0 引言

搪瓷制品涉及到日用、家电、厨房、卫浴、化工、医药、食品、建筑装饰、户外用品、环保等各个领域；产品从简单满足国内人民需要，到现在出口全世界各国。搪瓷钢从成分划分，主要有3大体系，分别是：

1）低碳钢系列：加碳、高硼，形成氮化硼、碳化硼、氮化铝，不能加钛，否则形成碳化钛，强度太高，影响性能。

2）超低碳钢：加氮，加钛，形成氮化铝、氮化钛、极少量的碳化钛。

3）高氧钢：氧的含量≥0.020%，控制低碳，目前国外某品牌的氧含量最高达0.039%，国内某品牌的氧含量达0.036%。

我国搪瓷工业起步晚，还有很大部分依赖进口，国内目前做得最好品牌仍与国外品牌存在一定的差距，新钢搪瓷钢在国内起步更晚，投放市场后质量波动大，严重影响用户的信心，因此，要完全做好该产品系列，还有很多需要从机理上，去研究与解决的问题^[1]。

1 搪瓷钢常出现的问题 1.1 鳞爆

鳞爆是在钢板搪瓷后出现在板面上的一种缺陷，瓷层破裂后的钢板表面就像鱼鳞一样，因而称之为鱼鳞爆。此缺陷在搪瓷钢行业称之为绝症，是不可接受的缺陷，具体见图 1。

1.2 密着性

基板与瓷层之间的结合力即为密着性。密着力不良主要表现为：瓷釉和钢板完全剥离，基板裸露；或在规定冲击试验中瓷釉和基板的结合力低于1级，见图 2。钢板抗冲击力差，瓷层易脱落。

1.3 针孔

在钢板和瓷釉高温烧成中，瓷釉内的水和钢板内的碳反应生成一氧化碳，在瓷釉表面形成针孔。针孔的存在使钢板直接裸露在大气中，降低搪瓷用钢板的使用寿命^[2]。

2 搪瓷钢常见问题的机理与对策措施 2.1 鳞爆的机理与对策措施 2.1.1 鳞爆的机理分析

搪瓷钢产生鳞爆的主要原因是搪瓷制胚在高温烧结时，瓷浆内的结晶水与钢板表面的铁、碳反应生成原子氢，原子氢向钢中扩散，以原子或分子的形式溶解于铁，或吸附在钢中的组织孔隙、晶界位错、基体与非金属夹杂物之间的空位处等，当搪瓷板冷却时，氢在钢中的溶解度急剧下降，如果钢中没有足够的吸氢场所，氢原子会大量逸出，最后氢原子在瓷层与钢板之间穴处以氢分子形式聚集产生压力，最后大到足够使瓷层破裂。产生氢的主要反应式如式（1）、式（2）所示：

(1)

(2)

氢可以从钢板的制造过程中、瓷釉的水中、搪瓷炉窑的空气中产生^[2]。

在炼钢工序成分控制中C、H含量偏高，易造成鳞爆^[3]。

在每年的梅雨季节是搪瓷钢鳞爆高发的季节，主要是因为原板表面粗糙度太高，涂油量太多，板面的凹坑处易积水和积油，因而导致在搪瓷后产生鳞爆。

2.1.2 解决鳞爆的措施

针对产生鳞爆的原因，在搪瓷基析板的生产过程中，主要做了如下工作：

1）对搪瓷钢基板的制造过程中严格控制C、N的含量，以减少鳞爆的发生。

2）增加基体钢中的储氢陷阱^[4]。一方面是控制钢中的夹杂物数量及大小^[5]，一方面是在组织内形成足够多的晶界位错。

对超低碳成分体系的搪瓷钢为增加储氢陷阱，主要是控制N的成分、其次是控制热轧终轧温度及卷取温度、冷轧压下率、退火温度等关键工艺参数。

对高氧体系的搪瓷钢为增加储氢陷阱，主要是控制钢中O的成分、热轧终轧温度及卷取温度、冷轧压下率、退火温度等关键工艺参数。

3）控制基板表面适当的粗糙度，以减少板面凹坑处积水积油量。

4）通过电化学方法^{[6, 7]}自制了一套简易检测氢渗透的方法。具体见图 3。

通过上述几个方面工作的开展，新钢搪瓷钢板储氢性能有了较大的提升，表 1为改进前后氢渗透试验结果及国内某品牌测试结果对比情况。

从表 1数据可以看出，新钢搪瓷钢改进前氢渗透时间仅为国内某品牌的50%，储氢性能差，改进后氢渗透时间基本与国内某品牌接近，明显提高了产品的储氢性能。通过工艺的改进基本杜绝了鳞爆的产生，产品最终得到了用户的认同。

2.2 密着性的机理分析与对策措施

密着性是通过落球冲击法，即按国标GB13790-2008涂搪密着性标准判断将100 g钢球从2 m高处垂直冲击搪瓷钢板，观察瓷釉层脱落情况^[7]。

目前对密着性存在如下几个方面的理论：(1)物理密着理论又称机械密着^[8]。这一观点认为：瓷釉与金属的密着是熔融的瓷釉进入金属表面的凹穴，以机械方式与金属相互镶嵌在一起产生的，界面粗糙度越高，机械结合力就越强。但是另外的研究发现，虽然瓷釉与金属之间的界面相当的光滑，密着性仍相当好，若是把钢板象铸铁那样进行喷砂处理，涂搪烧成后界面的结合反而差了，也就是说机械密着有一定的局限性，不能解释所有的密着现象；(2)化学密着理论。该理论认为：瓷釉与金属的结合是由于二者之间通过扩散、熔融等复杂的化学反应，形成了各种键的缘故；(3)枝晶密着理论，这种理论既包括物理结合又包括化学结合。枝晶体是在冷却阶段形成的树枝状晶体，根据热力学原理，树枝状晶体是不同晶核的形成过程，很多学者借助金相法和X-射线分析方法对铁-瓷釉的交界面作了详细的研究，发现在此界面有枝晶体存在，枝晶体既与瓷釉牢固的结合，也与金属牢固的结合，枝晶体的形成是与金属颗粒从瓷釉熔融物中还原并析出有关^[8]。

物理结合体现在枝晶体使搪瓷和金属的界面变得粗糙，依靠机械力，使它们产生良好的密着，化学结合方面体现在烧成阶段，金属和瓷釉之间发生复杂的化学反应，在瓷层与金属的边界处产生了化学键，这些化学键把瓷层和金属紧密地结合在一起。

根据上述密着理论，本文主要在以下2个方面做了一些改进工作，改进后的搪瓷钢取得了较好的效果，也减少了鳞爆的发生机率。

1）在提高机械密着性方面做工作，通过反复试验将板面粗糙度及峰值密度控制在一个合适的范围内。

2）在提高化学密着性方面做工作，通过添加一定量的合金元素，增强搪瓷与金属界面结合力。

2.3 针孔的机理分析与对策措施

在钢板和瓷釉高温烧成中，瓷釉内的水和钢板内的碳反应生产CO，在瓷釉冷却中，CO溢出，瓷釉进入大气，在瓷釉表面形成针孔，针孔的存在使钢板直接裸露在大气中，降低搪瓷用钢板的使用寿命。反应式如下：

(3)

因而要控制针孔的发生，主要是从冶炼过程RH脱碳、连铸控制碳在一定的范围内。控制精炼过程中脱碳的含量，另一方面是做好保护浇铸及控制好保护渣、耐材的成份。

通过上述工作的开展，从精炼到连铸碳情况控制较好。

3 应用效果

通过多批次的工艺试验，主要是通过炼钢工艺的改进，控制C、N成分范围（≤0.002%），夹杂物类型（硫化物与氧化物为主）、大小（夹杂物颗粒≤5滋m）；通过辊面粗糙度的优化，控制板带表面粗糙度的合理范围，最终产品满足用户使用要求，消除了鳞爆。各批次具体控制指标及用户使用反馈情况如表 2所示。

改进后的晶粒度控制在7.5级左右，晶粒均匀，满足一定的成型要求，如图 4所示。

高氧搪瓷钢改进后钢中夹杂物主要是硫化物（如MnS）与氧化物（Al₂O₃、MnO等），通过电镜扫描结果如图 5所示。

改进后未发生过鳞爆现象，完全满足用户的使用需求。

4 结论

通过对新钢搪瓷钢的机理分析与技术改进，得出以下结论：

1）控制C、N的含量可以极大地改进搪瓷钢的抗鳞爆性能及降低搪瓷后的针孔率。

2）控制钢中一些合金元素的含量可提高钢板与瓷釉的密着力，同时密着力的提高反过来又可提高搪瓷钢板的抗鳞爆性。

3）搪瓷钢中夹杂物类别及大小可通过炼钢工艺的调整来控制。