CN111575466B - 一种热强耐蚀钢的热处理制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属合金技术领域,涉及一种热强耐蚀钢的热处理制备方法;首先混合物料,经过冶炼,浇铸成钢坯;再通过热压炉进行热轧,粗轧轧制的次数为3‑6次,并控制每道次的压下率小于35%;粗轧后,开启高压水除磷;进行精轧,温度为850‑880℃,精轧每道次压下量为15~25%;最后进行热处理,对轧制后的钢板淬火,淬火后水冷至200℃以下,冷却至室温;再进行回火,重复三次,冷却至室温。钢的耐蚀性能与其锻造和热处理工艺密切相关,本发明提供的锻造和热处理工艺,提高了钢材的耐蚀性能;并且,其热轧材网状碳化物厚度薄甚至无网状碳化物,在后续使用过程中,淬火回火处理后无碳化物网状、碳化物带状级别低,组织细小、均匀。
Description
技术领域
本发明属于金属合金技术领域,具体涉及一种热强耐蚀钢的热处理制备方法。
背景技术
近年来,随着科学技术的发展以及城镇化建设,建筑业发展迅速,我国也成为钢材消费的最大市场;在钢材生产和消费总量中,建筑钢筋占有很大比重;但同时,钢筋材料所应用的领域、所处的介质环境愈来愈复杂,对钢筋材料的耐腐蚀性能提出了越来越高的要求。
另一方面,近年来倡导建筑业绿色化发展,为节约钢材,提高建筑结构的安全性,对钢材的强度和韧性的需求更高。
但是目前现有的钢存在强度低,钢中碳化物分布不均匀,尤其是网状碳化物的存在,增加了钢的脆性,大幅度降低钢材的疲劳寿命;而且,在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和破坏的能力较差,在环境比较恶劣的地方钢容易腐蚀生锈、抗氧化性能不好,使用寿命短,增加了成本,并且长时间后会降低其安全性,产生安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷,提供一种热强耐蚀钢的热处理制备方法;制备的热强耐蚀钢集操作简单、耐腐蚀、寿命长等优点为一体。
为了实现以上目的,本发明包括以下步骤:
一种热强耐蚀钢的热处理制备方法;
(1)按照各化学成分重量称取组分,混合物料,经过冶炼,浇铸成钢坯;再通过热压炉进行热轧;预热段≤850℃,加热段1250~1300℃,均热段1350~1380℃,保温80~90min;开轧温度1050~1200℃,钢坯总加热时间150~240min;
(2)粗轧轧制的次数为3-6次,并控制每道次的压下率;粗轧后,开启高压水除磷;
(3)精轧:除磷后采用KOCKS三辊减定径机组轧制,设定进KOCKS的温度,精轧的温度为850-880℃,所述精轧每道次压下量为15~25%;
(4)热处理:对轧制后的钢板进行淬火;首先升温至900~950℃,保温时间为40min~50min,然后再次升温至1050~1200℃,保温80~100min;水冷至200℃以下后冷却至室温;对淬火后的钢板进行回火,回火后,冷却至室温。
优选的,步骤(1)中,所述各化学成分重量百分数为:C:0.3~0.4%,Cr:8~10.5%,Al:2.5-4%,N:0.8~1%,Nb:0.04~0.05%,V:0.12~0.15%,Mo:0.15-0.18%,Mn:4~4.5%,Si:0.02~0.3%,S:0.001-0.005%,Ba:0.003-0.005%,Cu:0.05-0.08%,余量是Fe和不可避免的杂质。
优选的,步骤(1)中,所述热压炉采用高效步进梁式加热炉,由工业微机和PLC构成控制***,能根据设定参数实现自动燃烧。
优选的,步骤(2)中,所述除磷压力为17~18MPa。
优选的,步骤(2)中,所述压下率控制在35%以下。
优选的,步骤(3)中,所述进KOCKS温度为820~840℃。
优选的,步骤(3)中,所述精轧轧制的次数为4-8次。
优选的,步骤(4)中,所述回火的具体操作为:升温至300~450℃,保温时间为2.5~3h。
优选的,步骤(4)中,所述回火为重复回火三次。
本发明的优点和技术效果是:
(1)本发明制备的热强耐蚀钢,含有的Ba元素,使钢材具有高强度、高耐晶间腐蚀性能、耐氯化物应力腐蚀性能和良好的焊接性能;同时还加入了可以形成保护膜的铬和铝,可提高钢材的强度和耐腐蚀性能,Cu和Mo可以提高钢筋的耐腐蚀性能,尤其是耐Cl-腐蚀的作用,显著延长钢材及其制品的使用寿命。
(2)因为钢的耐蚀性能还与其锻造工艺和热处理工艺密切相关,所以本发明提供了与所述钢水化学成分相匹配的锻造工艺以及热处理工艺,进一步提高了所得钢材的耐蚀性能;同时,本发明的热处理工艺,也适用于其他常规组分冶炼、浇铸的钢坯,通过上述方法热处理后获得的钢材,其热轧材网状碳化物厚度薄甚至无网状碳化物;并且在后续使用过程中,淬火回火处理后无碳化物网状、碳化物带状级别低,组织细小、均匀,提高钢材的抗塑性的耐蚀性。
(3)本发明采用KOCKS轧机,将机架导卫的装配、辊环导卫的更换准备以及轧辊和导卫的调整等均移至线下完成,减少轧线停机时间,提高产线运转率;采用高效步进梁式加热炉,由工业微机和PLC构成控制***,能根据设定参数实现自动燃烧,具有生产操作灵活、钢坯加热均匀、氧化烧损少和节能等优点。
附图说明
图1为实施例3制备的热强耐蚀钢的金相组织形貌图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行详细描述,但本发明不局限于这些实施例。
实施例1:
(1)称取各原料组分组分,混合物料,经过冶炼,浇铸成钢坯;采用高效步进梁式加热炉进行热轧;预热段≤850℃,加热段1300℃,均热段1350℃,保温85min;开轧温度1200℃,钢坯总加热时间240min;采用按重量份数计的以下组分作为原材料:C:0.3%,Cr:9%,Al:4%,N:1%,Nb:0.04%,V:0.12%,Mo:0.18%,Mn:4.2%,Si:0.02%,S:0.001-0.005%,Ba:0.004%,Cu:0.06%,余量是Fe和不可避免的杂质。
(2)粗轧轧制的次数为3次,并控制每道次的压下率在35%以下;粗轧后,开启高压水除磷,除磷压力为17MPa;
(3)精轧:采用KOCKS三辊减定径机组轧制,设定进KOCKS的温度为820℃,精轧的温度为850℃,精轧轧制的次数为4次,所述精轧每道次压下量为15%;
(4)热处理:对轧制后所述钢板淬火;首先升温至900℃,保温时间为40min,然后再次升温至1100℃,保温80min;水冷至200℃以下后冷却至室温;对淬火后的钢板进行回火,升温至400℃,保温时间为3h;其中,回火的操作重复回火三次;回火后,冷却至室温。
采用CS310电化学分析仪对制备出的钢材进行电化学试验,试验用三电极测试***,腐蚀液为3.5%的NaCl溶液,测试极化曲线电位扫描速度为0.5mV·s-1,测试电化学阻抗谱正弦波扰动频率范围为10-2~10-5Hz。得到的自腐蚀电位为-79.65mv,腐蚀电流密度为6.26E-7A/cm2。
实施例2:
(1)称取各原料组分组分,混合物料,经过冶炼,浇铸成钢坯;采用高效步进梁式加热炉进行热轧;预热段≤850℃,加热段1250℃,均热段1350℃,保温80min;开轧温度1050℃,钢坯总加热时间150min;采用按重量份数计的以下组分作为原材料:C:0.35%,Cr:8.5%,Al:2.5%,N:1%,Nb:0.05%,V:0.15%,Mo:0.15%,Mn:4%,Si:0.05%,S:0.001-0.005%,Ba:0.003%,Cu:0.05%,余量是Fe和不可避免的杂质。
(2)粗轧轧制的次数为4次,并控制每道次的压下率在35%以下;粗轧后,开启高压水除磷,除磷压力为18MPa;
(3)精轧:采用KOCKS三辊减定径机组轧制,设定进KOCKS的温度为840℃,精轧的温度为880℃,精轧轧制的次数为6次,所述精轧每道次压下量为20%;
(4)热处理:对轧制后所述钢板淬火;首先升温至950℃,保温时间为50min,然后再次升温至1200℃,保温100min;水冷至200℃以下后冷却至室温;对淬火后的钢板进行回火,升温至450℃,保温时间为3h;其中,回火的操作重复回火三次;回火后,冷却至室温。
采用CS310电化学分析仪对制备出的钢材进行电化学试验,试验用三电极测试***,腐蚀液为3.5%的NaCl溶液,测试极化曲线电位扫描速度为0.5mV·s-1,测试电化学阻抗谱正弦波扰动频率范围为10-2~10-5Hz;得到的自腐蚀电位为-164.31mv,腐蚀电流密度为1.23E-7A/cm2。
实施例3:
(1)称取各原料组分组分,混合物料,经过冶炼,浇铸成钢坯;采用高效步进梁式加热炉进行热轧;预热段≤850℃,加热段1280℃,均热段1380℃,保温90min;开轧温度1150℃,钢坯总加热时间180min;采用按重量份数计的以下组分作为原材料:C:0.4%,Cr:10.5%,Al:3.5%,N:0.8%,Nb:0.05%,V:0.12%,Mo:0.16%,Mn:4.5%,Si:0.3%,S:0.001-0.005%,Ba:0.005%,Cu:0.08%,余量是Fe和不可避免的杂质。
(2)粗轧轧制的次数为6次,并控制每道次的压下率在35%以下;粗轧后,开启高压水除磷,除磷压力为18MPa;
(3)精轧:采用KOCKS三辊减定径机组轧制,设定进KOCKS的温度为820℃,精轧的温度为850℃,精轧轧制的次数为8次,所述精轧每道次压下量为25%;
(4)热处理:对轧制后所述钢板淬火;首先升温至900℃,保温时间为50min,然后再次升温至1050℃,保温100min;水冷至200℃以下后冷却至室温;对淬火后的钢板进行回火,升温至350℃,保温时间为2.5h;其中,回火的操作重复回火三次;回火后,冷却至室温。
采用CS310电化学分析仪对制备出的钢材进行电化学试验,试验用三电极测试***,腐蚀液为3.5%的NaCl溶液,测试极化曲线电位扫描速度为0.5mV·s-1,测试电化学阻抗谱正弦波扰动频率范围为10-2~10-5Hz;得到的自腐蚀电位为-63.27mv,腐蚀电流密度为2.23E-8A/cm2。
此外,通过实施例1至实施例3获得的钢材在室温下进行力学性能测试,力学性能
包括抗拉强度和硬度,详见表1。
表1为钢材性能测试结果
在极化电化学试验中,自腐蚀电位越大,腐蚀电流密度越小,说明耐腐蚀性越好。通过表1可以看出本发明的钢材具有良好的耐腐蚀性。
图1是具体实施方式3准备的热强耐蚀钢的金相组织形貌图;如图1所示,可以看出本发明中,Nb的C/N化合物析出温度较高,主要起到细晶强化和第二相析出强化的作用;N元素主要与Al结合,析出温度较高,起到细化晶粒和析出强化作用。
进一步,将所得普通耐蚀钢与根据实施例3制备的本发明耐蚀钢进行盐雾腐蚀试验,具体方法为:将试样分组后相邻放入盐雾箱中,室温连续喷10%NaCl水溶液,每40cm2的面积应为2~4mL;每30min观察一次,以比较其耐盐雾腐蚀的性能。盐雾腐蚀3天后,观察钢材形貌;
盐雾试验标准分为十级,盐雾试验标准具体分级及现象如下;
10级:无缺陷面积,外观评级A,试样表面外观无变化;
9级:缺陷面积占比不超过0.1%,外观评级B,试样表面有轻微到中度的变色;
8级:缺陷面积占比介于0.1%~0.25%,外观评级C,试样表面严重变色或有极轻微的腐蚀物;
7级:缺陷面积占比0.25%~0.5%,外观评级D,试样表面严重的失光火出现极轻微的腐蚀产物;
6级:缺陷面积占比0.5%~1.0%,外观评级E,试样表面严重的失光,或在试样局部表面上布有薄层的腐蚀产物或点蚀;
5级:缺陷面积占比1.0%~2.5%,外观评级F,试样表面有腐蚀产物或点蚀,且其中之一种分布在整个试样表面上;
4级:缺陷面积占比2.5%~5%,外观评级G,试样表面上有厚的腐蚀产物层或点蚀;
3级:缺陷面积占比5%~10%,外观评级H,试样表面上有非常厚的腐蚀产物层或点蚀,并有深的点蚀;
2级:缺陷面积占比10%~25%,外观评级I,试样出现了基体金属腐蚀的现象;
1级:缺陷面积占比25%~50%,属严重腐蚀现象。
实验结果显示,盐雾腐蚀3天后,根据现有方法生产的普通耐蚀钢腐蚀情况严重,属于1级;而本发明实施例3制备的钢材外观形貌光洁如新,未被明显腐蚀,属于10级,证明本发明钢材的耐蚀性能得到了显著提升。
说明:以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案;因此,尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明,但是本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换;而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进,其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (7)
1.一种热强耐蚀钢的热处理制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)按照各化学成分重量称取组分,混合物料,经过冶炼,浇铸成钢坯;再通过热压炉进行热轧;预热段≤850℃,加热段1250~1300℃,均热段1350~1380℃,保温80~90min;开轧温度1050~1200℃,钢坯总加热时间150~240min;
所述各化学成分重量百分数为:C:0.3~0.4%,Cr:8~10.5%,Al:2.5-4%,N:0.8~1%,Nb:0.04~0.05%,V:0.12~0.15%,Mo:0.15-0.18%,Mn:4~4.5%,Si:0.02~0.3%,S:0.001-0.005%,Ba:0.003-0.005%,Cu:0.05-0.08%,余量是Fe和不可避免的杂质;
(2)粗轧轧制的次数为3-6次,并控制每道次的压下率;粗轧后,开启高压水除磷;
(3)精轧:除磷后采用KOCKS三辊减定径机组轧制,设定进KOCKS的温度,精轧的温度为850-880℃,所述精轧每道次压下量为15~25%;
(4)热处理:对轧制后的钢板进行淬火;首先升温至900~950℃,保温时间为40min~50min,然后再次升温至1050~1200℃,保温80~100min;水冷至200℃以下后冷却至室温;对淬火后的钢板进行回火,回火后,冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的热强耐蚀钢的热处理制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述热压炉采用高效步进梁式加热炉,由工业微机和PLC构成控制***,能根据设定参数实现自动燃烧。
3.根据权利要求1所述的热强耐蚀钢的热处理制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述除磷压力为17~18MPa。
4.根据权利要求1所述的热强耐蚀钢的热处理制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述压下率控制在35%以下。
5.根据权利要求1所述的热强耐蚀钢的热处理制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述进KOCKS温度为820~840℃;所述精轧轧制的次数为4~8次。
6.根据权利要求1所述的热强耐蚀钢的热处理制备方法,其特征在于,步骤(4)中,所述回火的具体操作为:升温至300~450℃,保温时间为2.5~3h。
7.根据权利要求1所述的热强耐蚀钢的热处理制备方法,其特征在于,步骤(4)中,所述回火为重复回火三次。
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