CN108866429A - 用于车辆的在腐蚀环境下具有改善的耐腐蚀性的低合金耐腐蚀钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于车辆的在腐蚀环境下具有改善的耐腐蚀性的低合金耐腐蚀钢及其制备方法,更具体地涉及用于车辆的低合金耐腐蚀钢,其可以包含约0.001重量%至约0.1重量%的C、约0.01重量%至约0.5重量%的Si、约0.1重量%至约0.6重量%的Mn、大于0重量%且约0.18重量%以下的P、大于0重量%且小于约0.02重量%的S、约0.001重量%至约0.03重量%的Nb、大于0重量%且约0.03重量%以下的Cr、约0.05重量%至约0.3重量%的Cu、约0.05重量%至约0.2重量%的Ni、以及总重大于0重量%且约0.2重量%以下的Sn和Sb,余量为铁和不可避免的杂质。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年5月10日提交的韩国专利申请No.10-2017-0058061的权益,该申请的全部内容以引用的方式全部并入本文用于所用目的。
技术领域
本发明涉及用于车辆的低合金耐腐蚀钢及其制备方法,更具体地涉及通过控制钢材的合金成分及其镀层和制备过程而改善车辆在腐蚀环境下的耐腐蚀性并减少噪声和振动的用于车辆的低合金耐腐蚀钢及其制备方法。
背景技术
通过车辆内燃机的高温废气而温度升高的消音器,当发动机停止运行时通过环境温度而迅速冷却。此后,存在于消音器内部的高温废气通过冷却而变成冷凝水,废气成分和从外部进入的一些物质形成强酸性环境,其中硫酸、硝酸、盐酸等在车辆的内燃机中混合。
通常,当车辆重复运行和停止时,通过重复运行和停止而引起的废气冷却形成的冷凝水浓缩,因此酸浓度增加。最后,浓缩的冷凝水加速了车辆上金属的腐蚀。在存在浓缩的冷凝水的车辆部分中,通常使用高耐腐蚀性的400系或300系不锈钢。
可应用于热电厂的预热器、热交换器或烟道的合金钢在经过预定的时间后进行更换,可以通过加入3重量%以下的合金成分而制备的另一种合金钢应用于这些部件。然而,这种合金钢用于在预定温度(例如在热电厂的约200℃以下的温度)下连续运行的发电厂。
重要的是要注意,车辆的腐蚀环境与通常热电厂的腐蚀环境完全不同。更具体地,车辆驾驶时产生的温度为-40℃至400℃,并且车辆反复地和不连续地操作数分钟至数小时。换句话说,车辆的腐蚀环境发生在比发电厂的腐蚀环境更严酷的条件下,并且车辆的腐蚀环境受到环境条件的显著影响。
因此,对于车辆排气部件,难以使用耐冷凝硫酸的腐蚀环境的合金钢,因为汽车排气部件暴露于由作为各种混合酸的冷凝水引起的腐蚀环境并且腐蚀环境出现在运行过程中。此外,当在所述环境下合金钢仅应用于消音器构成部件中的一些部件时,可能会在不锈钢与钢接触的同时发生电化学腐蚀。此外,当考虑车辆性能如噪声或音位变体时,钢材用作车辆的部件可能是有问题的和/或不期望的。
因此,本发明旨在提供用于车辆的低合金耐腐蚀钢,所述低合金耐腐蚀钢与现有技术中的STS 409L或STS 439L系列钢相比在由车辆废气引起的腐蚀环境下具有改善的耐腐蚀性和优异的部件可塑性。此外,低合金耐腐蚀钢可以减少噪声产生,并且即使低合金耐腐蚀钢与不锈钢接触,也可以减少电化学腐蚀的发生。本文还提供了一种制备用于车辆的如低合金耐腐蚀钢的方法。
发明内容
本发明的各个方面提供用于车辆的低合金耐腐蚀钢,以改善在存在由车辆废气产生的冷凝腐蚀性水的腐蚀环境下的耐腐蚀性。
本发明在各方面还致力于提供一种制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,所述方法通过调整用于车辆的低合金耐腐蚀钢制备过程中的轧制温度、冷却速率,压下率等而改善耐腐蚀性和减少噪声和振动。
本发明旨在解决的技术问题不限于上述技术问题,并且根据本发明的描述,本领域普通技术人员将显而易见地理解尚未提到的其它技术问题。
本发明的各个方面提供用于车辆的低合金耐腐蚀钢,其包含约0.001重量%至约0.1重量%的碳(C)、约0.01重量%至约0.5重量%的硅(Si)、约0.1重量%至约0.6重量%的锰(Mn)、大于0重量%且约0.18重量%以下的磷(P)、大于0重量%且小于约0.02重量%硫(S)、约0.001重量%至约0.03重量%的铌(Nb)、大于0重量%且约0.03重量%以下的铬(Cr)、约0.05重量%至约0.3重量%的铜(Cu)、约0.05重量%至约0.2重量%的镍(Ni)、以及总重大于0重量%且约0.2重量%以下的锡(Sn)和锑(Sb),余量为铁和不可避免的杂质。
在各种示例性实施方案中,低合金耐腐蚀钢的拉伸强度为约350MPa至约450MPa。
在各种示例性实施方案中,低合金耐腐蚀钢的屈服点为约200MPa至约400MPa。
在各种示例性实施方案中,低合金耐腐蚀钢的伸长为约30%至约45%。
在各种示例性实施方案中,低合金耐腐蚀钢的微结构是铁素体。
在各种示例性实施方案中,低合金耐腐蚀钢镀有镀敷原料。
在各种示例性实施方案中,低合金耐腐蚀钢的镀层厚度约为约1μm至约50μm。
在各种示例性实施方案中,镀敷原料包含大于0重量%且小于约3重量%的镁(Mg)和约5重量%至约15重量%的硅(Si),余量为铝(Al)和不可避免的杂质。
在各种示例性实施方案中,镀在低合金耐腐蚀钢上的镀敷原料的量为约10g/m2至约800g/m2。
本发明的各个方面旨在提供一种制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法。所述方法包括:热轧步骤,其热轧低合金耐腐蚀钢;酸洗步骤,其从经热轧的低合金耐腐蚀钢中去除氧化铁;以及冷轧步骤,其对经酸洗的低合金耐腐蚀钢进行冷轧。
在各种示例性实施方案中,热轧步骤中的结构是铁素体珠光体(FP)。
在各种示例性实施方案中,热轧步骤中的厚度为约3mm至约4mm。
在各种示例性实施方案中,酸洗步骤中的盐酸浓度为约17%以上。
在各种示例性实施方案中,酸洗步骤中的温度为约75℃至约85℃。
在各种示例性实施方案中,冷轧步骤中的退火温度为约600℃至约860℃。
在各种示例性实施方案中,冷轧步骤中的热处理方法是分批退火炉(BAF)或连续退火炉(CAF)。
在本发明的各种示例性实施方案中,所述方法进一步包括:镀敷步骤,其在冷轧步骤之后对低合金耐腐蚀钢进行镀敷。
在本发明的各种示例性实施方案中,镀敷步骤中的镀敷温度为约650℃至约670℃。
在本发明的各种示例性实施方案中,所述方法进一步包括:合金化热处理步骤,其在镀敷步骤之后,在约690℃至约790℃的温度下对经镀敷的低合金耐腐蚀钢进行热处理。
本发明的用于车辆的低合金耐腐蚀钢具有如下效果:提供用于车辆的低合金耐腐蚀钢以改善在存在由车辆废气产生的冷凝腐蚀性水的腐蚀环境下的耐腐蚀性。
根据本发明示例性实施方案的一种制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法具有如下效果:提供一种通过控制钢材的合金成分及其镀层和制备过程而改善车辆在腐蚀环境下的耐腐蚀性并减少噪声和振动的制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法。
附图说明
图1是根据现有技术的用于车辆的低合金耐腐蚀钢形成的消音器的照片。
图2是表示腐蚀原理的示意图。
图3是表示硫酸浓度和温度对腐蚀的影响的示意图。
图4是表示Al-Si镀层的存在和不存在时耐腐蚀性差异的图。
图5是表示根据在包含10%硫酸的人造冷凝水溶液中加入的Cu、Sb、Mn、Si、P、Ni和Cr的量的腐蚀速率的图。
图6是表示用于车辆的低合金耐腐蚀钢通过硫酸溶液的腐蚀试验后位错的放大图。
图7是表示根据Si的含量在700℃下氧化增加的重量的图。
图8是表示根据Sb或Sn的加入在700℃下氧化增加的重量的图。
图9是表示当包含0.03重量%的Si时,根据Sb或Sn的加入在700℃下氧化增加的重量的图。
图10是表示隔音测试器的安装形式的照片。
图11是表示噪声分析设备的照片。
图12是表示根据温度和预应变的噪声的图。
图13是表示本发明示例性实施方案实施例和现有技术对比实施例根据硫酸水溶液的浓度的腐蚀速度的图。
图14是将根据现有技术的对比实施例1在人造冷凝水中浸渍前后外观对比的示意图。
图15是将根据现有技术的对比实施例2在人造冷凝水中浸渍前后外观对比的示意图。
图16是将根据本发明示例性实施方案的实施例在人造冷凝水中浸渍前后外观对比的示意图。
图17是根据本发明实施例的低合金耐腐蚀钢形成的消音器部件的照片。
图18是根据本发明的实施例用于制备低合金耐腐蚀钢的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考所附附图对本发明的各种示例性实施方案进行具体描述。在描述之前,本说明书和权利要求中使用的术语或词语不应解释为被限制为典型或字典含义,而应当理解为符合本发明的技术精神的意义和概念,其原则是本发明人可以适当地定义术语的概念以便以最佳方式描述其自己的发明。因此,由于本说明书中描述的实施例和附图中所示的构造仅仅是本发明的示例性实施方案,并且不代表本发明的所有技术精神,因此应当理解各种可以替代这些实施例和构造的等同物和修改实施例在提交本申请时是可能的。
本发明的各个方面提供用于车辆的低合金耐腐蚀钢及其制备方法,其中钢在冷凝水腐蚀环境下具有改善的耐腐蚀性。一方面,本发明的各个方面提供用于车辆的低合金耐腐蚀钢,其在腐蚀环境下具有改善的耐腐蚀性。
具体地,热电厂通常始终连续地运行以产生电力。因此,由于废气引起腐蚀的环境保持在约200℃并且处于预定和可预测的条件下。最终,在部件暴露于热电厂释放的废气的情况下,应用能够承受预定条件(例如预定温度和预定酸浓度)的部件,并且在经过预定时间之后通过更换部件的方法来解决问题。
另一方面,车辆根据驾驶员的需要反复且不连续地进行驾驶,此外,驾驶时间不是恒定的或可预测的。此外,当车辆驾驶时形成的排气部件等的温度达到约400℃以上的温度,然后在停止驾驶之后根据环境温度而降低到约-40℃以下。因此,施加至车辆排气系统的温度条件比热电厂的条件更严酷。最后,车辆的腐蚀环境比热电厂的腐蚀环境经历更显著的温度变化等,并且由于车辆是运输工具,车辆的腐蚀环境受周围环境的影响很大。
通常,通过冷却来自车辆的废气而产生的酸性冷凝水是当气体如SOX、Cl或NOX在气体被周围环境冷凝的过程中通过与水分的结合而变为强酸如H2SO4、HCl和HNO3时而产生,并且车辆的部件被冷凝水腐蚀。冷凝水可以强烈地腐蚀金属,特别是由于冷凝水易溶解通常施加于车辆排气系统的不锈钢钝性层的铬氧化层。即使在与热电厂的腐蚀环境相比浓度约为10%以下的硫酸冷凝水中,也可能发生部件迅速穿孔的穿孔腐蚀现象。图1是根据现有技术的用于车辆的低合金耐腐蚀钢形成的消音器的照片。如图1所示,可以确认由车辆的废气产生的冷凝水不仅腐蚀消音器的表面,而且还腐蚀车辆本身的部件,结果发生穿孔腐蚀现象。
重要的是要注意随着温度的升高,腐蚀速率也会增加。通常地,在现有技术中,通过使用过量加入镍(Ni)或钼(Mo)的不锈钢来解决该问题。然而,该解决方案的问题在于,过量的加入昂贵的Ni或Mo会大大增加不锈钢合金的成本,此外,由于耐腐蚀性仍然不足,因此这种排气系统部件容易被腐蚀。
因此,本发明旨在提供耐硫酸钢,其与现有技术的不锈钢400系列相比在由车辆废气产生的冷凝水引起的腐蚀环境(其中硫酸水溶液为主要成分)下,具有改善的耐腐蚀性和更好的经济效益。也就是说,本发明的各个方面提供与现有技术的STS409L或STS439L等相比,具有降低的制备成本和更好的改善的耐腐蚀性、易焊接性和可塑性的低合金耐腐蚀钢,因为加入到添加少量碳的合金钢中的合金成分的添加量为3%以下。
腐蚀原理简要总结如下。图2是表示腐蚀原理的示意图。腐蚀由如图2所示的负极(阴极)和正极(阳极)的组合构成,并且需要连接两个区域的电连接件或介体。没有能够热力学防止腐蚀的方法。然而,当在动力学方面进行腐蚀时,如果需要,可以通过控制消耗由阳极形成的电子的阴极,或控制阳极连接到阴极的电流或作为诱导材料的离子流,或控制被腐蚀时产生的材料的浓度,从而降低发生腐蚀的速率,即腐蚀速率。
由酸形成的腐蚀速率总体上受到部件的材料、周围环境、部件的形状等的影响。在水溶液中,例如氢离子(H+)的浓度、氢离子的平衡阴离子、温度、其它金属离子、材料的形状和材料的表面等影响也是重要因素。通过使平衡阴离子与材料的表面反应而形成的金属盐或金属膜也可以不同地出现。金属盐的组成、性质、致密度和饱和度、溶解速率或质量传递速率的影响受到电解质的温度、浓度和速率,材料的微结构和成分等的很大影响。
特别地,对于硫酸水溶液中的金属的行为,根据硫酸离子的浓度和温度,复杂地发生表面反应。在硫酸水溶液中,金属表面与H2O、SO4 2-、HSO4 -、H2O、SO4 2-和H2SO4的O引起各种氢键或范德华键。由于这些离子根据温度显示高活性,当水溶液的温度升高时,金属的腐蚀速率大大增加。图3是表示硫酸浓度和温度对腐蚀的影响的示意图。Kubota等人(NipponKokan Technical Report No.44(1968)第140页)使用四个梯级大致标出硫酸中的腐蚀区域,并且根据温度和浓度对腐蚀速率进行分类,如图3所示。在图3的区域I中,腐蚀速率根据浓度没有显著变化,但当温度升高时,容易移动到腐蚀速率显著增加的区域II。
因此,考虑到影响腐蚀速率、材料、表面品质和制备过程的因素,本发明优选包含约0.001重量%至约0.1重量%(例如,约0.001重量%至约0.1重量%、约0.005重量%至约0.1重量%、约0.01重量%至约0.1重量%、约0.02重量%至约0.1重量%、约0.03重量%至约0.1重量%、约0.04重量%至约0.1重量%、约0.05重量%至约0.1重量%、约0.06重量%至约0.1重量%、约0.07重量%至约0.1重量%、约0.09重量%至约0.1重量%、约0.09重量%至约0.1重量%、约0.001重量%至约0.01重量%、约0.001重量%至约0.05重量%、或约0.001重量%至约0.09重量%)的C、约0.01重量%至约0.5重量%(例如,约0.01重量%至约0.5重量%、约0.01重量%至约0.4重量%、约0.01重量%至约0.3重量%、约0.01重量%至约0.2重量%、约0.01重量%至约0.1重量%、约0.05重量%至约0.1重量%、约0.05重量%至约0.2重量%、约0.05重量%至约0.3重量%、约0.05重量%至约0.4重量%、或约0.05重量%至约0.5重量%)的Si、约0.1重量%至约0.6重量%(例如,约0.1重量%、约0.2重量%、约0.3重量%、约0.4重量%、约0.5重量%、或约0.6重量%)的Mn、大于0重量%且约0.18重量%以下(例如,约0.18重量%、约0.17重量%、约0.16重量%、约0.15重量%、约0.14重量%、约0.13重量%、约0.12重量%、约0.11重量%、约0.10重量%、约0.09重量%、约0.08重量%、约0.07重量%、约0.06重量%、约0.05重量%、约0.01重量%、约0.005重量%、0.001重量%以下)的P、大于0重量%且小于约0.02重量%(例如,约0.02重量%、约0.01重量%、约0.009重量%、约0.008重量%、约0.007重量%、约0.006重量%、约0.005重量%、约0.004重量%、约0.003重量%、约0.002重量%、约0.001重量%以下)的S、约0.001重量%至约0.03重量%(例如,约0.001重量%至约0.03重量%、约0.005重量%至约0.03重量%、约0.009重量%至约0.03重量%、约0.01重量%至约0.03重量%、约0.021重量%至约0.03重量%、约0.001重量%至约0.02重量%、约0.001重量%至约0.02重量%、或约0.001重量%至约0.01重量%)的Nb、大于0重量%且约0.03重量%以下(例如,约0.03重量%、约0.02重量%、约0.01重量%、约0.009重量%、约0.008重量%、约0.007重量%、约0.006重量%、约0.005重量%、约0.004重量%、约0.003重量%、约0.002重量%、约0.001重量%以下)的Cr、约0.05重量%至约0.3重量%(例如,约0.05重量%至约0.3重量%、约0.05重量%至约0.2重量%、约0.05重量%至约0.1重量%、约0.05重量%至约0.09重量%、约0.05重量%至约0.08重量%、约0.05重量%至约0.07重量%、约0.05重量%至约0.06重量%、约0.05重量%至约0.2重量%、约0.05重量%至约0.1重量%、约0.1重量%至约0.3重量%、或约0.2重量%至约0.3重量%)的Cu、约0.05重量%至约0.2重量%(例如,约0.05重量%至约0.2重量%、约0.05重量%至约0.1重量%、约0.05重量%至约0.09重量%、约0.05重量%至约0.08重量%、约0.05重量%至约0.07重量%、约0.05重量%至约0.06重量%、或约0.1重量%至约0.2重量%)的Ni、以及总重大于0重量%且约0.2重量%以下(例如,约0.2重量%、约0.1重量%、约0.09重量%、约0.08重量%、约0.07重量%、约0.06重量%、约0.05重量%、约0.04重量%、约0.03重量%、约0.02重量%、约0.01重量%、约0.005重量%、约0.001重量%以下)的Sn和Sb,以及余量铁和不可避免的杂质。
低合金耐腐蚀钢的拉伸强度优选为约350MPa至约450MPa(例如,约350MPa、约360MPa、约370MPa、约380MPa、约390MPa、约400Mpa、约410MPa、约420MPa、约430MPa、约440MPa或约450MPa)、低合金耐腐蚀钢的屈服点优选为约200MPa至约400MPa(例如,约200MPa至约400MPa、约250MPa至约400MPa、约300MPa至约400MPa、约200MPa至约350MPa、约200MPa至约300MPa、或约200MPa至约250MPa)、低合金耐腐蚀钢的伸长优选为约30%至约45%(例如,约30%、约31%、约32%、约33%、约34%、约35%、约36%、约37%、约38%、约39%、约40%、约41%、约42%、约43%、约44%或约45%)、低合金耐腐蚀钢的微结构优选为铁素体。
优选镀敷低合金耐腐蚀钢,镀敷原料优选包含大于0重量%和小于约3重量%(例如,约2.9重量%、约2.5重量%、约2.0重量%、约1.9重量%、约1.5重量%、约1.3重量%、约1.1重量%、约1.0重量%、约0.9重量%、约0.5重量%以下或大于0重量%)的Mg和5重量%至15重量%(例如,约5重量%、约6重量%、约7重量%、约8重量%、约9重量%、约10重量%、约11重量%、约12重量%、约13重量%、约14重量%或约15重量%)的Si,余量为Al和不可避免的杂质,镀在低合金耐腐蚀钢上的镀敷原料的量优选为约10g/m2至约800g/m2(例如,约10g/m2至约800g/m2、约50g/m2至约800g/m2、约100g/m2至约800g/m2、约200g/m2至约800g/m2、约300g/m2至约800g/m2、约400g/m2至约800g/m2、约500g/m2至约800g/m2、约600g/m2至约800g/m2、约700g/m2至约800g/m2、约10g/m2至约20g/m2、约10g/m2至约30g/m2、约10g/m2至约40g/m2、约10g/m2至约50g/m2、约10g/m2至约60g/m2、约10g/m2至约70g/m2、约10g/m2至约80g/m2、约10g/m2至约90g/m2、或约10g/m2至约100g/m2)。
更具体地,在车辆消音器内部形成的腐蚀环境具有冷凝水腐蚀-高温氧化的腐蚀循环。因此,本发明应用以下的腐蚀控制原理。
首先,通过控制冷凝水,即包含约1%至约10%(例如,约1%、约2%、约3%、约4%、约5%、约6%、约7%、约8%、约9%或约10%)的硫酸和痕量有机酸的冷凝水来改善耐腐蚀性。
更具体地,在本发明的示例性实施方案中,抑制阳极溶解。当用于车辆的材料暴露于复杂的冷凝水腐蚀环境时,形成厚的FeSO4·SiO2或Cu-Sb复合层,从而降低材料的洗脱速率。因此,加入具有比氢的还原电位0V更高还原电位的Cu(Cu的还原电位:0.345V)和Sb(Sb的还原电位:0.11V)成分,以提高在产生氢的环境下的耐腐蚀性。此外,阴极控制(即加入Sb和Sn等)是添加催化毒物成分,从而增加氢过电压。具体地,对于铁的腐蚀,氢允许通过消耗从阳极产生的电子来进行腐蚀。在这种情况下,通过抑制氢的产生,可以降低总的腐蚀速率。也就是说,通过增加铁的低氢过电压来抑制电子在阴极中被消耗而提高离子状态的稳定性,因此防止腐蚀。此外,设计AlSi镀层以确保极低浓度下的耐腐蚀性。
接下来,通过改善高温抗氧化性来缓解热氧化冲击。当水溶液消失时,铁在由气体引起的腐蚀环境下在高温下被氧化。因此,当在高温腐蚀环境下加入在铁表面上形成氧化膜的Si时,在高温下抑制氧化。此外,当以痕量的方式加入诸如Sn和Sb的原子半径大且熔点低的成分时,由于阻挡效应可以抑制氧渗透。
接下来,通过控制由异质材料的接触引起的腐蚀(即异质接触腐蚀)和在缝隙中发生的腐蚀(即缝隙腐蚀)和鳞片而改善耐腐蚀性。在车辆的部件中,不仅仅发生简单由冷凝水引起的腐蚀。在由车辆消声器内部产生的冷凝水引起的腐蚀环境下,在外壳挡板或挡板管之间存在缝隙。如果缝隙与异质金属接触,则会发生电化学腐蚀,即由异质金属接触引起的腐蚀或由缝隙腐蚀引起的局部腐蚀,使得环境下的腐蚀速率提高10倍至100倍或大于通常发生腐蚀的环境下的腐蚀速率。此外,当使用裸钢时,存在产生由腐蚀引起的极大量鳞片的问题,因此很可能作为废气中的细粉尘而产生。因此,为了解决上述问题,在本发明的低合金耐腐蚀钢上优选形成厚度为约1μm至约50μm(例如,约1μm至约50μm、约10μm至约50μm、约20μm至约50μm、约30μm至约50μm、约40μm至约50μm、约1μm至约40μm、约1μm至约30μm、约1μm至约20μm、或约1μm至约10μm)的Al-Si镀层。对于Al-Si合金,材料的Fe成分在约300℃至约450℃(例如,约300℃至约450℃、约350℃至约450℃、约400℃至约450℃、约300℃至约400℃、或约300℃至约350℃)下分散,这是车辆行驶的温度,由于在其顶层上形成Al-Si氧化物,而且顶层的底层为Al-Fe合金,因此具有改善部件表面的耐腐蚀性的效果。
同时,图4是表示Al-Si镀层的存在和不存在时耐腐蚀性差异的图,并且通过使用浓度为10%的冷凝水比较对比实施例1和实施例之间的耐腐蚀性差异。对比实施例1是不使用STS409L进行Al-Si镀敷的情况,实施例是进行Al-Si镀敷的情况。如上所述,可以通过图4确认对比实施例1和实施例之间的耐腐蚀性存在显著差异。更具体地,可以通过图4看出,对比实施例1与实施例不同,温度升高引起的腐蚀速率约为9倍。即,可以说根据实施例的合金具有通过Al-Si镀层提高耐腐蚀性的效果。
为了加强Al-Si合金的镀敷性质,将Sn和Sb合金成分加入到本发明的低合金耐腐蚀钢中。当具有高原子序数和低熔点的成分(例如Sn和Sb)集中在表面上时,通过降低表面张力而具有改善镀敷性质的效果。此外,通过赋予界面阻挡作用,可以改善通过镀层的氧气的阻挡效果。
接下来,本发明通过加入合金成分来改善耐腐蚀性。当加入合金成分以改善耐腐蚀性时,考虑硫酸水溶液对耐腐蚀性的影响和高温对耐腐蚀性的影响。
具体地,在硫酸水溶液对耐腐蚀性的影响下,低合金耐腐蚀钢通常通过加入约3重量%以下的合金成分来确保耐腐蚀性,并与加入约11重量%以上的Cr的不锈钢进行比较。在通过加入每种合金成分制备铸锭之后,通过使用在铸锭进行热轧-冷轧工艺之后制备的平板试样来确定待加入的合金成分的效果。图5是表示在包含10%硫酸的人造冷凝水溶液中根据加入的Cu、Sb、Mn、Si、P、Ni、Cr的量的腐蚀速率的图,其示出在80℃下包含10%硫酸的水性冷凝液中加入的成分的关系。更具体地,图5示出根据设置在图的左侧末端的基于0含量的Cu加入的Cu、Sb、Mn、Si、P、Ni和Cr的量的腐蚀速率。在本评估中,0含量的Cu被称为基本合金钢(SPCC(KS D 3512)),其中包含0.002重量%的C、0.002重量%的Si、0.082重量%的Mn、0.012重量%的P、0.005重量%的S、0.032重量%的Ti和0.010重量%的Nb。在通过基于重量数据进行合金设计来评价腐蚀效果的试验中,通过测量合金钢浸渍在硫酸水溶液中6小时之前和之后的重量和厚度来获得腐蚀速率。然而,在通过使用盐酸形成膜之后测量浸渍后产生的鳞片。因此,如图5所示,可以确认最显著影响腐蚀速率的成分为Cu和Sb。
加入Cu合金成分的影响
因为电位高于氢还原电位,所以Cu的电位通常用于耐腐蚀钢中。即使以0.05重量%的量加入到本发明的低合金耐腐蚀钢中,Cu也表现出使腐蚀速率快速下降,并且在0.3重量%的含量下表现出最高的耐腐蚀性。如果Cu的含量大于0.3重量%,则存在腐蚀速率再次上升的问题,因此在本发明的示例性实施方案中,优选包含0.05重量%至0.3重量%的Cu。
加入Sb合金成分的影响
在图5中,可以根据Sb的含量确认用于车辆的低合金耐腐蚀钢的腐蚀速率。Sb是增加硫酸水溶液中的耐腐蚀性的合金成分,因为Sb也具有比氢还原电位高的电位。特别地,Sb具有在低浓度下改善硫酸水溶液中的耐腐蚀性的显著效果。为了实现这个效果,Sb在表面上再沉淀以形成膜,从而用于控制阳极,消耗由阳极产生的电子,以抑制产生氢的反应(阴极控制),从而降低腐蚀速率。然而,当过量添加Sb时,存在Sb在表面上集中以引起表面缺陷的问题,而且还导致液态金属脆化(LME),结果,加工性指数n和r值降低从而损害可塑性。因此,在本发明的示例性实施方案中,作为催化毒物成分的Sb和Sn合金成分的总含量优选大于0重量%且0.2重量%以下。
其它成分效果
如图5所示,随着Cu和Sb的加入量的增加,耐腐蚀性增加具有显著的效果,并且随着Mn、S和Sn的加入量的增加,耐腐蚀性增加具有轻微的效果。此外,可以确认,随着P的加入量的增加,腐蚀速率显著增加,并且当Ni和Cr的加入量增加时,耐腐蚀性略有降低。然而,由于Si和Mn显著影响材料的材料品质,在本发明的示例性实施方案中,Si合金成分的含量和Mn合金成分的含量优选分别为0.01重量%至0.5重量%和0.1重量%至0.6重量%,优选的含量是为了改善由废气引起的耐腐蚀性并满足材料品质。随着P的加入量的增加,腐蚀速率的增加非常高,因此P的加入量优选大于0重量%且0.18重量%以下,并且由于Cr和Ni的氧化物溶解于硫酸,因此优选加入大于0重量%且0.03重量%以下的Cr和0.05重量%至0.2重量%的Ni,这些含量均等于或小于流动控制成分的含量。由于Nb合金成分通过晶粒的微细化来延缓金属溶解的速率,因此优选在本发明的示例性实施方案中包含0.001重量%至0.03重量%的Nb。C是影响伸长、可塑性等的合金成分。本发明是车辆的低合金耐腐蚀钢,适用于汽车的挡板、内管和内室,在本发明的示例性实施方案中,对于汽车消音器的高品质外观和可塑性,适合使用优选包含C的量大于0.001重量%且0.1重量%以下,并且本发明的伸长优选为30%至45%。
同时,图6是表示用于车辆的低合金耐腐蚀钢通过硫酸溶液的腐蚀试验后单层的放大图。如图6所示,可以确认位置①和位置②对应于基质,并由Fe和Si形成。相比之下,可以确认位置③至位置⑦的相应成分对应于腐蚀产物层,并且可以确认S和O的成分在位置⑥和位置⑦(表面位置)处增加。也就是说,当接近表面时,可以确认通过腐蚀形成FeSO4膜。
接下来,当加入合金成分以改善耐腐蚀性时,如果考察高温下的效果,即合金成分对高温耐腐蚀性的影响,则高温下的氧化(即高温氧化)具有与由水溶液引起的腐蚀不同的机理。对于水溶液中的腐蚀,通过H2O或O2和H的反应呈现电子的转移和消耗,并且在高温氧化中,大气中的O2直接起作用。氧化速率(即腐蚀速率)也显著低于水溶液中的腐蚀速率,由成分引起的效果也可以表现不同,作为耐候性钢的添加成分的Si、Cu和P具有代表性。
图7是表示根据Si的含量在700℃下氧化增加的重量的图。如图7所示,可以确认随着Si合金成分的加入量的增加,腐蚀速度降低,因此重量增加的量减少。
图8是表示根据Sb或Sn的加入在700℃下氧化增加的重量的图。如图8所示,可以确认即使在纯铁中包含0.05重量%的Sn或0.05重量%的Sb时,重量的变化也不显著。
然而,当将Si合金成分和Sb合金成分或Sn加入至纯铁时,高温下的氧化物的生成率降低,图9是表示在包含0.03重量%的Si的情况下,通过加入0.05重量%的Sb或0.05重量%的Sn,在700℃下氧化增加的重量的图。如图9所示,当纯铁包含0.03重量%的Si时,可以确认通过加入0.05重量%的Sb或0.05重量%的Sn,高温下的氧化物的生成率降低。
在本发明的示例性实施例中,进一步考虑噪声、振动和粗糙度。图10是表示隔音测试器的安装形式的照片。此外,图11是表示噪声分析设备的照片。在本发明的示例性实施方案中,通过用隔音测试仪反映从2米高度滴下重量为2.08克的大理石而产生的噪声测量结果来确定低合金耐腐蚀钢的强度,如图10所示。图12是表示根据温度和预应变的噪声的图。如图12所示,在隔音测试结果中,随着温度和预应变的强度或硬度增加,噪声增加了2db至5db。因此,在本发明的一个示例性实施方案中,优选包含0.1重量%至0.6重量%的Mn。此外,在本发明的示例性实施方案中,平均拉伸强度优选为350MPa至450MPa。
同时,本发明的各个方面提供用于车辆的低合金耐腐蚀钢及其制备方法,所述低合金耐腐蚀钢在腐蚀环境下具有改善的耐腐蚀性,本发明的另一方面涉及一种用于制备车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,所述低合金耐腐蚀钢在腐蚀环境下具有改善的耐腐蚀性。
特别地,图18是根据本发明实施例的用于制备低合金耐腐蚀钢的方法的流程图。本发明提供一种制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,所述方法包括:热轧步骤(S101),其热轧低合金耐腐蚀钢;酸洗步骤(S103),其从经热轧的低合金耐腐蚀钢中去除氧化铁;以及冷轧步骤(S105),其对经酸洗的低合金耐腐蚀钢进行冷轧。
在本发明的示例性实施方案中,热轧步骤中的板坯再加热温度(SRT)优选为约950℃至约1250℃(例如,约950℃至约1,250℃、约1,000℃至约1,250℃、1,100℃至约1,250℃、约950℃至约1,150℃、约950℃至约1050℃、约950℃至约1000℃、约950℃至约975℃等),热轧步骤中的精轧输送温度(FDT)优选为约800℃至约950℃(例如,约800℃至约950℃、约800℃至约850℃、约900℃至约950℃等)。此外,热轧步骤中的冷却速率优选为剪切冷却,热轧步骤中的卷取温度(CT)优选为约100℃至约740℃(例如,约100℃至约740℃、约200℃至约740℃、约300℃至约740℃、约400℃至约740℃、约500℃℃至约740℃、约600℃至约740℃、约700℃至约740℃、约400℃℃至约640℃、约400℃至约540℃、约400℃至约500℃等)。此外,热轧步骤中的结构优选为铁素体珠光体(FP),热轧步骤中的厚度优选为3mm至4mm。
在本发明的示例性实施方案中,酸洗步骤中的盐酸浓度优选为约17%以上(例如,17%、18%、19%、20%以上),并且酸洗步骤中的温度优选为约75℃至约85℃(例如,约75℃、约76℃、约77℃、约78℃、约79℃、约80℃、约81℃、约82℃、约83℃、约84℃和约85℃)。
在本发明的示例性实施方案中,冷轧步骤中的压下率优选为约50%以上(例如,50%、51%、52%、53%、55%、56%、60%、70%以上),冷轧步骤中的退火温度优选为约600℃至约860℃(例如,约600℃至约860℃、约700℃至约860℃、约800℃至约860℃、约600℃至约760℃、约600℃至约700℃、约600℃至约800℃、约600℃至约660℃等),并且在冷轧步骤中的热处理方法优选为分批退火炉(BAF)或连续退火炉管线(CAL)。
在本发明的示例性实施方案中,所述方法进一步包括:镀敷步骤(S107),其在冷轧步骤之后对低合金耐腐蚀钢进行镀敷,优选镀敷步骤中的镀层厚度为约1μm至约50μm(例如,约1μm至约50μm、约5μm至约50μm、约10μm至约50μm、约20μm至约50μm、约30μm至约50μm、约40μm至约50μm、约1μm至约40μm、约1μm至约30μm、约1μm至约20μm、约1μm至约10μm等),并且优选镀敷步骤中的镀敷原料包含大于0重量%且小于约3重量%的Mg(例如,大于0重量%、约0.1重量%、约0.5重量%、约1重量%、约2重量%、约3重量%等的Mg)和约5重量%至约15重量%的Si(例如,约5重量%、约6重量%、约7重量%、约8重量%、约9重量%、约10重量%、约11重量%、12重量%、约13重量%、约14重量%、约15重量%的Si),余量为Al和不可避免的杂质。在这种情况下,Si是影响抗氧化性和耐腐蚀性的元素,可以通过图6和图8看出。随着Si含量的增加,抗氧化性提高,使得Si的含量优选为5重量%以上。然而,当Si的含量非常高时,镀层的脆化变得如此强烈使得镀层在加工过程中破裂,并且在镀敷锅控制中发生浆料问题,因此Si的含量优选为15重量%以下。
镀敷在低合金耐腐蚀钢上的镀敷原料的量优选为约10g/m2至约800g/m2(例如,约10g/m2至约800g/m2、约500g/m2至约800g/m2、约100g/m2至约800g/m2、约150g/m2至约800g/m2、约200g/m2至约800g/m2、约250g/m2至约800g/m2、约300g/m2至约800g/m2、约350g/m2至约800g/m2、约400g/m2至约800g/m2、约500g/m2至约800g/m2、约600g/m2至约800g/m2、约10g/m2至约500g/m2、约10g/m2至约200g/m2、约10g/m2至约100g/m2等),并且镀敷步骤中的镀敷温度优选为约650℃至约670℃(例如,约650℃、约655℃、约660℃、约665℃和约670℃)。此外,所述方法优选还包括:合金化热处理步骤(S109),其在镀敷步骤之后,在690℃至790℃的温度下对经镀敷的低合金耐腐蚀钢进行热处理。
具体地说,用于改善本发明的低合金耐腐蚀钢的耐腐蚀性的合金成分对应于Cu和Sb。Cu的熔点为1,085℃,Sb的熔点为630.6℃。相比之下,铁的熔点对应于1,538℃。因此,为了改善热轧步骤(即热轧)和冷轧步骤(即冷轧)过程中的表面品质,连续铸造后,需要控制轧制温度和冷却速率并控制压下率(引入厚度与产品厚度之比)。此外,在本发明的示例性实施方案中,为了防止电化学腐蚀和缝隙腐蚀,优选应用Al-Si镀敷,并且用于镀敷的原料优选包含5重量%至15重量%的Si。在这种情况下,Si是影响抗氧化性和耐腐蚀性的元素,可以通过图6和图8看出,随着Si的含量增加,抗氧化性提高,使得Si的含量优选为约5重量%以上(例如,5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重量%、10重量%以上)。然而,当Si的含量非常高时,镀层的脆化变得如此强烈使得镀层在加工过程中破裂,并且在镀敷锅控制中发生浆料问题,因此Si的含量优选为15重量%以下(例如,15重量%、14重量%、13重量%、12重量%、11重量%、10重量%、9重量%、8重量%、7重量%、6重量%以下)。此外,根据加入的Al合金引起的腐蚀环境,优选另外包含0重量%至3重量%的Mg(例如,0重量%至3重量%、0重量%至2.5重量%、0重量%至2重量%、0重量%至1.5重量%、0重量%至1重量%、0.1重量%至3重量%、0.1重量%至2重量%、0.1重量%至1重量%、或0.5重量%至3重量%)。
[实施例]
在下文中,将通过实施例更详细地描述本发明。这些实施例仅用于举例说明本发明,本领域技术人员显而易见的是,本发明的范围并不被这些实施例所限制。
图13是表示本发明示例性实施方案的实施例和现有技术对比实施例根据硫酸水溶液的浓度的腐蚀速度的图。在根据本发明的示例性实施方案的实施例中,可以确认在低硫酸浓度和高硫酸浓度下,即浓度为0.5重量%且30重量%以下时,作为本发明的实施例的低合金耐腐蚀钢和Al合金镀敷材料与现有技术的对比实施例即STS409L相比,具有更好的耐腐蚀性。
图14是将根据现有技术的对比实施例1在人造冷凝水中浸没前后外观对比的示意图。如图14所示,可以确认在现有技术的STS409L,即对比实施例1中,完全浸渍在人造冷凝水中的两个测试试样完全溶解并由于反应而损失,而半浸渍在人造冷凝水中的两个测试试样则浸渍部分溶解。此外,图15是将根据现有技术的对比实施例2在人造冷凝水中浸渍前后外观对比的示意图。如图15所示,可以确认在现有技术的STS439L,即对比实施例2中,完全浸渍在人造冷凝水中的两个测试试样完全溶解并由于反应而损失,而半浸渍在人造冷凝水中的两个测试试样则浸渍部分溶解。相比之下,图16是将根据本发明示例性实施方案的实施例在人造冷凝水中浸渍前后外观对比的示意图。在本发明的实施例中,可以确认两个试样形成并完全浸渍,但是即使经过了一段时间,样品不溶解同时也保持形状。此外,图14至图16中的人造冷凝水以10%的相同浓度使用。
同时,图17是根据本发明实施例的低合金耐腐蚀钢形成的消音器部件的照片。虽然由本发明的低合金耐腐蚀钢形成部件(即消音器),但是可以确认,如图17所示,由于没有形成裂缝或褶皱,因此可塑性优异。
与现有技术的不锈钢相比,通过减少现有技术中包含的合金成分的加入量,本发明具有将成本降低约20%至约40%的效果(例如,约20%至约40%、约20%至约38%、约20%至约35%、约20%至约30%、约25%至约40%,约30%至约40%等)。
本发明的优点在于,通过省略现有技术中包含的昂贵的合金成分,根据每种合金成分的性质来确定所包含的合金成分,同时调整制备过程中的轧制温度、冷却速率和压下率,使得车辆在腐蚀环境下的耐腐蚀性得到改善,噪声和振动减少,制备成本低,实现材料的稳定性和长期寿命,并且扩大了材料的应用范围。
如上所述,本发明的具体示例性实施方案已经描述了本发明,但是具体示例性实施方案仅仅是说明,而本发明并不限于此。所描述的示例性实施方案可以由本发明所属领域的技术人员进行改变或修改,而不脱离本发明的范围,并且在本发明的技术精神范围和以下将描述的权利要求的等同范围内可以进行各种变化和修改。
Claims (19)
1.一种用于车辆的低合金耐腐蚀钢,其包含:
约0.001重量%至约0.1重量%的C、约0.01重量%至约0.5重量%的Si、约0.1重量%至约0.6重量%的Mn、大于0重量%且约0.18重量%以下的P、大于0重量%且小于约0.02重量%S、约0.001重量%至约0.03重量%的Nb、大于0重量%且约0.03重量%以下的Cr、约0.05重量%至约0.3重量%的Cu、约0.05重量%至约0.2重量%的Ni、以及总重大于0重量%且约0.2重量%以下的Sn和Sb,余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的低合金耐腐蚀钢,其中所述低合金耐腐蚀钢的拉伸强度为约350MPa至约450MPa。
3.根据权利要求1所述的用于车辆的低合金耐腐蚀钢,其中所述低合金耐腐蚀钢的屈服点为约200MPa至约400MPa。
4.根据权利要求1所述的用于车辆的低合金耐腐蚀钢,其中所述低合金耐腐蚀钢的拉伸率为约30%至约45%。
5.根据权利要求1所述的用于车辆的低合金耐腐蚀钢,其中所述低合金耐腐蚀钢的微结构为铁素体。
6.根据权利要求1所述的用于车辆的低合金耐腐蚀钢,其中所述低合金耐腐蚀钢使用镀敷原料进行镀敷。
7.根据权利要求6所述的用于车辆的低合金耐腐蚀钢,其中所述低合金耐腐蚀钢的镀层厚度为约1μm至约50μm。
8.根据权利要求6所述的用于车辆的低合金耐腐蚀钢,其中所述镀敷原料包括大于0重量%且小于约3重量%的Mg,约5重量%至约15重量%的Si,余量为Al和不可避免的杂质。
9.根据权利要求8所述的用于车辆的低合金耐腐蚀钢,其中镀敷在低合金耐腐蚀钢上的镀敷原料的量为约10g/m2至约800g/m2。
10.一种制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,所述方法包括:
热轧步骤,其热轧根据权利要求1所述的低合金耐腐蚀钢;
酸洗步骤,其从经热轧的低合金耐腐蚀钢中去除氧化铁;以及
冷轧步骤,其对经酸洗的低合金耐腐蚀钢进行冷轧。
11.根据权利要求10所述的制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,其中热轧步骤中的结构是铁素体珠光体。
12.根据权利要求10所述的制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,其中热轧步骤中的厚度为约3mm至约4mm。
13.根据权利要求10所述的制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,其中酸洗步骤中的盐酸浓度为约17%以上。
14.根据权利要求10所述的制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,其中酸洗步骤中的温度为约75℃至约85℃。
15.根据权利要求10所述的制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,其中冷轧步骤中的退火温度为约600℃至约860℃。
16.根据权利要求10所述的制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,其中冷轧步骤中的热处理方法是分批退火炉或连续退火炉。
17.根据权利要求10所述的制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,其进一步包括:镀敷步骤,其在冷轧步骤之后对低合金耐腐蚀钢进行镀敷。
18.根据权利要求17所述的制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,其中镀敷步骤中的镀敷温度为约650℃至约670℃。
19.根据权利要求17所述的制备用于车辆的低合金耐腐蚀钢的方法,其进一步包括:合金化热处理步骤,其在镀敷步骤之后,在约690℃至约790℃的温度下对经镀敷的低合金耐腐蚀钢进行热处理。
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