CN110157973B - 一种高强耐腐蚀汽车用不锈钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强耐腐蚀汽车用不锈钢板及其制备方法,包括如下重量百分比的化学成分：C 0.1～0.5％，Si 0.2～0.4％，Mn 3～6％，Ni 4～8％，Cr 3～5％，V 0.1～0.2％，Ti 0.05～0.15％，W 0.05～0.15％，Yb 0.01～0.03％，Er 0.05～0.15％，Nb 0.01～0.05％，Ta 0.01～0.05％,余量为Fe。本发明提供的钢板材料通过添加V、Ti、W、Yb、Er、Nb、Ta等元素，合理分配各组分的配比，制得的钢板具有优异的屈服强度、抗拉强度、硬度及耐腐蚀性，满足了长寿命化汽车用钢的要求。

Description

一种高强耐腐蚀汽车用不锈钢板及其制备方法
技术领域
本发明涉及不锈钢材料技术领域，具体是一种高强耐腐蚀汽车用不锈钢板及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业的迅速发展，我国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车消费国，年生产汽车超过2000万辆，年消费各类汽车用板材超过2200万吨。汽车钢轻量化、高强化是汽车安全、长寿、低成本和节能减排的必然趋势。第一代汽车钢(AHSS，IF，BH，DP，TRIP和马氏体钢等)平均15-20GPa％的强塑积不能满足日益增长的汽车安全碰撞系数和冲压零部件优良成型性的需求，第二代汽车钢(TWIP，奥氏体不锈钢等)具有优良的机械性能强塑积可达60GPa％，但由于材料成本或工艺成本过高难以大规模生产。
长寿命化是汽车用钢的另一个重要发展要求。其可以增强汽车安全性，降低汽车全生命周期成本，提高资源利用效率。汽车用钢的使用寿命标准已由先前的6年提高至目前的～12年，不久还会提高至与～20年的整车寿命同步。耐蚀性是决定汽车用钢使用寿命的一个关键因素。然而，属于普碳钢的先进高强度钢的耐蚀性根本不能满足汽车用钢使用寿命的要求，目前广泛采用的改善措施是在其表面镀锌。然而镀锌板的使用存在三方面的问题。其一，汽车用镀锌板在二次加工和汽车日常运行、偶然碰撞中，一旦表面锌层破损，其耐蚀性将严重下降，直接威胁其使用寿命和整车安全。其二，我国每年报废400～600万辆汽车，然而汽车用镀锌板在回收再冶炼过程中，相当一部分锌以氧化锌的形式混在烟尘中排入大气。这造成我国镀锌板的锌回收率十分低下，即使在钢铁业发达国家，镀锌板的锌回收率也低于80％。而且，我国的锌资源状况又十分严峻，锌资源的储量和储量基础的静态保证年限分别仅为12和18年。这严重制约着我国汽车产业的长远发展。其三，镀锌板再冶炼时，未挥发的锌会混入钢水中，其后，锌难以从钢水中分离，这会不可避免地造成锌在新冶炼钢中不断沉积。这给全局性的钢材循环利用过程中的成分控制带来很大难度。因此，如何提高汽车用钢的强度、耐腐蚀性及耐磨性是当今的研究重点。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明目的在于提供一种高强耐腐蚀汽车用不锈钢板及其制备方法。本方案由于各组分材料的协调作用，再通过热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理工艺，使得钢板具有高强度、耐腐蚀、耐磨损等优点，满足了长寿命化汽车用钢的要求。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高强耐腐蚀汽车用不锈钢板，包括如下重量百分比的化学成分：C 0.1～0.5％，Si 0.2～0.4％，Mn 3～6％，Ni 4～8％，Cr 3～5％，V 0.1～0.2％，Ti 0.05～0.15％，W 0.05～0.15％，Yb 0.01～0.03％，Er 0.05～0.15％，Nb 0.01～0.05％，Ta 0.01～0.05％,余量为Fe。
本发明还提供高强耐腐蚀汽车用不锈钢板的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
(2)将钢坯在1050～1150℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1250-1350℃，保温5-8h进行均匀处理；
(3)将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1050-1150℃，终轧温度为750-850℃，将钢锭进行机械加工形成热轧钢板，轧后再500-600℃下卷取；
(4)将热轧板卷在温度为820-850℃下退火，冷却至室温，再用酸清洗热轧板表面氧化的铁皮，再进行冷轧，冷轧总压下率为80-85％，获得冷轧钢板；
(5)将冷轧钢板加热至1150-1250℃，保温5-10min,l冷却至室温；
(6)将步骤(5)冷却后的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层。
优选地，所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，加热至熔融后在铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至700-750℃，将钢板预处理后放入铝液浸镀15-30min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样。
优选地，所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203粉20-40份、Al粉60-80份、Na3AlF6 3-5份和NH4Cl 1-3份。
优选地，所述渗铝剂的使用量占钢板原料重量的0.2-0.5％。
优选地，所述钢板预处理是用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗。
优选地，所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理。
优选地，所述电解液的组成成分为：硅酸钠20-30g/L、磷酸钠10-15g/L、钨酸钠5-10g/L、有机钼1-3g/L、氟化钠3-5g/L和氢氧化钠0-3g/L。
优选地，所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为300-400V、电流密度为10-20A/dm2、正占空比30-50％、频率200-400Hz，溶液的温度为35-45℃，氧化时间为30-60min。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
1、本发明提供的钢板材料通过添加V、Ti、W、Yb、Er、Nb、Ta等元素，合理分配各组分的配比，制得的钢板具有优异的屈服强度、抗拉强度、硬度及耐腐蚀性，满足了长寿命化汽车用钢的要求。
2、本发明钢板的加工方法通过热镀浸铝结合微弧氧化处理工艺的复合处理方式可以有效提高钢板的强度、耐腐蚀、耐磨性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1
一种高强耐腐蚀汽车用不锈钢板，包括如下重量百分比的化学成分：C 0.35％，Si0.3％，Mn 5％，Ni 5.5％，Cr 3.8％，V 0.15％，Ti 0.1％，W 0.08％，Yb 0.02％，Er0.08％，Nb 0.03％，Ta 0.02％,余量为Fe。
本发明还提供高强耐腐蚀汽车用不锈钢板的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
(2)将钢坯在1100℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1250℃，保温6h进行均匀处理；
(3)将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1100℃，终轧温度为820℃，将钢锭进行机械加工形成厚度为3.0mm的热轧钢板，轧后再550℃下卷取；
(4)将热轧板卷在温度为850℃下退火，冷却至室温，再用酸清洗热轧板表面氧化的铁皮，再进行冷轧，冷轧总压下率为80％，获得冷轧钢板；
(5)将冷轧钢板加热至1150℃，保温10min,l冷却至室温；
(6)将步骤(5)冷却后的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层。
所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，渗铝剂使用量占钢板材料质量百分比为0.5％，加热至熔融后再铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至750℃，将钢板用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗，再放入铝液浸镀20min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样。所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203粉25份、Al粉70份、Na3AlF6 4份和NH4Cl 1.5份。
所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理。所述电解液的组成成分为：硅酸钠25g/L、磷酸钠12g/L、钨酸钠8g/L、有机钼1.5g/L、氟化钠4g/L和氢氧化钠1.48g/L。所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为350V、电流密度为10A/dm2、正占空比45％、频率250Hz，溶液的温度为40℃，氧化时间为45min。
实施例2
一种高强耐腐蚀汽车用不锈钢板，包括如下重量百分比的化学成分：C 0.28％，Si0.25％，Mn 4.6％，Ni 7.2％，Cr 4.5％，V 0.2％，Ti 0.05％，W 0.12％，Yb 0.015％，Er0.15％，Nb 0.05％，Ta 0.02％,余量为Fe。
本发明还提供高强耐腐蚀汽车用不锈钢板的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
(2)将钢坯在1150℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1300℃，保温8h进行均匀处理；
(3)将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1050℃，终轧温度为780℃，将钢锭进行机械加工形成厚度为2.0mm的热轧钢板，轧后再580℃下卷取；
(4)将热轧板卷在温度为820℃下退火，冷却至室温，再用酸清洗热轧板表面氧化的铁皮，再进行冷轧，冷轧总压下率为85％，获得冷轧钢板；
(5)将冷轧钢板加热至1250℃，保温5min,冷却至室温；
(6)将步骤(5)冷却后的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层。
所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，渗铝剂使用量占钢板材料质量百分比为0.3％，加热至熔融后再铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至740℃，将钢板用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗，再放入铝液浸镀20min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样。所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203粉40份、Al粉75份、Na3AlF6 4.5份和NH4Cl 1.5份。
所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理。所述电解液的组成成分为：硅酸钠20g/L、磷酸钠12g/L、钨酸钠6g/L、有机钼1.5g/L、氟化钠5g/L和氢氧化钠2.5g/L。所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为300V、电流密度为10A/dm2、正占空比35％、频率300Hz，溶液的温度为45℃，氧化时间为40min。
实施例3
一种高强耐腐蚀汽车用不锈钢板，包括如下重量百分比的化学成分：C 0.43％，Si0.38％，Mn 6％，Ni 6.1％，Cr 3.5％，V 0.15％，Ti 0.1％，W 0.15％，Yb 0.02％，Er0.1％，Nb 0.035％，Ta 0.03％,余量为Fe。
本发明还提供高强耐腐蚀汽车用不锈钢板的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
(2)将钢坯在1050℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1250℃，保温5h进行均匀处理；
(3)将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1050℃，终轧温度为830℃，将钢锭进行机械加工形成厚度为2.5mm的热轧钢板，轧后再600℃下卷取；
(4)将热轧板卷在温度为850℃下退火，冷却至室温，再用酸清洗热轧板表面氧化的铁皮，再进行冷轧，冷轧总压下率为80％，获得冷轧钢板；
(5)将冷轧钢板加热至1150℃，保温10min,冷却至室温；
(6)将步骤(5)冷却后的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层。
所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，渗铝剂使用量占钢板材料质量百分比为0.4％，加热至熔融后再铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至710℃，将钢板用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗，再放入铝液浸镀30min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样。所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203粉40份、Al粉75份、Na3AlF6 4.5份和NH4Cl 1.5份。
所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理。所述电解液的组成成分为：硅酸钠25g/L、磷酸钠15g/L、钨酸钠8g/L、有机钼2.5g/L、氟化钠3g/L和氢氧化钠2g/L。所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为400V、电流密度为20A/dm2、正占空比45％、频率250Hz，溶液的温度为35℃，氧化时间为60min。
实施例4
一种高强耐腐蚀汽车用不锈钢板，包括如下重量百分比的化学成分：C 0.32％，Si0.26％，Mn 4％，Ni 38％，Cr 4.2％，V 0.1％，Ti 0.15％，W 0.08％，Yb 0.03％，Er0.05％，Nb 0.05％，Ta 0.01％,余量为Fe。
本发明还提供高强耐腐蚀汽车用不锈钢板的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
(2)将钢坯在1100℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1350℃，保温6h进行均匀处理；
(3)将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1150℃，终轧温度为780℃，将钢锭进行机械加工形成厚度为2.0mm的热轧钢板，轧后再500℃下卷取；
(4)将热轧板卷在温度为820℃下退火，冷却至室温，再用酸清洗热轧板表面氧化的铁皮，再进行冷轧，冷轧总压下率为85％，获得冷轧钢板；
(5)将冷轧钢板加热至1250℃，保温5min,冷却至室温；
(6)将步骤(5)冷却后的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层。
所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，渗铝剂使用量占钢板材料质量百分比为0.2％，加热至熔融后再铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至720℃，将钢板用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗，再放入铝液浸镀30min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样。所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203粉30份、Al粉65份、Na3AlF6 3.5份和NH4Cl 2份。
所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理。所述电解液的组成成分为：硅酸钠30g/L、磷酸钠15g/L、钨酸钠10g/L、有机钼2g/L、氟化钠3g/L和氢氧化钠0.55g/L。所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为400V、电流密度为15A/dm2、正占空比35％、频率300Hz，溶液的温度为35℃，氧化时间为60min。
将本实施例1-4制得的不锈钢钢板，按照常规的方法测定屈服强度、抗拉强度、断裂延伸率、-120℃低温冲击值/J和耐磨损性，耐磨损性的试验是通过试验在500℃×72h高温氧化后的质量增重来测定，测定结果如表1所示。
表1：本发明制得的汽车钢板的性能测试结果
Figure BDA0002118055210000071
Figure BDA0002118055210000081
从上述测试结果得知，本发明制得的钢板具有优异的屈服强度、抗拉强度、硬度及耐腐蚀性，满足了长寿命化汽车用钢的要求。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，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，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高强耐腐蚀汽车用不锈钢板的制备方法，其特征在于：包括如下重量百分比的化学成分：C 0 .1～0.5％，Si 0.2～0 .4％，Mn 3～6％，Ni 4～8％，Cr 3～5％，V 0.1～0.2％，Ti 0.05～0.15%，W 0.05～0.15％，Yb 0.01～0.03％，Er 0.05～0.15％，Nb 0.01～0.05％，Ta 0.01～0.05％，余量为Fe；
其制备方法，包括如下步骤：
（1）按照上述比例称取各原料后，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇铸后得钢坯；
（2）将钢坯在1050～1150℃热锻成锻坯后，冷却至室温，再放入高频感应熔炼炉中，加热至1250-1350℃，保温5-8h进行均匀处理；
（3）将均匀处理后的钢坯冷却后进行热轧，初轧温度为1050-1150℃，终轧温度为750-850℃，将钢锭进行机械加工形成热轧钢板，轧后再500-600℃下卷取；
（4）将热轧板卷在温度为820-850℃下退火，冷却至室温，再用酸清洗热轧板表面氧化的铁皮，再进行冷轧，冷轧总压下率为80-85%，获得冷轧钢板；
（5）将冷轧钢板加热至1150-1250℃，保温5-10min,冷却至室温；
（6）将步骤（5）冷却后的钢板先进行热镀浸铝处理再进行微弧氧化处理，即可在钢板表面形成致密的氧化铝薄膜层；
所述热镀浸铝的具体步骤为：将渗铝剂装在陶瓷坩埚，加热至熔融后再铝液表面加入覆盖剂，待覆盖剂全部熔化，温度调节至700-750℃，将钢板预处理后放入铝液浸镀15-30min，最后再进行酸洗、水洗，即得热镀铝钢板试样；
所述渗铝剂由重量份数比的原料组成：Al203 粉20-40份 、Al 粉60-80份、Na3AlF6 3-5份和NH4Cl 1-3份；
所述微弧氧化处理处理是将热镀铝钢板试样浸入电解液中作为阳极，以不锈钢槽作为阴极进行微弧氧化处理；
所述电解液的组成成分为：硅酸钠20-30g/L、磷酸钠10-15g/L、钨酸钠5-10g/L、有机钼1-3g/L、氟化钠3-5g/L和氢氧化钠0-3g/L。
2.根据权利要求1所述高强耐腐蚀汽车用不锈钢板的制备方法，其特征在于：所述渗铝剂的使用量占钢板材料质量百分比为0.2-0.5%。
3.根据权利要求1所述高强耐腐蚀汽车用不锈钢板的制备方法，其特征在于：所述钢板预处理是用砂纸打磨后，用丙酮和乙酸乙酯混合溶液超声清洗。
4.根据权利要求1所述高强耐腐蚀汽车用不锈钢板的制备方法，其特征在于：所述微弧氧化处理的工艺参数为：正电压为300-400V 、电流密度为10-20A/dm2、正占空比30-50% 、频率200-400Hz，溶液的温度为35-45℃，氧化时间为30-60min。
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