耐腐蚀性和耐腐蚀疲劳性极佳的钢材及其表面处理方法技术

一种耐腐蚀性和耐腐蚀疲劳性极佳的钢材，其特征在于在其表面上有一层覆盖薄膜，此覆盖薄膜的平均组成中，Ａｌ原子数目对Ｆｅ、Ｃ、Ａｌ、Ｐ、Ｏ原子和任选加入的Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ原子总数之比是０．５％或更大，而且此覆盖薄膜的平均组成中，Ａｌ原子数目大于表面处理前钢材平均组成中Ａｌ原子的数目。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
众所周知，在许多情况下，在腐蚀环境下使用的钢材，其组成要进行调节，或者要使用表面处理等方法在其表面形成覆盖薄膜。其目的是防止由于腐蚀变薄和腐蚀斑点出现引起的静态强度的变差和疲劳强度的减小，并防止由于生锈导致的外观变差。然而，问题是由于加入Cr、Ni、Mo等耐腐蚀元素或提高这些元素含量用以控制组成，则产品成本和生产成本都会增加。另一种方法是形成锌膜，为的是通过所谓牺牲腐蚀进行保护，此时是在钢材上提供一种牺牲腐蚀层作为表面处理膜，从而抑制基体金属的腐蚀。但是在例如镀锌方法中，需要工艺条件的控制，以避免生成针孔和不规则电镀这些情况。此外，在电镀法中，还需要不同的处理以防止氢侵入钢材引起的氢脆现象，而氢是在阴极要进行处理的钢材的表面附近产生的。因此，电镀法的问题是生产过程复杂性，因而生产成本增加。一种使用含锌磷酸盐的覆盖薄膜处理(用磷酸锌进行的化学转换处理)是可以比较简便地采用的。但是这种覆盖薄膜的耐腐蚀性不足。与此不同，有种被称为背面处理的钢材，它是用Zn-Al-Si基的熔融合金(商品名GalcaniumSteel，制造商Nittetsu Steel Sheet Corporation)进行涂覆的钢材，此类钢材既具有Zn的牺牲腐蚀保护作用，又具有Al的自修复作用。然而，这种熔融合金涂覆需要温度为400℃或更高的涂覆浴。因此之故，当将钢材浸入熔融合金时的加热作用而致机械强度降低成为问题时，这个方法就不能采用。这里提出的涉及钢材的已知专利出版物例子包括日本专利3381647(专利文件1)和日本专利申请公开9-272982(专利文件2)。专利文件1揭示了一种耐腐蚀性极佳的有机物涂覆的钢板，其制造是在镀锌钢板上形成化学转变覆盖薄膜，然后再形成含磷酸铝的有机物覆盖薄膜。但是，专利文件1揭示的钢板制造方法复杂，且成本高，因为要在形成含磷酸铝的有机物覆盖薄膜之前进行化学转变处理。专利文件2揭示了一种铁损低的单向电磁钢板及其制造方法。这种单向电磁钢板有一覆盖薄膜，该覆盖薄膜包括杨氏模量为100GPa或更大、与钢板基材的线膨胀系数之差为2×10-6或更大的第一层，以及含磷酸铝的第二层。在其制造方法中，在施加涂覆液体和干燥涂覆薄膜以形成第二层以后，钢板在400°-1000℃的温度范围进行焙烧。但专利文献2的问题是，当钢材在400°-1000℃的温度范围进行加热以后其机械强度减小。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种耐腐蚀性和耐腐蚀疲劳性都极佳的钢材及其表面处理方法，该表面处理方法能够代替电镀、化学转变覆盖和熔融合金镀覆等常规表面处理方法、解决生产成本高、工艺复杂、氢脆和材料强度降低等问题。本专利技术的第一个方面是提供一种耐腐蚀性和耐腐蚀疲劳性极佳的钢材，该钢材上有一层覆盖薄膜，其中覆盖薄膜的平均组成中Al原子数目对Fe、C、Al、P、O原子和任选加入的Si、Mn和Cr原子总数之比为0.5％或更大，且此覆盖薄膜的平均组成中Al原子数目大于表面处理前钢材平均组成中Al原子的数目。本专利技术的第二个方面是提供一种耐腐蚀性和耐腐蚀疲劳性极佳的钢材，该钢材上有一层覆盖薄膜，其中在由钢材表面至深度为5μm的区域的平均组成中，Al原子的数目对Fe、C、Al、P、O原子和任选加入的Si、Mn和Cr原子总数之比为0.5％或更大，且此覆盖薄膜的平均组成中Al原子数目大于表面处理前钢材平均组成中Al原子的数目。本专利技术的第三个方面是提供一种钢材的表面处理方法，包括在让酸度比为3.3-5.7且含铝离子的室温水溶液与钢材表面接触之后，将钢材清洗；以及将钢材干燥。本专利技术的第四个方面是提供一种钢材的表面处理方法，包括在让酸度比为3.3-5.7且含铝离子的室温水溶液与钢材表面接触之后，将钢材干燥；以及在将钢材清洗以后再次干燥之。附图简述附图说明图1A是表示本专利技术表面处理的第一个方案的流程图。图1B是表示本专利技术表面处理的第二个方案。专利技术详述下面将详细描述本专利技术。本专利技术人通过对钢材腐蚀机理和化学转变处理方法的充分研究完成了本专利技术。1.按照本专利技术第一实施方式，一种耐腐蚀性和耐磨蚀疲劳性极佳的钢材在其表面上具有一层覆盖薄膜，在该覆盖薄膜的平均组成中，Al原子数目对Fe、C、Al、P、O原子和任选加入的Si、Mn、Cr原子的总数之比为0.5％或更大，而且此覆盖薄膜的平均组成中Al原子数目大于表面处理前钢材平均组成中Al原子的数目。2.按照本专利技术第二实施方式，一种耐腐蚀和耐腐蚀疲劳性极佳的钢材在其表面上具有一层覆盖薄膜，在该钢材表面到深度达5μm的区域的平均组成中，Al原子数目对Fe、C、Al、P、O原子和任选加入的Si、Mn、Cr原子的总数之比为0.5％或更大。在本专利技术的上述1、2两个项目中，“Al原子数目对Fe、C、Al、P、O原子和任选加入的Si、Mn、Cr原子的总数之比”是以元素分析为基础，测量由钢材表面向内深达5μm的区域进行分析就足够了。此区域可以只是覆盖薄膜，或者覆盖薄膜与基体材料兼而有之。“任意加入的Si、Mn、Cr”的意思是这些元素一个都未加入或者加入了这些元素中的至少一种。在本专利技术的项目2中，Al原子数目对Fe、C、Al、P、O原子和任选加入的Si、Mn、Cr原子的总数之比较好是0.5％或更大，3％或更大尤佳。当Al原子数目所占的比例小于0.5％时，下面将述的牺牲腐蚀保护和形成钝态这两种作用都太弱，不能获得足够的耐腐蚀性和耐腐蚀疲劳性。3.按照本专利技术第三个实施方式的钢材表面处理方法，它包括在让酸度比为3.3-5.7且含铝离子的室温水溶液与钢材表面接触之后，将钢材清洗；以及将钢材干燥。4.按照本专利技术第四个实施方式的钢材表面处理方法，它包括在让酸度比为3.3-5.7且含铝离子的室温水溶液与钢材表面接触之后，将钢材干燥；以及在将钢材清洗以后再次干燥之。在本专利技术上述3、4两个项目所述的方法中，酸度比确定为3.3-5.7，是由于以下的理由。即，若酸度比小于3.3，由于钢材受到过于剧烈的腐蚀，覆盖薄膜的形成受到抑制。另一方面，若酸度比大于5.5，由于钢材受到的腐蚀作用太弱，覆盖薄膜形成所需用的时间很长。酸度比较佳是3.8-5.4。在本专利技术3、4两个项目所述的方法中，较佳的是让含铝离子的水溶液与钢材表面(在40°-50℃接触30秒或更长的时间。若接触时间短于30秒，钢材受到的腐蚀作用不够，因而不能获得耐腐蚀性和耐腐蚀疲劳性均佳的覆盖薄膜。在本专利技术3、4两个项目所述的方法中，也较佳的是让含铝离子的水溶液与钢材表面在30℃接触180秒或更长的时间。若接触时间短于180秒，钢材受到的腐蚀作用不够，因而不能获得耐腐蚀性和耐腐蚀疲劳性均佳的覆盖薄膜。在本专利技术项目4的方法中，较佳的是在让钢材表面与室温的含Al离子水溶液接触以后，在用水清洗以前，将钢材在50℃或更低的温度进行干燥。将干燥温度规定为50℃或更低，是因为若干燥温度高于50℃，由于水分蒸发太快，覆盖薄膜的致密度减弱，导致覆盖薄膜的强度降低。钢材接受本专利技术的表面处理，处理工艺方便，成本也小，而且钢材显示出极佳的耐腐蚀性和耐腐蚀疲劳性，而不产生氢脆和强度降低的现象。下面将详细描述本专利技术。图1A表示本专利技术表面处理的一个方案，它是表面处理的第一个方案，其中作为后处理的步骤，是在清洗步骤1以后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐腐蚀性和耐腐蚀疲劳性极佳的钢材，其特征在于在其表面上有一层覆盖薄膜，其中所述覆盖薄膜的平均组成中，Ａｌ原子数目对Ｆｅ、Ｃ、Ａｌ、Ｐ、Ｏ原子和任选加入的Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ原子总数之比是０．５％或更大，且所述覆盖薄膜的平均组成中，Ａｌ原子数目大于表面处理前钢材平均组成中Ａｌ原子的数目。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：铃木健，小野芳树，井海和也，
申请(专利权)人：日本发条株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]