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第43卷 第4期 2023 年 8 月江西冶金Jiangxi MetallurgyVol.43,No.4Aug.2023 两种热轧工艺供料生产的SPCC冷轧钢板组织和抗鳞爆性研究李进（马鞍山钢铁股份有限公司，安徽 马鞍山 243000）摘要：目前，我国制备热轧钢卷主要采用紧凑热带生产工艺（即钢坯浇铸和热轧紧凑连续生产，简称“CSP工艺”）和常规热轧工艺，不同热轧工艺生产的冷轧钢板组织和性能有明显区别。文中研究了CSP工艺和常规工艺供料生产的冷轧碳钢薄板（亦称SPCC冷轧钢板）的显微组织和抗鳞爆性能，结果表明，CSP工艺供料生产的SPCC冷轧钢晶粒直径为1015 m，碳化物和MnS晶粒直径为100200 nm；而常规工艺供料生产的SPCC冷轧钢晶粒直径为2030 m，碳化物和MnS晶粒直径为5001 000 nm。CSP工艺供料生产的SPCC冷轧钢晶界面积更大，晶内析出物尺寸小，分布更弥散，且提供了更多的“氢陷阱”，氢渗透时间是常规工艺供料生产SPCC冷轧钢的2倍，因此，CSP工艺供料生产的冷轧钢板搪瓷有较好的抗鳞爆性能。关键词：CSP工艺；常规热轧；显微组织；氢陷阱；抗鳞爆性能中图分类号：TG142.13 文献标志码：AResearch on the microstructure and fish-scaling resistance of SPCC cold rolled steel plates fed by two hot rolling processesLI Jin（Ma anshan Iron&Steel Company Limited，Ma anshan 243000，Anhui，China）Abstract:At present，domestic hot rolled steel coils mainly adopt two kinds of processes，namely，compact tropical production（billet casting and compact continuous production of hot rolling，hereinafter referred to as the CSP process）and conventional hot rolling.There exist significant differences on the microstructure and properties of cold rolled steel plates produced by the two different hot rolling processes.This study aims at scrutinizing the differences in the microstructure and fish-scaling resistance of SPCC cold-rolled steel plates produced by CSP and the conventional process.The grain diameter of the SPCC fed by the CSP process is 10 m to 15 m，and the size of the carbide and MnS is 100 nm to 200 nm.The grain diameter of SPCC fed by the conventional process is 20 m to 30 m，and the size of carbide and MnS is 500 nm to 1 000 nm.The grain boundary area of the CSP process is larger，the size of the precipitates in the grain is smaller and the distribution is more dispersed，which provides more hydrogen traps.The hydrogen penetration time is twice as long as that of the conventional SPCC process.Thus，the cold-rolled steel plate provided by the CSP process has a higher fish-scaling resistance after coating with porcelain enamel.Keywords:CSP process；conventional hot rolling process；microstructure；hydrogen traps；fish-scaling resistance收稿日期：2023-01-30作者简介：李进（1990），工程师，主要从事家电用钢板开发等方面的研究。E-mail：文章编号：1006-2777（2023）04-0314-06 DOI：10.19864/ki.jxye.2023.04.007引文格式：李进.两种热轧工艺供料生产的SPCC冷轧钢板组织和抗鳞爆性研究J.江西冶金，2023，43(4)：314-319.第 43 卷 第 4 期李进:两种热轧工艺供料生产的SPCC冷轧钢板组织和抗鳞爆性研究搪瓷制品是通过将无机玻璃质材料熔融，使其凝于金属基体表面并与金属牢固结合而制得。由于搪瓷产品具备优良的耐高温性能、耐腐蚀性能及绝缘性能，广泛应用于家电厨具、地铁装饰板等。搪瓷制品的质量与金属基板的质量密切相关，若钢板质量不合格，釉层面会出现鱼鳞片状的缺陷，即“鳞爆”缺陷1-2。国内外学者普遍认为钢板搪瓷后发生鳞爆是由氢效应导致，即在钢板清洗以及釉料高温熔化过程中产生的氢渗入钢板内部，待搪瓷制品冷却后，氢从钢板内部逸出，在钢板和釉层界面聚集生成氢气，气体顶破釉层发生鳞爆。因此，钢板的抗鳞爆性能与氢在钢中的渗透和扩散性密切相关3-4。研究表明，钢中析出物、位错、晶界等对氢有束缚作用，统称为“氢陷阱”。钢中氢陷阱越多，基体可贮存的氢越多，扩散至钢板和釉层界面的氢越少，从而提高钢板抗鳞爆性能，避免鳞爆发生 5-6。CSP工艺是指连铸机与热连轧机组之间进行有效配合的连接技术，包括铸坯尺寸规格的匹配、铸坯温度与热轧开轧温度匹配、铸坯表面质量与轧制表面质量匹配等。对于CSP工艺，铸坯无需加热炉加热，直接运往热轧产线轧制7-8，而常规生产工艺需将铸坯先加热再进行轧制。采用CSP工艺制备的铸坯薄、冷却速度高，凝固过程中形核率高于常规工艺9-13。目前，国内外相关学者主要针对常规工艺供料制备的搪瓷钢展开研究，而对CSP工艺供料钢板的抗鳞爆性能研究较少。因此，本文研究并分析了两种工艺供料生产的SPCC冷轧钢板的组织和抗鳞爆性能，通过对两种工艺进行对比，为SPCC冷轧钢板制备提供一定的参考。1实验材料及方法1.1实验材料CSP 工艺和常规工艺供料生产的 SPCC 冷轧钢的化学成分采用同一控制标准，SPCC冷轧钢的成分如表1所列。冷轧和连续退火也采用同一标准，连续退火均热温度为730760。1.2氢渗透性能测试氢在钢板中渗透时间是评价钢板抗鳞爆性能的重要指标。由图 1 可知，利用 Devanathan 等设计的电化学双电池设备计算钢板中氢渗透时间14。经打磨抛光和电镀镍处理后的钢板夹持在充氢电解池和释氢电解池两端，电解池内通入N2，打开恒电位仪，设置加载电压为 0.2 V，打开恒电流仪，设置加载电流密度为 2.5 mA/cm2，钢板阴极面（充氢池端）产生氢原子，氢原子向钢板阳极面（释氢池端）扩散，并在钢板阳极面上电离，产生电流 I，并根据实验数据计算出钢板氢渗透时间。表1SPCC冷轧钢的成分单位：%成分质量分数C0.080Si0.050Mn0.1500.350P0.030S0.030Al0.0250.045释氢池充氢池恒电流仪恒电位仪数据采集系统4234311.钢板试样；2.参比电极；3.铂片；4.N2通入管。图1渗透性能测试仪14315江西冶金2023 年 8 月阳极电流达到稳定状态，记为 I。氢渗透通量 J=I/F，其中，F 为法拉第常数。稳态氢渗透通量 J=I/F，归一化氢渗透通量为 J/JI/I，当 I/I0.096时，对应时间为试样钢板的氢渗透时间，除以相对厚度L的平方（L为试样厚度，单位mm），换算得到 1 mm 钢板的氢渗透时间，记为 tb，单位为min 15-16。1.3搪瓷测试搪烧温度设置为（85010），搪烧时间为8 10 min。搪瓷粉为热水器内胆用釉料，原料质量配比为：w（SiO2）：40%55%、w（B2O3）：10%15%、w（Na2O3）：9%18%、w（SiC）：4%11%、w（ZrO2）：8%22%、w（Co3O4）：4%12%、w（CoO）：4%10%、w（K2O）：5%7%、w（Al2O3）：3%7%、w（CaF2）：4%9%、w（Li2O2）：3%5%、w（MnO2）：0.3%0.8%。样板采用双面湿法涂搪，单面釉层厚度为150250 m。1.4组织析出物检测将样品加工成尺寸为20 mm20 mm的试样，利用Axio Imager A2m金相显微观察试样金相组织，并利用QUANTA450+APOLLOX扫描电镜+能谱仪观察基体中第二相粒子，明晰其主要成分及形貌。2结果与讨论2.1氢渗透性能氢渗透时间（tb）越大，说明钢板贮氢能力越强16。分别对两种工艺供料生产的SPCC冷轧钢的氢渗透时间进行研究，每种工艺进行2组实验。由图2可知，CSP工艺供料生产SPCC冷轧钢的氢渗透时间（tb）为21.67、19.85 min，常规工艺供料生产SPCC冷轧钢的氢渗透时间（tb）为 10.21、7.61 min。因此，CSP 工艺供料生产 SPCC 冷轧钢的氢渗透时间更长，钢板贮氢能力更强。（d）常规工艺供料生产的SPCC冷轧钢（第2组）（c）常规工艺供料生产的SPCC冷轧钢（第1组）（b）CSP工艺供料生产的SPCC冷轧钢（第2组）（a）CSP工艺供料生产的SPCC冷轧钢（第1组）归一化进量0 100 200 300 400 500t/min1.00.80.60.40.20归一化进量0 50 100 150 200 250 300 350t/min1.00.80.60.40.20归一化进量t/min1.00.80.60.40.20归一化进量t/min1.00.80.60.40.200 20 40 60 80 100 1200 20 40 60 80 100 120氢渗透时间21.67 min氢渗透时间19.85 min氢渗透时间10.21 min氢渗透时间7.61 min图2氢渗透曲线316第 43 卷 第 4 期李进:两种热轧工艺供料生产的SPCC冷轧钢板组织和抗鳞爆性研究2.2涂搪实验涂搪实验24 h后，观察釉层表面，CSP工艺供料生产的SPCC搪瓷未发生鳞爆，常规工艺供料生产SPCC搪瓷发生鳞爆，见图3。2.3显微组织试样金相组织见图4，试样的基体组织均为铁素体。CSP工艺供料生产的SPCC冷轧钢的晶粒直径为 1015 m，常规连铸工艺供料SPCC晶粒直径为2030 m。如图 5 所 示，两 种 工 艺 供 料 生 产 的 SPCC冷 轧 钢 晶 内 主 要 析 出 物 均 为 碳 化 物 和 MnS，CSP 工艺供料生产的 SPCC 冷轧钢中碳化物和MnS 晶粒直径为 100200 nm，而常规工艺供料SPCC 冷 轧 钢 中 碳 化 物 和 MnS 晶 粒 直 径 为5001 000 nm。CSP 工艺供料生产的 SPCC 冷轧钢中晶粒尺寸较小、晶界面积较大、析出物和氢陷阱数量也更多，因此，钢板贮氢能力更强，抗鳞爆性能更优。2.4讨论与常规工艺对比，CSP 薄规格板坯拉坯速度大，钢液凝固速度快，铸坯晶粒小，析出物尺寸小且数量较多。由于铸坯组织的遗传性，两种供料方式生产的 SPCC 冷轧钢板组织有明显差异，CSP 工艺供料 SPCC 中的晶内单位体积内晶界面积更大、析出物和氢陷阱数量更多，因此，贮氢能力更强，抗鳞爆性能更好。3结论1）氢渗透时间（tb）数值越大，说明钢板贮氢能力越强。CSP 工艺供料制备的 SPCC 冷轧钢的氢渗透时间（tb）为 21.67、19.85 min，常规工 艺 供 料 生 产 SPCC 的 氢 渗 透 时 间（tb）为10.21、7.61 min。因 此，CSP 工 艺 供 料 生 产SPCC 冷轧钢的氢渗透时间更长，钢板贮氢能力更强。2）与常规工艺相比，CSP工艺铸坯薄、凝固速度大，对应冷轧产品晶粒小，析出物尺寸细小且分布更加弥散，有较多的贮氢“陷阱”，有利于提高冷轧钢板的抗鳞爆性能。（b）常规工艺（a）CSP工艺10 cm10 cm图3两种工艺供料SPCC涂搪结果对比（b）常规工艺（a）CSP工艺100 m100 m图4两种工艺供料SPCC搪瓷试样的金相组织317江西冶金2023 年 8 月（g）常规工艺供料生产的SPCC冷轧钢微观组织中B点的能谱（c）CSP工艺供料生产的SPCC冷轧钢微观组织中B点的能谱（d）CSP工艺供料生产的SPCC冷轧钢微观组织中C点的能谱（h）常规工艺供料生产的SPCC冷轧钢微观组织中C点的能谱（a）CSP工艺供料生产的SPCC冷轧钢微观组织（b）CSP工艺供料生产的SPCC冷轧钢微观组织中A点的能谱（f）常规工艺供料生产的SPCC冷轧钢微观组织中A点的能谱（e）常规工艺供料生产的SPCC冷轧钢微观组织元素CFe质量分数/%05.6691.34原子分数/%21.8178.19元素CFe质量分数/%04.8393.17原子分数/%19.0980.91元素CSMnFe质量分数/%07.4803.0603.1486.32原子分数/%26.8304.1102.4666.60元素CSMnFe质量分数/%01.7104.3504.8589.09原子分数/%07.2706.9204.5081.31元素CFe质量分数/%06.2993.71原子分数/%23.7976.21元素CAlFe质量分数/%03.8102.2393.96原子分数/%15.2303.9780.80CBACBAFeCFeMnFeCFeFeCFeSFeCFeAlCFeFeCFeMnS1 2 3 4 5 6 7 8 9E/keV4393512631758701 2 3 4 5 6 7 8 9E/keV4383502621758701 2 3 4 5 6 7 8 9E/keV4603682761849201 2 3 4 5 6 7 8 9E/keV3022411811206001 2 3 4 5 6 7 8 9E/keV4623692771849201 2 3 4 5 6 7 8 9E/keV8997195393591790Fe图5CSP工艺与常规工艺供料生产的SPCC冷轧钢微观组织与能谱分析318第 43 卷 第 4 期李进:两种热轧工艺供料生产的SPCC冷轧钢板组织和抗鳞爆性研究参考文献：1 葛玉静，徐春搪瓷用钢抗鳞爆性能的研究现状J表面技术，2016，45(12)：129-1342 刘欣.变形对330MPa级热轧搪瓷钢组织和储氢性能的影响J.上海金属，2022，44(2)：51-553 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