CN107326305A - 一种耐腐蚀钢板及其制造方法 - Google Patents

一种耐腐蚀钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀钢板，由以下质量百分比组分组成：0.5‑1％C、0.1‑0.3％Mn、0.01‑0.1％Pb、0.2‑0.5％Si、0.1‑0.5％Al、1.1‑1.3％Cr、0.01‑0.05％S、0.03‑0.1％W、0.01‑0.5％V、0.01‑0.1％Ti、0.05‑0.5％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质构成，其中钢板中还可以加入0.05‑0.2％Mo。制备本发明的耐腐蚀的钢板包括以下步骤：(1)熔炼：将各组分按顺序混合，加热融化，得合金液；(2)将合金液转移至精炼炉中，进行脱氧、排渣处理，迅速降温，浇铸得成品。本发明制备的钢板具有优良的耐腐蚀性能，可以在船舶上应用，增加船体的寿命。

Description

一种耐腐蚀钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及钢及其制造方法，特别涉及一种耐腐蚀钢板及其制造方法。
背景技术
金属材料抵抗周围介质腐蚀破坏作用的能力称为耐腐蚀性。由材料的成分、化学性能、组织形态等决定的。钢在腐蚀环境下，一般需要先对钢进行镀膜、涂漆、电防腐等措施。然而镀膜、涂漆和电防腐等有些缺陷无法克服，如有些细微的缺陷会造成局部的腐蚀，局部的腐蚀会快速扩展，造成钢板腐蚀。在钢材中添加Cr、Cu、Ni、P、Ni等元素提高钢的耐腐蚀性，但是对于局部腐蚀仍然影响钢的耐腐蚀性能，其一些抗腐蚀性能材料的添加，降低了钢的整体力学性能。
发明内容
发明目的：本发明提供一种耐腐蚀钢板及其制造方法，增加钢板的均匀性、硬度和强度，特别是提高钢板的耐腐蚀性能。
技术方案：本发明所述一种耐腐蚀钢板，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：0.7-1.2％C、0.1-0.2％Mn、0.02-0.06％Pb、0.02-0.05％Si、0.1-0.4％Al、0.06-1.2％Cr、0.005-0.02％S、0.02-0.4％W、0.05-0.4％V、0.01-0.1％Ti、0.05-0.5％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质构成。
C的存在才可对钢铁进行热处理，调节和改变钢铁的力学性能，当C在一定范围时，提高C的含量可以提高钢的硬度和强度，但含量过高，钢的韧性和塑性下降，本发明选用0.7-1.2％C，可以很好的提高钢的硬度和强度，在该范围内，钢的韧性和塑性良好，本发明中的C主要以化合碳的形式存在。
Mn在钢中的作用为提高钢的淬透性，起固溶强化作用，增加钢的强度和硬度，但是Mn含量过高，则会增加钢的过热敏感性。本发明选用0.1-0.2％Mn，提高钢的可锻性，降低钢的热脆性，提高了钢的耐高温性能。
Pb作用为降低疲劳强度。但是Pb的含量需要进行严格控制，含量过高则会降低钢的冲击韧性，且降低钢的塑性，故本发明经过反复的试验且与其他组分进行配伍，发现Pb在0.02-0.06％范围内，可以很好的增加钢的耐疲劳性，且不会造成钢塑性的降低。
Si在本发明中主要是作为脱氧剂，并且可以减少晶体的各向异性倾向，增加钢的强度、耐热性和耐磨性，在普通钢铁中，硅的含量通常为0.4％以上，硅的含量不合适则会破坏钢的连续性，且会形成与钢无法相容的颗粒，增加钢材料的磨损，不利实现本发明的目的，故经过反复对比和筛选，本发明采用0.02-0.05％范围内的Si。
Al在本发明中作为脱氧剂、脱气剂和致密剂，与氧生成Al2O3，与N形成AlN，生成的AlN是细小弥散的分布于钢铁中，提高钢的综合性能，同时，形成的Al2O3在进行表面淬火处理后，可以很好的增加钢的耐磨性，但是Al含量过高，形成的Al2O3则无法很好的与钢融合，减少钢的均一性，影响钢的耐磨性，经过反复筛选，本发明选择0.1-0.4％Al。
Cr在本发明中增加了钢的淬透性，提高钢的强度、硬度和韧性，提高钢的综合性能，与本发明的C形成化合物，可以很好的增加钢的耐磨性、抗氧化性、耐蚀性，传统的高铬钢作为轴承用主要是利用了Cr的此种优良性能，但是Cr含量过高，则会出现硬而脆的中间产物，且增加了钢的脆性转变温度，本发明其他组分的加入，不仅可以提高钢的耐磨性，且全面提高了钢的综合性能，最终本发明Cr含量为0.06-1.2％。
S通常作为有害成分存在，本发明中添加S的原因为S与组分中的Mn形成的MnS，少量MnS的存在可在不降低钢的硬度条件下，增加钢的塑性，但是S含量过高，增加塑性，但是会破坏钢的连续性，加热时会引起热裂等不良影响，故S的含量需严格控制，本发明选用了0.005-0.02％含量的S。
W增加了钢的回火稳定性、热强性和耐磨性，提高钢在高温时的抗蠕变能力，但是W的含量过高，容易与组分中的C、Fe等其他成分形成含量过高的化合物，影响钢的耐磨性，故本发明最终选用了0.02-0.4％W。
V在本发明中主要提高钢的耐磨性和耐高温性能，同时还具有提高钢强度的效果。V与组分中的C形成的化合物对提高钢的硬度和耐磨性效果明显，同时该化合物可以与钢很好的融合，不会因为颗粒弥散造成的钢的不均匀，经过对钢材料的性能测定，最终选用0.05-0.4％V。
Ti可以提高刚的强度、硬度、耐腐蚀性和抗磨性等力学性能，本发明选用的Ti的含为0.01-0.1％，当Ti含量在0.01-0.08％时，Ti在钢板中以固溶态存在，可以起固溶强化作用，增加铁的抗腐蚀作用。当Ti含量在0.08-0.1％时，Ti以化合态在钢中存在，可以增加钢的均匀性，弥散状态分布，可以提高钢局部耐腐蚀。并且Ti在此范围内，可以与Cu产生协同作用，在少量时，提高钢的耐腐蚀性能。
Cu的存在使得钢在腐蚀介质中，形成一层致密的氧化层，减缓或阻抑腐蚀介质继续向内侵蚀，因此Cu是常用的提高钢板抗腐蚀性能的添加组分，通常当Cu的含量为2-3％时，可以提高钢对硫酸、盐酸的抗腐蚀性和应力腐蚀的稳定性，但是Cu的存在会增加钢的力学性能和抗腐蚀性能，本发明在此基础上，利用Cu与其他组分进行筛选，降低同的使用量，控制钢种Cu的组分在0.05-0.5％范围内，不影响钢的力学性能的条件下，提高钢的抗腐蚀性能。
优选地，耐腐蚀钢板中各组分的质量百分比为：0.8-1.1％C、0.12-0.18％Mn、0.03-0.05％Pb、0.03-0.05％Si、0.1-0.3％Al、0.3-1.0％Cr、0.01-0.02％S、0.1-0.4％W、0.2-0.4％V、0.03-0.08％Ti、0.1-0.3％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质构成。
最优选地，耐腐蚀钢板中各组分的质量百分比为：0.9％C、0.14％Mn、0.04％Pb、0.04％Si、0.2％Al、0.5％Cr、0.02％S、0.3％W、0.3％V、0.05％Ti、0.2％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质构成。
本发明所述的耐腐蚀钢板，在上述成分组成的基础上，还含有0.05-0.2％Mo。Mo在本发明中，增加了钢板的强度且不降低钢板的韧性和可塑性，且能提高钢板的高温强度和抗腐蚀能力，本发明中Mo在此范围内可以与Cu起到协同增加钢的耐腐蚀性能，有效地降低了钢板中铜的使用量，且抗腐蚀性能更好。
一种制备耐腐蚀钢板的制造方法，包括以下步骤：(1)熔炼：将Fe粉加入到高频感应熔炼炉中融化，待炉内的温度升至1300-1400℃，按以下质量百分比加入0.7-1.2％C、0.1-0.2％Mn、0.02-0.06％Pb和0.02-0.05％Si，保温20-30min，以20℃/s速度继续升温，待温度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.4％Al、0.06-1.2％Cr、0.005-0.02％S、0.02-0.4％W和0.05-0.4％V、0.01-0.1％Ti、0.05-0.5％Cu，保温30-40min，得合金液；(2)将合金液转移至精炼炉中，进行脱氧、排渣处理，温度降至1200-1300℃，进行浇铸，用乙炔一氧火焰快速加热钢铁，随后用水冷却进行表面淬火处理，得成品。
进一步地，在制造含有Mo的耐腐蚀钢板时，在步骤(1)中待温度升至1550-1650℃后，加入0.05-0.2％Mo。
有益效果：本发明所述的耐腐蚀钢板具有优良的耐磨性、硬度和耐高温性能，钢板性能优良，耐腐蚀性能优异。
具体实施方式
一、原料和检测方法
1、原料来源
本发明采用的原料的具体参数如下：
C粉(约1μm)；Mn为0.6-1.2mm，购自耒阳大吉锰业有限公司；Pb粒度为200-300目，Cr粒度为80-325目，W粒度为200目，V粒度为100目、Ti粉粒度为150-200目，Cu粒度为100目，Mo粒度为200-400目，购自北京兴荣源科技有限公司；Si粒度为1000目，购自徐州凌云硅业有限公司；其余原料均为市购所得。
2、检测方法
1-2-1硬度测定
参考《GB/T230.1-2009金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法》
1-2-2拉伸试验
参考《GB/T 228金属材料拉伸试验室温试验方法》
1-2-3冲击试验
参考《GB/T 229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法》
1-2-4耐磨性试验
试样尺寸：4mm×4mm×5mm，磨损面为4mm×4mm。试验所用砂纸为600目氧化铝耐水砂纸，压力为90N，用分析天平测量质量，精度为0.1mg。先将试样进行跑合磨损300转(r)，称量其质量，然后正式磨损1500r，再称一次质量，两次质量之差为磨损失重，试样的相对耐磨性ε为基准试样的磨损量(mg)与该试样磨损量(mg)的比值，ε＝基准试样的磨损量/试样磨损量。
1-2-5耐腐蚀性试验
参考《GB/T 10125-2012人造气氛腐蚀试验盐雾试验》，利用醋酸盐雾试验(AASS试验)检测钢的耐腐蚀性能，主要方法为在5％氯化钠溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的pH值为3左右，溶液变成酸性，最后形成的盐雾也由中性盐雾变成酸性。经24h后，测定每块样品的质量损失。
二、制造方法
2-1-1将Fe粉加入到高频感应熔炼炉中融化，待炉内的温度升至1300-1400℃，按以下质量百分比加入0.7-1.2％C、0.1-0.2％Mn、0.02-0.06％Pb和0.02-0.05％Si，保温20-30min，以20℃/s速度继续升温，待温度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.4％Al、0.06-1.2％Cr、0.005-0.02％S、0.02-0.4％W和0.05-0.4％V、0.01-0.1％Ti、0.05-0.5％Cu，保温30-40min，得合金液；(2)将合金液转移至精炼炉中，进行脱氧、排渣处理，温度降至1200-1300℃，进行浇铸，用乙炔一氧火焰快速加热钢铁，随后用水冷却进行表面淬火处理，得成品。
2-1-2将Fe粉加入到高频感应熔炼炉中融化，待炉内的温度升至1300-1400℃，按以下质量百分比加入0.7-1.2％C、0.1-0.2％Mn、0.02-0.06％Pb和0.02-0.05％Si，保温20-30min，以20℃/s速度继续升温，待温度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.4％Al、0.06-1.2％Cr、0.005-0.02％S、0.02-0.4％W和0.05-0.4％V、0.01-0.1％Ti、0.05-0.5％Cu，0.05-0.2％Mo，保温30-40min，得合金液；(2)将合金液转移至精炼炉中，进行脱氧、排渣处理，温度降至1200-1300℃，进行浇铸，用乙炔一氧火焰快速加热钢铁，随后用水冷却进行表面淬火处理，得成品。
2-1-3制备的样品浇铸后，不经表面淬火处理直接的成品，其余同2-1-1。
三、样品制备
实施例1：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.7％C、0.1％Mn、0.02％Pb、0.02％Si、0.1％Al、0.06％Cr、0.005％S、0.02％W、0.05％V、0.01％Ti、0.05％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质。
实施例2：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：1.2％C、0.2％Mn、0.06％Pb、0.05％Si、0.4％Al、1.2％Cr、0.02％S、0.4％W、0.4％V、0.1％Ti、0.5％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质。
实施例3：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.7％C、0.1％Mn、0.02％Pb、0.05％Si、0.4％Al、1.2％Cr、0.02％S、0.4％W、0.4％V、0.1％Ti、0.5％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质。
实施例4：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.7％C、0.1％Mn、0.02％Pb、0.02％Si、0.1％Al、1.2％Cr、0.02％S、0.4％W、0.4％V、0.1％Ti、0.5％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质。
实施例5：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.7％C、0.1％Mn、0.02％Pb、0.02％Si、0.1％Al、0.06％Cr、0.005％S、0.4％W、0.4％V、0.1％Ti、0.5％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质。
实施例6：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：1.2％C、0.2％Mn、0.06％Pb、0.05％Si、0.1％Al、0.06％Cr、0.005％S、0.02％W、0.05％V、0.01％Ti、0.05％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质。
实施例7：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.8％C、0.12％Mn、0.03％Pb、0.03％Si、0.1％Al、0.3％Cr、0.01％S、0.1％W、0.2％V、0.03％Ti、0.1％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质。
实施例8：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：1.1％C、0.18％Mn、0.05％Pb、0.05％Si、0.3％Al、1.0％Cr、0.02％S、0.4％W、0.4％V、0.08％Ti、0.3％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质。
实施例9：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.8％C、0.12％Mn、0.03％Pb、0.05％Si、0.3％Al、1.0％Cr、0.02％S、0.4％W、0.4％V、0.08％Ti、0.3％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质。
实施例10：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：1.1％C、0.18％Mn、0.05％Pb、0.05％Si、0.3％Al、1.0％Cr、0.02％S、0.1％W、0.2％V、0.03％Ti、0.1％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质。
实施例11：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.9％C、0.14％Mn、0.04％Pb、0.04％Si、0.2％Al、0.5％Cr、0.02％S、0.3％W、0.3％V、0.05％Ti、0.2％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质。
实施例12：根据2-1-2方法，组分中添加0.05％Mo，其余同实施例1。
实施例13：根据2-1-2方法，组分中添加0.2％Mo，其余同实施例2。
实施例14：根据2-1-2方法，组分中添加0.1％Mo，其余同实施例3。
实施例15：根据2-1-2方法，组分中添加0.2％Mo，其余同实施例4。
实施例16：根据2-1-2方法，组分中添加0.15％Mo，其余同实施例5。
实施例17：根据2-1-2方法，组分中添加0.15％Mo，其余同实施例6。
实施例18：根据2-1-2方法，组分中添加0.05％Mo，其余同实施例7。
实施例19：根据2-1-2方法，组分中添加0.15％Mo，其余同实施例8。
实施例20：根据2-1-2方法，组分中添加0.2％Mo，其余同实施例9。
实施例21：根据2-1-2方法，组分中添加0.05％Mo，其余同实施例10。
实施例22：根据2-1-2方法，组分中添加0.1％Mo，其余同实施例11。
对比例1：无Mn，其余同实施例11。
对比例2：无Pb，其余同实施例11。
对比例3：无Al，其余同实施例11。
对比例4：无Cr，其余同实施例11。
对比例5：无S，其余同实施例11。
对比例6：无W，其余同实施例11。
对比例7：无V，其余同实施例11。
对比例8：无Ti，其余同实施例11。
对比例9：无Cu，其余同实施例11。
对比例10：用2-1-3方法制备，其余同实施例11.
对比例11：无Cu，无Ti其余同实施例11。
对比例12：无Ti，其余同实施例22。
对比例13：无Ti，无Cu，其余同实施例22。
四、检测结果
1、对未经腐蚀处理的样品进行的性能测定，测定结果为实施例1-22的硬度(HRC)在58-61，拉伸强度(N/mm2)为520-590范围内，冲击韧性(J/cm2)在67-75范围内，本发明最佳实施例为实施例11与实施例22，因为钢板材料均一，钢板表面形成氧化铝保护膜，本发明钢板的耐磨性无太大差异。
对比例1-13的硬度(HRC)在42-51，拉伸强度(N/mm2)为410-467范围内，冲击韧性(J/cm2)在56-62范围内，对比例的耐磨性能良好，但与实施例相比较差，差异并不明显。
2、对钢板进行腐蚀性试验，经过腐蚀性试验后的样品再次进行硬度、拉伸强度和冲击韧性和相对耐磨性的测定，实施例1-10的性能与实施例11制备样品的性能相同，实施例12-21制备样品的性能与实施例22制备样品的性能形同，故本发明给出了实施例11与实施例22的具体数据，结果见表1。
表1样品耐腐蚀性能测定及经腐蚀处理后性能结果
由表1可以看出，在经过腐蚀性试验后，对比例的钢板的性能下降明显，主要是因为对金属的局部腐蚀将大幅度降低钢板的力学性能，而本发明制备的钢板表面均一，且各组分之间具有协同作用，抵抗外界的腐蚀作用，经腐蚀处理后，仍具有优良性能。

Claims (8)

1.一种耐腐蚀钢板，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：0.7-1.2％C、0.1-0.2％Mn、0.02-0.06％Pb、0.02-0.05％Si、0.1-0.4％Al、0.06-1.2％Cr、0.005-0.02％S、0.02-0.4％W、0.05-0.4％V、0.01-0.1％Ti、0.05-0.5％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质构成。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢板，其中各组分的质量百分比为：0.8-1.1％C、0.12-0.18％Mn、0.03-0.05％Pb、0.03-0.05％Si、0.1-0.3％Al、0.3-1.0％Cr、0.01-0.02％S、0.1-0.4％W、0.2-0.4％V、0.03-0.08％Ti、0.1-0.3％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质构成。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢板，其中各组分的质量百分比为：0.9％C、0.14％Mn、0.04％Pb、0.04％Si、0.2％Al、0.5％Cr、0.02％S、0.3％W、0.3％V、0.05％Ti、0.2％Cu，余量由Fe及不可避免的杂质构成。
4.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢板，在上述成分组成的基础上，还含有0.05-0.2％Mo。
5.一种权利要求1所述的耐腐蚀钢板的制造方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：将Fe粉加入到高频感应熔炼炉中融化，升温至1300-1400℃，按以下质量百分比加入0.7-1.2％C、0.1-0.2％Mn、0.02-0.06％Pb和0.02-0.05％Si，保温20-30min，继续升温，待温度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.4％Al、0.06-1.2％Cr、0.005-0.02％S、0.02-0.4％W和0.05-0.4％V、0.01-0.1％Ti、0.05-0.5％Cu，保温30-40min，得合金液；
(2)将合金液转移至精炼炉中，进行脱氧、排渣处理，降温至1200-1300℃，进行浇铸，表面淬火处理，得成品。
6.根据权利要求5所述的耐腐蚀钢板的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中待温度升至1550-1650℃后，再加入0.05-0.2％Mo。
7.根据权利要求5所述的耐腐蚀钢板的制造方法，其特征在于步骤(1)中，所述升温速度为20℃/s。
8.根据权利要求5所述的耐腐蚀钢板的制造方法，其特征在于步骤(2)中，所述表面淬火是指用乙炔一氧火焰快速加热钢铁，随后用水冷却。
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