一種適用於大氣腐蝕環境下的耐腐蝕鑄鋼及其熱處理工藝的製作方法

2023-11-12 04:49:17

本發明涉及低合金鑄鋼以及熱處理
技術領域：
，尤其涉及一種適用於大氣腐蝕環境下的耐腐蝕鑄鋼及其熱處理工藝。
背景技術：
：長期以來，大氣腐蝕環境中的鋼結構如鐵道、車輛、橋梁、塔架等的防腐和延壽備受關注，而耐候鋼因其良好的耐大氣腐蝕性能得到廣泛應用。但通常所使用的耐候鋼的生產方式為連鑄連軋，對於有特殊形狀以及焊接性能差的結構用耐候鋼，採用連鑄連軋難以滿足需要，而行業內對鑄造耐候鋼的報導研究甚少。申請號：201511009728.1，發明名稱：一種適用於海洋環境的耐腐蝕橋梁支座用鋼中所闡述的耐腐蝕橋梁支座用鋼，旨在適用於海洋環境，因此其耐腐蝕橋梁支座用鋼中的合金含量高，成分配比困難，且成本造價較高；在申請號：200510045624.6，發明名稱：一種經濟型耐候鋼中所闡述的耐候鋼，雖然能夠製備出耐候鋼，但因其生產方式是軋制，而不是鑄造；在申請號：201510604741.5，發明名稱：橋梁耐候鋼支座中所闡述的耐候鋼支座，是用耐候結構鋼加工而成，不是一次鑄造成型，上述方法製備的耐候鋼均無法滿足特殊形狀及焊接性能差的結構用耐候鋼。為了解決上述問題，並針對耐候鋼的特性，本發明提出一種適用於大氣腐蝕環境下的耐腐蝕鑄鋼及其熱處理工藝，通過調控耐腐蝕鑄鋼中各成分的配比及一次性鑄造成型後再進行熱處理工藝，有效提高了鑄鋼的耐大氣腐蝕性能，同時有效提高了鑄鋼的力學性能。技術實現要素：本發明的目的在於提供了一種適用於大氣腐蝕環境下的耐腐蝕鑄鋼及其熱處理工藝，通過調控耐腐蝕鑄鋼中各成分的配比及一次性鑄造成型後再進行熱處理工藝，有效提高了鑄鋼的耐腐蝕性能，同時，其力學性能達到：屈服強度≥270MPa，抗拉強度≥500MPa，伸長率≥18％，斷面收縮率≥40％，常溫衝擊性能≥40J。本發明的技術方案是：一種適用於大氣腐蝕環境下的耐腐蝕鑄鋼，所述耐腐蝕鑄鋼的成分以重量百分比計包括：C：0.08％～0.16％，Si：0.20％～0.60％，Mn：0.4％～1.5％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：0.20％～0.60％，Ni：0.20％～0.60％，Cu：0.20％～0.50％，餘量為Fe和不可避免的雜質元素。對所述耐腐蝕鑄鋼的成分進行說明：C：C含量過低的鋼強度會偏低，C含量過高會影響鋼的耐腐蝕性能，因此本發明的C含量控制在：0.08％～0.16％；Si：Si可提高鋼自然條件下的耐蝕性，同時Si也能對鋼進行脫氧，但是Si過高會導致鋼可焊接性變差，因此本發明Si含量控制範圍：0.20％～0.60％。Mn：具有較強的固溶強化作用，能提高鋼的強度和硬度，改善鋼的熱加工性能，在煉鋼過程中，Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑，Mn與Cu複合添加的協同作用會提高鋼材的耐腐蝕性能，但Mn量過高，會減弱鋼的抗腐蝕能力，降低鋼的韌性及焊接性能，因此本發明中Mn含量控制範圍：0.4％～1.5％。P：P可以提高鋼的耐腐蝕性能，但是影響鋼的力學性能，本發明P含量範圍：≤0.030％。S：S在鋼中常被認為雜質元素，本發明中S含量範圍：≤0.030％。Cr：Cr既可以提高鋼的淬透性，從而提高耐候鑄鋼的強度、衝擊性能，又能有效提高鋼的耐大氣腐蝕性能，Cr含量過低對鑄鋼性能不起作用，Cr含量過高會顯著增加鋼的成本，因此，本發明的Cr含量應限定在0.20％～0.60％。Ni：Ni是提高鋼的耐腐蝕性和強韌性的有利元素，含量過低效果甚微，含量過高則會明顯提高鋼的成本，因此本發明的Ni含量控制在：0.20％～0.60％。Cu：Cu是提高鋼耐腐蝕性能最主要、最普遍使用的合金元素，但是Cu元素低於0.2％時耐腐蝕作用不明顯；Cu含量過高時則容易在晶界產生富集，因此其含量不宜超過0.50％，進一步提高Cu的含量不僅對耐候性貢獻不大，反而極易引起銅脆，本發明中Cu的含量範圍是：0.20％～0.50％。進一步的，所述耐腐蝕鑄鋼的成分以重量百分比計包括：C：0.09％～0.11％，Si：0.34％～0.49％，Mn：0.52％～0.67％，P≤0.025％，S≤0.023％，Cr：0.27％～0.38％，Ni：0.23％～0.28％，Cu：0.22％～0.35％，餘量為Fe和不可避免的雜質元素。進一步的，所述耐腐蝕鑄鋼的成分以重量百分比計包括：C：0.125％～0.153％，Si：0.51％～0.58％，Mn：0.73％～1.44％，P≤0.021％，S≤0.019％，Cr：0.41％～0.57％，Ni：0.31％～0.52％，Cu：0.41％～0.48％，餘量為Fe和不可避免的雜質元素。一種適用於大氣腐蝕環境下的耐腐蝕鑄鋼的熱處理工藝，主要包括：一次性鑄造成型後再進行正火或調質熱處理。本發明採用一次性鑄造成型後再進行正火或調質熱處理，採用一次性鑄造成型，可製成形狀複雜的鑄件，所製成的鑄件的形狀、尺寸與零件非常接近，減少了切削加工的工作量，可節省大量金屬材料。進一步的，所述正火熱處理工藝為：在加熱爐中從室溫加熱至850℃～960℃，保溫3.0～6.0h，然後空冷至室溫。進一步的，在加熱爐中從室溫加熱至873℃～912℃，保溫3.8h～4.6h。進一步的，所述耐腐蝕鑄鋼的微觀組織為鐵素體和珠光體，所述鐵素體含量為8％～18.7％，珠光體含量佔81.3％～92％。採用正火熱處理，可以使晶粒細化、提高強度，改善加工性能，採用一次性鑄造成型後再進行正火熱處理，即在保證鑄件力學性能的前提下採用正火熱處理作為最終熱處理，可以節約能源，提高生產效率。進一步的，所述調質熱處理工藝的具體步驟為：步驟1、淬火溫度為850℃～960℃，保溫時間則根據鑄件厚度按1.2～1.5min/mm進行計算，水冷至室溫；步驟2、回火溫度為500℃～720℃，保溫≥2小時，空冷至室溫。進一步的，所述步驟1中淬火溫度868℃～937℃，保溫時間則根據鑄件厚度按1.27～1.38min/mm進行計算；所述步驟2中回火溫度為576℃～605℃，保溫≥3.4小時。進一步的，所述耐腐蝕鑄鋼的微觀組織為回火索氏體，所述回火索氏體包括鐵素體和細粒狀滲碳體，所述鐵素體含量為97.9％～99.1％，所述細粒狀滲碳體的含量範圍為0.9％～2.1％。本發明採用一次性鑄造成型後再進行調質熱處理，可以獲得高強度和高韌性的回火索氏體組織，所製備的鑄件具有優良的綜合力學性能。本發明具有如下優點：1)本發明一種適用於大氣腐蝕環境下的耐腐蝕鑄鋼及其熱處理工藝，所製備的耐腐蝕鑄鋼的力學性能可達到以下值：屈服強度≥270MPa，抗拉強度≥500MPa，伸長率≥18％，斷面收縮率≥40％，常溫衝擊性能≥40J；2)本發明一種適用於大氣腐蝕環境下的耐腐蝕鑄鋼及其熱處理工藝，耐腐蝕鑄鋼經過鑄造，與軋製成型的相比，優點在於可直接成型，所製成的鑄件的形狀、尺寸與零件非常接近，減少了用鋼坯切削加工和焊接的工作量，可節省大量金屬材料；3)本發明一種適用於大氣腐蝕環境下的耐腐蝕鑄鋼及其熱處理工藝，所製備的耐腐蝕鑄鋼的耐腐蝕性能優良；4)本發明一種適用於大氣腐蝕環境下的耐腐蝕鑄鋼及其熱處理工藝，既降低了耐腐蝕鑄鋼的成本，又能滿足工程對鑄鋼材料的耐腐蝕性能和力學性能的需要。具體實施方式本發明提供一種適用於大氣腐蝕環境下的耐腐蝕鑄鋼及其熱處理工藝，本發明的化學成分如表1所示：表1本發明的化學成分(wt％)CSiMnP、SCrNiCu0.08～0.160.20～0.600.40～1.50≤0.0300.20～0.600.20～0.600.20～0.50以下實施例僅用於解釋和闡述本發明的優選實施例，不構成對本發明技術方案的限制。表2為本發明的對比例和具體實施例的化學成分，表2所製備出的鋼的力學性能見表3，熱處理工藝見表4。表2對比例和實施例的化學成分(wt％)CSiMnPSCrNiCu0.300.270.870.0210.0130.030.030.01對比例0.080.301.320.0250.0140.550.240.42實施例10.120.211.010.0220.0170.430.370.41實施例20.150.351.270.0220.0100.510.480.32實施例30.140.410.550.0170.0150.250.510.48實施例40.100.550.840.0160.0200.360.380.21實施例50.080.360.880.0100.0250.340.250.29實施例60.130.470.950.0230.0210.440.260.24實施例70.090.250.790.0240.0160.460.420.36實施例80.110.481.200.0220.0190.510.560.34實施例9表3對比例和實施例的力學性能由表3可以看出，本發明實施例的力學性能可達到以下值：屈服強度≥270MPa，抗拉強度≥500MPa，伸長率≥18％，斷面收縮率≥40％，常溫衝擊性能≥40J。表4對比例和實施例的熱處理工藝加熱冷卻對比例(1)930℃保溫4小時(2)空冷至室溫實施例1(1)950℃保溫5小時(2)100℃/h冷卻至500℃，空冷到室溫實施例2(1)910℃保溫3小時(2)空冷到室溫實施例3(1)870℃保溫4小時(2)100℃/h冷卻至500℃，空冷到室溫實施例4(1)920℃保溫5小時+水冷(2)700℃保溫5小時+空冷到室溫實施例5(1)880℃保溫6小時+水冷(2)580℃保溫6小時+空冷到室溫實施例6(1)850℃保溫6小時(2)空冷到室溫實施例7(1)910℃保溫5小時(2)100℃/h冷卻至500℃，空冷到室溫實施例8(1)880℃保溫3小時+水冷(2)550℃保溫4小時+空冷到室溫實施例9(1)940℃保溫5小時(2)空冷到室溫上述實施例中，首先採用一次性鑄造成型，再進行正火或調質熱處理，因為採用一次性鑄造成型，能夠製備各種形狀複雜的鑄件，所製備出的鑄件的形狀、尺寸與零件非常接近，減少了切削加工的工作量，可節省大量金屬材料。實施例1、3～5、7、8採用正火熱處理工藝，所製備的鑄鋼的微觀組織為鐵素體和珠光體，其中鐵素體含量佔8％～18.7％，珠光體含量佔81.3％～92％，正火熱處理能夠使晶粒細化、提高強度、改善加工性能，在保證鑄件力學性能。實施例2、6、9採用調質熱處理工藝，所製備的鑄鋼的微觀組織為回火索氏體，其中回火索氏體包括鐵素體和細粒狀滲碳體，所述鐵素體含量為97.9％～99.1％，所述細粒狀滲碳體的含量範圍為0.9％～2.1％，採用調製熱處理所獲得的回火索氏體組織具有高強度和高韌性，鑄件具有優良的綜合力學性能。將上述實施例1～實施例9的鋼和對比例中的鋼按照YB/T4367-2014《鋼筋在氯離子環境中腐蝕試驗方法》進行周浸加速腐蝕實驗，實驗條件為：切取直徑為a、長度為b的試樣在腐蝕介質中腐蝕時間為72h，腐蝕介質為2％NaCl溶液，相對溼度為70±10RH，溫度為45℃±2℃，PH在6.5-7.5之間，試驗周期為60min±5min，其中浸潤12min±2min；然後按照以下計算公式計算平均腐蝕率：W＝(w0－wt)×106/[πabt]式中：W為腐蝕速率，g/m2·h；wt為試樣腐蝕t時間除鏽後的重量，g；w0為試樣腐蝕前的重量，g；a、b分別為試樣的直徑和長度，㎜；t為試驗時間，h。本發明各實施例與對比鋼的耐腐蝕性能比較結果如表6所示，由表6可看出本發明的鋼的耐腐蝕性能顯著優於對比鋼。表6各實施例與對比例周浸加速腐蝕試驗的平均腐蝕率(g/m2·h)綜上所述，本發明提供的一種適用於大氣腐蝕環境下的耐腐蝕鑄鋼及其熱處理工藝，通過調控成分配比和一次性鑄造成型後再進行熱處理工藝，保證所製備耐腐蝕鑄鋼的耐大氣腐蝕性能，同時力學性能可達到以下值：屈服強度≥270MPa，抗拉強度≥500MPa，伸長率≥18％，斷面收縮率≥40％，常溫衝擊性能≥40J，既降低了耐腐蝕鑄鋼的成本，又能滿足工程對鑄鋼材料的耐腐蝕性能和力學性能的需要。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本
技術領域：
的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp