CN112126850A - 一种耐蚀针布钢及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种耐蚀针布钢，包括按重量百分比计以下组分：C：0.63％‑0.70％；Si：0.10％‑0.30％；Mn：0.60％‑0.90％；P≤0.013％‑0.017％；S≤0.013％‑0.017％；Ni：1％‑3％；其余为Fe。通过C：0.63％‑0.70％，Si：0.10％‑0.30％，Mn：0.60％‑0.90％，P≤0.013％‑0.017％，S≤0.013％‑0.017％，Ni：1％‑3％，其余为Fe协同作用制作的针布钢在间歇停机后针不易生锈，寿命高，在制作过程替代了镀锌针布的酸洗、磷化、镀锌及废液等污染环境严重的工序，产品平整度较好、耐磨、成本低的特点。

Description

一种耐蚀针布钢及制备方法
技术领域
本申请涉及纺织行业技术领域，特别是涉及耐蚀针布钢及制备方法。
背景技术
针布钢是纺织行业中制造整梳纤维(棉、毛、麻、绢、化纤)用针布的中高碳钢。根据针布钢丝制造和使用的要求，钢丝必须挺直而富有弹性、针尖淬火后耐磨以及具有苛刻的耐蚀性能。
目前，国内专用针布钢内陆地区及低档次材质一般采用碳钢材质加工制造、沿海地区海洋气候环境及高档次材质采用碳钢材质镀锌工艺防锈的方法。但是碳钢或Nb、V低合金钢材质针存在需要不停机一直工作，间歇停机后针很快生锈以及材料寿命低等问题；海洋气候环境的沿海地区及高档次材质生产需要采用镀锌针，但镀锌针布钢丝制作过程的酸洗、磷化、镀锌及废液等污染环境严重以及镀锌针的平整度差、耐磨性差及成本高的问题，成为今后发展的制约因素。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓解上述问题。
本申请第一个方面，提供了一种耐蚀针布钢，包括按重量百分比计以下组分：C：0.63％-0.70％；Si：0.10％-0.30％；Mn：0.60％-0.90％；P≤0.013％-0.017％；S≤0.013％-0.017％；Ni：1％-3％；其余为Fe。
根据本申请的耐蚀针布钢通过C：0.63％-0.70％，Si：0.10％-0.30％，Mn：0.60％-0.90％，P≤0.013％-0.017％，S≤0.013％-0.017％，Ni：1％-3％，其余为Fe协同作用制作的针布钢在间歇停机后针不易生锈，寿命高，在制作过程替代了镀锌针布的酸洗、磷化、镀锌及废液等污染环境严重的工序，产品平整度较好、耐磨、成本低的特点。
另外，根据本申请说明书的耐蚀针布钢，还可以具有以下附加技术特征：
在上述技术方案中，可选地，包括按重量百分比计以下组分：所述C：0.65％-0.68％；所述Si：0.15％-0.25％；所述Mn：0.70％-0.80％；所述P≤0.014％-0.016％；所述S≤0.014％-0.016％；所述Ni：1.4％-2.5％。
在上述技术方案中，可选地，包括按重量百分比计以下组分：所述C：0.67％；所述Si：0.20％；所述Mn：0.75％；所述P≤0.015％；所述S≤0.015％；所述Ni：2％。
在上述技术方案中，可选地，还包括按重量百分比计以下组分：V：0.01％-0.30％或Nb：0.01％-0.10％；Sb：0.05％-0.15％或Sn：0.06％-0.15％；Cr：0.05％-1.20％或Cu：0.20％-0.60％。
在上述技术方案中，可选地，按重量百分比计以下组分：所述V：0.05％-0.26％或所述Nb：0.02％-0.9％；所述Sb：0.07％-0.14％或所述Sn：0.08％-0.14％；所述Cr：0.06％-1.10％或所述Cu：0.25％-0.50％。
在上述技术方案中，可选地，按重量百分比计以下组分：所述V：0.10％-0.20％或所述Nb：0.04％-0.8％；所述Sb：0.09％-0.11％或所述Sn：0.10％-0.12％；所述Cr：0.08％-1％或所述Cu：0.33％-0.46％。
在上述技术方案中，可选地，按重量百分比计以下组分：所述V：0.15％或所述Nb：0.06％；所述Sb：0.10％或所述Sn：0.11％；所述Cr：0.09％或所述Cu：0.40％。
在上述技术方案中，可选地，所述杂质元素为C、Ni、Sb、Sn；其含量为：3.55≤2[C]+Ni+2Sb+3Sn≤4.55。
本申请第二个方面，提供了一种耐蚀针布钢的制备方法，包括以下步骤：
钢水冶炼步骤：利用转炉冶炼铁水或电炉熔化废钢形成钢水，在所述转炉或所述电炉终点加入Al或Si-Mn合金对所述钢水脱氧，控制LF到站所述钢水氧活度≤0.0008％；
元素合金化步骤：在所述转炉或所述电炉出所述钢水过程，完成Cr和Ni元素的合金化，以及Sb或Sn，V或Nb元素的合金化；
调整步骤：利用LF微调Cr和Ni，以及Sb或Sn，V或Nb合金成分，完成所述钢水成分调整；
精炼步骤：精炼软吹时间≥12分钟；
成型步骤：全保护连续浇铸成型；
冷却步骤：斯太尔摩风冷工艺或盐浴、水浴控制，热轧材料索氏体率≥85％，最终获得耐蚀针布钢。
附图说明
图1是根据本申请一个实施例的耐蚀针布钢的制备方法的流程图。
具体实施方式
本申请的一个实施例，提供了一种耐蚀针布钢，包括按重量百分比计以下组分：C：0.63％-0.70％；Si：0.10％-0.30％；Mn：0.60％-0.90％；P≤0.013％-0.017％；S≤0.013％-0.017％；Ni：1％-3％；其余为Fe。通过C、Si、Mn、P、S、Ni和Fe协同作用制作的针布应用于沿海气候环境长时间间歇停机后针不易生锈，长期服役寿命(耐磨性)较传统针布及镀锌针布提高1倍，达到24个月。并取代了在制作过程需要酸洗、磷化、镀锌及废液等污染环境的镀锌针布钢丝，直接应用于浙江、福建等沿海地区。
C：为了在淬火+回火调质处理过程中提高针布钢丝的强度和耐磨性，C含量控制在0.63％以上，但增加C含量会导致碳化物增多，耐腐蚀性能变差，因此C含量控制在0.70％以下。
Si：钢中常用的脱氧元素，Si元素的固溶强化提高钢的加工硬化率，能显著恶化钢的冷加工性能，同时促进元素P、S的晶界偏聚，控制其含量不超过0.3％。
Mn：钢中常用的脱氧元素，在淬火+高温回火调质过程中可以提高钢的淬透性，但连铸过程具有中心偏析的风险与调质过程中强烈的晶界偏聚倾向，促进回火脆性，控制Mn含量在0.60-0.90％。
P：在钢液凝固时形成微观偏析，在调质处理回火过程中偏聚在晶界，显著提高钢的脆性，控制P在0.015％以下。
S：与钢中Mn形成MnS夹杂和在晶界偏聚而引起钢的热脆性，恶化钢的加工能力。降低钢中S含量可提高钢的变形性能和减少钢中的非金属夹杂物，改善钢的加工性能和韧性等，控制S在0.015％以下。
Cr：能够有效地提高钢的淬透性和回火抗力，以通过低温马氏体组织获得高强度。Cr元素在腐蚀过程中富集于内锈层中，显著细化了内锈层腐蚀产物的颗粒尺寸，提高内锈层的致密性，延缓了内锈层中Fe3+的还原速度，从而提高钢的耐蚀性。但含量超过1.2％则会恶化钢的韧性和冷加工性能。
Ni：能够提高钢的淬透性和改善低温韧性，加Ni与Cu匹配使用消除铜脆现象，Ni在钢表面均匀分布形成钝化膜，与Cr元素协同阻碍氯离子渗透，耐蚀性能与Ni含量密切相关。为了满足Ni含量与Cu匹配及耐沿海地区环境特征，Ni含量控制在1.00-3.00％。
在该实施例中，可选地，所述C：0.65％-0.68％；所述Si：0.15％-0.25％；所述Mn：0.70％-0.80％；所述P≤0.014％-0.016％；所述S≤0.014％-0.016％；所述Ni：1.4％-2.5％。通过改进C、Si、Mn、P、S、Ni的配比使针布钢在间歇停机后针不易生锈，寿命高，在制作过程替代了镀锌针布的酸洗、磷化、镀锌及废液等污染环境严重的工序，平整度较好、耐磨、成本低的特点。
在该实施例中，可选地，包括按重量百分比计以下组分：所述C：0.67％；所述Si：0.20％；所述Mn：0.75％；所述P≤0.015％；所述S≤0.015％；所述Ni：2％。通过改进C、Si、Mn、P、S、Ni的配比使针布钢在间歇停机后针不易生锈，寿命高，在制作过程替代了镀锌针布的酸洗、磷化、镀锌及废液等污染环境严重的工序，平整度较好、耐磨、成本低的特点。
在一个实施例中，可选地，还包括按重量百分比计以下组分：V：0.01％-0.30％或Nb：0.01％-0.10％；Sb：0.05％-0.15％或Sn：0.06％-0.15％；Cr：0.05％-1.20％或Cu：0.20％-0.60％。
V：能够细化晶粒，在较高温度回火时析出的碳氮化物可以二次硬化提高强度，还具有较强的氢陷阱捕捉能力，改善钢的耐延迟断裂性能。V含量小于0.01％难以起到作用，含量高于0.3％则作用饱和且成本增加。
Nb：能够明显地细化晶粒，提高钢的韧性，同时Nb的碳化物或碳氮化物析出强化，提高钢的强度，改善钢的耐延迟断裂性能。含量小于0.01％起不到上述作用，但含量超过0.1％则作用饱和。
Sb：元素耐蚀性的主要作用机理是在钢的表面形成了致密的Sb2O5保护性锈层，Sb的加入对耐点蚀性能非常优秀，对抵抗酸性(HCl、H2SO4)环境点蚀特别有效。添加0.05％Sb以下作用不明显，但高于0.15％会出现晶界偏聚，热加工性能、强韧性等问题。因而控制Sb含量在0.05-0.15％。
Sn：加入在钢的表面形成了SnO2保护性薄膜，Cu和Sn在钢中的复合添加，大幅度提高了锈层的致密性，对耐局部腐蚀性能特别有效。添加0.06％Sn以下作用不明显，但高于0.15％同样会出现晶界偏聚，热加工性能、强韧性等问题。因而控制Sn含量在0.06-0.15％。通过增加V、Nb、Sb、Sn、Cr、Cu的配比使针布钢在间歇停机后针不易生锈，寿命高，在制作过程替代了镀锌针布的酸洗、磷化、镀锌及废液等污染环境严重的工序，平整度较好、耐磨、成本低的特点。
在该实施例中，可选地，按重量百分比计以下组分：所述V：0.05％-0.26％或所述Nb：0.02％-0.9％；所述Sb：0.07％-0.14％或所述Sn：0.08％-0.14％；所述Cr：0.06％-1.10％或所述Cu：0.25％-0.50％。通过增加V、Nb、Sb、Sn、Cr、Cu的配比使针布钢在间歇停机后针不易生锈，寿命高，在制作过程替代了镀锌针布的酸洗、磷化、镀锌及废液等污染环境严重的工序，平整度较好、耐磨、成本低的特点。
在该实施例中，可选地，按重量百分比计以下组分：所述V：0.10％-0.20％或所述Nb：0.04％-0.8％；所述Sb：0.09％-0.11％或所述Sn：0.10％-0.12％；所述Cr：0.08％-1％或所述Cu：0.33％-0.46％。通过增加V、Nb、Sb、Sn、Cr、Cu的配比使针布钢在间歇停机后针不易生锈，寿命高，在制作过程替代了镀锌针布的酸洗、磷化、镀锌及废液等污染环境严重的工序，平整度较好、耐磨、成本低的特点。
在上述技术方案中，可选地，还包括按重量百分比计以下组分：所述V：0.15％或所述Nb：0.06％；所述Sb：0.10％或所述Sn：0.11％；所述Cr：0.09％或所述Cu：0.40％。
通过增加V、Nb、Sb、Sn、Cr、Cu的配比使针布钢在间歇停机后针不易生锈，寿命高，在制作过程替代了镀锌针布的酸洗、磷化、镀锌及废液等污染环境严重的工序，平整度较好、耐磨、成本低的特点。
在上述技术方案中，可选地，所述C、所述Ni、所述Sb、所述Sn；其含量为：3.55≤2[C]+Ni+2Sb+3Sn≤4.55，式中，C、Ni、Sb、Sn分别表示元素C、Ni、Sb、Sn的质量百分比含量。通过增加V、Nb、Sb、Sn、Cr、Cu的配比使针布钢在间歇停机后针不易生锈，寿命高，在制作过程替代了镀锌针布的酸洗、磷化、镀锌及废液等污染环境严重的工序，平整度较好、耐磨、成本低的特点。
参见图1所示，本申请的一个实施例，提供了一种耐蚀针布钢的制备方法，包括以下步骤：钢水冶炼步骤：利用转炉冶炼铁水或电炉熔化废钢形成钢水，在所述转炉或所述电炉终点加入Al或Si-Mn合金对所述钢水脱氧，控制LF到站所述钢水氧活度≤0.0008％，大幅度提高钢液的洁净度，控制夹杂物呈现细小弥散态的保证条件，为耐蚀针布钢实现0.3mm精线细丝拉拔提供保证条件。元素合金化步骤：在所述转炉或所述电炉出所述钢水过程，完成Cr和Ni元素的合金化，以及Sb或Sn，V或Nb元素的合金化；为精准控制合金成分保障针布钢的耐腐蚀性能提高条件。调整步骤：利用LF微调Cr和Ni，以及Sb或Sn，V或Nb合金成分，完成所述钢水成分调整；精准控制合金成分，保障针布钢丝的耐腐蚀性能提高条件。精炼步骤：精炼软吹时间≥12分钟，保证大颗粒夹杂物得到充分上浮，钢液中夹杂物呈现细小弥散形态，有利于实现0.3mm甚至更细钢丝的精拉拔。成型步骤：全保护连续浇铸成型，降低钢水易氧化元素被氧化形成夹杂物堵塞水口及夹杂物拉丝断丝的风险，保障钢水的洁净度。冷却步骤：斯太尔摩风冷工艺或盐浴、水浴控制，热轧材料索氏体率≥85％，最终获得耐蚀针布钢，提高材料组织协调性能及冷变形加工性能，保障轧材精拉拔成细丝。
根据本发明优化设计的化学成分范围，在500kg真空感应炉上冶炼了14炉本发明钢和5炉对比钢，其化学成分如表1所示，其中炉号为A-N为本发明钢，炉号为对比钢1-对比钢5为对比钢。实验所需样品具体制备过程为：采用真空感应炉冶炼500kg钢锭，随后锻造成80×80mm2方坯，轧制成φ20mm规格，加工成实验所需的试样。在具体生产工艺中，使用相应的制备工艺可得到相应的钢材。性能测试：本发明钢经淬火+高温回火处理后，均获得1000Mpa级的抗拉强度，且具有良好的韧塑性，即力学性能满足1000Mpa的强度、塑性和韧性的要求。实验室采用耐硫酸腐蚀钢丝和普通中碳钢丝(规格1.3mm)在50％H2SO4溶液、70℃条件下腐蚀24小时。分别观察6h、12h、18h和24h螺栓腐蚀情况。为了避免实验的偶然误差，每组实验至少准备3个平行试样，所得结果见表2。
表1具体实施例中钢种化学成分及θ值
Figure BDA0002647448070000061
表2针布钢成品丝调质处理后力学性能及服役寿命
Figure BDA0002647448070000071
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种耐蚀针布钢，其特征在于，包括按重量百分比计以下组分：
C：0.63％-0.70％；
Si：0.10％-0.30％；
Mn：0.60％-0.90％；
P≤0.013％-0.017％；
S≤0.013％-0.017％；
Ni：1％-3％；
其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的耐蚀针布钢，其特征在于，包括按重量百分比计以下组分：
所述C：0.65％-0.68％；
所述Si：0.15％-0.25％；
所述Mn：0.70％-0.80％；
所述P≤0.014％-0.016％；
所述S≤0.014％-0.016％；
所述Ni：1.4％-2.5％。
3.根据权利要求1所述的耐蚀针布钢，其特征在于，包括按重量百分比计以下组分：
所述C：0.67％；
所述Si：0.20％；
所述Mn：0.75％；
所述P≤0.015％；
所述S≤0.015％；
所述Ni：2％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的耐蚀针布钢，其特征在于，还包括按重量百分比计以下组分：
V：0.01％-0.30％或Nb：0.01％-0.10％；
Sb：0.05％-0.15％或Sn：0.06％-0.15％；
Cr：0.05％-1.20％或Cu：0.20％-0.60％。
5.根据权利要求4所述的耐蚀针布钢，其特征在于，还包括按重量百分比计以下组分：
所述V：0.05％-0.26％或所述Nb：0.02％-0.9％；
所述Sb：0.07％-0.14％或所述Sn：0.08％-0.14％；
所述Cr：0.06％-1.10％或所述Cu：0.25％-0.50％。
6.根据权利要求4所述的耐蚀针布钢，其特征在于，还包括按重量百分比计以下组分：
所述V：0.10％-0.20％或所述Nb：0.04％-0.8％；
所述Sb：0.09％-0.11％或所述Sn：0.10％-0.12％；
所述Cr：0.08％-1％或所述Cu：0.33％-0.46％。
7.根据权利要求4所述的耐蚀针布钢，其特征在于，还包括按重量百分比计以下组分：
所述V：0.15％或所述Nb：0.06％；
所述Sb：0.10％或所述Sn：0.11％；
所述Cr：0.09％或所述Cu：0.40％。
8.根据权利要求7所述的耐蚀针布钢，其特征在于：
所述C、所述Ni、所述Sb、所述Sn；
其含量为：3.55≤2[C]+Ni+2Sb+3Sn≤4.55。
9.一种耐蚀针布钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
钢水冶炼步骤：利用转炉冶炼铁水或电炉熔化废钢形成钢水，在所述转炉或所述电炉终点加入Al或Si-Mn合金对所述钢水脱氧，控制LF到站所述钢水氧活度≤0.0008％；
元素合金化步骤：在所述转炉或所述电炉出所述钢水过程，完成Cr和Ni元素的合金化，以及Sb或Sn，V或Nb元素的合金化；
调整步骤：利用LF微调Cr和Ni，以及Sb或Sn，V或Nb合金成分，完成所述钢水成分调整；
精炼步骤：精炼软吹时间≥12分钟；
成型步骤：全保护连续浇铸成型；
冷却步骤：斯太尔摩风冷工艺或盐浴、水浴控制，热轧材料索氏体率≥85％，最终获得耐蚀针布钢。
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