(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111320794.6 (22)申请日 2021.11.09 (71)申请人 河钢股份有限公司 地址 050023 河北省石家庄市体 育南大街 385号 (72)发明人 赵轶哲　张青　杨婷　刘需　 谷辉格　宋帅　 (74)专利代理 机构 石家庄冀科专利商标事务所 有限公司 13108 代理人 李桂琴 (51)Int.Cl. G16C 10/00(2019.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种搪瓷钢板氢渗透过程的数值模拟方法 (57)摘要 本发明涉及一种搪瓷钢板氢渗透过程的数 值模拟方法， 属于搪瓷钢质量控制方法技术领 域。 本发明的技术方案 是： （1） 将初始模型能量最 小化以得到最优结构； （2） 将铁/ 氢模型进行充分 弛豫， 达到平衡状态； （3） 固定体系的温度和压 力， 研究升温与冷却过程中氢原子在不同厚度铁 基体模型中的运动状态。 本发明的有益效果是： 对于不同厚度铁基体模型的构建、 氢原子运动状 态与位置的观 察相对简单， 实现对搪瓷钢板温度 变化过程中微观结构的详细了解， 方便模拟操作 与工艺预测。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 114121170 A 2022.03.01 CN 114121170 A 1.一种搪瓷钢板氢渗透过程的数值模拟方法， 其特征在于包含以下步骤： （1） 将初始模 型能量最小化以得到最优结构； （2） 将铁/氢模型进行充分弛豫， 达到平衡状态； （3） 固定体 系的温度和压力， 研究升温与冷却过程中氢原子在不同厚度铁基 体模型中的运动状态。 2.根据权利要求1所述的一种 搪瓷钢板氢渗透过程的数值模拟方法， 其特征在于： 所述 步骤 （1） 中， 初始模型能量 最小化采用共 轭梯度算法。 3.根据权利要求1所述的一种 搪瓷钢板氢渗透过程的数值模拟方法， 其特征在于： 所述 步骤 （2） 中， 将铁 /氢模型进行充分弛豫， 达 到平衡状态是在NPT系综下进行。 4.根据权利要求1所述的一种 搪瓷钢板氢渗透过程的数值模拟方法， 其特征在于： 所述 步骤 （3） 中， 使用Nose ‑Hoover方法和Berendsen方法对体系的温度和压力进行调节， 在等温 等压系综下开展模拟； 搪瓷钢板氢渗透模拟过程： 首先对酸洗及涂搪后表面附着氢原子的 钢板进行加热烧制， 然后经过保温处理， 保温完成后进 行冷却， 最后完成氢原子在 搪瓷钢板 中渗透的过程。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114121170 A 2一种搪瓷钢板氢渗透过 程的数值模拟方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种搪瓷钢板氢渗透过程的数值模拟 方法， 属于搪瓷钢质量控制方法 技术领域。 背景技术 [0002]近年来， 搪瓷钢板 的应用在国民经济中发挥着举足轻重 的作用。 搪瓷钢板是指以 一种金属坯体为基体， 通过涂搪技术在其表面烧制瓷釉而得到的复合材料。 由于搪瓷钢板 兼具金属固有的成型性强和瓷釉耐腐蚀以及装饰性强等优点。 因此， 搪瓷钢板目标市场已 经由传统生活日用品行业延伸到 建筑、 冶金和化工 设备等领域。 不同用途的搪瓷钢板， 要求 具备不同的综合性能， 搪瓷钢板在使用过程中常见的问题主要有鳞爆、 瓷釉层裂纹、 瓷釉气 泡和细孔 等缺陷。 其中鳞爆是搪瓷制品最普遍和最 致命的问题， 且发生时间难以预测。 [0003]鳞爆是指搪瓷制品表面搪瓷层产生大小不等、 深度不一半月形剥落， 像鱼鳞一样 密着在表面的现象。 鳞爆缺陷的发生会导致搪瓷制品内部金属基体与外界环境接触， 从而 使搪瓷制品服役性能 降低。 为了提高搪瓷钢板的抗鳞爆性能， 国内外学者对搪瓷钢板鳞爆 机理进行了大量研究。 研究发现， 搪瓷钢板产生鳞爆现象是 由于钢板中析出 的氢气压力过 大所引起的。 搪瓷制品生产过程中， 钢板要经历两次产生氢的反应， 第一次是在酸洗时产 生， 第二次则是在搪瓷烧制过程中。 酸洗时铁与酸液发生反应， 金属被溶解而析出氢， 析出 的氢气并不全部挥发， 而 是部分以氢原子状态溶于钢板中。 另一方面， 搪瓷烧制过程中由于 粘土中含有 结晶水， 所以会发生脱 水过程， 熔融物中的水一部 分被排掉， 但由于所含水份排 除较慢， 必 然存在一部 分水与铁发生反应， 反应所析出的氢一部 分挥发掉， 另一部 分则溶于 钢板中。 [0004]当钢板中溶入大量的氢原子， 搪烧时温度较高， 氢的溶解度随着温度的升高而不 断增加， 搪瓷制品冷却后， 室温下钢中的氢达到过饱和， 那么氢就要向外扩散﹔ 由于硬化的 的瓷层不渗透氢， 这样就造成了大量的氢原子在瓷层和钢板之间结合形成氢气。 当氢气的 压力超过瓷层承受极限时， 便会冲破瓷层而产生鳞爆。 [0005]目前公认的测试搪瓷钢板抗鳞爆性能的方法主要有氢渗透法和涂搪法。 涂搪法一 般对有鳞爆倾向的底釉使用， 然后将涂搪后的钢板在烘箱中加热， 通过对比涂搪底釉钢板 出现鳞爆缺陷的数量来测试钢板的抗鳞爆性能。 氢渗透法一般对钢板进行单面涂搪， 在标 准的酸溶液、 温度和电流密度下用氢对涂搪后的钢板进行阴极充电， 统计钢板出现第一个 鳞爆的时间就代表了钢板的抗鳞爆性能， 所用时间长， 说明氢在钢板中的扩散速度较慢， 相 同工艺下同等时间内进入钢板中的氢原子数量少， 即有利于提高搪瓷钢板的抗鳞爆性能。 相比于涂搪法， 氢渗透法周期短， 操作简单， 因此 得到广泛使用。 [0006]专利CN102192933A公开了一种冷轧钢板搪瓷鳞爆敏感性的氢渗透测量方法， 将试 样紧固在两个电解槽之间， 并同时在两个电解槽中倒入电解液； 测量试样的电位值， 待电位 值稳定后， 对 试样进行充氢； 计算机记录试样的电位 ‑时间曲线， 当电位 ‑时间曲线 出现近似 平行于横坐标的直线时， 停止试验； 通过电位 ‑时间曲线获得氢渗透时间并根据氢渗透时间说　明　书 1/3 页 3 CN 114121170 A 3