锌铝合金热浸镀高温生产工艺用铁锅材料及其工艺的制作方法

文档序号:15457784发布日期:2018-09-15 01:39

本发明涉及合金技术领域,具体地说,涉及一种锌合金。



背景技术:

海洋约覆盖了71%的地球表面,海洋产业已经成为当今世界经济发展的重要支柱。海水中的盐浓度高、富氧,并存在着大量海洋微生物和宏生物,加之海浪冲击和阳光照射,海洋腐蚀环境较为严酷。海洋环境腐蚀已经成为影响设施服役安全、寿命、可靠性的最重要因素,引起世界各国政府和工业界的高度重视。

钢材镀锌后,耐腐蚀性能大幅度提高,能节省材料和资源,发挥更加良好的经济效益和环境效益。钢材在使用过程中使镀层遭到局部破坏,暴露出的钢基体很快就会被腐蚀掉。但镀锌钢特有的牺牲保护性能,会使腐蚀速度变得很慢。主要原因是锌与钢丝中的铁在潮湿的环境中组成了原电池,由于锌的标准电极电位只有-1.05V,低于铁的-0.036V,因而锌作为阳极被氧化,而铁作为阴极得到保护。锌腐蚀以后的生成物很致密,反应速度很慢,使得总体的耐腐蚀性能大幅度提高。

热浸镀是将钢铁制件浸入熔融的金属中以获得涂层的方法,作为涂层的金属是低熔点金属。其中热镀锌应用最为广泛。镀锌后的钢材性能优良,既有钢基的强度和塑性,又有锌镀层的强防腐性。因为镀锌层厚度大,有纯锌层和铁锌合金层,所以耐腐蚀性能好。与其它金属相比,锌的价格相对低,生产成本低,工艺适合于自动化,因而生产率特别高。另外,镀层属于阳极保护、镀层牢固、外观漂亮,这些优点使全世界热镀锌的生产能力是电镀锌的七倍左右。

随着对热镀锌产品内在质量、外观质量、使用质量的要求不断提高,传统的热浸镀锌已经不能完全满足现有的日益严重的环境腐蚀需要。目前而言,更具有防腐能力的热浸镀合金体系是锌铝合金。在国际范围内,开发新的锌铝基合金经成为国内外研究的热点。美国在50-60年代开发出Zn-Si的镀层材料,比利时在80年代开发出名为Galfan锌铝稀土镀层材料,日本新日铁钢铁公司在2000年开发出名字为Supekdima的Zn-A1-Mg-Si高耐蚀性镀层钢板,产品耐蚀性为Galfan镀层板的5-8倍,切口耐蚀性优于Galvalume镀层,可替代不锈钢板和铝板。

热浸镀锌领域的铁锅主要用外侧加热方式。锌锅用低碳钢板焊制或用铸铁浇铸而成,热源放置在锌锅底部或两侧并通过壁的热传导将热量传给锌液。铸铁锅是采用灰铸铁铸造,熔锌量一般在2吨以下,主要用于钢件、螺栓等小型零件热镀锌。钢板焊接的锌锅材料大都采用低碳低硅钢板制造。热浸镀锌铁锅成本低、制造工艺简单、升温快、维修方便,得到了较为广泛的应用。但是当这些传统热浸镀锌用的铁锅用于热浸镀锌铝合金的时候,铁锅的合金液腐蚀严重,使用寿命极短,非正常锌耗大。

我国钢材热浸镀锌的发展与世界水平相比还存在一定的差距。现有热镀锌铝生产线多数存在技术落后、产品产量低、产品质量差、生产成本高、能量耗费大、环保措施不力,常造成严重环境污染等缺点,此类生产线难以满足我国国民经济腾飞的需要。寻求更好的热浸镀锌铝工艺是应用研究和产业化中的关键问题之一。其中,热浸镀锌铝用坩埚的现有困局的克服可以使得热浸镀锌铝合金扩大产业规模和提高生产效益。在不久的将来,该类新型热浸镀锌铝用铁锅必将在更多的热浸镀锌铝合金中得到广泛的应用。



技术实现要素:

本发明目的在于克服现有技术的不足,提供一种可以在540-580度大气条件下使用的锌铝合金热浸镀高温生产工艺用铁锅材料。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种锌铝合金热浸镀用高温生产工艺用铁锅材料。按重量百分比计,合金的组成为K:0.4-0.5wt.%,V:0.2-0.3wt.%,Mg:1.5-2.8wt.%,Cr:8.0-10.0wt.%,Co:4.0-6.0wt.%,Ge:1.2-1.5wt.%,B:0.1-0.3wt.%,S:0.2-0.4wt.%,余量为铁。该铁合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-2.0wt.%左右。

上述锌铝合金热浸镀高温生产工艺用铁锅材料的制备方法,包括如下步骤:将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内,并采用碳化硅坩埚;感应加热到1500-1600度形成合金溶液,并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右;将合金液体在1500-1600度保温静置10分钟后浇铸成所需要的圆锭。将所得的铸锭在800度下进行热轧,每道次的轧下量为10-15%。每两次热轧后中间退火温度为900度,保温1小时。最后将材料轧制成厚度为40-60mm的钢板,热浸镀锌用的铁坩埚可以用这些钢板通过变形和焊接的方式制备而成。热浸镀锌铝合金的工艺为:热浸镀温度为540-580度,热浸镀时间为10-15秒。

与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:

(1)传统的热浸镀锌铝合金的热浸镀工艺为:温度420-480度,热浸镀时间为30-60秒。对于一些小型的热浸镀件,例如螺栓,该类工件的生产特点是工件本身体积小,热浸镀面积大,但是时间内需要完成的热浸镀量大。为了达到提高热浸镀速度的要求,实际生产的时候可以采用提高热浸镀温度的方法,将热浸镀温度从420-480度提高到540-580度。此时,热浸镀时间可以从30-60秒缩短到10-15秒。然而,由于温度的提高,热浸镀锌铝用的铁锅的使用寿命降低很快。在传统的热浸镀温度范围内,也就是420-480度,铁锅在热浸镀锌铝合金生产工艺中受锌液的作用,寿命只有一年左右。当采用升温工艺后,热浸镀锌铝工艺用铁锅的寿命更低,只有2个月左右。

(2)本专利申请保护的新型热浸镀锌铝合金铁锅用合金可以在更高的热浸镀温度下,也就是540-580度,显著的提高铁锅的使用寿命。明显的降低在热浸镀锌铝合金中铁锅在合金熔体中的溶解,以及合金熔体和铁锅接触时产生金属间化合物层的生长速度和产物类型。由于从物理交互作用和化学交互作用入手,大大降低了合金熔体和铁锅的腐蚀和溶解,明显提高了铁锅的使用寿命。一般而言,采用本专利保护的合金制备的热浸镀锌铝用铁锅,可以使得铁锅的使用寿命提高到1.5-2.0年左右。这是由于铁埚中的合金元素在热浸镀锌的环境下可以和锌液形成致密的化合物层。这个致密过渡层的出现,可以有效地降低锌液中的锌进一步和铁基的反应扩散。

(3)该合金拥有优异的焊接性能,在采用常用的氩弧焊等手段得到热浸镀锌用铁埚。焊缝密实,并且焊接影响区晶粒为细小的等轴晶。这些微小等轴晶区的出现,可以大大提高热浸镀锌时在高温下液锌的腐蚀和渗漏。在大的对流和工业震动的条件下长时间使用不会发生脱落现象,进一步有效地屏蔽了锌液对铁埚的进一步腐蚀。

(4)该合金在具有极其优异的导热能力。轧制成钢板后,该合金的传热系数为70-80W/m﹒K。而传统碳钢的传热系数一般维持在40-45 W/m﹒K左右。因而该合金用于制备热浸镀锌铝用铁锅后,铁锅的传热性会得到极大的提升,有助于锌液内部温度的均匀性,以及镀层厚度的均匀性。该合金既提高了热浸镀锌铁锅的使用性能,又降低了制造成本,因而具有重要意义。

具体实施方式

实施例1

一种在540-580度使用锌铝合金热浸镀高温生产工艺用铁锅材料。按重量百分比计,合金的组成为K:0.4wt.%,V:0.2wt.%,Mg:1.5wt.%,Cr:8.0wt.%,Co:4.0wt.%,Ge:1.2wt.%,B:0.1wt.%,S:0.2wt.%,余量为铁。该铁合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-2.0wt.%左右。上述锌铝合金热浸镀高温生产工艺用铁锅材料的制备方法,包括如下步骤:将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内,并采用碳化硅坩埚;感应加热到1500-1600度形成合金溶液,并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右;将合金液体在1500-1600度保温静置10分钟后浇铸成所需要的圆锭。将所得的铸锭在800度下进行热轧,每道次的轧下量为10-15%。每两次热轧后中间退火温度为900度,保温1小时。最后将材料轧制成厚度为40-60mm的钢板,热浸镀锌用的铁坩埚可以用这些钢板通过变形和焊接的方式制备而成。热浸镀锌铝合金的工艺为:热浸镀温度为540-580度,热浸镀时间为10-15秒。

本专利申请保护的新型热浸镀锌铝合金铁锅用合金可以在更高的热浸镀温度下,也就是540-580度,显著的提高铁锅的使用寿命。明显的降低在热浸镀锌铝合金中铁锅在合金熔体中的溶解,以及合金熔体和铁锅接触时产生金属间化合物层的生长速度和产物类型。由于从物理交互作用和化学交互作用入手,大大降低了合金熔体和铁锅的腐蚀和溶解,明显提高了铁锅的使用寿命。一般而言,采用本专利保护的合金制备的热浸镀锌铝用铁锅,可以使得铁锅的使用寿命提高到1.5-2.0年左右。这是由于铁埚中的合金元素在热浸镀锌的环境下可以和锌液形成致密的化合物层。这个致密过渡层的出现,可以有效地降低锌液中的锌进一步和铁基的反应扩散。该合金在具有极其优异的导热能力。轧制成钢板后,该合金的传热系数为76W/m﹒K。而传统碳钢的传热系数一般维持在40-45 W/m﹒K左右。因而该合金用于制备热浸镀锌铝用铁锅后,铁锅的传热性会得到极大的提升,有助于锌液内部温度的均匀性,以及镀层厚度的均匀性。该合金既提高了热浸镀锌铁锅的使用性能,又降低了制造成本,因而具有重要意义。

实施例2

一种在540-580度使用锌铝合金热浸镀高温生产工艺用铁锅材料。按重量百分比计,合金的组成为K:0.5wt.%,V:0.3wt.%,Mg:2.8wt.%,Cr:10.0wt.%,Co:6.0wt.%,Ge:1.5wt.%,B:0.3wt.%,S:0.4wt.%,余量为铁。该铁合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-2.0wt.%左右。上述锌铝合金热浸镀高温生产工艺用铁锅材料的制备方法,包括如下步骤:将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内,并采用碳化硅坩埚;感应加热到1500-1600度形成合金溶液,并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右;将合金液体在1500-1600度保温静置10分钟后浇铸成所需要的圆锭。将所得的铸锭在800度下进行热轧,每道次的轧下量为10-15%。每两次热轧后中间退火温度为900度,保温1小时。最后将材料轧制成厚度为40-60mm的钢板,热浸镀锌用的铁坩埚可以用这些钢板通过变形和焊接的方式制备而成。热浸镀锌铝合金的工艺为:热浸镀温度为540-580度,热浸镀时间为10-15秒。

本专利申请保护的新型热浸镀锌铝合金铁锅用合金可以在更高的热浸镀温度下,也就是540-580度,显著的提高铁锅的使用寿命。明显的降低在热浸镀锌铝合金中铁锅在合金熔体中的溶解,以及合金熔体和铁锅接触时产生金属间化合物层的生长速度和产物类型。由于从物理交互作用和化学交互作用入手,大大降低了合金熔体和铁锅的腐蚀和溶解,明显提高了铁锅的使用寿命。一般而言,采用本专利保护的合金制备的热浸镀锌铝用铁锅,可以使得铁锅的使用寿命提高到1.5-2.0年左右。这是由于铁埚中的合金元素在热浸镀锌的环境下可以和锌液形成致密的化合物层。这个致密过渡层的出现,可以有效地降低锌液中的锌进一步和铁基的反应扩散。该合金在具有极其优异的导热能力。轧制成钢板后,该合金的传热系数为72W/m﹒K。而传统碳钢的传热系数一般维持在40-45 W/m﹒K左右。因而该合金用于制备热浸镀锌铝用铁锅后,铁锅的传热性会得到极大的提升,有助于锌液内部温度的均匀性,以及镀层厚度的均匀性。该合金既提高了热浸镀锌铁锅的使用性能,又降低了制造成本,因而具有重要意义。

实施例3

一种在540-580度使用锌铝合金热浸镀高温生产工艺用铁锅材料。按重量百分比计,合金的组成为K:0.4wt.%,V:0.2wt.%,Mg:1.8wt.%,Cr:9.0wt.%,Co:5.0wt.%,Ge:1.4wt.%,B:0.2wt.%,S:0.3wt.%,余量为铁。该铁合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-2.0wt.%左右。上述锌铝合金热浸镀高温生产工艺用铁锅材料的制备方法,包括如下步骤:将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内,并采用碳化硅坩埚;感应加热到1500-1600度形成合金溶液,并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右;将合金液体在1500-1600度保温静置10分钟后浇铸成所需要的圆锭。将所得的铸锭在800度下进行热轧,每道次的轧下量为10-15%。每两次热轧后中间退火温度为900度,保温1小时。最后将材料轧制成厚度为40-60mm的钢板,热浸镀锌用的铁坩埚可以用这些钢板通过变形和焊接的方式制备而成。热浸镀锌铝合金的工艺为:热浸镀温度为540-580度,热浸镀时间为10-15秒。

本专利申请保护的新型热浸镀锌铝合金铁锅用合金可以在更高的热浸镀温度下,也就是540-580度,显著的提高铁锅的使用寿命。明显的降低在热浸镀锌铝合金中铁锅在合金熔体中的溶解,以及合金熔体和铁锅接触时产生金属间化合物层的生长速度和产物类型。由于从物理交互作用和化学交互作用入手,大大降低了合金熔体和铁锅的腐蚀和溶解,明显提高了铁锅的使用寿命。一般而言,采用本专利保护的合金制备的热浸镀锌铝用铁锅,可以使得铁锅的使用寿命提高到1.5-2.0年左右。这是由于铁埚中的合金元素在热浸镀锌的环境下可以和锌液形成致密的化合物层。这个致密过渡层的出现,可以有效地降低锌液中的锌进一步和铁基的反应扩散。该合金在具有极其优异的导热能力。轧制成钢板后,该合金的传热系数为75W/m﹒K。而传统碳钢的传热系数一般维持在40-45 W/m﹒K左右。因而该合金用于制备热浸镀锌铝用铁锅后,铁锅的传热性会得到极大的提升,有助于锌液内部温度的均匀性,以及镀层厚度的均匀性。该合金既提高了热浸镀锌铁锅的使用性能,又降低了制造成本,因而具有重要意义。

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