一种具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢及其制造方法

摘要

本发明公开一种具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢及其制造方法，所述钢的化学成份重量百分比为：C≤0.010％、Mn 0.40～0.60％、Si≤0.10％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.02％～0.06％，Cu 0.20％～0.40％，Cr 0.70％～1.10％，Sb0.04％～0.10％、Ti 0.02％～0.05％，Nb 0.01％～0.03％，Ni 0.01％～0.03％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。由于该钢添加了Cu、Cr、Ni、Sb、Ti等元素，金属腐蚀电位向钝化区偏移，且表面容易形成致密的保护膜，在烟气环境中具有良好的耐蚀性，明显优于普通的低碳钢板；该钢通过降低C、Si含量并添加合适的Nb、Ti等合金元素，合理控制微观组织，有效改善了钢板的涂搪质量，使该钢板能够用于表面涂搪生产，解决了传统耐酸钢容易产生搪瓷鳞爆、起泡、针孔等表面缺陷问题。

权利要求

1.一种具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢，其特征在于，所述钢的化学成份重量百分比为：C≤0.010％、Mn 0.40～0.60％、Si≤0.09％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.02％～

0.06％，Cu 0.20％～0.40％，Cr 0.70％～1.10％，Sb 0.04％～0.10％、Ti 0.02％～

0.05％，Nb 0.01％～0.03％，Ni 0.01％～0.03％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

2.一种具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢的制造方法，用于制造如权利要求1所述钢，其特征在于，所述方法包括：冶炼并连铸成铸坯；

对所述铸坯进行热连轧，其中，所述热连轧的加热温度为1230℃～1300℃，终轧温度为

850℃～950℃，卷取温度为680℃～730℃；

冷连轧，所述冷连轧的压下率为65％～80％；

罩式退火，退火温度为700℃～760℃，退火时间为20h～30h，平整延伸率为0.5％～

1.3％。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冶炼并连铸成铸坯，具体包括：铁水预处理、转炉冶炼、精炼和连铸。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述罩式退火之前，所述方法还包括：酸洗。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述罩式退火之后，所述方法还包括：精整。

说明书

一种具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及钢材料技术领域，尤其涉及一种搪瓷传热元件用钢及其制造方法。

背景技术

[0002] 空气预热器中的传热元件处于烟气和烟尘等恶劣环境中运行，需要具备良好的耐腐蚀性能，一般采用考登钢、不锈钢或搪瓷钢来制造。由于搪瓷具有优异的耐酸碱腐蚀性能，且成本低于不锈钢，越来越多的空气预热器采用搪瓷传热元件。

[0003] 目前，搪瓷传热元件是通过在低碳钢上搪烧一定厚度的瓷釉制成，国内外公开了许多冷轧搪瓷钢板的发明专利，例如，中国发明专利CN01802486.6、CN200810200579.0、CN201010179312.5、CN201410337333.3等，这些钢板的成分和工艺设计主要针对涂搪工艺要求进行，虽然具有良好涂搪性能，可用于制造搪瓷传热元件，但该类钢板都属于普通的低碳钢，没有特殊的耐腐蚀性设计，钢板在烟气环境下腐蚀速率很快。由该类钢板制造的搪瓷传热元件的耐腐蚀性主要依靠钢板外层的搪瓷保护，而搪瓷传热元件在制造过程中可能产生搪瓷表面缺陷，在安装和使用过程中也会出现局部崩瓷或脱瓷现象，而一旦局部瓷釉保护失效，钢材直接暴露于烟气环境中，腐蚀就迅速从脱瓷点开始产生，导致传热元件性能下降或完全失效，大大降低了产品的使用寿命。

发明内容

[0004] 本申请提供一种具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢及其制造方法，解决了现有技术中的搪瓷传热元件在制造过程中可能产生搪瓷表面缺陷，在安装和使用过程中也会出现局部崩瓷或脱瓷现象，而大大降低了使用寿命的技术问题。

[0005] 本申请提供一种具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢，所述钢的化学成份重量百分比为：

[0006] C≤0.010％、Mn 0.40～0.60％、Si≤0.10％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.02％～0.06％，Cu 0.20％～0.40％，Cr 0.70％～1.10％，Sb 0.04％～0.10％、Ti 0.02％～0.05％，Nb 0.01％～0.03％，Ni 0.01％～0.03％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

[0007] 本申请还提供一种具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢的制造方法，用于制造上述钢，所述方法包括：

[0008] 冶炼并连铸成铸坯；

[0009] 对所述铸坯进行热连轧，其中，所述热连轧的加热温度为1230℃～1300℃，终轧温度为850℃～950℃，卷取温度为680℃～730℃；

[0010] 冷连轧，所述冷连轧的压下率为65％～80％；

[0011] 罩式退火，退火温度为700℃～760℃，退火时间为20h～30h，平整延伸率为0.5％～1.3％。

[0012] 优选地，所述冶炼并连铸成铸坯，具体包括：

[0013] 铁水预处理、转炉冶炼、精炼和连铸。

[0014] 优选地，在所述罩式退火之前，所述方法还包括：酸洗。

[0015] 优选地，在所述罩式退火之后，所述方法还包括：精整。

[0016] 本申请有益效果如下：

[0017] 上述具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢，一方面，由于该钢板添加了Cu、Cr、Ni、Sb、Ti等元素，金属腐蚀电位向钝化区偏移，且表面容易形成致密的保护膜，在烟气环境中具有良好的耐蚀性，明显优于普通的低碳钢板；另一方面，该钢板通过降低C、Si含量并添加合适的Nb、Ti等合金元素，合理控制微观组织，有效改善了钢板的涂搪质量，使该钢板能够用于表面涂搪生产，解决了传统耐酸钢容易产生搪瓷鳞爆、起泡、针孔等表面缺陷问题，从而解决了现有技术中的搪瓷传热元件在制造过程中可能产生搪瓷表面缺陷，在安装和使用过程中也会出现局部崩瓷或脱瓷现象，而大大降低了使用寿命的技术问题。

[0018] 通过以上技术方案制备的钢板经加工成形、表面涂搪和搪烧处理后，可制成具有高耐蚀性的搪瓷传热元件，具有优异的耐酸碱腐蚀性，特别是耐硫酸露点腐蚀的特点，同时能有效抑制普通搪瓷传热元件因表面搪瓷破损或表面缺陷导致的腐蚀加剧问题。

附图说明

[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

[0020] 图1为本申请较佳实施方式一种具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢的制造方法的流程图。

具体实施方式

[0021] 本申请实施例通过提供一种具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢及其制造方法，解决了现有技术中的搪瓷传热元件在制造过程中可能产生搪瓷表面缺陷，在安装和使用过程中也会出现局部崩瓷或脱瓷现象，而大大降低了使用寿命的技术问题。

[0022] 本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

[0023] 所述搪瓷传热元件用钢的化学成份重量百分比为：C≤0.010％、Mn 0.40～0.60％、Si≤0.10％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.02％～0.06％，Cu 0.20％～0.40％，Cr 
0.70％～1.10％，Sb 0.04％～0.10％、Ti 0.02％～0.05％，Nb 0.01％～0.03％，Ni 
0.01％～0.03％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

[0024] 上述具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢，一方面，由于该钢板添加了Cu、Cr、Ni、Sb、Ti等元素，金属腐蚀电位向钝化区偏移，且表面容易形成致密的保护膜，在烟气环境中具有良好的耐蚀性，明显优于普通的低碳钢板；另一方面，该钢板通过降低C、Si含量并添加合适的Nb、Ti等合金元素，合理控制微观组织，有效改善了钢板的涂搪质量，使该钢板能够用于表面涂搪生产，解决了传统耐酸钢容易产生搪瓷鳞爆、起泡、针孔等表面缺陷问题，从而解决了现有技术中的搪瓷传热元件在制造过程中可能产生搪瓷表面缺陷，在安装和使用过程中也会出现局部崩瓷或脱瓷现象，而大大降低了使用寿命的技术问题。

[0025] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

[0026] 实施例一

[0027] 为了解决现有技术中的搪瓷传热元件在制造过程中可能产生搪瓷表面缺陷，在安装和使用过程中也会出现局部崩瓷或脱瓷现象，而大大降低了使用寿命的技术问题，本申请提供一种具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢，钢板本身具有良好的耐腐蚀性，同时可在钢板表面涂搪，利用本发明钢板制造的搪瓷传热元件，无鳞爆，搪瓷密着性好、针孔率低，同时在局部瓷釉破损条件下仍具有良好的耐蚀性。

[0028] 所述搪瓷传热元件用钢的化学成份重量百分比为：C≤0.010％、Mn 0.40～0.60％、Si≤0.10％、P≤0.02％、S≤0.02％、Als 0.02％～0.06％，Cu 0.20％～0.40％，Cr 
0.70％～1.10％，Sb 0.04％～0.10％、Ti 0.02％～0.05％，Nb 0.01％～0.03％，Ni 
0.01％～0.03％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

[0029] 本申请中各元素的作用如下：

[0030] C≤0.010％：碳是良好的固溶强化元素，但对钢板的成形性不利，将碳含量控制在0.01％以下，同时添加碳化物形成元素将碳固定，一方面可以保证钢板的强度，且成形性良好，另一方面还能降低搪瓷鳞爆和针孔的发生率。

[0031] Mn含量选择在0.40～0.60％：作为固溶强化元素，含量过高时钢板塑性显著降低，不利于加工使用，因此Mn含量不应超过0.60％；Mn可以与S结合形成MnS充当氢陷阱，显著改善钢板的抗鳞爆性能，同时Mn与S含量比例大于10时，还可有效抑制S元素引起的热轧热脆性问题，因此，选择Mn含量在0.40％以上。

[0032] Si≤0.010％：Si是搪瓷钢中的有害元素，Si含量增加会显著降低搪瓷密着性，损害表面质量，Si含量越低越好，因此，选择将Si含量控制在0.010％一下。

[0033] P≤0.02％：P为杂质元素，容易在晶界偏聚，增加钢板脆性，损害钢板的成形性，含量不能过高，但P是合金元素中提高耐大气腐蚀性能最有效的元素，是阳极去极化剂，与Cu、Cr、Ni等元素共同作用，有助于在钢表面形成均匀的锈蚀层，提高钢的耐腐蚀性能，因此需要保留一定量P。

[0034] S≤0.02％，S容易与Mn结合形成塑性夹杂物MnS，充当钢中的有效氢陷阱，提高了钢板的抗鳞爆性能，但S含量偏高时，一方面容易形成大尺寸的MnS，显著降低钢板的塑性，另一方面钢中Mn含量有限，超量的S还容易产生热脆性。

[0035] Als 0.02％～0.06％，Al是强脱氧剂，能够抑制其他氧化物的生成，采用Al脱氧可以有效控制钢液氧含量，提高合金收得率。

[0036] Cu含量选择在0.20％～0.40％，Cu是耐腐蚀钢中最基本元素，有利于形成稳定化锈层，在工业气体和硫酸露点腐蚀过程中可生成Cu2S保护膜，阻滞阴、阳极反应，降低钢的腐蚀速率。而且在钢的冶炼及热处理过程中，Cu容易与S结合形成CuS析出相，对防止鳞爆有利，Cu还能影响钢板的酸洗速度，改善钢板与瓷釉的密着性，但Cu含量过高会使钢板塑性降低，脆性增加，还容易形成偏析，不利于钢板的加工成形。

[0037] Cr含量选择在0.70％～1.10％，Cr能在钢表面形成氧化铬钝化膜阻止进一步的腐蚀，一般认为增加Cr含量能提高钢板的耐蚀性，但Cr对钢板涂搪质量影响较大，由于Cr形成的氧化膜会阻碍瓷釉对钢的润湿和渗透，降低密着性，同时Cr含量过高的钢板搪瓷后鳞爆发生率更大，因此，需要将Cr含量控制在合理的范围内。

[0038] Sb含量选择在0.04％～0.10％，Sb能在含Cu、Cr钢的基础上进一步降低钢板的腐蚀速率，尤其对硫酸露点腐蚀具有良好的抗蚀效果，而Sb含量过高对继续提高耐蚀性不大，反而会损害钢板的塑性。

[0039] Ti含量选择在0.02％～0.05％，Ti能与钢中C、S、N结合形成夹杂物，一方面能固定间隙原子，起到提高钢板塑性的作用，另一方面含钛夹杂物可充当氢陷阱，改善钢板抗鳞爆性，同时Ti含量需要与C、S、N等元素含量形成一定比例才能充分发挥有利作用，否则，过高的Ti不仅增加冶炼成本，还会使钢板性能恶化。

[0040] Nb含量选择在0.01％～0.03％，与Ti的作用类似，Nb是强碳、氮化物形成元素，能与C、N结合形成细小的析出相，既可充当氢陷阱，还能细化晶粒，提高钢板强度，在氧含量较高的钢液中，Nb还可以与Mn等合金元素形成复合氧化物，能提高钢板的抗鳞爆性能，为保证Nb元素起到以上有效作用，Nb含量不应低于0.010％，同时过量的Nb不仅进一步改善钢板性能的效果不明显，同时还会带来成本的提高。

[0041] Ni含量选择在0.01％～0.03％，Ni可以提高搪瓷的密着强度，阻止在烧成过程中氢的扩散，增强钢板的抗鳞爆性能，同时Ni对钢板的耐蚀性有利，但Ni含量提高会显著增加冶炼成本。

[0042] 上述具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢，一方面，由于该钢板添加了Cu、Cr、Ni、Sb、Ti等元素，金属腐蚀电位向钝化区偏移，且表面容易形成致密的保护膜，在烟气环境中具有良好的耐蚀性，明显优于普通的低碳钢板；另一方面，该钢板通过降低C、Si含量并添加合适的Nb、Ti等合金元素，合理控制微观组织，有效改善了钢板的涂搪质量，使该钢板能够用于表面涂搪生产，解决了传统耐酸钢容易产生搪瓷鳞爆、起泡、针孔等表面缺陷问题，从而解决了现有技术中的搪瓷传热元件在制造过程中可能产生搪瓷表面缺陷，在安装和使用过程中也会出现局部崩瓷或脱瓷现象，而大大降低了使用寿命的技术问题。

[0043] 实施例二

[0044] 基于同样的发明构思，本申请还提供一种具有耐腐蚀性的搪瓷传热元件用钢的制造方法，所述方法包括以下步骤：

[0045] 步骤S101：冶炼并连铸成铸坯，具体包括：铁水预处理，转炉冶炼，精炼和连铸；

[0046] 步骤S102：对所述铸坯进行热连轧，其中，所述热连轧的加热温度为1230℃～1300℃，终轧温度为850℃～950℃，卷取温度为680℃～730℃；

[0047] 步骤S103：冷连轧，所述冷连轧的压下率为65％～80％；

[0048] 步骤S104：罩式退火，退火温度为700℃～760℃，退火时间为20h～30h，平整延伸率为0.5％～1.3％。

[0049] 具体地，在步骤104之前，所述方法还包括酸洗。

[0050] 具体地，在步骤104之后，所述方法还包括精整。

[0051] 热连轧加热温度为1230～1300℃，由于钢中添加合金种类较多，采用高加热温度可以保证钢坯充分奥氏体化，达到组织均匀的目的，同时钢中化合物能充分溶解，冷却过程中析出，能起到细化晶粒的作用。终轧温度控制在850～950℃，可避免两相区轧制带来的混晶问题。卷取温度控制在680～730°C，可保证析出相充分析出，有利于抗鳞爆性能。

[0052] 冷轧压下率控制在65～80％，采用较高的冷轧压下率可增加钢中变形储能，降低再结晶温度，同时还有利于织构发展，改善钢板成形性能。

[0053] 退火采用罩式退火，其退火温度控制为700～760℃，退火时间20～30h，平整延伸率0.5～1.3％，罩式退火温度相对较低，退火时间长能保证再结晶完全和析出物充分析出；根据厚度规格调整平整延伸率，可有效改善板形，同时优化力学性能。

[0054] 通过以上技术方案制备的钢板经加工成形、表面涂搪和搪烧处理后，可制成具有高耐蚀性的搪瓷传热元件，具有优异的耐酸碱腐蚀性，特别是耐硫酸露点腐蚀的特点，同时能有效抑制普通搪瓷传热元件因表面搪瓷破损或表面缺陷导致的腐蚀加剧问题。

[0055] 以下就具体实验比较进行说明。

[0056] 表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

[0057] 表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

[0058] 表1本发明各实施例及对比例的取值列表(wt％)

[0059]实施例 C Mn Si P S Als Cu Cr Sb Ti Nb Ni
1 0.005 0.40 0.05 0.012 0.015 0.042 0.29 0.61 0.058 0.031 0.028 0.022
2 0.009 0.51 0.08 0.015 0.011 0.025 0.21 0.48 0.079 0.050 0.016 0.045
3 0.002 0.55 0.09 0.012 0.020 0.051 0.35 0.35 0.046 0.022 0.030 0.050
4 0.004 0.43 0.08 0.018 0.013 0.034 0.38 0.56 0.071 0.042 0.012 0.032
5 0.010 0.47 0.06 0.016 0.015 0.045 0.33 0.51 0.092 0.030 0.013 0.025
6 0.001 0.60 0.10 0.010 0.018 0.060 0.36 0.30 0.040 0.020 0.027 0.048
7 0.006 0.51 0.07 0.020 0.016 0.020 0.40 0.65 0.066 0.035 0.021 0.020
8 0.005 0.45 0.08 0.015 0.019 0.036 0.31 0.70 0.053 0.032 0.018 0.021
9 0.008 0.49 0.04 0.013 0.020 0.041 0.37 0.58 0.100 0.046 0.010 0.034
10 0.007 0.51 0.10 0.017 0.015 0.046 0.20 0.61 0.071 0.035 0.026 0.028对比例1 0.061 0.50 0.34 0.017 0.006 0.045 0.38 1.20 0.075 0.001 0.001 0.008对比例2 0.072 0.41 0.34 0.015 0.017 0.038 0.35 0.46 0.076 0.031 0.021 0.023对比例3 0.008 0.46 0.40 0.013 0.008 0.036 0.27 0.53 0.75 0.002 0.004 0.034对比例4 0.005 0.44 0.06 0.014 0.016 0.047 0.09 0.97 0.81 0.022 0.013 0.026对比例5 0.004 0.51 0.08 0.015 0.020 0.050 0.34 0.35 0.001 0.022 0.030 0.010[0060] 本发明各实施例按照以下步骤生产：

[0061] 1)进行铁水预处理、转炉冶炼、精炼并连铸；2)对铸坯加热，控制铸坯加热温度在1230～1300℃；

[0062] 3)进行热连轧，控制终轧温度在850～950℃；4)进行卷取并酸洗，控制卷取温度在680～730℃；

[0063] 5)进行冷连轧，控制冷轧压下率为65～80％；6)进行退火，采用罩式退火，其退火温度控制在700～760℃，退火时间在20～30h，平整延伸率在0.5～1.3％；7)精整并待用。

[0064] 表2本发明各实施例及对比例的工艺参数

[0065]

[0066] 用上述实施例所得到钢板成品进行腐蚀速率检测，采用50℃条件下5％硫酸浸泡试验，并以工业生产的冷轧搪瓷钢板的腐蚀速率作对比，结果发现，实施例1～10对应钢板的腐蚀速率是冷轧搪瓷钢板的5～10％，说明本发明所得钢板的耐硫酸腐蚀性能比传统冷轧搪瓷钢板提高了10倍以上，对比例4、5对应钢板的腐蚀速率与冷轧搪瓷钢板接近，说明其耐蚀性没有改善。

[0067] 用上述实施例所得钢板成品进行涂搪测试，采用Ferro公司搪瓷粉进行静电喷粉，经850℃搪烧5min，自然冷却后进行试片外观观察和搪瓷性能检测，结果发现，实施例1～10对应钢板涂搪后无鳞爆点，搪瓷层密着强度为1级，搪瓷针孔数低于20个每平方米，说明本发明所得钢板的抗鳞爆性、搪瓷密着性和抗针孔性等涂搪性能良好，完全适用于制作搪瓷传热元件，而对比例1～4不同程度出现了鳞爆点，搪瓷层密着强度仅为2～3级，搪瓷针孔数超过100个每平方米，说明其涂搪质量较差，不适用于进行涂搪制造搪瓷传热元件。

[0068] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0069] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。