一種耐候鋼錠的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種耐候鋼錠的制備方法，是針對耐候鋼的特殊技術要求，采用在真空感應熔煉爐內(nèi)，在氬氣保護下加熱熔煉鐵碳合金，然后添加耐候增強增韌物質(zhì)進行精煉，經(jīng)澆鑄成錠、加熱鍛造、中溫退火，制成圓棒形耐候鋼錠，此制備方法工藝先進，數(shù)據(jù)翔實精確，耐候鋼的化學物理性能、力學性能穩(wěn)定，晶粒度為12.3μm，抗拉強度達836MPa，屈服強度達721MPa，沖擊韌性達354J，在3.5%NaCl溶液中腐蝕速率能降低73%，是十分理想的耐候鋼錠的制備方法。
【專利說明】一種耐候鋼錠的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耐候鋼錠的制備方法，屬黑色金屬熔煉制備及應用的【技術領域】?！颈尘凹夹g】
[0002]耐候鋼是一種適宜氣候變化的結構鋼，由于氣候的冷熱變化，雨雪霧冰的浸潰、風砂的吹襲、海水的腐蝕拍打，都會使鋼材發(fā)生力學性能、化學物理性能的變化，以致造成鋼材硬度降低、脆性增大、耐磨性變差、抗拉強度減弱，使機件無法正常使用，甚至引發(fā)事故。
[0003]耐候鋼一般用于制造火車車廂、集裝箱及移動設備，這些設備大都要求具備高強度、高韌性、耐腐蝕性，既能承載有效載荷，又能保證不變形，還要適合各種氣候條件，這就給耐候鋼的制備提出了更高的要求。
[0004]在制備耐候鋼的過程中，為了達到耐候的高要求，有的采用改變配料法、施壓法、表面處理法、化學鍍層法等，但這些方法都存在不同程度的弊端，以致達不到耐候鋼的要求，阻礙了耐候鋼技術的發(fā)展和應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的
[0006]本發(fā)明的目的是針對【背景技術】的不足，采用在耐候鋼熔煉過程中摻雜增強、增韌、耐腐蝕物質(zhì)，經(jīng)真空熔煉、氬氣保護、澆注成型、沖擊鍛造、中溫退火，制成耐候鋼錠，以大幅度提高耐候鋼的強度、韌性，使耐候鋼更加適應在惡劣氣候條件下應用。
`[0007]技術方案
[0008]本發(fā)明使用的化學物質(zhì)材料為:鐵、硅、銅、鎳、鈰、錳、石墨、鉻鐵合金、磷鐵合金、硫化亞鐵、氬氣，其組合準備用量如下:
[0009]以克、毫米、厘米3為計量單位
[0010]鐵..Fe3000 g±IOg
itt: Si16 g±0.1 g
銅..Cu7 7 g士0.1 g
II: Ni4g士0.lg
鈰..Ce30 g士0.1g
錳:Mn11.5g士0.lg
石墨:C3.4 g±0.1 g
鉻鐵合金:Cr-Fe21.5 g士0.1 g
磷鐵合金:P-Fe8.9g±0.1 g
硫化亞鐵:FeS0.26 g士0.01 g
氬氣:Ar100000 cm3±100 cm1
[0011]耐候鋼錠的制備方法如下: [0012](I)精選化學物質(zhì)材料
[0013]對制備使用的化學物質(zhì)材料要進行精選，并進行質(zhì)量純度控制:
[0014]
鐵:固態(tài)塊體99.9 %
硅:固態(tài)粉體99.9 %
銅固態(tài)片體99.9%
[0015]鎳:固態(tài)粉體99.9%
鈰:固態(tài)粉體99.9%
錳:固態(tài)粉體99 9%
石墨:固態(tài)粉體99.9%
鉻鐵合金:固態(tài)固體99.8%
磷鐵合金:固態(tài)固體99.8%
硫化亞鐵:固態(tài)粉體99.9%
氬氣:氣態(tài)氣體99.5 %
[0016](2)熔煉澆鑄耐候鋼
[0017]耐候鋼的熔煉、澆鑄是在真空感應熔煉爐中進行的，是在加熱熔煉、添加合金元素、精煉過程中，在外水循環(huán)冷卻、氬氣保護下完成的；
[0018]①清理、清潔熔煉用鎂砂坩堝
[0019]用金屬鏟、金屬刷清理熔煉爐內(nèi)的鎂砂坩堝內(nèi)部，使坩堝內(nèi)潔凈；
[0020]②制備砂 型鑄錠模具
[0021]砂型模具呈矩形，砂形型腔為圓柱形腔體，尺寸為Φ40πιπιΧ 300mm;砂型鑄錠模具要經(jīng)干燥處理，干燥溫度200°C,干燥時間180min ；
[0022]③置放砂型模具
[0023]將砂型模具置于真空感應熔煉爐內(nèi)，熔煉坩堝出液口對準砂型模具澆口 ；
[0024]④熔煉鐵碳合金
[0025]將鐵3000g±10g、石墨粉3.4g±0.1g加入坩堝中；
[0026]⑤將硅粉16g±0.lg、銅粉 7.7g±0.lg、鎳粉 4g±0.lg、鈰粉 30g±0.lg、錳粉11.5g±0.lg、鉻鐵合金塊21.5g±0.lg、磷鐵合金塊8.9g±0.lg、硫化亞鐵粉
0.26g±0.01g放入熔煉爐的加料箱內(nèi)；
[0027]⑥關閉真空感應熔煉爐，抽取爐內(nèi)空氣，使爐內(nèi)壓強達IOPa ;然后向爐內(nèi)輸入氬氣，IS氣輸入速度1000cm3/min,使爐內(nèi)壓強恒定在0.1MPa ；
[0028]⑦開啟真空感應熔煉爐加熱器，加熱熔煉爐，升溫速度40°C /min，熔煉溫度16000C ±5°C，熔煉時間50min，熔煉后成鐵碳合金熔液；
[0029]⑧添加耐候材料，進行精煉
[0030]將硅粉、銅粉、鎳粉、鈰粉、錳粉、鉻鐵合金塊、磷鐵合金塊、硫化亞鐵粉由加料箱加入熔煉坩堝內(nèi)，進行精煉，精煉溫度1600°C ±5°C，精煉時間lOmin，精煉后成耐候鋼熔液；
[0031]⑨澆鑄
[0032]調(diào)節(jié)精煉溫度，使鋼液溫度降至1550°C ±5°C，開啟熔煉坩堝的出液電磁閥對準砂型模具澆口，進行澆鑄，澆滿為止；
[0033]⑩冷卻[0034]關閉熔煉爐加熱器，停止加熱，使砂型模具內(nèi)的熔液隨爐冷卻至25°C ；
[0035](3)開爐、開模取出耐候鋼錠
[0036]關閉氬氣閥，停止輸氬氣；
[0037]開啟真空感應熔煉爐，取出砂型模具；
[0038]開啟砂型模具，取出鑄錠，即耐候鋼鑄錠；
[0039](4)鍛造
[0040]將耐候鋼鑄錠置于電爐中加熱，達到鍛造溫度1100°C ±10°C后取出，置于鍛錘下進行鍛造，初鍛溫度1100°c ±10°C，終鍛溫度900°C ±10°C，鍛造壓力為30MPa，鍛造時間25min,鍛造后成Φ IOOmmX 50mm的耐候鋼錠；
[0041](5)中溫退火
[0042]將鍛造后的耐候鋼錠置于電阻爐內(nèi)進行退火處理，溫度為550°C，保溫時間60min，取出后在空氣中冷卻；
[0043](6)檢測，分析，表征
[0044]對制備的耐候鋼錠的形貌、色澤、力學性能進行檢測、分析、表征；
[0045]用金相顯微鏡進行晶粒度分析；
[0046]用X射線衍射儀進行腐蝕產(chǎn)物分析；
[0047]用場發(fā)射掃描電子顯微`鏡進行腐蝕產(chǎn)物形貌觀察；
[0048]結論:耐候鋼錠為黑色圓棒形，晶粒度為12.3μπι，抗拉強度達836MPa，屈服強度達721MPa，沖擊韌性達354J，在3.5%NaCl溶液中腐蝕速率降低73%。
[0049]有益效果
[0050]本發(fā)明與【背景技術】相比具有明顯的先進性，是針對耐候鋼的特殊技術要求，采用在真空感應熔煉爐內(nèi)，在氬氣保護下加熱熔煉鐵碳合金，然后添加耐候增強增韌物質(zhì)進行精煉，經(jīng)澆鑄成錠、加熱加壓鍛造、中溫退火，制成圓棒形耐候鋼錠，此制備方法工藝先進，數(shù)據(jù)翔實精確，耐候鋼錠的化學物理性能、力學性能穩(wěn)定，晶粒度為12.3 μ m，抗拉強度達836MPa，屈服強度達721MPa，沖擊韌性達354J，在3.5%NaCl溶液中腐蝕速率降低73%，是十分理想的耐候鋼的制備方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]圖1、熔煉，精煉，澆鑄耐候鋼狀態(tài)圖
[0052]圖2、耐候鋼錠橫切面形貌圖
[0053]圖3、模擬海洋氣候條件下耐候鋼衍射圖譜
[0054]圖4、模擬海洋氣候條件下耐候鋼表面腐蝕形貌圖
[0055]圖中所示，附圖標記清單如下:
[0056]1、真空感應熔煉爐；2、爐座；3、爐蓋；4、鎂砂熔煉坩堝；5、感應線圈；6、出液管；
7、電磁閥；8、砂型模具；9、模具澆口 ；10、加料箱；11、磁力攪拌器；12、坩堝吊桿；13、出氣管；14、觀察窗；15、外水循環(huán)冷卻管；16、真空泵；17、真空管；18、氬氣瓶；19、氬氣閥；20、氬氣管；21、氬氣；22、精煉熔夜；23、鑄錠；24、顯示屏；25、指示燈；26、電源開關；27、熔煉溫度控制器；28、電磁閥控制器；29、真空泵控制器；30、第一固定架；31、第二固定架；32、爐腔；33、加料管；34、磁力攪拌控制器?！揪唧w實施方式】
[0057]以下結合附圖對本發(fā)明做進一步說明:
[0058]圖1所示，為熔煉、精煉、澆鑄耐候鋼狀態(tài)圖，各部位置、連接關系要正確，按量配t匕，按序操作。
[0059]制備、熔煉、精煉使用的化學物質(zhì)的量值是按預先設置的范圍確定的，以克、毫米、厘米3為計量單位。 [0060]耐候鋼的熔煉、精煉、澆鑄是在真空感應熔煉爐內(nèi)進行的，是在加熱熔煉、精煉、添加耐候材料的過程中，在外水循環(huán)冷卻、氬氣保護下完成的；
[0061]真空感應熔煉爐為立式，在真空感應熔煉爐I的下部為爐座2、上部為爐蓋3 ;在真空感應熔煉爐I的爐腔32內(nèi)的左上部設有鎂砂熔煉坩堝4，并由坩堝吊桿12吊裝在爐蓋3上，熔煉坩堝4內(nèi)為精煉熔液22，鎂砂熔煉坩堝4的右下部設有出液管6、電磁閥7 ;在爐腔32內(nèi)的右下部設有砂型模具8，砂型模具8上部設有模具澆口 9，砂型模具8內(nèi)為鑄錠23 ；爐腔32內(nèi)由氬氣21充填；在真空感應熔煉爐I的外部由外水循環(huán)冷卻管15環(huán)繞；在真空感應熔煉爐I的左下部設有真空泵16，并通過真空管17與爐腔32聯(lián)通；在真空感應熔煉爐I的右上部設有出氣管13 ;在爐蓋3上左部設有加料箱10，并通過加料管33深入鎂砂熔煉坩堝4內(nèi)，加料管33由第一固定架30固定；在爐蓋3的中部設有磁力攪拌器11，并伸入鎂砂熔煉坩堝4內(nèi)，并由第二固定架31固定；在爐蓋3的右部設有觀察窗14 ;在真空感應熔煉爐I的左外部設有氬氣瓶18、氬氣閥19、氬氣管20，并伸入爐腔32內(nèi)；在爐座2上設有顯示屏24、指示燈25、電源開關26、熔煉溫度控制器27、電磁閥門控制器28、真空泵控制器29、磁力攪拌控制器34。
[0062]圖2所示，為耐候鋼錠橫切面形貌圖，圖內(nèi)可見金相組織晶粒細小，致密性好。
[0063]圖3所示，為模擬海洋氣候條件下耐候鋼衍射圖譜，圖中可見腐蝕產(chǎn)物中有Fe/Cr、Y -FeOOH、y -Fe2O3、Fe3O4 和 FeOOH 物質(zhì)。
[0064]圖4所示，為模擬海洋氣候條件下耐候鋼表面腐蝕形貌，圖中可見:表面腐蝕物有層狀凸起、團裝聚集、聚集顆粒形狀和雪花針狀，F(xiàn)e3O4存在于基體/銹層的界面處，以層狀生長，有積聚成顆粒的傾向，這些顆粒由一個核積聚許多晶體而成；Y-Fe2O3是以團裝物出現(xiàn)；Y-FeOOH以類似雪花的折斷面的聚形出現(xiàn)；a -FeOOH由于具有多孔結構，故以針狀或長方形片狀生長。
【權利要求】
1.一種耐候鋼錠的制備方法，其特征在于:使用的化學物質(zhì)材料為:鐵、硅、銅、鎳、鈰、錳、石墨、鉻鐵合金、磷鐵合金、硫化亞鐵、氬氣，其組合準備用量如下: 以克、毫米、厘米3為計量單位 d Fe3000 g士 I Og
硅:Si16 g土0.1g 銅:Cu7.7g±0.1 g
鎳:Ni4g±0.1 g 鈰:Ce30 g士0.1 g 猛:Mn11.5 g士0.Ig
石墨:C3.4 g士0.1g
鉻鐵合金:Cr-Fe21.5g±0.1 g
磷鐵合金:P-Fe8.9 g士O I g
硫化亞鐵:FeS 0.26 gi0.01 g氬氣:Ar100000 cm3士 100 cm1 耐候鋼錠的制備方法如 下 : (I)精選化學物質(zhì)材料 對制備使用的化學物質(zhì)材料要進行精選，并進行質(zhì)量純度控制: 鐵:固態(tài)塊體99.9% 硅:固態(tài)粉體99.9% 銅:固態(tài)片體99.9%鎳固態(tài)粉體99.9%鈰:固態(tài)粉體99.9%錳:固態(tài)粉體99.9%石墨:固態(tài)粉體99.9%鉻鐵合金:固態(tài)固體99.8%磷鐵合金:固態(tài)固體99.8 %硫化亞鐵:固態(tài)粉體99.9%氬氣:氣態(tài)氣體99.5 % (2)熔煉澆鑄耐候鋼 耐候鋼的熔煉、澆鑄是在真空感應熔煉爐中進行的，是在加熱熔煉、添加合金元素、精煉過程中，在外水循環(huán)冷卻、氬氣保護下完成的； ①清理、清潔熔煉用鎂砂坩堝 用金屬鏟、金屬刷清理熔煉爐內(nèi)的鎂砂坩堝內(nèi)部，使坩堝內(nèi)潔凈； ②制備砂型鑄錠模具 砂型模具呈矩形，砂形型腔為圓柱形腔體，尺寸為040mmX300mm ;砂型鑄錠模具要經(jīng)干燥處理，干燥溫度200°C,干燥時間180min ； ③置放砂型模具 將砂型模具置于真空感應熔煉爐內(nèi)，熔煉坩堝出液口對準砂型模具澆口 ； ④熔煉鐵碳合金 將鐵3000g±10g、石墨粉3.4g±0.1g加入坩堝中； ⑤將硅粉16g±0.lg、銅粉 7.7g±0.lg、鎳粉 4g±0.lg、鈰粉 30g±0.lg、錳粉11.5g±0.lg、鉻鐵合金塊21.5g±0.lg、磷鐵合金塊8.9g±0.lg、硫化亞鐵粉0.26g±0.01g放入熔煉爐的加料箱內(nèi)； ⑥關閉真空感應熔煉爐，抽取爐內(nèi)空氣，使爐內(nèi)壓強達IOPa;然后向爐內(nèi)輸入氬氣，氬氣輸入速度1000cm3/min，使爐內(nèi)壓強恒定在0.1MPa ； ⑦開啟真空感應熔煉爐加熱器，加熱熔煉爐，升溫速度40°C/min,熔煉溫度16000C ±5°C，熔煉時間50min，熔煉后成鐵碳合金熔液； ⑧添加耐候材料，進行精煉 將硅粉、銅粉、鎳粉、鈰粉、錳粉、鉻鐵合金塊、磷鐵合金塊、硫化亞鐵粉由加料箱加入熔煉坩堝內(nèi)，進行精煉，精煉溫度1600°C ±5°C，精煉時間lOmin，精煉后成耐候鋼熔液； ⑨澆鑄 調(diào)節(jié)精煉溫度，使鋼 液溫度降至1550°C ±5°C，開啟熔煉坩堝的出液電磁閥對準砂型模具澆口，進行澆鑄，澆滿為止； ⑩冷卻 關閉熔煉爐加熱器，停止加熱，使砂型模具內(nèi)的熔液隨爐冷卻至25°C ；(3)開爐、開模取出耐候鋼錠 關閉氬氣閥，停止輸氬氣； 開啟真空感應熔煉爐，取出砂型模具； 開啟砂型模具，取出鑄錠，即耐候鋼鑄錠； (4)鍛造 將耐候鋼鑄錠置于電爐中加熱，達到鍛造溫度1100°C ±10°C后取出，置于鍛錘下進行鍛造，初鍛溫度1100°c ±10°C，終鍛溫度900°C ±10°C，鍛造壓力為30MPa，鍛造時間25min,鍛造后成Φ IOOmmX 50mm的耐候鋼錠； (5)中溫退火 將鍛造后的耐候鋼錠置于電阻爐內(nèi)進行退火處理，溫度為550°C，保溫時間60min，取出后在空氣中冷卻； (6)檢測，分析，表征 對制備的耐候鋼錠的形貌、色澤、力學性能進行檢測、分析、表征； 用金相顯微鏡進行晶粒度分析； 用X射線衍射儀進行腐蝕產(chǎn)物分析； 用場發(fā)射掃描電子顯微鏡進行腐蝕產(chǎn)物形貌觀察； 結論:耐候鋼錠為黑色圓棒形，晶粒度為12.3 4!11，抗拉強度達83610^，屈服強度達721MPa，沖擊韌性達354J，在3.5%NaCl溶液中腐蝕速率降低73%。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種耐候鋼錠的制備方法，其特征在于: 耐候鋼的熔煉、精煉、澆鑄是在真空感應熔煉爐內(nèi)進行的，是在加熱熔煉、精煉、添加耐候材料的過程中，在外水循環(huán)冷卻、氬氣保護下完成的； 真空感應熔煉爐為立式，在真空感應熔煉爐(I)的下部為爐座(2)，上部為爐蓋(3);在真空感應熔煉爐(I)的爐腔(32)內(nèi)的左上部設有鎂砂熔煉坩堝(4)，并由坩堝吊桿(12)吊裝在爐蓋(3)上,熔煉坩堝(4)內(nèi)為精煉熔液(22),鎂砂熔煉坩堝(4)的右下部設有出液管(6)、電磁閥(7);在爐腔(32)內(nèi)的右下部設有砂型模具(8)，砂型模具(8)上部設有模具澆口(9)，砂型模具(8)內(nèi)為鑄錠(23);爐腔(32)內(nèi)由氬氣(21)充填；在真空感應熔煉爐(I)的外部由外水循環(huán)冷卻管(15)環(huán)繞；在真空感應熔煉爐(I)的左下部設有真空泵(16)，并通過真空管(17)與爐腔(32)聯(lián)通；在真空感應熔煉爐(I)的右上部設有出氣管砂型模具(13);在爐蓋(3)上左部設有加料箱(10)，并通過加料管(33)深入鎂砂熔煉坩堝(4)內(nèi)，加料管(33)由第一固定架(30)固定；在爐蓋(3)的中部設有磁力攪拌器(11)，并伸入鎂砂熔煉坩堝內(nèi)，并由第二固定架(31)固定；在爐蓋(3)的右部設有觀察窗(14);在真空感應熔煉爐(I)左部設有氬氣瓶(18)、氬氣閥(19)、氬氣管(20)，并伸入爐腔(32)內(nèi);在爐座(2)上設有顯示屏(24)、指示燈(25)、電源開關(26)、熔煉溫度控制器(27)、電磁閥門控制器(28)、真空泵控制器(29)、磁力攪拌控制器(34)。
【文檔編號】C21D8/06GK103614610SQ201310627526
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權日:2013年11月28日
【發(fā)明者】張金玲, 王社斌, 郭端陽, 許并社, 賀磊, 周京, 姚憲華 申請人:太原理工大學