一种耐大气腐蚀的耐候钢

摘要

本发明涉及钢材性能研究技术领域，公开了一种耐大气腐蚀的耐候钢，通过研究钢材在大气环境中的腐蚀行为特点，将制备得到的陶瓷材料应用在钢材表面，对抛光后的钢材表面进行强化处理，得到涂覆有耐大气腐蚀涂层的耐候钢，可以增加钢材的耐蚀、耐磨、耐候等性能，阻止腐蚀介质的侵蚀，该陶瓷涂层厚度薄，吸附作用强，不会因为热胀系数突变导致裂纹产生，成本低，寿命长，性能优于以二氧化硅为主体的陶瓷涂层。

说明书

技术领域

本发明属于钢材性能研究技术领域，具体涉及一种耐大气腐蚀的耐候钢。

背景技术

钢铁工业是国民经济的基本支柱之一，作为重要的结构材料应用面十分广泛，几乎遍布所有工业。随着现代化工业的发展，以及海洋资源的开发利用，船舶工业迎来了新的发展机遇。随之对钢铁材料的需求也越来越迫切。

碳钢是含碳量在0.0218%~2.11%的铁碳合金。也叫碳素钢。一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。现有技术中，在碳钢的基础上添加少量的多元合金元素制备成耐候钢，对钢材的耐蚀性得到一定的改善，然而，随着钢材使用环境的改变，对于耐候钢的性能要求更加严格，各国家都在以开发出高耐蚀性、高强韧性的新一代耐候钢作为目标。

影响大气腐蚀的主要成分有大气中的二氧化碳、硫化氢、氮氧化物、二氧化硫、水蒸气等，除此之外，矿物质颗粒、尘埃、细菌、生物活性物质等也是大气中的污染成分，这些因素相互协同，形成复杂的大气腐蚀环境。现有的防腐蚀解决方法见效时间长的手段为在碳钢的基础上添加多元合金元素制备耐候钢，使其在腐蚀环境中的耐蚀性得到了长期改善。然而该方法大大提高了冶炼的难度以及成本攀升，并且钢材其它性能受到不利影响。因此，对于提高钢材的耐大气腐蚀性能与资源利用仍然任重道远，对于减少经济损失、减少资源浪费以及提高经济效益等具有着非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种耐大气腐蚀的耐候钢。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种耐大气腐蚀的耐候钢，将制备得到的陶瓷材料应用在钢材表面，对钢材表面进行强化处理，得到涂覆有耐大气腐蚀的涂层的耐候钢，可以增加钢材的耐蚀、耐磨、耐候等性能；

该陶瓷材料按照质量百分比计由以下成分制成：二氧化硅占15-20%、氧化铝占6-8%、氧化铍占1.5-2.0%、碳化钨占0.5-1.0%、氧化钴占0.35-0.40%、氮化硅占3.5-4.0%、剩余为再加工粉煤灰；涂层的涂覆包括以下步骤：

（1）将钢材进行表面脱脂和抛光：钢材使用丙酮擦拭后，浸入温度为35-40℃的质量浓度为0.02-0.03%的碳酸钠水溶液中，振荡清洗3-5分钟，在60-70℃的干燥箱中烘干后进行抛光处理，抛光温度为60-65℃，抛光时间持续2-3分钟；

（2）抛光后使用去离子水对抛光后的钢材进行清洗2-3遍，然后将钢材放置于浓度为50-60%的硝酸和无水乙醇按照体积比为1:10-12混合的溶液中，溶液温度为18-22℃，完全浸没，0.4-0.5分钟后出光，置于140-150℃的真空干燥箱中干燥20-30分钟；

（3）将陶瓷材料制备原料进行真空球磨，得到粒径大小在0.2-0.6微米范围的粉料，使用电喷设备将粉料均匀喷涂在干燥后的钢材表面，喷涂后放入真空干燥箱中干燥，最后放入SRJX-4-13型箱式电阻炉中在300-400℃下快烧5-8分钟，即得所述陶瓷涂层，涂层厚度在42-54微米之间。

步骤（1）所述抛光处理使用的是2.5微米的氧化铝抛光膏。

所述再加工粉煤灰制备方法为：向粉煤灰中加入2-4倍体积的质量浓度为0.5-0.6%的过氧化钠水溶液，置于搅拌机中，充分搅拌30-35分钟，然后转移至干燥箱中，静置保温4-6小时，干燥箱内温度为60-70℃，干燥后进行过滤，得到滤料保温煅烧1-2小时，煅烧温度为500-600℃，自然冷却后，研磨得到粒径大小在0.5-1.0微米之间的微粒即可。

所述钢材以质量百分比计含有：C：0.07-0.09%、Cr：0.9-1.2%、Si：0.3-0.5%、Ni：0.8-1.1%、Mn：1.4-1.6%、Zn：0.7-1.0%、Cu：0.40-0.48%、Co：0.03-0.05%、Nb：0.020-0.025%、Ti：0.017-0.020%、Sn：0.033-0.039%、S：0.012-0.014%、P：0.015-0.020%，余量的铁和不可避免的杂质。

本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有技术中仍没有较好的适应大气腐蚀环境的高品质耐候钢的问题，本发明提供了一种耐大气腐蚀的耐候钢，通过研究钢材在大气环境中的腐蚀行为特点，将制备得到的陶瓷材料应用在钢材表面，对抛光后的钢材表面进行强化处理，得到涂覆有耐大气腐蚀涂层的耐候钢，可以增加钢材的耐蚀、耐磨、耐候等性能，阻止腐蚀介质的侵蚀，该陶瓷涂层厚度薄，吸附作用强，不会因为热胀系数突变导致裂纹产生，成本低，寿命长，性能优于以二氧化硅为主体的陶瓷涂层，并且避免了现有技术中采用形成钝化膜对钢材进行保护，在大气腐蚀微粒作用下，钝化膜被破坏引发的腐蚀问题，提高钢材在热温潮湿腐蚀环境下的稳定性，处理得到的耐候钢耐大气腐蚀性能强、硬度高，结构致密，疏水性好，解决现有防腐蚀涂层薄、有空隙、耐磨性能差，在复杂的大气腐蚀介质以及冲击机械作用下易脱落，只能短时间起到保护作用，不能够实现长期保护的问题。所形成的陶瓷层与钢材表面结合强度高，抗冲蚀性能强，对钢材起到长久的表面防护作用，能够适应复杂的大气环境。扩展了钢材在多行业的应用前景。对于耐候钢工业发展具有重要意义。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。

实施例1

一种耐大气腐蚀的耐候钢，将制备得到的陶瓷材料应用在钢材表面，对钢材表面进行强化处理，得到涂覆有耐大气腐蚀的涂层的耐候钢，可以增加钢材的耐蚀、耐磨、耐候等性能；

该陶瓷材料按照质量百分比计由以下成分制成：二氧化硅占15%、氧化铝占6%、氧化铍占1.5%、碳化钨占0.5%、氧化钴占0.35%、氮化硅占3.5%、剩余为再加工粉煤灰；涂层的涂覆包括以下步骤：

（1）将钢材进行表面脱脂和抛光：钢材使用丙酮擦拭后，浸入温度为35℃的质量浓度为0.02%的碳酸钠水溶液中，振荡清洗3分钟，在60℃的干燥箱中烘干后进行抛光处理，抛光温度为60℃，抛光时间持续2分钟；

（2）抛光后使用去离子水对抛光后的钢材进行清洗2遍，然后将钢材放置于浓度为50%的硝酸和无水乙醇按照体积比为1:10混合的溶液中，溶液温度为18℃，完全浸没，0.4分钟后出光，置于140℃的真空干燥箱中干燥20分钟；

（3）将陶瓷材料制备原料进行真空球磨，得到粒径大小在0.2-0.6微米范围的粉料，使用电喷设备将粉料均匀喷涂在干燥后的钢材表面，喷涂后放入真空干燥箱中干燥，最后放入SRJX-4-13型箱式电阻炉中在300℃下快烧5分钟，即得所述陶瓷涂层，涂层厚度在42-54微米之间。

步骤（1）所述抛光处理使用的是2.5微米的氧化铝抛光膏。

所述再加工粉煤灰制备方法为：向粉煤灰中加入2倍体积的质量浓度为0.5%的过氧化钠水溶液，置于搅拌机中，充分搅拌30分钟，然后转移至干燥箱中，静置保温4小时，干燥箱内温度为60℃，干燥后进行过滤，得到滤料保温煅烧1小时，煅烧温度为500℃，自然冷却后，研磨得到粒径大小在0.5-1.0微米之间的微粒即可。

所述钢材以质量百分比计含有：C：0.07%、Cr：0.9%、Si：0.3%、Ni：0.8%、Mn：1.4%、Zn：0.7%、Cu：0.40%、Co：0.03%、Nb：0.020%、Ti：0.017%、Sn：0.033%、S：0.012%、P：0.015%，余量的铁和不可避免的杂质。

通过实施例1的方法制备规格为80mm×30mm×5mm耐候钢试样，制备5件。将试样置于质量浓度为3.5%的氯化钠溶液中，在65℃下浸泡108小时，进行盐雾腐蚀实验，观察：无气泡产生，表面无凸起、气泡和腐蚀产物，无腐蚀斑点。

其它性能：涂层平均孔隙率为0.33%，硬度为1240HV

实施例2

一种耐大气腐蚀的耐候钢，将制备得到的陶瓷材料应用在钢材表面，对钢材表面进行强化处理，得到涂覆有耐大气腐蚀的涂层的耐候钢，可以增加钢材的耐蚀、耐磨、耐候等性能；

该陶瓷材料按照质量百分比计由以下成分制成：二氧化硅占18%、氧化铝占7%、氧化铍占1.8%、碳化钨占0.8%、氧化钴占0.38%、氮化硅占3.8%、剩余为再加工粉煤灰；涂层的涂覆包括以下步骤：

（1）将钢材进行表面脱脂和抛光：钢材使用丙酮擦拭后，浸入温度为38℃的质量浓度为0.025%的碳酸钠水溶液中，振荡清洗4分钟，在65℃的干燥箱中烘干后进行抛光处理，抛光温度为62℃，抛光时间持续2.5分钟；

（2）抛光后使用去离子水对抛光后的钢材进行清洗2遍，然后将钢材放置于浓度为55%的硝酸和无水乙醇按照体积比为1:11混合的溶液中，溶液温度为20℃，完全浸没，0.45分钟后出光，置于145℃的真空干燥箱中干燥25分钟；

（3）将陶瓷材料制备原料进行真空球磨，得到粒径大小在0.2-0.6微米范围的粉料，使用电喷设备将粉料均匀喷涂在干燥后的钢材表面，喷涂后放入真空干燥箱中干燥，最后放入SRJX-4-13型箱式电阻炉中在350℃下快烧6分钟，即得所述陶瓷涂层，涂层厚度在42-54微米之间。

步骤（1）所述抛光处理使用的是2.5微米的氧化铝抛光膏。

所述再加工粉煤灰制备方法为：向粉煤灰中加入3倍体积的质量浓度为0.55%的过氧化钠水溶液，置于搅拌机中，充分搅拌32分钟，然后转移至干燥箱中，静置保温5小时，干燥箱内温度为65℃，干燥后进行过滤，得到滤料保温煅烧1.5小时，煅烧温度为550℃，自然冷却后，研磨得到粒径大小在0.5-1.0微米之间的微粒即可。

所述钢材以质量百分比计含有：C：0.08%、Cr：1.0%、Si：0.4%、Ni：0.9%、Mn：1.5%、Zn：0.8%、Cu：0.44%、Co：0.04%、Nb：0.022%、Ti：0.018%、Sn：0.036%、S：0.013%、P：0.018%，余量的铁和不可避免的杂质。

通过实施例2的方法制备规格为80mm×30mm×5mm耐候钢试样，制备5件。将试样置于质量浓度为3.5%的氯化钠溶液中，在65℃下浸泡108小时，进行盐雾腐蚀实验，观察：无气泡产生，表面无凸起、气泡和腐蚀产物，无腐蚀斑点。

其它性能：涂层平均孔隙率为0.31%，硬度为1244HV

实施例3

一种耐大气腐蚀的耐候钢，将制备得到的陶瓷材料应用在钢材表面，对钢材表面进行强化处理，得到涂覆有耐大气腐蚀的涂层的耐候钢，可以增加钢材的耐蚀、耐磨、耐候等性能；

该陶瓷材料按照质量百分比计由以下成分制成：二氧化硅占20%、氧化铝占8%、氧化铍占2.0%、碳化钨占1.0%、氧化钴占0.40%、氮化硅占4.0%、剩余为再加工粉煤灰；涂层的涂覆包括以下步骤：

（1）将钢材进行表面脱脂和抛光：钢材使用丙酮擦拭后，浸入温度为40℃的质量浓度为0.03%的碳酸钠水溶液中，振荡清洗5分钟，在70℃的干燥箱中烘干后进行抛光处理，抛光温度为65℃，抛光时间持续3分钟；

（2）抛光后使用去离子水对抛光后的钢材进行清洗3遍，然后将钢材放置于浓度为60%的硝酸和无水乙醇按照体积比为1:12混合的溶液中，溶液温度为22℃，完全浸没，0.5分钟后出光，置于150℃的真空干燥箱中干燥30分钟；

（3）将陶瓷材料制备原料进行真空球磨，得到粒径大小在0.2-0.6微米范围的粉料，使用电喷设备将粉料均匀喷涂在干燥后的钢材表面，喷涂后放入真空干燥箱中干燥，最后放入SRJX-4-13型箱式电阻炉中在400℃下快烧8分钟，即得所述陶瓷涂层，涂层厚度在42-54微米之间。

步骤（1）所述抛光处理使用的是2.5微米的氧化铝抛光膏。

所述再加工粉煤灰制备方法为：向粉煤灰中加入4倍体积的质量浓度为0.6%的过氧化钠水溶液，置于搅拌机中，充分搅拌35分钟，然后转移至干燥箱中，静置保温6小时，干燥箱内温度为70℃，干燥后进行过滤，得到滤料保温煅烧2小时，煅烧温度为600℃，自然冷却后，研磨得到粒径大小在0.5-1.0微米之间的微粒即可。

所述钢材以质量百分比计含有：C：0.09%、Cr：1.2%、Si：0.5%、Ni：1.1%、Mn：1.6%、Zn：1.0%、Cu：0.48%、Co：0.05%、Nb：0.025%、Ti：0.020%、Sn：0.039%、S：0.014%、P：0.020%，余量的铁和不可避免的杂质。

通过实施例1的方法制备规格为80mm×30mm×5mm耐候钢试样，制备5件。将试样置于质量浓度为3.5%的氯化钠溶液中，在65℃下浸泡108小时，进行盐雾腐蚀实验，观察：无气泡产生，表面无凸起、气泡和腐蚀产物，无腐蚀斑点。

其它性能：涂层平均孔隙率为0.33%，硬度为1242HV