CN113166877A - 耐酸钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一实施例的耐酸钢板以重量％计包括：C：0.1％以下且0％除外及Si：2.0～4.0％，并且包括余量的Fe及不可避免的杂质，从钢板表面到向内部方向的深度10μm为止的表面部的Si含量为15重量％以上。

Description

耐酸钢板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐酸钢板及其制备方法，具体涉及一种对由各种酸引起的腐蚀具有耐腐蚀性以及加工性优异的钢板及其制备方法。
背景技术
为了产生热能，在燃烧化石燃料的过程中，与硫酸气体、硝酸气体等有毒废气一起产生水蒸气，而在这些气体冷却的过程中，会生成含有硫酸、盐酸、硝酸等各种强酸的冷凝液，从而腐蚀排气装置。除此之外，在各种产业设施中作为用于清洗等的溶液，通常使用酸溶液，从而引起酸蚀。
当钢板暴露于这种酸环境时，因钢板的急速腐蚀导致厚度减小，从而丧失作为结构材料的功能。因此，对于在可能与酸接触的环境中使用的钢板，为了延长寿命，有必要提高耐酸蚀性。此外，为了将钢板作为希望形状的结构物来使用，钢板应满足规定水平以上的机械物性，以便进行成型。
为了弥补冷轧钢板的耐腐蚀性，提出有对钢板进行热浸镀铝来改善耐腐蚀性的方法。镀铝钢板在常规的碳钢上镀有铝，通过Al2O3钝化膜具有耐腐蚀性，尤其具有对盐蚀的耐腐蚀性很强的优点。但是，在pH较低的强酸环境中，Al易于被溶出去除，具有无法再发挥耐腐蚀性的局限性。
为了克服如上所述的问题，提出有通过在钢板中添加Cu来抑制在pH较低的强酸环境中腐蚀的方法。若添加Cu，则因Cu富集在表面，在腐蚀过程中降低腐蚀速度，但是通过添加Cu的耐腐蚀性水平有限，需要一种能够进一步提高耐腐蚀性的方法。此外，若大量添加Cu，则具有在钢板的生产过程中在表面上产生裂纹的缺点。
作为大幅提高钢板耐腐蚀性的方法，描述了通过大量添加包括Cr在内的多种合金元素来制备不锈钢钢板的方法。不锈钢板也在一定范围的pH中通过Cr2O3钝化膜具有耐腐蚀性，但是在pH较低的强酸环境下，Cr2O3钝化膜会被活性化而失去耐腐蚀性。而且，由于添加大量昂贵的合金元素，具有经济性低的缺点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本申请提供一种耐酸钢板及其制备方法。具体提供一种对由各种酸引起的腐蚀具有耐腐蚀性以及加工性优异的钢板及其制备方法。
(二)技术方案
本发明一实施例的耐酸钢板以重量％计包括：C：0.1％以下且0％除外及Si：2.0～4.0％，并且包括余量的Fe及不可避免的杂质，从钢板表面到向内部方向的深度10μm为止的表面部的Si含量为15重量％以上。
可进一步包括：在Mn：0.1～0.5重量％、Al：0.1重量％以下、P：0.01重量％以下、S：0.01重量％以下及N：0.01重量％以下中的一种以上。
可进一步包括：在Cr：0.1重量％以下、Ni：0.1重量％以下、Cu：0.1重量％以下、Nb：0.1重量％以下、Ti：0.1重量％以下及Mo：0.1重量％以下中的一种以上。
在70℃下，在1重量％的硫酸水溶液中浸渍所述耐酸钢板一小时时，所述耐酸钢板的平均腐蚀速度可为3.5mg/cm2·h以下。
延伸率可为30％以上。
本发明一实施例的耐酸钢板的制备方法，包括以下步骤：对钢坯进行加热，所述钢坯以重量％计包括：C：0.1％以下且0％除外及Si：2.0～4.0％，并且包括余量的Fe及不可避免的杂质；对钢坯进行热轧来制备热轧钢板；及对热轧钢板在25重量％以上的酸水溶液中进行酸处理10秒以上。
在对钢坯进行加热的步骤中，可对钢坯进行加热1200℃以上。
在制备热轧钢板的步骤中，精轧温度可为Ar3以上。
Ar3温度可由以下公式计算。
Ar3＝910-310×[C]-80×[Mn]–20×[Cu]–15×[Cr]–55×[Ni]–80×[Mo]-(0.35×(25.4-8))
在制备热轧钢板的步骤之后，可进一步包括在550～750℃下卷取热轧钢板的步骤。
在制备热轧钢板的步骤之后，可进一步包括对热轧钢板进行冷轧的步骤。
在制备热轧钢板的步骤之后，可进一步包括对热轧钢板进行退火的步骤。
(三)有益效果
本发明一实施例的耐酸钢板具有优异的耐酸性和加工性。
本发明一实施例的耐酸钢板在无需添加如Cr等昂贵合金成分的情况下，能够获得优异的耐酸性和加工性。
本发明一实施例的耐酸钢板形成有Si富集层，从而在酸蚀环境中具有优异的耐腐蚀性，能够有效地延长材料的寿命。
附图说明
图1是本发明一实施例的耐酸钢板的示意性剖视图。
具体实施方式
虽然第一、第二及第三等的用语为了说明多种部分、成分、区域、层及/或分段而使用，但并不限于这些用语。这些用语只是为了将某一部分、成分、区域、层或分段与其他部分、成分、区域、层或分段区别而使用。因此，下面所描述的第一部分、成分、区域、层或分段在不超出本发明范围的范围内也用第二部分、成分、区域、层或分段描述。
在此使用的专业用语只是用来说明特定实施例而提供，并不用来限制本发明。在此使用的单数形式在没有表示明确相反的含义的情况下也包含复数形式。在说明书中使用的“包含”的含义细化了特定的特性、区域、整数、步骤、操作、要素及/或成分，而不排除其他特定的特性、区域、整数、步骤、操作、要素及/或成分的存在或附加。
此外，除非特别提到，％表示重量％，1ppm为0.0001重量％。
在本发明的一实施例中，所谓进一步包括附加元素的含义是指，在余量的铁(Fe)中取代相当于附加元素添加量的铁来包括该附加元素。
虽然不做不同的定义，包括在此使用的技术用语及科学用语的所有用语具有与本发明所属技术领域的技术人员一般理解的含义相同的含义。在一般使用的词典中定义的用语被补充解释为与相关技术文献和当前公开的内容相符的含义，在未做定义的情况下，不被解释为理想的或者非常正式的含义。
下面，对本发明的实施例进行详细说明，以使本发明所属技术领域的技术人员能够容易实施。但本发明并不局限于在此说明的实施例，可用多种形式实现本发明。
本发明一实施例的耐酸钢板为在酸蚀环境中使用的钢板。该用途的材料为了延长寿命，需要具有对酸环境的耐腐蚀性，同时需要具有能够按希望的形状成型的加工性。
当为了提高耐酸性而添加过量的昂贵合金元素时，会增加材料的成本而导致经济性下降的同时造成加工性下降的结果。因此，需要一种在不添加昂贵合金元素的情况下能够确保耐腐蚀性及加工性的方法。
本发明一实施例的耐酸钢板因在表面部形成有Si富集层，因此在酸蚀环境中具有优异的耐腐蚀性，从而能够有效地延长材料寿命。
图1表示本发明一实施例的耐酸钢板的示意性剖视图。如图1所示，从耐酸钢板10的表面向内部方向具有表面部20。在图1中示出表面部20位于一面，但表面部20也可以位于两面。
本发明一实施例的耐酸钢板10以重量％计包括：C：0.1％以下(0％除外)及Si：2.0～4.0％，并且包括余量的Fe及不可避免的杂质。
下面，对各种成分进行详细说明。
碳(C)：0.1重量％以下
C的含量越高，则强度越高，因此为了获得希望的屈服强度及拉伸强度，添加适量的C。但是，当C的含量过高时，可能会导致延伸率下降而降低成型性。因此，可包括0.1重量％以下的C。进一步具体可包括0.001～0.1重量％的C。进一步具体可包括0.01～0.09重量％的C。
硅(Si)：2.0～4.0重量％
Si是可通过少量添加来作为脱碳剂使用的元素，可有助于通过固溶强化来提高强度。在本发明的一实施例中，Si是非常重要的添加元素，通过Si的添加及表面富集，在表面形成Si系氧化层，从而能够大幅提高耐酸蚀性。当添加过少的Si时，难以获得前述效果。相反，当添加过多的Si时，会形成B2或DO3有序相，可能会大幅降低加工性。因此，可包括2.0～4.0重量％的Si。进一步具体可包括2.5～3.5重量％的Si。
本发明一实施例的耐酸钢板10可进一步包括：在Mn：0.1～0.5重量％、Al：0.1重量％以下、P：0.01重量％以下、S：0.01重量％以下及N：0.01重量％以下中的一种以上。
锰(Mn)：0.1～0.5重量％
锰(Mn)是与钢中的固溶S相结合而析出MnS，从而防止因固溶S的热脆性(Hotshortness)的元素。为了实现这种效果，进一步包括Mn时可包括0.1重量％以上的Mn。但是，当Mn超过0.5重量％时，可能会导致材质固化而降低延性。进一步具体可包括0.15～0.35重量％的Mn。
铝(Al)：0.1重量％以下
Al是脱氧效果非常大的元素，与钢中的N反应而析出AlN，从而防止因固溶N导致的成型性下降，因此可进一步包括Al。但是，当大量添加Al时，会使延性急剧下降，因此将Al的含量限制为0.1重量％以下。进一步具体可包括0.01～0.05重量％的Al。
磷(P)：0.01重量％以下
P是一种在添加规定量以下时不会大幅降低钢的延性且能提高强度的元素，但是当添加量超过0.01重量％时，会偏析到晶界而导致钢固化，因此可将P限制为0.01重量％以下。进一步具体可包括0.001～0.01重量％的P。
硫(S)：0.01重量％以下
S是固溶时引起热脆性的元素，因此需要添加Mn来引导MnS的析出。然而，过多MnS的析出会导致钢固化，因此将S的上限限制为0.01重量％。进一步具体可包括0.001～0.01重量％的S。
氮(N)：0.01重量％以下
N通常作为不可避免的元素来包含在钢中，未被析出而以固溶状态存在的N不仅降低延性，使耐时效性变差，还会降低加工性。此外，当与Ti、Nb等元素结合而形成析出物时，会大幅降低耐腐蚀性，因此将N的上限限制为0.01重量％。进一步具体可包括0.001～0.005重量％的N。
本发明一实施例的耐酸钢板10可包括：C：0.01重量％以下、Si：2.0～4.0重量％、Mn：0.1～0.5重量％、Al：0.1重量％以下、P：0.01重量％以下、S：0.01重量％以下及N：0.01重量％以下，并且包括余量的Fe及其他不可避免的杂质。具体地，本发明一实施例的耐酸钢板10可包括：C：0.01重量％以下、Si：2.0～4.0重量％、Mn：0.1～0.5重量％、Al：0.1重量％以下、P：0.01重量％以下、S：0.01重量％以下及N：0.01重量％以下，余量由Fe及不可避免的杂质构成。
除了前述的合金组成以外，余量包括Fe及不可避免的杂质。但在本发明的一实施例中并不排除其他组成的添加。所述不可避免的杂质是在通常的钢铁制备过程中可能从原料或周围环境混入的意外杂质，不能排除这些杂质。只要是通常的钢铁制备领域的技术人员都能理解所述不可避免的杂质。例如可为Cr：0.1重量％以下、Ni：0.1重量％以下、Cu：0.1重量％以下、Nb：0.1重量％以下、Ti：0.1重量％以下及Mo：0.1重量％以下。
在本发明的一实施例中，从钢板表面到向内部方向的深度10μm为止的表面部20的Si含量可为15重量％以上。
前述的合金组成是包括表面部20的整个钢板10的合金组成，并不排除表面部20。
在表面部20内，除了Si含量外的其余含量与钢板10的合金组成相同，但可进一步包括5～50重量％的O。在表面部20内也有可能存在Si的浓度梯度，所谓Si含量为15％以上这一表述指的是表面部20的整个厚度上的平均值。
在本发明的一实施例中，通过将表面部20的Si含量确保为15重量％以上，能够确保耐腐蚀性。进一步具体地，表面部20的Si含量可为20重量％以上。进一步具体可为20～35重量％。
对于表面部20的形成方法，在后述的耐酸钢板的制备方法中将进行详细说明，因此省略重复说明。
如前所述，由于存在表面部20，因此能够同时确保优异的耐腐蚀性和优异的加工性。
具体地，在70℃下，在1重量％的硫酸水溶液中浸渍一小时时，平均腐蚀速度可为3.5mg/cm2·h以下。此外，延伸率可为30％以上。进一步具体地，在70℃下，在1重量％的硫酸水溶液中浸渍一小时时，平均腐蚀速度可为1.0～3.0mg/cm2·h以下。此外，延伸率可为30～40％。
本发明一实施例的耐酸钢板的制备方法，包括以下步骤：对钢坯进行加热；对钢坯进行热轧来制备热轧钢板；及在25重量％以上的酸水溶液中对热轧钢板进行酸处理10秒以上。
下面，按各步骤进行具体说明。
首先对钢坯进行加热。
对于钢坯的合金组成，已在前述的耐酸钢板的说明中进行了说明，因此省略重复说明。在耐酸钢板的制备过程中合金成分不会有实质性的变动，因此耐酸钢板的合金组成和钢坯的合金组成实质上相同。
钢坯的加热温度可为1200℃以上。由于需要对钢中存在的大部分析出物进行再固溶，因此可能需要1200℃以上的温度。进一步具体地，钢坯加热温度可为1250℃以上。
接下来，对钢坯进行热轧来制备热轧钢板。
此外，精轧温度可为Ar3以上。
Ar3温度可由以下公式计算。
Ar3＝910-310×[C]-80×[Mn]–20×[Cu]–15×[Cr]–55×[Ni]–80×[Mo]-(0.35×(25.4-8))
这是为了在奥氏体单相区中进行轧制。
在制备热轧钢板的步骤之后，可进一步包括在550～750℃中卷取热轧钢板的步骤。由于在550℃以上温度下进行卷取，能够将以固溶状态残留的N进一步析出为AlN，因此能够确保优异的耐时效性。当在低于550℃的温度下进行卷取时，因未被析出为AlN而残留的固溶N，可能会存在加工性下降的风险。当在750℃以上的温度下进行卷取时，因晶粒粗大化，可能会成为降低冷轧性的因素。
在制备热轧钢板的步骤之后，可进一步包括对热轧钢板进行冷轧的步骤。此外，在制备热轧钢板的步骤之后，可进一步包括对热轧钢板进行退火的步骤。冷轧步骤及退火步骤在相应领域中为众所周知的步骤，因此省略详细说明。
接下来，在25重量％以上的酸水溶液中对热轧钢板进行酸处理10秒以上。
在本发明的一实施例中，可通过酸处理将Si富集到表面部20来确保优异的耐酸性。
酸可以使用无机酸或有机酸。具体可以使用硫酸、盐酸及硝酸中的一种以上。进一步具体可以使用盐酸。
酸浓度为25重量％以上，需处理10秒以上。当酸浓度低或处理时间较短时，Si不能适当地富集，难以确保耐腐蚀性。进一步具体地，酸浓度可为25～50重量％，进行处理10～60秒。
下面，通过实施例对本发明进行进一步详细说明。但是，需要说明的是，这些实施例仅用于例示本发明，本发明并不局限于此。
实施例
制备具备下表1组成的钢，所标记的成分为实际值。对具备这种表1组成的钢坯以1250℃进行再加热，并在900℃以上温度中实施热轧，在620℃温度中卷取，并在表1的酸处理条件下通过盐酸实施表面处理，最终获得3mm厚度的热轧钢板。
【表1】
Figure BDA0003090135480000101
对于制备的各热轧钢板，利用EDS(能谱仪，Energy Dispersive Spectrometer)测量从表面到深度10μm为止的表面部中含有的Si含量。此外，在70℃下，在1重量％的硫酸溶液中腐蚀一小时后，测量平均腐蚀速度来评价耐酸性，通过常温拉伸实验评价机械物性。在下表2中示出测量得到的表面部的Si含量、平均腐蚀速度及延伸率。
【表2】
Figure BDA0003090135480000111
从上表2可以确认，满足本发明的组成及制备条件的发明钢1至16的表面部的Si含量为15重量％以上，在硫酸腐蚀试验中平均腐蚀速度优异，且延伸率优异。
可以确认比较钢1因为C含量高而导致加工性下降。
在比较钢2及3中，Si含量较低，表面部的Si含量也比较低。可以确认由此导致腐蚀速度的大幅增加。相反，在比较钢4及5中，Si含量较高，此时的表面部的Si含量也比较高。可以确认比较钢4及5虽然腐蚀速度优异，但延伸率非常差。这是因为Si和Fe的有序排列形成的B2或DO3相导致的，当生成这种相时，位错运动不自由，大幅减小延伸率。
可以确认比较钢6至8的酸水溶液浓度较低，Si在表面部的富集不够充分，从而平均腐蚀速度非常差。
可以确认比较钢9至11的酸处理时间非常短，Si在表面部的富集不够充分，从而平均腐蚀速度非常差。
本发明并不局限于上述实施例，而能够以不同的多种形式实现，在本发明所属技术领域的技术人员可以理解，在不改变本发明的技术思想及必要技术特征的情况下也可以以其他具体形式实施本发明。因此，应理解上述实施例在所有方面为示意性的，而不是限定性的。
附图标记说明
10：耐酸钢板
20：表面部

Claims (11)

1.一种耐酸钢板，以重量％计包括：C：0.1％以下且0％除外及Si：2.0～4.0％，并且包括余量的Fe及不可避免的杂质，
从钢板表面到向内部方向的深度10μm为止的表面部的Si含量为15重量％以上。
2.根据权利要求1所述的耐酸钢板，进一步包括：
在Mn：0.1～0.5重量％、Al：0.1重量％以下、P：0.01重量％以下、S：0.01重量％以下及N：0.01重量％以下中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的耐酸钢板，进一步包括：
在Cr：0.1重量％以下、Ni：0.1重量％以下、Cu：0.1重量％以下、Nb：0.1重量％以下及Mo：0.1重量％以下中的一种以上。
4.根据权利要求1所述的耐酸钢板，其中，
在70℃下，在1重量％的硫酸水溶液中浸渍所述耐酸钢板一小时时，所述耐酸钢板的平均腐蚀速度为3.5mg/cm2·h以下。
5.根据权利要求1所述的耐酸钢板，其中，
所述耐酸钢板的延伸率为30％以上。
6.一种耐酸钢板的制备方法，包括以下步骤：
对钢坯进行加热，所述钢坯以重量％计包括：C：0.1％以下且0％除外及Si：2.0至4.0％，并且包括余量的Fe及不可避免的杂质；
对所述钢坯进行热轧来制备热轧钢板；及
对所述热轧钢板在25重量％以上的酸水溶液中进行酸处理10秒以上。
7.根据权利要求6所述的耐酸钢板的制备方法，其中，
在对所述钢坯进行加热的步骤中，对所述钢坯进行加热1200℃以上。
8.根据权利要求6所述的耐酸钢板的制备方法，其中，
在制备所述热轧钢板的步骤中，精轧温度为Ar3以上。
9.根据权利要求6所述的耐酸钢板的制备方法，其中，
在制备所述热轧钢板的步骤之后，进一步包括在550～750℃下卷取所述热轧钢板的步骤。
10.根据权利要求6所述的耐酸钢板的制备方法，其中，
在制备所述热轧钢板的步骤之后，进一步包括对所述热轧钢板进行冷轧的步骤。
11.根据权利要求6所述的耐酸钢板的制备方法，其中，
在制备所述热轧钢板的步骤之后，进一步包括对所述热轧钢板进行退火的步骤。
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