CN107488818A - 一种使用于海洋环境下的耐候钢 - Google Patents

一种使用于海洋环境下的耐候钢 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钢材加工制作技术领域，公开了一种使用于海洋环境下的耐候钢，该耐候钢以质量百分比计含有，Cr：3.8‑3.9%、Si：3.2‑3.5%、Ni：3.0‑3.2%、Mo：2.5‑2.8%、Mn：2.3‑2.6%、Zn：0.3‑0.4%、Nb：0.15‑0.18%、Al：0.08‑0.09%、Ti：0.05‑0.07%、Co：0.03‑0.05%、Rh：0.023‑0.025%、C：0.04‑0.05%、S：0.03‑0.04%、P：0.002‑0.004%、N：0.006‑0.008%，余量的铁和不可避免的杂质，该耐候钢能够有效抑制缝隙腐蚀，并且使钢材的力学性能不受较大影响，降低损失。

Description

一种使用于海洋环境下的耐候钢
技术领域
本发明属于钢材制作加工技术领域，具体涉及一种使用于海洋环境下的耐候钢。
背景技术
钢铁材料由于其优良的性能而被应用于几乎所有的工业领域，成为最重要的结构材料。碳钢是钢铁材料的基础之一，它不仅广泛应用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造工业，而且在近代的石油化学工业、海洋开发等方面，也得到大量使用。然而,碳钢在强腐蚀介质、大气、海水、土壤中都不耐腐蚀，绝大多数酸、碱、盐的水溶液对碳钢均有很强的腐蚀性。钢铁的腐蚀造成的经济危害和社会危害巨大，且对钢铁材料的防护费用非常高昂。幸运的是，在碳钢中添加少量合金元素，可以得到价格低廉、耐蚀性能较好的耐候钢。目前，耐候钢的耐大气腐蚀性能已达到普通钢材的2-8倍，被广泛应用于建筑及交通运输领域。作为重要的工业材料，碳钢和耐候钢的腐蚀行为和防护的研究日益受到重视。
由于海洋气候环境变化极端，大气以及海水的共同作用，使钢材的寿命严重缩短，现有的处理方法只能采取防御方式，而不能长效防止钢材的进一步腐蚀，对于腐蚀的损失不能降低至合理的范围。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种使用于海洋环境下的耐候钢，能够有效抑制缝隙腐蚀，在即使发生表面腐蚀的情况下，也能阻止腐蚀的加剧，并且使钢材的力学性能不受较大影响，降低损失。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种使用于海洋环境下的耐候钢，该耐候钢以质量百分比计含有，Cr：3.8-3.9%、Si：3.2-3.5%、Ni：3. 0-3.2%、Mo：2.5-2.8%、Mn：2.3-2.6%、Zn：0.3-0.4%、Nb：0.15-0.18%、Al：0.08-0.09%、Ti：0.05-0.07%、Co：0.03-0.05%、Rh：0.023-0.025%、C：0.04-0.05%、S：0.03-0.04%、P：0.002-0.004%、N：0.006-0.008%，余量的铁和不可避免的杂质，经过合金固溶、水淬、退火处理后，还包括以下步骤：
（1）将钢材完全浸沒于酸液混合液中，启动振动机震动清洗15-20分钟，所用酸液由以下重量份的组分制成：油酸35-40份、双氧水15-20份、浓硫酸4-6份、浓磷酸3-5份、氯化铈2-3份、饱和酸性高锰酸钾溶液10-12份、酒石酸钾钠8-10份、聚丙烯酸钠6-8份、水120-150份；
（2）经过酸洗后再使用铬酸盐转化处理溶液处理1-3分钟，处理温度为70-80℃，该溶液各成分含量为：Na2Cr2O7·2H2O浓度为120-130g/L、NaHF2浓度为10-15g/L、Al2（SO4）3浓度为7.0-7.5g/L、HNO3浓度为70-80g/L，处理后使用180-200℃的温度烘烤50-60分钟；
（3）在惰性气体保护下，在钢材表面喷涂厚度为0.1-0.3微米的混合热铝粉，喷涂温度为1100-1200℃，喷涂均匀后，降温至450-500℃，保温2-3小时，所述混合热铝粉还含有混合热铝粉重量1.2-1.5%的稀土元素，所述稀土元素按照重量百分比计由以下元素组成：Ce：35-40%、La：25-30%、剩余为Pr。
作为对上述方案的进一步改进，所述退火工序中，退火温度保持为700-800℃范围，维持8-10分钟，前1-2分钟以每秒20-25℃的速度降温，后2-4分钟以每秒50-60℃的速度降温，直到冷却至260-280℃，进行光轧。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（3）中铝粉粒径大小为40-80微米范围，稀土元素粒径大小为10-20微米范围。
为了解决现有的钢材涂层保护作用短，有空隙、机械性能差，在强酸腐蚀、冲刷、冲击、腐蚀、高温下容易脱落的问题，本发明将钢材经过酸洗后再使用铬酸盐转化处理溶液处理，形成一种铬酸盐保护膜，膜层的防护性是通过减少表面层的空隙而得到提高，减缓了腐蚀，并且铬酸盐吸水膨胀具有自修复功能。
以铝粉为载体，混合稀土金属粉，在高温下喷涂钢材表面，受热的电子获得了较高的速度后，以离子的形式射入到钢材表面，以改变钢材表面的物理、化学以及机械性能，金属表面注入稀土离子后，获得了冶金工艺很难具有的表面“合金相”，从而提高金属表面的硬度、耐磨性、抗腐蚀性等性能，可以防止丝状腐蚀和点状腐蚀，并且可以有效控制住腐蚀的蔓延，经过稀土渗入处理后的钢材，显微组织均匀、致密，可耐全面腐蚀，抵御冷、热、湿的海洋环境。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决由于海洋气候环境变化极端，大气以及海水的共同作用，使钢材的寿命严重缩短的问题，改变了现有的处理方法只能采取防御方式，而不能长效防止钢材的进一步腐蚀，对于腐蚀的损失不能降低至合理的范围的现状，本发明提供了一种使用于海洋环境下的耐候钢，能够有效抑制缝隙腐蚀，在即使发生表面腐蚀的情况下，也能阻止腐蚀的加剧，并且使钢材的力学性能不受较大影响，降低损失。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种使用于海洋环境下的耐候钢，该耐候钢以质量百分比计含有，Cr：3.8%、Si：3.2%、Ni：3.0%、Mo：2.5%、Mn：2.3%、Zn：0.3%、Nb：0.15%、Al：0.08%、Ti：0.05%、Co：0.03%、Rh：0.023%、C：0.04%、S：0.03%、P：0.002%、N：0.006%，余量的铁和不可避免的杂质，经过合金固溶、水淬、退火处理后，还包括以下步骤：
（1）将钢材完全浸沒于酸液混合液中，启动振动机震动清洗15分钟，所用酸液由以下重量份的组分制成：油酸35份、双氧水15份、浓硫酸4份、浓磷酸3份、氯化铈2份、饱和酸性高锰酸钾溶液10份、酒石酸钾钠8份、聚丙烯酸钠6份、水120份；
（2）经过酸洗后再使用铬酸盐转化处理溶液处理1分钟，处理温度为70℃，该溶液各成分含量为：Na2Cr2O7·2H2O浓度为120g/L、NaHF2浓度为10g/L、Al2（SO4）3浓度为7.0g/L、HNO3浓度为70g/L，处理后使用180℃的温度烘烤50分钟；
（3）在惰性气体保护下，在钢材表面喷涂厚度为0.1-0.3微米的混合热铝粉，喷涂温度为1100-1200℃，喷涂均匀后，降温至450-500℃，保温2-3小时，所述混合热铝粉还含有混合热铝粉重量1.2%的稀土元素，所述稀土元素按照重量百分比计由以下元素组成：Ce：35%、La：25%、剩余为Pr。
作为对上述方案的进一步改进，所述退火工序中，退火温度保持为700-800℃范围，维持8分钟，前1-2分钟以每秒20℃的速度降温，后2-4分钟以每秒50℃的速度降温，直到冷却至260℃，进行光轧。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（3）中铝粉粒径大小为40-80微米范围，稀土元素粒径大小为10-20微米范围。
实施例2
一种使用于海洋环境下的耐候钢，该耐候钢以质量百分比计含有，Cr：3.85%、Si：3.3%、Ni：3.1%、Mo：2.6%、Mn：2.4%、Zn：0.35%、Nb：0.16%、Al：0.085%、Ti：0.06%、Co：0.04%、Rh：0.024%、C：0.045%、S：0.035%、P：0.003%、N：0.007%，余量的铁和不可避免的杂质，经过合金固溶、水淬、退火处理后，还包括以下步骤：
（1）将钢材完全浸沒于酸液混合液中，启动振动机震动清洗16分钟，所用酸液由以下重量份的组分制成：油酸37份、双氧水17份、浓硫酸5份、浓磷酸4份、氯化铈2.5份、饱和酸性高锰酸钾溶液11份、酒石酸钾钠9份、聚丙烯酸钠7份、水135份；
（2）经过酸洗后再使用铬酸盐转化处理溶液处理2分钟，处理温度为75℃，该溶液各成分含量为：Na2Cr2O7·2H2O浓度为125g/L、NaHF2浓度为13g/L、Al2（SO4）3浓度为7.3g/L、HNO3浓度为75g/L，处理后使用190℃的温度烘烤55分钟；
（3）在惰性气体保护下，在钢材表面喷涂厚度为0.1-0.3微米的混合热铝粉，喷涂温度为1100-1200℃，喷涂均匀后，降温至450-500℃，保温2-3小时，所述混合热铝粉还含有混合热铝粉重量1.3%的稀土元素，所述稀土元素按照重量百分比计由以下元素组成：Ce：36%、La：27%、剩余为Pr。
作为对上述方案的进一步改进，所述退火工序中，退火温度保持为700-800℃范围，维持9分钟，前1-2分钟以每秒22℃的速度降温，后2-4分钟以每秒55℃的速度降温，直到冷却至270℃，进行光轧。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（3）中铝粉粒径大小为40-80微米范围，稀土元素粒径大小为10-20微米范围。
实施例3
一种使用于海洋环境下的耐候钢，该耐候钢以质量百分比计含有，Cr：3.9%、Si：3.5%、Ni：3.2%、Mo：2.8%、Mn：2.6%、Zn：0.4%、Nb：0.18%、Al：0.09%、Ti：0.07%、Co：0.05%、Rh：0.025%、C：0.05%、S：0.04%、P：0.004%、N：0.008%，余量的铁和不可避免的杂质，经过合金固溶、水淬、退火处理后，还包括以下步骤：
（1）将钢材完全浸沒于酸液混合液中，启动振动机震动清洗20分钟，所用酸液由以下重量份的组分制成：油酸40份、双氧水20份、浓硫酸6份、浓磷酸5份、氯化铈3份、饱和酸性高锰酸钾溶液12份、酒石酸钾钠10份、聚丙烯酸钠8份、水150份；
（2）经过酸洗后再使用铬酸盐转化处理溶液处理3分钟，处理温度为80℃，该溶液各成分含量为：Na2Cr2O7·2H2O浓度为130g/L、NaHF2浓度为15g/L、Al2（SO4）3浓度为7.5g/L、HNO3浓度为80g/L，处理后使用200℃的温度烘烤60分钟；
（3）在惰性气体保护下，在钢材表面喷涂厚度为0.1-0.3微米的混合热铝粉，喷涂温度为1100-1200℃，喷涂均匀后，降温至450-500℃，保温2-3小时，所述混合热铝粉还含有混合热铝粉重量1.5%的稀土元素，所述稀土元素按照重量百分比计由以下元素组成：Ce：40%、La：30%、剩余为Pr。
作为对上述方案的进一步改进，所述退火工序中，退火温度保持为700-800℃范围，维持10分钟，前1-2分钟以每秒25℃的速度降温，后2-4分钟以每秒60℃的速度降温，直到冷却至280℃，进行光轧。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（3）中铝粉粒径大小为40-80微米范围，稀土元素粒径大小为10-20微米范围。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，步骤（1）中使用普通的酸液清洗，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，省略步骤（2），其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，省略步骤（3），其余保持一致。
对比试验
分别使用实施例1-3的方法加工制作钢材，同时以现有的应用于海洋船舶的含碳钢加工方法作为对照，各自制备得到厚度为3厘米的钢片，分别先后浸入PH为12的氢氧化钠溶液和PH为2的盐酸中，各浸泡15天后取出，再进行盐雾腐蚀试验，试验后对腐蚀情况以及机械性能进行测定，将试验结果记录如下表所示：
项目 中性盐雾腐蚀可承受时间（小时） 腐蚀深度（mm) 抗拉强度（MPa） 冲击韧性（KJ/m）
实施例1 1000 0 1450 980
实施例2 1200 0 1460 985
实施例3 1100 0 1455 982
对比例1 800 0.08 1380 879
对比例2 700 0.12 1250 850
对比例3 600 0.15 1190 840
对照组 550 0.25 1140 820

Claims (3)

1.一种使用于海洋环境下的耐候钢，其特征在于，该耐候钢以质量百分比计含有，Cr：3.8-3.9%、Si：3.2-3.5%、Ni：3. 0-3.2%、Mo：2.5-2.8%、Mn：2.3-2.6%、Zn：0.3-0.4%、Nb：0.15-0.18%、Al：0.08-0.09%、Ti：0.05-0.07%、Co：0.03-0.05%、Rh：0.023-0.025%、C：0.04-0.05%、S：0.03-0.04%、P：0.002-0.004%、N：0.006-0.008%，余量的铁和不可避免的杂质，经过合金固溶、水淬、退火处理后，还包括以下步骤：
（1）将钢材完全浸沒于酸液混合液中，启动振动机震动清洗15-20分钟，所用酸液由以下重量份的组分制成：油酸35-40份、双氧水15-20份、浓硫酸4-6份、浓磷酸3-5份、氯化铈2-3份、饱和酸性高锰酸钾溶液10-12份、酒石酸钾钠8-10份、聚丙烯酸钠6-8份、水120-150份；
（2）经过酸洗后再使用铬酸盐转化处理溶液处理1-3分钟，处理温度为70-80℃，该溶液各成分含量为：Na2Cr2O7·2H2O浓度为120-130g/L、NaHF2浓度为10-15g/L、Al2（SO4）3浓度为7.0-7.5g/L、HNO3浓度为70-80g/L，处理后使用180-200℃的温度烘烤50-60分钟；
（3）在惰性气体保护下，在钢材表面喷涂厚度为0.1-0.3微米的混合热铝粉，喷涂温度为1100-1200℃，喷涂均匀后，降温至450-500℃，保温2-3小时，所述混合热铝粉还含有混合热铝粉重量1.2-1.5%的稀土元素，所述稀土元素按照重量百分比计由以下元素组成：Ce：35-40%、La：25-30%、剩余为Pr。
2.如权利要求1所述一种使用于海洋环境下的耐候钢，其特征在于，所述退火工序中，退火温度保持为700-800℃范围，维持8-10分钟，前1-2分钟以每秒20-25℃的速度降温，后2-4分钟以每秒50-60℃的速度降温，直到冷却至260-280℃，进行光轧。
3.如权利要求1所述一种使用于海洋环境下的耐候钢，其特征在于，步骤（3）中铝粉粒径大小为40-80微米范围，稀土元素粒径大小为10-20微米范围。
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