CN107815630A - 一种q235渗铝钢及其制备方法 - Google Patents

一种q235渗铝钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Q235渗铝钢的制备方法。具体是将钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈，碱洗除油，表面助镀，烘干，马弗炉加热铝液，高频感应浸渗铝，将浸渗铝的Q235钢取出空冷后进行水冷，最后将水冷后的Q235钢放入马弗炉进行热处理，热处理温度为750℃~850℃，炉冷，通过上述步骤即可得到Q235渗铝钢。本发明的产品由纯铝层、Fe‑Al金属间化合物层和基体组成，纯铝层在使用过程中，表面形成致密的氧化铝层，具有耐腐蚀性，Fe‑Al金属间化合物层在15~30um之间。本发明制备的10mm厚Q235渗铝钢的抗拉强度在450MPa以上，屈服强度在252MPa以上，伸长率在26.5%以上，符合国标要求。

Description

一种Q235渗铝钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种Q235渗铝钢的制备方法。
背景技术
钢铁因其高强度、高韧性、容易加工、成本低而成为工业中用量最大的一类金属材料，但其最大的缺点就是易锈蚀和磨损，往往因此造成巨大的经济损失。因为腐蚀与磨损都始于钢材表面，所以采用表面工程技术实施于材料表面改性已成为材料科学最活跃的前沿领域之一。
渗铝钢是将表面净化的工件浸于熔融铝或铝合金中并保持一定时间，发生铝液对钢表面浸润、铁的溶解以及铁原子与铝原子的相互扩散和反应，从而形成Fe-Al金属间化合物中间层，当工件从铝液中提出时在此合金层的表面粘附一层铝液或铝合金液，在其冷却凝固后便形成包括Fe-Al合金层和表面纯铝层或铝合金层的镀层，为了保证基体和铝层之间的结合力，往往还需进行热处理。传统的热浸渗铝钢热浸温度较低，一般在完全奥氏体化温度以下，热浸时间一般在3min以上（如Q235 钢热浸渗铝层的组织分析和性能，南京化工大学学报，2000，22（6），10~13, 铝液温度750℃、热浸时间5 min；热浸渗铝硅合金Q235 钢的抗高温腐蚀性能研究，化工机械，2004,14~16，铝液温度750℃、热浸时间5 min），如果时间过短不能形成Fe-Al金属间化合物层，铝层不能和基体结合，容易发生剥离的现象，如果时间过长坩埚寿命大大缩短。在热渗铝过程中，渗铝温度较高（如CN105986222A,一种热浸渗铝工艺，渗铝温度选在AC3以上，温度为950~1000℃），容易导致晶粒粗大，且由于Q235的珠光体含量较少，Fe-Al金属间化合物以舌状的形式向基体发展（图1为传统工艺Q235热浸渗铝组织图，Q235 钢热浸渗铝层的组织分析和性能，南京化工大学学报，2000，22（6），10~13），影响了基体的力学性能。本发明提供的一种Q235渗铝钢的制备方法，由于高频感应的集肤作用，钢件的表面快速升温，达到完全奥氏体化温度，而钢件内部温度几乎不变，在表层浸铝和渗铝同时进行，由于表层已经达到完全奥氏体化温度，铝液向奥氏体基体中扩散铝原子的速度提高，热浸时间更短，可以控制在90~150s，在相同的铝液温度下，与传统方法相比，坩埚的寿命可延长一倍以上，通过高频感应渗铝和后续的热处理，可以保证Q235渗铝钢的力学性能。
发明内容
有鉴于以上技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种渗铝工艺，该工艺可缩短浸铝时间，提高工作效率，保证晶粒度，同时可确保Q235钢材的抗拉强度、屈服强度和伸长率。
本发明的制备方法包含以下几个步骤：
步骤一、除锈：将钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈，先用砂纸将钢件的表面较厚的锈层进行打磨，将打磨后的钢件放在5%HCl溶液中浸泡2min，取出后用清水进行冲洗。
步骤二、碱洗除油：除油剂为20%NaOH + 2%十二烷基硫酸钠 + 5%NaSiO3 + 其余为水，加热至80℃，浸泡时间为10~20min，取出后同样用清水进行冲洗。
步骤三、表面助镀：助镀剂为（2~4%）Cr2O3 +(1~2%) KF +（1~2%）KBF4 +（1~2%）ZnCl2 + 其余为水，加热至40℃，助镀时间3~6min，取出后100℃下保温1h，3h内进行浸渗。
步骤四、马弗炉加热：将铝锭放入坩埚，再放入马弗炉中进行加热，加热温度为750℃，保温2h，将坩埚取出，再将表层的氧化膜撇除。
步骤五、高频感应浸渗：在盛有铝液的坩埚外面加感应线圈，通感应电流600~900A，感应频率50KHz，感应时间90~150s。
步骤六、热处理：将浸渗铝的Q235钢取出空冷5~10s后进行水冷，将水冷后的Q235钢放入马弗炉进行热处理，热处理温度为750℃~850℃，时间3~6h，炉冷。
通过上述步骤即可达到Q235渗铝钢。
所述的步骤三表面助镀过程中，助镀剂的比例为Cr2O3 ：KF ：KBF4 ：ZnCl2 = 2：1：1：1。
本发明具有如下有益效果：
1、采用机械和化学结合方法除锈，对于锈层较严重的钢材也适用，除锈效果更佳显著。
2、碱洗除油中的除油剂为20%NaOH + 2%十二烷基硫酸钠 + 5%NaSiO3 + 水，其中加入的十二烷基硫酸钠表面活性剂和清洗助剂NaSiO3去除油污效果更佳。
3、表面助镀中助镀剂为（2~4%）Cr2O3 +(1~2%) KF +（1~2%）KBF4 +（1~2%）ZnCl2 +水，氧化物、氟化物和氯化物按一定的比例配合，可以在金属的表面形成均匀、致密的覆盖助镀剂，避免金属的氧化和漏镀。
4、高频感应浸渗的感应频率高，肌肤效应显著，使钢材的表层快速升温，温度快速达到完全奥氏体化温度，浸渗铝时间更短，且可以使钢材Fe-Al合金层具有一定的厚度，保证后续空冷和水冷过程基体和铝层不剥离，坩埚寿命延长一倍以上。
5、将高频感应浸渗后的Q235钢进行空冷和水冷，相当于对Q235钢表层进行了一次正火或淬火，可以细化晶粒，增加了基体表层珠光体的含量，控制Fe-Al金属间化合物层的厚度，为后续的热处理进行组织准备。
6、和传统的热渗铝工艺相比，后续的热处理工艺温度较低，在AC1和AC3之间，只有部分组织产生奥氏体化，可以保证基体内部组织更加细小，且和Fe-Al金属间化合物相连的基体表层组织由于进行了正火或淬火，其组织可以比原始组织还细小，保证了材料的力学性能。
由于原Q235钢为退火态组织，珠光体和铁素体组织为平衡状态分布，Q235钢表面在渗铝过程中，经过空冷或水冷处理，冷却速度快，珠光体含量和铁素体为非平衡状态分布，珠光体较原钢组织中的珠光体含量多。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为传统工艺Q235热浸渗铝组织图。
图2为实施例一中Q235渗铝钢的金相组织图。
图3为实施例二中Q235渗铝钢的金相组织图。
具体实施方式
原始Q235钢的抗拉强度为425MPa，屈服强度248MPa，伸长率26.5%。
实施案例一：
步骤一、除锈：将Q235钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈，先用砂纸将钢件的表面较厚的锈层进行打磨，将打磨后的钢件放在5%HCl溶液中浸泡2min，取出后用清水进行冲洗。
步骤二、碱洗除油：除油剂为20%NaOH + 2%十二烷基硫酸钠 + 5%NaSiO3 + 水，加热至80℃，浸泡时间为10min，取出后同样用清水进行冲洗。
步骤三、表面助镀：助镀剂为2%Cr2O3 + 1%KF + 1%KBF4 + 1%ZnCl2 + 水，加热至40℃，助镀时间6min，取出后100℃下保温1h，3h内进行浸渗。
步骤四、马弗炉加热：将铝锭放入坩埚，再放入马弗炉中进行加热，加热温度为750℃，保温2h，将坩埚取出，再将表层的氧化膜撇除。
步骤五、高频感应浸渗：在盛有铝液的坩埚外面加感应线圈，通感应电流700A，感应频率50KHz，感应时间120s。
步骤六、热处理：将浸渗铝的Q235钢取出空冷10s后进行水冷，将水冷后的Q235钢放入马弗炉进行热处理，热处理温度为850℃，时间4h，炉冷。
Q235渗铝钢的金相组织如图2所示。其抗拉强度为460MPa，屈服强度252MPa，伸长率27.3%，均优于原始Q235钢。
实施案例二：
步骤一、除锈：将钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈，先用砂纸将钢件的表面较厚的锈层进行打磨，将打磨后的钢件放在5%HCl溶液中浸泡2min，取出后用清水进行冲洗。
步骤二、碱洗除油：除油剂为20%NaOH + 2%十二烷基硫酸钠 + 5%NaSiO3 + 水，加热至80℃，浸泡时间为10min，取出后同样用清水进行冲洗。
步骤三、表面助镀：助镀剂为4%Cr2O3 + 2%KF + 2%KBF4 + 2%ZnCl2 + 水，加热至40℃，助镀时间5min，取出后100℃下保温1h，3h内进行浸渗。
步骤四、马弗炉加热：将铝锭放入坩埚，再放入马弗炉中进行加热，加热温度为750℃，保温2h，将坩埚取出，再将表层的氧化膜撇除。
步骤五、高频感应浸渗：在盛有铝液的坩埚外面加感应线圈，通感应电流800A，感应频率50KHz，感应时间100s。
步骤六、热处理：将浸渗铝的Q235钢取出空冷10s后进行水冷，将水冷后的Q235钢放入马弗炉进行热处理，热处理温度为800℃，时间4h，炉冷。
Q235渗铝钢的金相组织如图3所示。其抗拉强度为476MPa，屈服强度259MPa，伸长率26.5%，均优于或等于原始Q235钢。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种Q235渗铝钢，由纯铝层、Fe-Al金属间化合物层和基体组成，Fe-Al金属间化合物层厚度在15~30μm之间，Fe-Al金属间化合物层紧密连接纯铝层和基体，靠近Fe-Al金属间化合物层的基体组织珠光体含量较Q235钢组织多，且该处的珠光体和铁素体的晶粒也较Q235钢组织细小。
2.权利要求1所述的Q235渗铝钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将Q235钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈，碱洗除油，表面助镀，烘干，马弗炉加热铝液温度至650-850℃，高频感应浸渗铝，最后进行热处理，即可得到Q235渗铝钢。
3.根据权利要求2所述的Q235渗铝钢的制备方法，其特征在于，将Q235钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈，先用砂纸将Q235钢件的表面较厚的锈层进行打磨，将打磨后的Q235钢件放在质量浓度为3-6%HCl溶液中浸泡2分钟，取出后用清水进行冲洗即可除锈。
4.根据权利要求2所述的Q235渗铝钢的制备方法，其特征在于，碱洗除油，除油剂为由如下质量百分数的原料组成：20%NaOH、2%十二烷基硫酸钠、 5%NaSiO3、其余为水组成，Q235钢件进行机械和化学两种结合的方法除锈后置于除油剂中，加热至80℃，浸泡时间为10~20min，取出后同样用清水进行冲洗即可碱洗除油。
5.根据权利要求2所述的Q235渗铝钢的制备方法，其特征在于，表面助镀中，助镀剂由如下质量百分数的原料组成：2~4%Cr2O3、1~2%KF、1~2%KBF4、1~2%ZnCl2、其余为水组成，碱洗除锈后的钢件置于助镀剂中，加热至40℃，助镀时间3~6min，取出后100℃下保温1h，3h内进行浸渗。
6.根据权利要求2所述的Q235渗铝钢的制备方法，其特征在于，表面助镀，助镀剂的质量比为Cr2O3 ：KF ：KBF4 ：ZnCl2 = 2：1：1：1。
7.根据权利要求2所述的Q235渗铝钢的制备方法，其特征在于，所述的高频感应浸渗铝是在浸渗电流为600~900A，浸渗频率50KHz，浸渗时间90~150s。
8.根据权利要求2所述的Q235渗铝钢的制备方法，其特征在于，热处理，将高频感应浸渗铝钢取出空冷5~10s后进行水冷，将水冷后的Q235钢放入马弗炉进行热处理，热处理温度为750℃~850℃，时间3~6h，炉冷。
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