CN108441699A - 海洋环境下渔业钢丝热浸镀含Mg和Ca锌铝合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了海洋环境下渔业钢丝热浸镀含Mg和Ca锌铝合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:0.3‑0.5wt.%,Mg:2.0‑4.0wt.%,Ti:0.3‑0.5wt.%,Sn:1.0‑3.0wt.%,Al:30.0‑42.0wt.%,Cr:0.5‑0.8wt.%，余量为锌。该材料可以在420‑480度用于海洋渔业钢丝的热浸镀锌铝合金，且相比于传统的热浸镀层具有更好的耐腐蚀性能。对于提升海洋渔业用钢丝的使用寿命具有重大意义。

Description

海洋环境下渔业钢丝热浸镀含Mg和Ca锌铝合金

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

海洋约覆盖了71%的地球表面，海洋产业已经成为当今世界经济发展的重要支柱。海水中的盐浓度高、富氧，并存在着大量海洋微生物和宏生物，加之海浪冲击和阳光照射，海洋腐蚀环境较为严酷。海洋环境腐蚀已经成为影响设施服役安全、寿命、可靠性的最重要因素，引起世界各国政府和工业界的高度重视。

钢丝在海水中会发生腐蚀而缩短了钢丝的使用寿命。对于在海洋捕捞和海上其它作业使用的钢丝绳来说，提高其抗腐蚀性是延长使用寿命的关键。热镀锌是目前应用最为广范的钢铁防腐方法之一。钢铁热镀锌就是将钢铁放入熔融的锌液中，一定时间后取出，钢基表面覆盖锌铁合金层。因为镀锌层厚度较大，且镀层属于阳极保护，所以钢基镀锌后耐腐蚀性能大大提高。镀层与钢基结合牢固，不容易脱落。锌的价格相对低，生产成本低，工艺适合于自动化，生产率高，且金属锌镀层外观漂亮，符合现在对材料内外兼备的要求。

但是，热浸镀锌的防腐蚀性能并不是最理想的。在海洋性苛刻的工作环境下，热浸镀锌铝是更好的选择。热浸镀锌铝合金的防腐，使镀层既具有电化学保护作用，又具有机涂层的隔离保护作用，镀层综合防护性能好，适应性强，明显地提高了腐蚀性环境下的防腐蚀能力。当今世界普遍公认的应用于冷拉钢丝的锌铝合金镀层是Galfan合金。这种新型镀层自1983年形成工业批量生产以来，到1998年全世界已有92家公司从国际铅锌组织获得Galfan合金生产多种钢材和制品的许可。日本是一个海洋岛国，环境要求使用高耐腐蚀产品，1997年日本锌铝合金镀层钢丝产量占镀锌和锌铝合金镀层钢丝总量的95%。也就是说，在日本绝大部分镀锌钢丝及其制品都已为锌铝合金镀层钢丝及其制品所取代。通过引进和十多年的努力摸索，我国多家渔业钢丝绳厂都已相继建成投产Galfan镀层钢丝。这种合金镀层的渔用钢丝绳，同厚度的镀层钢丝绳在天然海水中的抗蚀能力较镀锌钢丝提高一倍以上。

目前海洋渔业钢丝热浸镀锌铝合金的材料和生产工艺仍然存在一些问题，如镀层较厚造成的产品成型性不好，连续镀锌生产线上渣滓多造成的生产成本增大等。尽管已经采用向熔池中加入合金元素，通过改变镀层中金属间化合物的种类和形成顺序来提高镀层质量或渣滓的种类。但是到目前为止，热浸镀锌铝合金中铝浓度控制不好，不但不能够提高产品质量，反而会造成镀层表而出现颗粒，甚至漏镀等缺陷，尤其是在批量热镀生产中。

目前国内对海洋渔业用锌铝镀层研究甚少，国内制造厂使用的相关技术主要依靠进口。世界冶金工业结构调整步伐加快，生产的重心将由发达国家向发展中国家转移。目前我国正处于工业化进程中，国民经济各部门的持续、快速发展和产业升级对钢铁产品的品种、质量提出了更高的要求。加快了我国冶金工业的结构调整，将具有重要意义。我国钢材热浸镀锌的发展与世界水平相比还存在一定的差距。现有热镀锌生产线多数存在技术落后、锌耗高、产品产量低、产品质量差、生产成本高、能量耗费大、环保措施不力，常造成严重环境污染等缺点，此类生产线难以满足我国国民经济腾飞的需要。寻求更好的热浸镀锌铝材料是应用研究和产业化中的关键问题之一。该类合金产业化可以获得极大的经济和社会效益。在不久的将来，随着更多工程应用领域拓展，该类新型合金必将在更多的热浸镀锌中得到广泛应用。

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420-480度大气条件下使用的海洋环境下渔业钢丝热浸镀含Mg和Ca锌铝合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种海洋环境下渔业钢丝热浸镀含Mg和Ca锌铝合金。按重量百分比计,合金的组成为：Ca:0.3-0.5wt.%,Mg:2.0-4.0wt.%,Ti:0.3-0.5wt.%,Sn:1.0-3.0wt.%,Al:30.0-42.0wt.%,Cr:0.5-0.8wt.% ,余量为锌。该锌合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-2.0wt.%左右。

上述海洋环境下渔业钢丝热浸镀含Mg和Ca锌铝合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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5-8m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为420-480度，热浸时间为30-60秒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）该新型锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能。在热浸镀锌工业生产时，该合金在暴露于大气中时，合金表面会生成一层氧化物和氮化物膜。这些膜结构致密，铺展性强，可以提供优良的保护，防止锌合金熔体的进一步氧化和蒸发。整体而言,采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右。

（2）通过先进的合金化设计方法便可以解决该类热浸镀锌生产过程中重大的产业问题。在热浸镀锌铝合金生产时，由于铝的化学性能十分活泼，合金镀层钢丝从镀液中引出时，表面就会生成一层热态的A1₂O₃。使其表面比传统热浸镀锌铝合金层富铝而形成灰氧化色，在腐蚀环境下就容易钝化。在腐蚀过程中，其富锌相作为阳极先被腐蚀，于是表层铝含量随着腐蚀时间的延长而升高，铝的氧化保护作用也就随之增加。在电化学防护方面，该合金的腐蚀电位与热浸镀锌层基本相同，但其腐蚀电流仅是传统Galfan镀层的1/5。这说明本专利合金镀层对钢基体能提供与传统Galfan镀层同样的阳极牺牲防护，但其消耗要慢5倍，从而能提供更长的牺牲防护时间。因而在海洋渔业环境下，该材料可以安全使用10年以上而没有明显的腐蚀现象发生。相比而言，传统Galfan镀层在海洋渔业环境下一般工作寿命为2-3年左右。

（3）这种合金的熔点比锌熔点低60-80度。因此比传统热浸镀锌能耗低，且可使钢丝保持同样的力学性能，从而是取代传统Galfan镀层及其制品的理想产品。该产品具备较高的生产效率，而且质量相对稳定，比较适宜进行大规模生产。还能够活化钢铁表面，有效提升镀锌质量。可以预计，该类合金的产业化可以获得极大的经济和社会效益。在不久的将来，随着更多工程应用领域拓展，该类新型合金必将在更多的热浸镀锌中得到广泛应用。

具体实施方式

实施例1

一种在420-480度使用海洋环境下渔业钢丝热浸镀含Mg和Ca锌铝合金。按重量百分比计,合金的化学成分为：Ca:0.3wt.%,Mg:2.0wt.%,Ti:0.3wt.%,Sn:1.0wt.%,Al:30.0wt.%,Cr:0.5wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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5-8m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为420-480度，热浸时间为30-60秒。

该合金的腐蚀电位与热浸镀锌层基本相同，但其腐蚀电流仅是传统Galfan镀层的1/5。这说明本专利合金镀层对钢基体能提供与传统Galfan镀层同样的阳极牺牲防护，但其消耗要慢5倍，从而能提供更长的牺牲防护时间。因而在海洋渔业环境下，该材料可以安全使用10年以上而没有明显的腐蚀现象发生。相比而言，传统Galfan镀层在海洋渔业环境下一般工作寿命为2-3年左右。这种合金的熔点比锌熔点低60-80度。因此比传统热浸镀锌能耗低，且可使钢丝保持同样的力学性能，从而是取代传统Galfan镀层及其制品的理想产品。该产品具备较高的生产效率，而且质量相对稳定，比较适宜进行大规模生产。还能够活化钢铁表面，有效提升镀锌质量。

实施例2

一种在420-480度使用海洋环境下渔业钢丝热浸镀含Mg和Ca锌铝合金。按重量百分比计,合金的化学成分为：Ca: 0.5wt.%,Mg:4.0wt.%,Ti:0.5wt.%,Sn:3.0wt.%,Al:42.0wt.%,Cr:0.8wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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5-8m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为420-480度，热浸时间为30-60秒。

该合金的腐蚀电位与热浸镀锌层基本相同，但其腐蚀电流仅是传统Galfan镀层的1/5。这说明本专利合金镀层对钢基体能提供与传统Galfan镀层同样的阳极牺牲防护，但其消耗要慢5倍，从而能提供更长的牺牲防护时间。因而在海洋渔业环境下，该材料可以安全使用10年以上而没有明显的腐蚀现象发生。相比而言，传统Galfan镀层在海洋渔业环境下一般工作寿命为2-3年左右。这种合金的熔点比锌熔点低60-80度。因此比传统热浸镀锌能耗低，且可使钢丝保持同样的力学性能，从而是取代传统Galfan镀层及其制品的理想产品。该产品具备较高的生产效率，而且质量相对稳定，比较适宜进行大规模生产。还能够活化钢铁表面，有效提升镀锌质量。

实施例3

一种在420-480度使用海洋环境下渔业钢丝热浸镀含Mg和Ca锌铝合金。按重量百分比计,合金的化学成分为：Ca:0.4wt.%,Mg:2.5wt.%,Ti:0.4wt.%,Sn:1.5wt.%,Al:35.0wt.%,Cr:0.6wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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5-8m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为420-480度，热浸时间为30-60秒。

该合金的腐蚀电位与热浸镀锌层基本相同，但其腐蚀电流仅是传统Galfan镀层的1/5。这说明本专利合金镀层对钢基体能提供与传统Galfan镀层同样的阳极牺牲防护，但其消耗要慢5倍，从而能提供更长的牺牲防护时间。因而在海洋渔业环境下，该材料可以安全使用10年以上而没有明显的腐蚀现象发生。相比而言，传统Galfan镀层在海洋渔业环境下一般工作寿命为2-3年左右。这种合金的熔点比锌熔点低60-80度。因此比传统热浸镀锌能耗低，且可使钢丝保持同样的力学性能，从而是取代传统Galfan镀层及其制品的理想产品。该产品具备较高的生产效率，而且质量相对稳定，比较适宜进行大规模生产。还能够活化钢铁表面，有效提升镀锌质量。

Claims (3)

1.一种海洋环境下渔业钢丝热浸镀含Mg和Ca锌铝合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:0.3-0.5wt.%,Mg:2.0-4.0wt.%,Ti:0.3-0.5wt.%,Sn:1.0-3.0wt.%,Al:30.0-42.0wt.%,Cr:0.5-0.8wt.%，余量为锌。

2.根据权利要求1所述海洋环境下渔业钢丝热浸镀含Mg和Ca锌铝合金，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5-8m/min。

3.根据权利要求1所述海洋环境下渔业钢丝热浸镀含Mg和Ca锌铝合金，其特征在于包含如下加工步骤：该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的钢板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为420-480度，热浸时间为30-60秒。