RU2235646C1

RU2235646C1 - Steel sheet with a protective coating

Info

Publication number: RU2235646C1
Application number: RU2003115140/02A
Authority: RU
Inventors: А.А. Морозов (RU); А.А. Морозов; Р.С. Тахаутдинов (RU); Р.С. Тахаутдинов; А.В. Урмацких (RU); А.В. Урмацких; В.Г. Антипанов (RU); В.Г. Антипанов; В.Л. Корнилов (RU); В.Л. Корнилов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат"
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-09-10

Abstract

FIELD: rolling industry; production of steel sheets protective anticorrosive coatings.

SUBSTANCE: the invention is dealt with the field of rolling industry, in particular, to production of steel sheets protective anticorrosive coatings. The technical result is a price reduction of production of the carbonaceous steel sheets with a protective anticorrosive coatings due to a decrease of industrial expenses and application of a cheaper material used for coating. The steel sheet contains a basis made out of carbonaceous steel with applied on its both side surfaces uniform thickness coating made out of material distinct from the steel. The basis is of 2-10 mm thick and made out of steel containing 0.1-0.3 % of carbon. The coating is made out of pig-iron, carbon of which is in the form of cementite . Thickness of the protective coating on each side surface of the basis makes 8-10 % of its thickness.

EFFECT: the invention allows to reduce cost of production of the carbonaceous steel sheets with a protective anticorrosive coatings.

1 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при создании защитных покрытий на поверхности стальных изделий.The present invention relates to rolling production and can be used to create protective coatings on the surface of steel products.

Основной метод борьбы с коррозией металлов (в т.ч. - сталей) - это изоляция их от агрессивной среды с помощью различных покрытий, т.е. металл покрывают другим коррозионно-стойким металлом или сплавом. Применяют также защитные покрытия, основанные на химическом изменении поверхности металла, например, диффузионное насыщение кремнием, хромом, алюминием, азотом и т.д.The main method of combating corrosion of metals (including steel) is their isolation from an aggressive environment using various coatings, i.e. the metal is coated with another corrosion-resistant metal or alloy. Protective coatings are also used based on a chemical change in the metal surface, for example, diffusion saturation with silicon, chromium, aluminum, nitrogen, etc.

Защитные покрытия стали регламентируются ГОСТ 9.303-84; в этих покрытиях обычно используются дорогие и вредные для экологии легирующие материалы (например, олово, свинец и цинк). Технологии создания (нанесения) таких покрытий сложны и описаны, например, в справочнике под ред. В.И.Зюзина и А.В.Третьякова “Технология прокатного производства”, кн. 2, М.: “Металлургия”, 1991, с.704-733.Protective coatings of steel are regulated by GOST 9.303-84; these coatings usually use expensive and environmentally harmful alloying materials (such as tin, lead and zinc). The technology for creating (applying) such coatings is complex and described, for example, in the reference manual, under the editorship of V.I. Zyuzina and A.V. Tretyakova “Technology of rolling production”, Prince. 2, Moscow: “Metallurgy”, 1991, pp. 704-733.

Известна коррозионно-стойкая мартенситная сталь, дополнительно содержащая титан, ванадий, алюминий и кремний при определенном соотношении этих компонентов (см. а.с. СССР №969777, кл. С 22 С 38/28, опубл. 30.10.82 г.). Известна также полосовая (листовая) сталь, на поверхность которой нанесено электролитическое покрытие из железомарганцевого сплава с содержанием 5-30% Fe (см. япон. заявку №2159934, кл. С 25 D 5/26, опубл. 19.06.90 г.).Known corrosion-resistant martensitic steel, additionally containing titanium, vanadium, aluminum and silicon at a certain ratio of these components (see AS USSR No. 969777, class C 22 C 38/28, publ. 30.10.82). Strip (sheet) steel is also known, on the surface of which an electrolytic coating is made of an iron-manganese alloy with a content of 5-30% Fe (see Japanese application No. 2159934, class C 25 D 5/26, publ. 19.06.90) .

Недостатком известных листовых сталей с защитным покрытием является достаточная сложность технологии его нанесения и требуемого для этого оборудования, что повышает трудозатраты на производство таких сталей, удорожая их стоимость.A disadvantage of the known steel sheets with a protective coating is the sufficient complexity of the technology of its application and the equipment required for this, which increases the labor costs for the production of such steels, increasing their cost.

Наиболее близким к заявляемому объекту является стальной оцинкованный лист, регламентируемый ГОСТом 14918 “Прокат тонколистовой горячеоцинкованный. Технические условия”, М.: Госстандарт, 1987.Closest to the claimed object is a galvanized steel sheet, regulated by GOST 14918 “Hot-rolled galvanized sheet. Technical conditions ”, Moscow: Gosstandart, 1987.

Этот лист содержит основу из углеродистой стали и нанесенное на обе ее поверхности равномерное по толщине покрытие из цинка и характеризуется тем, что содержание углерода в основе не превышает 0,13%, а ее толщина находится в пределах 0,4-2,0 мм.This sheet contains a carbon steel base and a zinc coating uniformly thick on both surfaces and is characterized in that the carbon content of the base does not exceed 0.13% and its thickness is in the range of 0.4-2.0 mm.

Недостатком известного стального листа с цинковым покрытием является достаточная сложность технологии и оборудования для его производства, а также дороговизна покрытия (цинка).A disadvantage of the known steel sheet with zinc coating is the sufficient complexity of the technology and equipment for its production, as well as the high cost of the coating (zinc).

Кроме того, согласно упомянутому ГОСТу, в качестве заготовки (основы) для цинкования используется только ст.08 (кп, пс, сп, 08Ю) с невысокими прочностными свойствами (предел прочности σ_в менее 350 МПа) и с толщиной не более 2 мм, что делает ее непригодной для применения в ответственных случаях (например, в качестве различных несущих покрытий, корпусов машин и механизмов).In addition, according to the mentioned GOST, only st.08 (kp, ps, cn, 08Yu) with low strength properties (tensile strength σ _of less than 350 MPa) and with a thickness of not more than 2 mm is used as a billet (base) for galvanizing. which makes it unsuitable for use in critical cases (for example, as various bearing coatings, machine bodies and mechanisms).

Технической задачей настоящего изобретения является удешевление листовой углеродистой стали с защитным покрытием за счет снижения производственных затрат и применения более дешевого материала покрытия.An object of the present invention is to reduce the cost of carbon steel sheet with a protective coating by reducing production costs and the use of cheaper coating material.

Для решения этой задачи у стального листа, содержащего основу из углеродистой стали и нанесенное на обе ее поверхности равномерное по толщине покрытие из материала, отличного от стали, основа выполнена толщиной 2-10 мм из стали, содержащей 0,1-0,3% углерода, а покрытие выполнено из чугуна, углерод которого находится в виде цементита, при этом толщина защитного покрытия на каждой поверхности основы составляет 8-10% ее толщины.To solve this problem, in a steel sheet containing a carbon steel base and a uniform thickness coating on both of its surfaces from a material other than steel, the base is made of 2-10 mm thickness from steel containing 0.1-0.3% carbon and the coating is made of cast iron, the carbon of which is in the form of cementite, while the thickness of the protective coating on each surface of the base is 8-10% of its thickness.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что защитные свойства чугуна по отношению к агрессивной среде выше, чем у стали. Например, у аустенитного чугуна они выше, в среднем, в пять раз (см. справочник А.Д.Шермана “Чугун”. М.: “Металлургия”, 1991, с. 98-99). Кроме того, при относительно малой толщине чугунного покрытия на стальной основе, это покрытие получает пластические свойства, отличные от чугуна.The essence of the claimed technical solution lies in the fact that the protective properties of cast iron with respect to the hostile environment are higher than that of steel. For example, in austenitic cast iron they are on average five times higher (see A.D. Sherman's reference book “Cast Iron.” M: Metallurgy, 1991, pp. 98-99). In addition, with a relatively small thickness of the cast iron coating on a steel base, this coating receives plastic properties other than cast iron.

Защитное покрытие стального листа, имеющее структуру, описанную выше, может быть получено различными методами: термодиффузионным насыщением углеродом, плазменным напылением, электроэрозионной обработкой, наплавкой и др. В частности, можно нагревать поверхность листа в контакте с графитовым электродом токами промышленной частоты до определенных температур, при которых графит науглероживает сталь (ее поверхность) до чугуна (например, белого), который плавится и диффундирует в глубь стального листа, а затем с достаточно большой скоростью охладить лист, получив на поверхности листа тонкое чугунное покрытие.The protective coating of the steel sheet having the structure described above can be obtained by various methods: thermal diffusion saturation with carbon, plasma spraying, EDM, surfacing, etc. In particular, it is possible to heat the surface of the sheet in contact with a graphite electrode by currents of industrial frequency to certain temperatures, in which graphite carburizes steel (its surface) to cast iron (for example, white), which melts and diffuses deep into the steel sheet, and then at a sufficiently high speed cool the sheet by receiving a thin cast-iron coating on the surface of the sheet.

Реализация технологии получения заявляемого листа с защитным покрытием не требует сложного и дорогостоящего оборудования, которое необходимо, например для оцинкования полосовой стали, а сам процесс покрытия является экологически чистым.The implementation of the technology for producing the inventive sheet with a protective coating does not require complex and expensive equipment, which is necessary, for example, for galvanizing strip steel, and the coating process itself is environmentally friendly.

Предлагаемый стальной лист был изготовлен в Центральной лаборатории контроля (ЦЛК) ОАО “Магнитогорский металлургический комбинат”. С этой целью на образцы стальных листов с различным содержанием углерода и разной толщины наносили защитные покрытия также разной толщины из чугуна, весь углерод которого находился в виде цементита (это определялось последующими металлографическими исследованиями покрытия). Плавление поверхности образцов осуществляли угольным электродом посредством электрической дуги. После отключения тока и быстрого охлаждения образцов происходила кристаллизация металла поверхностного слоя, который и приобретал вышеназванную структуру.The proposed steel sheet was manufactured at the Central Control Laboratory (CLC) of OJSC Magnitogorsk Iron and Steel Works. For this purpose, steel sheet samples with different carbon contents and different thicknesses were also coated with various thicknesses of cast iron, all of which carbon was in the form of cementite (this was determined by subsequent metallographic studies of the coating). The surface of the samples was melted by a carbon electrode by means of an electric arc. After switching off the current and rapid cooling of the samples, crystallization of the metal of the surface layer occurred, which acquired the above structure.

Полученные образцы с покрытием испытывали также на коррозионную стойкость, помещая их в емкость с водой и устанавливая при этом на границе раздела жидкости и воздуха. Пластические свойства покрытия оценивались при изгибе образцов.The obtained coated samples were also tested for corrosion resistance, placing them in a container with water and installing at the same time at the interface between liquid and air. The plastic properties of the coating were evaluated by bending the samples.

Наилучшие результаты (достаточно прочное сцепление покрытия с основой и отсутствие отслоений; отсутствие следов коррозии после двухмесячной экспозиции в воде) получены для образцов предлагаемого стального листа.The best results (sufficiently strong adhesion of the coating to the base and the absence of delamination; no signs of corrosion after a two-month exposure in water) were obtained for samples of the proposed steel sheet.

Образцы толщиной S более 10 мм не испытывались по техническим причинам, а на образцах толщиной S менее 2 мм наблюдались отслоения, в особенности, при их загибе. При содержании в стальной основе менее 0,1% углерода наблюдалось ухудшение сцепления покрытия со сталью, а при содержании углерода более 0,3% - образцы не выдерживали загиб на 90° по радиусу R=(10-14)S (появлялись трещины на покрытии). Изменение толщины δ защитного покрытия: ухудшение антикоррозионных свойств при δ меньше 0,08 S и трещинообразование при изгибе для δ больше 0,1 S. При наличии в чугуне углерода, не связанного с железом в виде Fе₃С (цементита), ухудшалось качество сцепления покрытия с основой.Samples with a thickness S of more than 10 mm were not tested for technical reasons, and samples with a thickness of S less than 2 mm exfoliated, especially when they were bent. When the content of the steel base is less than 0.1% carbon, the adhesion of the coating to steel is deteriorated, and when the carbon content is more than 0.3%, the samples could not withstand a 90 ° bend along the radius R = (10-14) S (cracks appeared on the coating ) Change in the thickness δ of the protective coating: deterioration of the anticorrosion properties at δ is less than 0.08 S and cracking during bending for δ is more than 0.1 S. If there is carbon in the cast iron that is not bound to iron in the form of Fe ₃ C (cementite), the adhesion quality deteriorated coatings with a base.

Таким образом, опыты подтвердили приемлемость найденного технического решения для получения надежного антикоррозионного покрытия стального листа.Thus, the experiments confirmed the acceptability of the technical solution found to obtain a reliable anti-corrosion coating of the steel sheet.

Технико-экономические исследования, проведенные в ЦЛК ОАО “ММК” показали, что затраты на производство предлагаемого стального листа с защитным покрытием будут меньше, чем для производства оцинкованной стали, ориентировочно в два-три раза, не считая капитальных затрат на технологическое оборудование (в нашем случае они будут меньше в десятки раз) и затрат, связанных с нейтрализацией вредных отходов, неизбежных при горячем оцинковании.Technical and economic studies carried out in the Central Metallurgical Complex of OJSC MMK showed that the cost of manufacturing the proposed steel sheet with a protective coating will be less than for the production of galvanized steel, approximately two to three times, not counting the capital costs of technological equipment (in our in the case they will be ten times less) and the costs associated with the neutralization of hazardous waste, inevitable with hot dip galvanizing.

Пример конкретного выполненияConcrete example

Стальной лист толщиной S, равной 6 мм, выполнен из углеродистой стали с содержанием углерода 0,2%.A steel sheet with a thickness S of 6 mm is made of carbon steel with a carbon content of 0.2%.

На обеих поверхностях листа нанесено защитное покрытие из чугуна, не содержащего графит и в котором весь углерод находится в виде цементита.On both surfaces of the sheet, a protective coating is made of cast iron that does not contain graphite and in which all carbon is in the form of cementite.

Толщина покрытия δ=0,09, S=0,09·6=0,54 мм (с каждой стороны листа).Coating thickness δ = 0.09, S = 0.09 · 6 = 0.54 mm (on each side of the sheet).

Лист выдерживает холодный загиб на 90° по радиусу R=12, S=12·6=72 мм без появления трещин на покрытии и его отслоений от основы.The sheet withstands a cold bend of 90 ° along the radius R = 12, S = 12 · 6 = 72 mm without cracks on the coating and its delamination from the base.

Claims

A steel sheet with a protective coating containing a base of carbon steel and a uniform thickness coating on both of its surfaces from a material other than steel, characterized in that the base is made of a thickness of 2-10 mm from steel containing 0.1-0.3 % carbon, and the coating is made of cast iron, the carbon of which is in the form of cementite, while the thickness of the protective coating on each surface of the substrate is 8-10% of its thickness.