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1、2。13年4月山东冶金山东冶金Shanclnng Metal lnrgr试验研丸、八Ti-IF冷轧搪瓷钢的贮氢机理和氢渗透试验研究李小权（山钢股份济南分公可生产部.山东济南250101）摘耍：分析了TiIF冷轧捕住制的贮氢机理.通过3种不同成分钢仮曲氢潼透试验.研究化学成分、冷轧爪F率、第二相粒 子等对钢板贮氢性能的影晌结果丧明.Ti、S含秋较拓的制中第二相的体枳分数也高.贮氢性能越好;冷轧用卜半越岛.钢 板IT氯性能越好.相应的抗瞬烬性能越好.关継词:Ti-1F轧掩住制:氢淒透:贮氢性能:抗抽爆中圧分类号:T（；1425;TG335.5文献标识码：A文章编号:1004-4620（ 2013
2、）02-0035-03#2。13年4月山东冶金#2。13年4月山东冶金1前言随着国民经济的发展我国以钢板为胚胎原料 的捕瓷丁业冇了质的飞跃对摄瓷钢板的数就和质 呆都提出/新的要求 髙品质搪瓷钢板不仅需要 具有超深冲性能同时要保证钢板搪瓷过程及据瓷 后不产生“鳞爆”缺陷等，一般地，钢质越纯净，钢 板的成形性能越好但抗鳞爆性能就越差提髙成 形性和提高抗鳞爆性成为此消彼长的对矛盾。为适应人们对摊瓷制品形状利质钛要求H益提 高的需要.济钢结合n己的设备特点及市场需求开 发出Ti-l F冷轧搪稳钢 该钢是在普通超低碳1F钢 中加入-定量的S.使钢中C、N、S原子和Ti结合，形 成TiN、TiS、TiS
3、.TiFeP、TiC等化合物，使钢中无 间隙原子存在使苴貝冇高延伸率、爲“值和r值、无 时效性从而提高其冲压成形性能；同时（：、N、S和 Ti的化合物以合适的尺寸、形态析出分布在垄体中. 能増强钢板贮氢能力，获得优（1抗鳞爆性能dc2贮氢机理2.1鳞爆产生的机理钢板涂捕髙温烧釉时瓷浆内的水与钢板表面 的铁、碳反应生成总子氢;高温状态下，原犷氢向銅 中扩散.以原子或分子的形式溶解J：钢板卑体或 吸附在钢中的孔隙、组织缺陷中。当涂搪制品由奇温冷却时.氢在体心立方晶体 中的扩散系数逐渐变大扩散激活能变低；氢在铁 索体中的溶解度急剧下降如果钢中没冇足够的 吸氢场所氢原子或氢气会大讯:逸出在钢板表而 积
4、聚至一定程度便以很大斥力冲破瓷柚表面产 生鳞爆剥落。收稿日期：2012-12-24作者简介：学小权.男.观3年1：.20（X4年毕业F北京科技大学材料 物理专业现为山钢股份济南分公可生产部丁稈师.从爭冷、热轧 生产管理工作.2.2氢陷阱贮氢机理横瓷钢的贮氧铮即直接彤响创钢櫛的抗鳞爆 性能，为了避免扼瓷制品产T鳞爆人们总帝望钢 板中疗在足够的贮氢陷阱陷阱和氢之间存在陷 阱结合能根据陷阱结合能的大小町以将陷阱分 为可逆陷阱和不可逆陷阱可逆陷阱主要包括位 错和晶界等可逆陷阱与氢原子的结合能校小即 使在案温下氢也可从晶界和位错中跑出而进入间 隙位置，参与氢的扩散以及切氢致鳞爆过程因 此位错和晶界等作为
5、可逆陷阱对贮氢的作用不是 很显菩不可逆陷阱是指与氢的结合能很大的陷 阱，塔温下氢难以从该陷阱中跑出-由于掳瓷制品 的鳞爆过程往往在室温下产生.故不可逆陷阱将对 掳瓷钢板抗鳞爆性能起很大的作用。研究表明掳 瓷钢板中存在大就细小的Tie、TiN、TiCS：等第二相 粒子，这些析出相与氢之间具有强烈的相互作用. 可作为有效的不可逆陷阱购疗钢板内部的氢从而 极大改善钢板的抗鳞爆性能。3氢渗透试验衡就氢在钢板中扩散的快慢可以用氢穿透时 间或氢扩散系数氢在钢板中穿透时间越长则氢 扩散系数越小,贮氢能力越强钢板的抗嶙爆性能 越好3.1氢港透试验氢渗透试验是利用电化学允氢试验方法得到 渗氢曲线并计算氢扩散系数
6、门。试验在室温 （25七）除氣条件下，在PS12恒电流/恒电位仪上进 行,充氢装置见图1。阴极侧溶液为0.5 mol/L H：S（）4 溶液+ 0.25 g/L .Wh,阳极侧溶液为0.1 mol/L NaOH 溶液.参比电极为氣化汞参比电极 将圈片试样夹 在充氢槽中间并用螺旋夹紧，阳极侧倒入0.1 mol/L NaOH溶液，给定200 m （Hg/Hg（电位,等到背景 血流密度降到很低（W0.2卩A/cnr）Jn-,m极侧开始 倒入0.5 moVL H2SO4溶液+0.25 g/LAsO并通电流(电流密度为115 m.Vcnr)p1 iiMnjnIS-26XA I PS-12阳极槽图1电化学
7、充氢装垃在试验过程中定时测就阳极电流力4到获得 饱和值（人）为止,画；IMJK随时间的变化曲线（见图2）;并按公式D=tL2/!（H中丁为参数,本试验中值为0.138.f和/分别为氢渗透时间和试样厚度）计算出氢扩散系数图2氢渗透试验曲线3.2不同成分钢板氢渗透性能对比木试验采用了 3炉不同成分的钢板苴中炉号 为06009X7的为普通Ti-1F钢.其他两炉为Ti-IF 1ft 瓷钢熔炼成分如表1所示。362。13年4月山东冶金ai 斂板熔炼成分炉9CSiMuPSAkTi6009X76019371700820DD13-K2JTHF-R2JTHE-K20.004 2260.002 7360.003
8、021().022 4040.028 2220.016 220.156 8930.171 9100.172 9940.0103000.0131300.009994O.(M)4 7070.019 6870.024 863().028 K5X0.040 6200.025 5700.0M5I40.079 8530.086 94#2。13年4月山东冶金为方便对比成分对贮氢性能的影响采用3种 成分定产的1.2 mm同规格、同冷轧压下率（74.7%）、 均来自钢卷中部的试样对应的氢扩散系数进行对 比，具体见表2。表2不同成分冷轧钢板氢扩散系数钢板炉号试样卷号试样编号氢扩哉系数）MXW87900628075
9、60193710076932*2.641700820102825631.35对比表1、表2可以看出：I*试样氢扩散系数最 大说明普通深冲IF钢抗鳞爆性能较是;2试样采用 济钢第1阶段试制的仙瓷钢氢扩散系数较普通1E 钢下降明显说明该钢贮氢能力较普通IF钢冇驶苫 提升可进一步进行现场涂搪试验用于搪瓷制品;3- 试样楚采用第2阶段试制的掳瓷钢.此次试制熔炼 成分控制较好C含址较低、S含址较髙、Ti控制较 好氢扩散系数最低抗鳞爆性能最好。通过对比不同成分试样，发现合金元索尤其是 S对氢扩散系数影响皿为明显随看5含呈增加，氢 扩散系数显苫降低;3。试样的S含鼠最高.氢扩散系 数嵌低保证了抗嶙爆性能。3
10、.3冷轧压下率对钢板氢渗透性能的影响表1中炉号为1700820熔炼成分所生产的热轧 撕瓷钢&经6&9% .74.7%、77.録3种不同压下率冷 轧后分别取中部和尾部试样进行氢渗透试验其 氢扩散系数见丧3。冷轧压下率和氢在钢板屮的穿 透时间和氢扩散系数冇密切关系压下率越高，氢 扩散系数越低，氢在钢板中的穿透时间越长搪瓷 钢的贮氢及抗鳞爆性能越好因此生产攪瓷钢时表3不同冷轧压下率钢板氢扩散系数冷轧爪 下祕氢扩敵系数xlOFGW）中部尾部平均值68.91.581.641.6174.71.351.431.3977.81.231.271.25应尽岸保证冷轧压下率3.4钢卷通卷贮氢性能均匀性对比对比第1阶
11、段试制的花号为1007693 J 008380 以及第2阶段试制的卷号为1028232、1028256、 1028279共计5个钢卷的中部、尾部氢渗透试验结 果分析通卷抗鳞爆性能的差异，结果见农4。表4钢卷不同位置氢扩散系数试制程号-氢扩散系数xl0 ,0/(m3-s )中部用部盖値第阶段1(X)76932.643.090.451(M)S8()3.323.450.13第2阶段10282321.58I.M0.0610282561.351.430.0810282791.231.270.04由表4可以看出第I阶段试制的两个钢卷中 部、尾部氢扩散系数是别较大，是值分别达到0.45 和0.13造成该现象
12、主要是因为这两个钢卷中部卷 取温度为720 T而头部、尾部卷取温度为670 . 中部较头、尾卷取温度高，造成中部性能优于头 摩第2阶段试制的3个钢卷，提升了热轧温度控 制水平.通卷终轧温度取本保证在920 *以I-.卷取 温度在720 M左右通卷头中尾艺控制差别不 大-因虬中部、尾部试样扩散系数也是别不大, 验证了热轧温度控制稳定性对抗鳞爆性能的影响37李小权Tii卜冷轧搪瓷钢的贮紀机理和包滓透试验研究M2年第2期4据瓷钢第二相粒子分析萃取复熨的试样在Tecnai G2 F30S-TWIN场 发射透射电镜卜观察对不同类型的第二相粒子进 行电子衍射及能谱分析,以鉴别其类型C对以Ti-N-s复合为
13、蔵础的捕瓷钢而言.rh于材 料中的TiC和TiN二相粒子小而多、而TiS和Tig 的粒子大而少因此在定呈分析时将TiC和TiN I丿I为 类，而将TiS和TLCS归为另类 定量分析 时，在大呈的电镜照片上测出粒子的*均总径d和 单位面积上的质点数根据Fullman公式，便可 以得別第二相粒子的体积分数( K=tt/6 x N, x /) 以及单-位体枳内第二相粒子的颗粒数 八“)取两个不同成分的冷轧摊瓷钢试样作为二相 粒子分析对象，试样分別取I氢渗透试验Y、3样 品.对应炉号为0601937 J 700820 .各钢板中典型的 析出相形貌见图3析出相的定竝分析结果见表5。38李小权Tii卜冷轧
14、搪瓷钢的贮紀机理和包滓透试验研究M2年第2期#李小权Tii卜冷轧搪瓷钢的贮紀机理和包滓透试验研究M2年第2期2钢板中的Ti粒子2 钢板中的TiX；S粒子3钢板中的Ti N粒子图3钢板典型的析出相形貌3钢板中的TgS：粒子#李小权Tii卜冷轧搪瓷钢的贮紀机理和包滓透试验研究M2年第2期表5析出相的定量分析结果试样第二相粒子平均单位体枳粒子数第二相体积编号类熨x i(r/m“分数/%2*TiC+TiN2139.009Ti4c：s+ns632.9().38TiC+Ti、3524.00.543TLCZTiS783.60.9由表1中两个试样对应的化学成分可以看出, 3试样的Ti、S含量较2*试样离;由表
15、5中2*、3试样 的析出相比絞可见兰钢中析出相的体积分数为 0.57%，而3钢中为1.43% ； 3,钢的析出相所占的体积 比才钢大大增加：说明化学成分与第二相的数吐及 在钢中所占的比例冇直接关系。丁试样的氢扩散系数明显.比Y试样低这是因 为丫、丁试样钢板的第二相粒子在钢中所占的体积 比例不同形成了钢板贮氢能力的明显差别即第 二相粒子体积增加.氢扩散系数降低贮氢件能提升。5结论5.1对Ti-IFfff瓷钢而言在不超上限的前提下S 对贮氢性能影响眾著僦人S含量增加，氢扩散系数 降低贮氢性能明显改善。5.2冷轧压下率和贮氢性能有自接关系冷变形产 生的位错为摊瓷钢板提供了贮盘用的可逆陷阱;压 下率越
16、髙氢在钢板中的穿透时间越长，捕住钢的 贮氢性能越好相应的氢扩散系数越低抗鳞爆性 能越好5.3热轧阶段的温度控制稳定性会影响冷轧掘瓷 钢板的贮氢性能；需保证热轧通卷温度控制稳定 性,从而提升冷轧搪瓷钢通卷贮氢性能的均匀性5.4 TEM和定応分析衣明,Ti-IF 瓷钢的第二相 粒子主要为Ti(C,N)、TLCS、TiS；钢中的第二相作 为贮氢的不町逆陷阱对氢穿透时间的影响显著含 TKS量较高的钢中第二相的体积分数也高相应的 氢扩散系数越低抗鳞爆性能越好。参考文献：1 孙全社.金趨低碳钢的氢港透试验研究上海金屈. 2004.26(2):9-11 2 孙全社血低碗掩瓷制研究1)北京:北京科技大7：.
17、2007.3 !rycr L Blrck VV. Muftchrnliom . Prcwlurt-orirntrcl IF Strrl l)rMignj.ISl1 Ini.Special Imauc on Phynica! Mrlallurgv of Ultralow (larfxin Intrrstitial-frrc St(*rls. 1994:203-222#李小权Tii卜冷轧搪瓷钢的贮紀机理和包滓透试验研究M2年第2期#李小权Tii卜冷轧搪瓷钢的贮紀机理和包滓透试验研究M2年第2期LI Xiaoquan(The Production Department of Jinan Branch
18、 (Company of Sliank)ng Iron and Strrl Co., Ltd. Jinan 250101, (Jiina)A be tract: Thi 爲 artirlr fir*t ainnlyz*l thr hvdnigrn tnmgr mrflianiin of tlw Ti-IF roll-rollrl rninwl *Urrl ani then ihmugh|M-ttn*abililylint*!* 叫” nilliMuli：-vl |Im* iiiilucnc *tl!I lollingrrlnrtion and hccoimI phar particles on thr hvdmgrn storage pm|wrtir*. llw results showed that thr volume fraction of thr MirandI.h p.iilb h in theuith limh l i inl S(higlirr. thr hvdmgrn storage p!.|M il 小 lu ttcri hc InghiT tlu- lani)ciitiiK hylngrn ntoMgr |n)|)ri*ty:丸Tiling39