CN104195505B - 一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺，属于钢管表面改性技术和热处理技术领域。其主要技术特征是钢管经过钢管内外表面进行除油清洗处理、钢管预热处理、钢管二次抛光处理、钢管三次抛光处理和液体离子渗氮防腐耐磨热处理工艺处理，再经过液体离子氧化着色、精细抛光处理后，在钢管内外表面形成10μm～100μm的防腐耐磨层，防腐耐磨层主要由化合物层和含氮奥氏体层依次组成。钢管材料为A3、Q235或其它碳素钢，钢管原始状态是无缝钢管和直缝焊接钢管。本发明生产的钢管有较高的耐腐蚀性能和耐磨性能，钢管外表面可呈现银白色、古铜色、黑色、海蓝色，代替含Cr、含Ni不锈钢彩色钢管。

Description

一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺

技术领域

本发明属于钢管表面改性技术或钢管表面热处理技术领域，特别涉及一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺。

本发明提供的防腐耐磨彩色钢管，其机械性能符合国家相关标准，钢管表面具有较高的硬度和较强的防腐、耐磨性能，钢管表面可呈现银白色、古铜色、橘黄色、海蓝色、墨绿色、棕色和灰色。可以替代含Cr、含Ni不锈钢彩色钢管，可广泛用于建筑装饰、家具、冷藏储运、水运码头以及饮用水输送、海水净化等技术领域。

背景技术

现行广泛采用的民用建筑和工业钢管多为碳素钢管和不锈钢钢管。

目前碳素钢管极易腐蚀，使用寿命短；不锈钢钢管制备工艺复杂，造价较高，色彩单一，装饰性差。

目前，我国民用建筑钢管表面防腐耐磨及着色处理大多数采用镀、涂、刷等工艺，其镀、涂、刷层不均匀，存在易脱落、防腐耐磨性能较差、表面硬度不高、易老化掉色问题。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有钢管存在的防腐耐磨性能差，表面光洁度和硬度不高、色彩单一问题。从而提供经液体离子防腐耐磨氮化和氧化着色复合处理的一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺。

为达到上述目的，本发明可通过以下技术方案来实现：

一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺，将普通钢管制成防腐耐磨彩色钢管的方法和步骤是：

(1)钢管内外表面进行处理，钢管内外表面进行除油、清洗、干燥处理；外表面进行抛丸、抛光处理；

(2)钢管预热处理，将钢管放置在电阻加热炉中预热，预热温度200～450℃，时间10～100min；

(3)钢管均热化处理，钢管在中频感应加热液体离子渗氮炉中加热均匀保温，进行钢管均热化处理，温度400～550℃，时间10～120min；

(4)钢管二次抛光处理；

(5)钢管液体离子氮化处理，钢管在中频感应加热液体离子渗氮炉中加热处理，温度500～650℃，时间10～120min，形成Fe₃N、Fe₄N、Fe₃C耐磨化合物层和含氮奥氏体层抗腐蚀过渡层组织；

(6)钢管三次抛光处理；

(7)钝化氧化处理，温度200～400℃，时间10～30min，封闭钢管表面空隙，形成特别耐磨的Fe₃O₄化合物层；

(8)钢管精细抛光处理，通过控制氧化膜厚度，钢管的呈色面可呈现红色、黄色、黑色、蓝色、绿色、棕色和灰色颜色。

把钢管侵泡在CNO^-1离子质量份数在28％～40％之间的液体介质中进行加热处理；

钢管原材料为A3、Q235或其它碳素钢，钢管原始状态是无缝钢管和直缝焊接钢管。

经该工艺处理的钢管内外表面设有防腐耐磨层，防腐耐磨层厚度为10～100μm，防腐耐磨层主要由耐磨性较好的Fe₃N、Fe₄N、Fe₃C、Fe₃O₄化合物层和防腐蚀性能较好的含氮奥氏体层依次组成。

钢管的呈色面可呈现复色如银白色、古铜色、橘黄色、海蓝色、墨绿色、棕色和灰色。

本发明与现有技术相比所具有的优点是：制备工艺简单，经过本发明处理后的钢管表面具有较好的防腐、耐磨性能，钢管表面永不掉色。通过调节工艺参数和通过精细抛光控制氧化膜厚度，可以调节钢管表面的防腐性能、耐磨性能和钢管表面的色彩。本发明防腐耐磨彩色钢管还具有较好的机械性能，经测试，机械性能完全符合国家有关标准。可以替代含Cr、含Ni不锈钢钢管，可广泛用于建筑装饰、家具、冷藏储运、水运码头、饮用水输送、海水净化等技术领域

本发明将钢管经过液体离子氮化热处理工艺处理后，钢管表面形成10～100μm的防腐耐磨层，该防腐耐磨层主要由Fe₃N、Fe₄N、Fe₃C、Fe₃O₄化合物层和含氮奥氏体层组织组成。

本发明用作钢管的管坯的材料为A3、Q235或其它碳素钢，钢管原始状态是无缝钢管和直缝焊接钢管。

附图说明

附图是本发明一种实施例结构示意图。

1-化合物层、2-含氮奥氏体层、3-钢管、4-呈色面。

具体实施方式

现结合附图以具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例一：

一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺，将钢管3的呈色面4制成银白色钢管的方法和步骤是：

一、钢管3内表面进行除油、清洗、干燥处理：外表面进行抛丸、抛光处理；

二、钢管3预热处理，在电阻炉中预热，温度350℃，时间50min；

三、钢管3均热处理，钢管3在中频感应加热液体离子渗氮炉(型号XIAN-TM-001)中加热均匀保温，进行钢管均热化处理，温度450℃，时间30min；

四、钢管3抛光处理；

五、钢管3液体离子氮化处理，钢管3在中频感应加热液体离子渗氮炉(型号XIAN-TM-002)中加热处理，温度650℃，时间50min，形成Fe₃N、Fe₄N、Fe₃C耐磨化合物层1和含氮奥氏体层2的抗腐蚀过渡层组织；

六、钢管3抛光处理；

七、钝化氧化着色处理，温度400℃，时间30min，封闭钢管3表面空隙，形成特别耐磨的Fe₃O₄化合物层1；

八、钢管精细抛光处理，钢管3抛光处理后，通过精细抛光控制氧化膜厚度，钢管3的呈色面4可呈现红色、黄色、黑色、蓝色、绿色、棕色和灰色等不同颜色。氧化膜的厚度一般在200～400nm。氧化膜较薄，呈现蓝色或棕色；中等厚度的氧化膜，呈现金黄色或红色；较厚的氧化膜，呈现绿色甚至是黑色；

制成银白色钢管的氧化膜的厚度一般在200-250nm。

实施例二：

一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺，将钢管3制成古董色钢管的方法和步骤是：

一、钢管3内表面进行除油、清洗、干燥处理：外表面进行抛丸、抛光处理。

二、钢管3预热处理：在电阻炉中预热，温度350℃，时间50min。

三、钢管3均热处理：钢管3在中频感应加热液体离子渗氮炉(型号XIAN-TM-001)中加热均匀保温，进行钢管3均热化处理，温度470℃，时间30min。

四、钢管3抛光处理：

五、钢管3液体离子氮化处理：钢管在中频感应加热液体离子渗氮炉(型号XIAN-TM-002)中加热处理，温度670℃，时间50min，形成Fe₃N、Fe₄N、Fe₃C耐磨化合物层1和含氮奥氏体层2的抗腐蚀过渡层组织；

六、钢管3抛光处理；

七、钝化氧化着色处理：温度450℃，时间30min，封闭钢管3表面空隙，形成特别耐磨的Fe₃O₄化合物层1；

八、钢管精细抛光处理，钢管3抛光处理后，通过精细抛光控制氧化膜厚度，钢管3的呈色面4可呈现红色、黄色、黑色、蓝色、绿色、棕色和灰色等不同颜色。氧化膜的厚度一般在200～400nm。氧化膜较薄，呈现蓝色或棕色；中等厚度的氧化膜，呈现金黄色或红色；较厚的氧化膜，呈现绿色甚至是黑色；

制成古铜色钢管的氧化膜的厚度一般在300-350nm。

本发明采用液体离子渗氮工艺，对钢管3表面进行防腐耐磨处理和氧化着色处理。该工艺是把钢管3侵泡在CNO^-1离子质量分数在28％～40％之间的液体介质中进行热处理，形成10～100μm的防腐耐磨氮化层，防腐耐磨层由化合物层1和含氮奥氏体层2过渡层依次组成。钢管3原材料为A3、Q235或碳素钢，钢管原始状态是无缝钢管和直缝焊接钢管。

防腐耐磨处理后的钢管3表面经液体离子氧化着色工艺处理并精细抛光后，外表面可呈现红色、黄色、黑色、蓝色、绿色、棕色和灰色。

钢管3经过表面氧化着色处理后所显示出的各种色彩并非形成有色的表面覆盖层，而是钢管3表面形成的无色透明氧化膜对光的干涉色。这种彩色现象是钢管3氧化膜表面上的反射光线与通过表面氧化膜折射后的光干涉产生的。也就是说氧化膜表面上的反射光和经过氧化膜折射后的光，与金属基体面上的反射光通过光干涉现象相互加强时，则对应于该波长光的色彩加强，我们肉眼就看到了符合于该波长的色彩。根据上述光干涉原理可知，如果表面氧化膜的成分改变，就会改变其折射率，即使表面膜厚度相同，而干涉色的色调也会发生变化。表面氧化膜成分相同时，即使光线的折射率一样，如若改变氧化膜厚度也会显示不同的色彩。通常薄氧化膜显示蓝色或棕色，中等厚度氧化膜则显示金黄色或红色，厚氧化膜则呈绿色或黑色。

本发明用作热处理的热处理炉是中频感应加热液体离子渗氮炉(型号XIAN-TM-001和型号XIAN-TM-002)。该加热炉特点是加热速度快、加热温度均匀。

本发明用作加热的热处理炉炉胆采用不锈钢/纯钛复合钢板，保证渗氮液体的纯洁性。

性能对比

机械性能对比：见表1。

表1 机械性能对比：(Q235B，￠20×2mm)

从上表看出，液体离子渗氮新型防腐耐磨彩色钢管完全达到GB/T700-2006标准规定的机械性能要求。

防腐性能对比：见表2。

表2：盐雾对比试验(防腐耐磨处理试样材料Q235)

综合上述，经液体离子渗氮处理和液体离子氧化处理的彩色钢管，其机械性能完全达到GB/T700-2006标准规定的机械性能要求，防腐耐磨处理试样的防腐性能是1Cr18Ni9Ti不锈钢试样的1.23倍，钢管3的呈色面4可呈现银白色、古铜色、橘黄色、海蓝色、墨绿色、棕色和灰色。完全可以替代含Cr、含Ni不锈钢钢管，可广泛用于建筑装饰、家具、冷藏储运、水运码头、饮用水输送、海水净化等领域。

Claims (5)

1.一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺，其特征是，将普通钢管制成防腐耐磨彩色钢管的方法和步骤是：

(1)钢管内外表面进行处理，钢管内外表面进行除油、清洗、干燥处理；外表面进行抛丸、抛光处理；

(2)钢管预热处理，将钢管放置在电阻加热炉中预热，预热温度200～450℃，时间10～100min；

(3)钢管均热化处理，钢管在中频感应加热液体离子渗氮炉中加热均匀保温，进行钢管均热化处理，温度400～550℃，时间10～120min；

(4)钢管二次抛光处理；

(5)钢管液体离子氮化处理，钢管在中频感应加热液体离子渗氮炉中加热处理，温度500～650℃，时间10～120min，形成Fe₃N、Fe₄N、Fe₃C耐磨化合物层和含氮奥氏体层抗腐蚀过渡层组织；

(6)钢管三次抛光处理；

(7)钝化氧化处理，温度200～400℃，时间10～30min，封闭钢管表面空隙，形成特别耐磨的Fe₃O₄化合物层；

(8)钢管精细抛光处理，通过控制氧化膜厚度，钢管的呈色面呈现红色、黄色、黑色、蓝色、绿色、棕色和灰色。

2.如权利要求1所述的一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺，其特征是：把钢管侵泡在CNO^-1离子质量份数在28％～40％之间的液体介质中进行加热处理。

3.如权利要求1所述的一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺，其特征是：钢管原材料为A3、Q235或其它碳素钢，钢管原始状态是无缝钢管和直缝焊接钢管。

4.如权利要求1所述的一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺，其特征是：经该工艺处理的钢管内外表面设有防腐耐磨层，防腐耐磨层厚度为10～100μm，防腐耐磨层主要由耐磨性较好的Fe₃N、Fe₄N、Fe₃C、Fe₃O₄化合物层和防腐蚀性能较好的含氮奥氏体层依次组成。

5.如权利要求1所述的一种防腐耐磨彩色钢管的制备工艺，其特征是：钢管的呈色面可呈现复色银白色、古铜色、橘黄色、海蓝色、墨绿色、棕色和灰色。