力學(xué)性能，為搪玻璃反應(yīng)釜的制造提供了一種專(zhuān)用鋼板。
