一种低成本高防腐蚀的新钢材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本高防腐蚀的新钢材，按重量百分比计含有如下原料组分：碳0‑0.15%、锰5.50‑7.50%、硅0‑1%、磷0‑0.060%、硫0‑0.030%、铬10.8‑11%、氮0‑0.25%、铈0.01‑0.012%、剩余的为铁；成本节约：一吨201钢材在市场上的价格为9800元上下；耐不锈钢腐蚀性能提升：当钢中含有少量分稀土元素铈时，由于铈元素的含量较低，对提高基体的电极电位而言，影响不大。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高防腐蚀的新钢材及其制备方法
本专利技术属于钢铁领域，具体涉及一种低成本高防腐蚀的新钢材及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着冶金工业的快速发展及日常生活水平的提高，不锈钢的使用量大大增加，基于此种背景，200系列的不锈钢应运而生，在各个领域取得广泛的应用。这些大量研究与应用加速了铬镍系奥氏体不锈钢的发展。201不锈钢由于低成本越来越受到人们的关注，但耐蚀性有待于改善。所以在提高耐蚀性的同时，降低不锈钢的成本已经成为现在冶金学的主要研究方向之一。经研究发现以稀土元素铈在201不锈钢中对其抗蚀性的作用为尤为显著，并对其作用机理做了深入的研究，利用稀土改善201不锈钢的耐蚀性能并降低成本。我国稀土产量及储量均居世界前列，但对稀土的利用及研究却低于国外先进水平。如今在不锈钢的冶炼中，稀土的净化钢液、改善组织、形成夹杂物的功能已经被冶金学界所周知。随着功能性材料科学的日益发展，功能性材料的研究已经延伸向许多科学领域并已经取得显著效果，耐蚀性材料学也已成为材料学中的新兴研究领域。经研究证明，稀土元素在不锈钢中会产生较好的耐蚀性。其效果可与304不锈钢的功能相媲美，基于此种理论，本专利技术是通过加入稀土元素铈来提升在201不锈钢的耐蚀性，且去除了贵重金属镍（NⅠ），降低了30%以上的贵重金属铬（Cr），加入了廉价的铈（Ce），大幅度降低了成本；产品是全钢结构的装配式建筑、不锈钢家具、家电、建材、橱柜、衣柜、书柜、水汽阀门、各种壳体、各种箱体、容器，在设计施工时会使用大量的薄壁型轻钢材料，目前常规使用的材料为201钢材，但是这种高强度钢材的抗腐蚀性能不足，且成本偏高；为了在生产流程中成本控制和抗腐蚀性能的提高，我方自主研发了新型钢材，在不影响钢材力学性能的基础上，使用稀土元素铈（Ce）来替代不锈钢中的镍（NⅠ），降低铬（Cr）的含量，在提高新钢材的抗腐蚀性能的前提下降低材料成本；近年来稀土在防腐蚀中的应用：稀土铈元素和稀土铈氧化物作为防腐添加剂。稀土铈在合金表面的应用。稀土铈用于合金表面有几种方法：包括合金法、离子注入法和金属表面沉积法。稀土铈用于控制高温硫化作用；稀土铈作为液相腐蚀的缓蚀剂；稀土铈作为变换涂料；钢铁和铝合金采用变换涂料防护是另一类广泛采纳的防腐技术。在金属表面生成变换涂层的常规方法是将其浸泡在化学试剂中,与合金反应生成一层保护层。在钢铁和铝合金表面生成磷酸盐和铬酸盐的方法早已屡见不鲜,但铬酸盐是致癌物质,因此科研人员正在努力寻求铬酸盐的无毒替代品。从前面提到的稀土缓蚀剂,得知稀土离子对金属和合金的液相腐蚀具有缓蚀作用。有鉴于此,开发了稀土变换涂料；稀土铈用于锌基合金，能改善锌基合金熔体热浸镀钢的抗蚀能力。稀土铈用于自润滑涂层，起金属表面缓蚀剂作用。稀土铈作为添加剂加至燃油中，以减少热盐腐蚀的影响。稀土铈间接加到油漆体系中。稀土铈离子被吸收在油漆颜料氧化硅或氧化铝颗粒上,随后在漆面上扩散,释放出稀土离子，进而起到被涂金属基的缓蚀效果；现有201钢材的缺点。1)成本劣势200系列的奥氏体不锈钢以其低廉的成本已引起了人们的关注。目前的研究已经确认，为了防止在奥氏体不锈钢中形成铁索体相，最根本的办法是提高钢中奥氏体形成元素的含量，镍当然是其中最重要的首选元素。随着镍和铬的价格不断上涨，从经济角度出发，新型的替代材料便越来越受到人们的重视。我国稀土产量及储量均居世界前列，其中铈是稀土元素中储量最高的，对比着不断上升的镍价和铬价，采用储量巨大且成本低廉的铈将有效的降低材料成本。2)201不锈钢的防腐蚀性能无法满足实际需求201是节镍型产品，镍的平均含量为4.5%。从防腐性能上分析，201只有有限的防腐性能，有磁性，这导致201不锈钢耐蚀性不是太好，在户外如果没有腐蚀气氛的话可以用两年，如果有腐蚀气氛的话，可能几个月就锈蚀了，这种使用寿命相对与全钢建筑的50年以上的使用年限相距甚远。如果想提高耐蚀性，就需要进行表面的二次处理，比方说采用涂刷涂层、钝化等表面处理方式。这样会产生二次工序，无形中增加了成本和对大气的污染。
技术实现思路
本专利技术主要解决的问题是201不锈钢的成本偏高和耐蚀性能差，提供一种低成本高防腐蚀的新钢材及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种低成本高防腐蚀的新钢材，按重量百分比计含有如下原料组分：碳0-0.15%、锰5.50-7.50%、硅0-1%、磷0-0.060%、硫0-0.030%、铬10.8-11%、氮0-0.25%、铈0.01-0.012%、剩余的为铁。一种低成本高防腐蚀的新钢材的制备方法，包括以下步骤：（1）熔炼：以纯铁加至冶炼炉容量的76-80%，待纯铁融化后倒出，使其将炉壁的无关元素带走，从而避免其对钢样品的影响，加入201不锈钢，将冶炼炉抽真空，通电流使201不锈钢全熔，待其表面钢液颜色均一后充氩气保护，较之于其他元素，氮在真空时因为真空度分压，使其在熔炼过程中更易向气压低的一侧扩散。故充入少许氩气提高真空侧的气压，减少氮元素的析出，采用二次布料的方式，加入稀土元素铈及氮化铬合金，保证其稀土含量及氮含量趋于稳定，待观察至其溶液成分稳定一致之后，将其钢液浇注至模具之中，冷却后得铸锭；（2）锻造：冶炼后的铸锭组织中气泡、疏松、大块夹杂均很难避免。故冶炼后的样品要进行锻造处理，因为本专利技术用钢所加入的锰、镍、氮元素皆为强奥氏体形成元素，这使得其奥氏体形成能力大大加强。试验用钢的铸态组织为奥氏体，且随着温度的升高其并无相变，将铸锭置入加热炉中缓慢加热，入炉温度为500-600℃，缓慢加热至1100-1150℃，保温至试样内外温度趋于一致，在900-905℃时停止锻造，锻后空冷；（3）固溶处理：为了使试验样品获得更好的性能，改善锻造组织缺陷，对试验钢进行热处理。研究试验钢为奥氏体不锈钢，热处理的主要目的是消除未溶的碳化物及组织不均匀性，从而提高材料的耐腐蚀性。为了消除未溶的碳化物、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削加工性，需要对试验钢在锻造后进行固溶处理，固溶处理的工艺是将合金加热至单相区，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后急冷至常温，得到过饱和的固溶体。从而使材料的一些性能（尤其以韧性和抗蚀性）得以提高，同时对消除应力及软化材料亦有一定的作，具体方法为将锻造后的合金加热至1050-1100℃，然后急冷至常温。本专利技术的优点：（1）成本节约：一吨201钢材在市场上的价格为9800元上下，需要使用45公斤左右的镍（NⅠ），170公斤左右的铬（Cr）。一公斤镍（NⅠ）的价格大约为100元左右，一公斤铬（Cr）价格大约为60元左右，新配方稀土元素铈（Ce）的价格在10元上下，成本节约较多；（2）耐不锈钢腐蚀性能提升：当钢中含有少量分稀土元素铈时，由于铈元素的含量较低，对提高基体的电极电位而言，影响不大。但铈元素的性质较为活泼，易于其他阴离子形成钝化层，使试样抗蚀性提高。并且，元素铈对非金属夹杂有一定的净化作用，亦会使其基体纯净而减少原电池作用。然而，稀土化合物与基体的电极电位存在差异。加之腐蚀溶液作为电解质的存在。使其构成原电池从而耐蚀性降低，故而稀土元素对试样耐蚀性的影响为此两方面影响相互作用的结果。综合结果来分析，稀土元素铈在0%含量至0.012%其增加试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本高防腐蚀的新钢材，其特征在于，按重量百分比计含有如下原料组分：碳0‑0.15%、锰5.50‑7.50%、硅0‑1%、磷0‑0.060%、硫0‑0.030%、铬10.8‑11%、氮0‑0.25%、铈0.01‑0.012%、剩余的为铁。

【技术特征摘要】
1.一种低成本高防腐蚀的新钢材，其特征在于，按重量百分比计含有如下原料组分：碳0-0.15%、锰5.50-7.50%、硅0-1%、磷0-0.060%、硫0-0.030%、铬10.8-11%、氮0-0.25%、铈0.01-0.012%、剩余的为铁。2.一种如权利要求1所述的低成本高防腐蚀的新钢材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）熔炼：以纯铁加至冶炼炉容量的76-80%，待纯铁融化后倒出，加入201不锈钢，将冶炼炉抽...

【专利技术属性】
技术研发人员：宣中光，
申请(专利权)人：宣中光，
类型：发明
国别省市：安徽,34