CN108315584A - 高碳钢热浸镀锌用耐腐蚀含Se和V锌合金 - Google Patents

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    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/06—Zinc or cadmium or alloys based thereon

Abstract

本发明公开了高碳钢热浸镀锌用耐腐蚀含Se和V锌合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ba:0.4‑1.0wt.%,Sc:0.5‑0.8wt.%,Se:0.8‑1.2wt.%,V：1.0‑2.0wt.%，W:0.4‑0.8wt.%,Ge:0.2‑0.5wt.%,余量为锌。本发明有助于开发高品质热浸镀锌用锌合金，对于提升我国自主研发精品新材料，占领国际精品新材料市场具有促进作用。

Description

高碳钢热浸镀锌用耐腐蚀含Se和V锌合金
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种锌合金。
背景技术
锌易溶于酸，也能溶于碱，故称它为两性金属。锌在干燥的空气中几乎不发生变化。在潮湿的空气中，锌表面会生成致密的碱式碳酸锌膜。锌的标准电极电位为-0.76V，对钢铁基体来说，锌镀层属于阳极性镀层，它主要用于防止钢铁的腐蚀，其防护性能的优劣与镀层厚度关系甚大。镀锌是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术。锌镀层经钝化处理、染色或涂覆护光剂后，能显著提高其防护性和装饰性。
热浸镀锌（热镀锌）是指在液态金属锌或其合金中浸入被镀的紧固件进行镀覆的方法。热镀锌层形成过程是铁基体与最外面的纯锌层之间形成铁-锌合金的过程，工件表面在热浸镀时形成铁-锌合金层，才使得铁与纯锌层之间很好结合。工业上的过程一般可以表述为：净化过的钢件在浸入镀锅之前，其表面会先形成熔剂层以防止氧化并进一步清除表面残留物。浸镀时此熔剂层受热挥发，使新鲜的钢表面与熔融金属直接接触，发生浸润、溶解、化学反应、扩散。
热浸镀锌具有以下的特点：（1）具有较厚致密的纯锌层覆盖在钢铁紧固件表面上，它可以避免钢铁基体与任何腐蚀溶液的接触，保护钢铁紧固件基体免受腐蚀。在一般大气中，锌层表面形成一层很薄而密实的氧化锌层表面。它很难溶于水，故对钢铁紧固件基体起着一定保护作用。如果氧化锌与大气中其它成分生成不溶性锌盐后，则防腐蚀作用更理想；（2）具有锌铁合金合金层，结合致密，在海洋性盐雾大气及工业性大气中表现特有抗腐蚀性；（3）由于结合牢固，锌铁互溶，具有很强的耐磨性；(4)由于锌具有良好的延展性，其合金层与钢铁基体附着牢固，因此热镀锌可进行冷冲、轧制、拉丝、弯曲等各种成型工序，不损伤镀层；(5)钢结构件热浸锌后，相当于一次退火处理，能有效改善钢铁基体的机械性能，消除钢件成型焊接时的应力，有利于对钢结构件进行车削加工；(6)纯锌层是热浸锌中最富有塑性的一层镀锌层，其性质基本接近于纯锌，具有良好的延展性。
现阶段国内热浸镀锌领域存在着一些问题，行业整体发展大而不强，还不具备和世界同行业发达国家抗衡的能力，普通产品产能过剩，高端产品依赖进口。工业规模达到世界较大，整体装备和部分技术接近或达到国际先进水平，整体装备工艺技术整体落后，生产效率低，资源能源消耗大。热浸镀锌开发领域落后，不仅仅是热处理加工的基础问题，还和行业上下游息息相关，整体工业落后使得我们的热浸镀锌体系序列开发产生影响。
虽然我国钢材冶炼和加工具有很大的资源优势，但目前绝大多数的钢材热处理企业，均采用传统的热浸镀锌工艺。这类传统材料的压铸工艺很大程度上通过大量的、长周期的反复试验修改才能最终实现工艺目标。故在开发周期、设计质量及其所实现的工艺质量等方面较难保证，使得企业亦无法在竞争激烈的市场中获得更大的突破。开发高品质热浸镀锌用锌合金对于提升我国自主研发精品新材料，占领国际精品新材料市场具有促进作用。对传统热浸镀锌进行底层性质的创新和优化，对整个热浸镀锌行业及其技术的发展与提升具有积极的意义。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在460-600度大气条件下使用的高碳钢热浸镀锌用耐腐蚀含Se和V锌合金。该方法具有生产成本低，耐腐蚀性能强,便于大规模生产的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高碳钢热浸镀锌用耐腐蚀含Se和V锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ba:0.4-1.0wt.%,Sc:0.5-0.8wt.%,Se:0.8-1.2wt.%,V：1.0-2.0wt.%，W:0.4-0.8wt.%, Ge:0.2-0.5wt.%,余量为锌。
上述高碳钢热浸镀锌用耐腐蚀含Se和V锌合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到500-600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为10-20m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行钢材的防腐蚀涂层处理；其中，热浸镀锌的工作温度为460-600度，热浸时间为20-30秒。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）一般工业化而言,高碳钢钢丝在经过铅浴屈氏体化后拉拔成所需的直径,再经过热浸镀锌进行防腐蚀处理。其中，在锌浴中处理的时间一般为30-60秒。相当于在该过程中经过拉拔的钢丝要经历回火或者退火阶段。这种制备工艺容易导致热浸镀锌过程中拉拔后已有的力学性能因为温度的升高而降低,造成材料实际性能的恶化。本专利提出了一种具备极短热浸镀锌时间的新型锌合金,这样在热浸镀锌过程中高的力学性能就不会因为热浸镀锌过程而大大降低。
（2）本发明专利的锌合金在温度高于400度后熔体表面氧化生成致密的氧化膜和氮化膜。这种致密的熔体表面化合物膜能有效阻止锌蒸汽向大气中的挥发，达到阻止锌在高温下的急剧蒸发和氧化。该锌合金在460-600温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态锌合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的氧化和挥发。
（3）热浸镀锌时钢丝浸于熔融的锌合金中，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，可以有效地提高钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。镀锌后经过拉拔处理,表面的镀锌层附着能力强。具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。该材料在海洋性环境下腐蚀速度为3.2×10-4mm/年。因而该热浸镀锌的钢丝在海洋性环境下可以安全工作30年以上而没有明显的腐蚀现象发生,相比而言普通的热浸镀锌在海洋性工作环境下使用寿命一般为20年。
实施方式
实施例1
一种在460-600度使用高碳钢热浸镀锌用耐腐蚀含Se和V锌合金。按重量百分比计，该材料的化学成分为：Ba: 0.8wt.%,Sc:0.6wt.%,Se:1.0wt.%,V：1.4wt.%，W:0.5wt.%, Ge:0.2wt.%,余量为锌。制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到550度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在550度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为14m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行钢材的防腐蚀涂层处理；其中，热浸镀锌的工作温度为460-600度，热浸时间为20-30秒。
该锌合金在温度高于400度后熔体表面氧化生成致密的氧化膜和氮化膜能有效阻止锌蒸汽向大气中的挥发，达到阻止锌在高温下的急剧蒸发和氧化。热浸镀锌时钢丝浸于熔融的锌合金中，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，可以有效地提高钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。镀锌后经过拉拔处理,表面的镀锌层附着能力强。具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。该材料在海洋性环境下腐蚀速度为1.8×10-5mm/年。因而该热浸镀锌的钢丝在海洋性环境下可以安全工作50年以上而没有明显的腐蚀现象发生,相比而言普通的热浸镀锌在海洋性工作环境下使用寿命一般为30年。
实施例2
一种在460-600度使用高碳钢热浸镀锌用耐腐蚀含Se和V锌合金。按重量百分比。按重量百分比计，该材料的化学成分为：Ba: 0.8wt.%,Sc:0.6wt.%,Se:0.9wt.%,V：1.4wt.%，W:0.5wt.%, Ge:0.3wt.%,余量为锌。制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到550度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在550度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为12m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行钢材的防腐蚀涂层处理；其中，热浸镀锌的工作温度为460-600度，热浸时间为20-30秒。
该锌合金在温度高于400度后熔体表面氧化生成致密的氧化膜和氮化膜能有效阻止锌蒸汽向大气中的挥发，达到阻止锌在高温下的急剧蒸发和氧化。热浸镀锌时钢丝浸于熔融的锌合金中，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，可以有效地提高钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。镀锌后经过拉拔处理,表面的镀锌层附着能力强。具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。该材料在海洋性环境下腐蚀速度为1.8×10-5mm/年。因而该热浸镀锌的钢丝在海洋性环境下可以安全工作50年以上而没有明显的腐蚀现象发生,相比而言普通的热浸镀锌在海洋性工作环境下使用寿命一般为30年。
实施例3
一种在460-600度使用高碳钢热浸镀锌用耐腐蚀含Se和V锌合金。按重量百分比。按重量百分比计，该材料的化学成分为：Ba: 0.6wt.%,Sc:0.6wt.%,Se:0.9wt.%,V：1.4wt.%，W:0.5wt.%, Ge:0.4wt.%,余量为锌。制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到550度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在550度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为16m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行钢材的防腐蚀涂层处理；其中，热浸镀锌的工作温度为460-600度，热浸时间为20-30秒。
该锌合金在温度高于400度后熔体表面氧化生成致密的氧化膜和氮化膜能有效阻止锌蒸汽向大气中的挥发，达到阻止锌在高温下的急剧蒸发和氧化。热浸镀锌时钢丝浸于熔融的锌合金中，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，可以有效地提高钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。镀锌后经过拉拔处理,表面的镀锌层附着能力强。具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。该材料在海洋性环境下腐蚀速度为1.8×10-5mm/年。因而该热浸镀锌的钢丝在海洋性环境下可以安全工作50年以上而没有明显的腐蚀现象发生,相比而言普通的热浸镀锌在海洋性工作环境下使用寿命一般为30年。

Claims (3)

1.高碳钢热浸镀锌用耐腐蚀含Se和V锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ba:0.4-1.0wt.%,Sc:0.5-0.8wt.%,Se:0.8-1.2wt.%,V：1.0-2.0wt.%，W:0.4-0.8wt.%, Ge:0.2-0.5wt.%,余量为锌。
2.根据权利要求1所述高碳钢热浸镀锌用耐腐蚀含Se和V锌合金，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到500-600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为10-20m/min。
3.根据权利要求1所述高碳钢热浸镀锌用耐腐蚀含Se和V锌合金，其特征在于包含如下使用步骤：该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行钢材的防腐蚀涂层处理；其中，热浸镀锌的工作温度为460-600度，热浸时间为20-30秒。
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