本发明涉及钢及其制造方法，特别涉及一种耐腐蚀钢板及其制造方法。
背景技术：
金属材料抵抗周围介质腐蚀破坏作用的能力称为耐腐蚀性。由材料的成分、化学性能、组织形态等决定的。钢在腐蚀环境下，一般需要先对钢进行镀膜、涂漆、电防腐等措施。然而镀膜、涂漆和电防腐等有些缺陷无法克服，如有些细微的缺陷会造成局部的腐蚀，局部的腐蚀会快速扩展，造成钢板腐蚀。在钢材中添加cr、cu、ni、p、ni等元素提高钢的耐腐蚀性，但是对于局部腐蚀仍然影响钢的耐腐蚀性能，其一些抗腐蚀性能材料的添加，降低了钢的整体力学性能。
技术实现要素：
发明目的：本发明提供一种耐腐蚀钢板及其制造方法，增加钢板的均匀性、硬度和强度，特别是提高钢板的耐腐蚀性能。
技术方案：本发明所述一种耐腐蚀钢板，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：0.7-1.2％c、0.1-0.2％mn、0.02-0.06％pb、0.02-0.05％si、0.1-0.4％al、0.06-1.2％cr、0.005-0.02％s、0.02-0.4％w、0.05-0.4％v、0.01-0.1％ti、0.05-0.5％cu，余量由fe及不可避免的杂质构成。
c的存在才可对钢铁进行热处理，调节和改变钢铁的力学性能，当c在一定范围时，提高c的含量可以提高钢的硬度和强度，但含量过高，钢的韧性和塑性下降，本发明选用0.7-1.2％c，可以很好的提高钢的硬度和强度，在该范围内，钢的韧性和塑性良好，本发明中的c主要以化合碳的形式存在。
mn在钢中的作用为提高钢的淬透性，起固溶强化作用，增加钢的强度和硬度，但是mn含量过高，则会增加钢的过热敏感性。本发明选用0.1-0.2％mn，提高钢的可锻性，降低钢的热脆性，提高了钢的耐高温性能。
pb作用为降低疲劳强度。但是pb的含量需要进行严格控制，含量过高则会降低钢的冲击韧性，且降低钢的塑性，故本发明经过反复的试验且与其他组分进行配伍，发现pb在0.02-0.06％范围内，可以很好的增加钢的耐疲劳性，且不会造成钢塑性的降低。
si在本发明中主要是作为脱氧剂，并且可以减少晶体的各向异性倾向，增加钢的强度、耐热性和耐磨性，在普通钢铁中，硅的含量通常为0.4％以上，硅的含量不合适则会破坏钢的连续性，且会形成与钢无法相容的颗粒，增加钢材料的磨损，不利实现本发明的目的，故经过反复对比和筛选，本发明采用0.02-0.05％范围内的si。
al在本发明中作为脱氧剂、脱气剂和致密剂，与氧生成al2o3，与n形成aln，生成的aln是细小弥散的分布于钢铁中，提高钢的综合性能，同时，形成的al2o3在进行表面淬火处理后，可以很好的增加钢的耐磨性，但是al含量过高，形成的al2o3则无法很好的与钢融合，减少钢的均一性，影响钢的耐磨性，经过反复筛选，本发明选择0.1-0.4％al。
cr在本发明中增加了钢的淬透性，提高钢的强度、硬度和韧性，提高钢的综合性能，与本发明的c形成化合物，可以很好的增加钢的耐磨性、抗氧化性、耐蚀性，传统的高铬钢作为轴承用主要是利用了cr的此种优良性能，但是cr含量过高，则会出现硬而脆的中间产物，且增加了钢的脆性转变温度，本发明其他组分的加入，不仅可以提高钢的耐磨性，且全面提高了钢的综合性能，最终本发明cr含量为0.06-1.2％。
s通常作为有害成分存在，本发明中添加s的原因为s与组分中的mn形成的mns，少量mns的存在可在不降低钢的硬度条件下，增加钢的塑性，但是s含量过高，增加塑性，但是会破坏钢的连续性，加热时会引起热裂等不良影响，故s的含量需严格控制，本发明选用了0.005-0.02％含量的s。
w增加了钢的回火稳定性、热强性和耐磨性，提高钢在高温时的抗蠕变能力，但是w的含量过高，容易与组分中的c、fe等其他成分形成含量过高的化合物，影响钢的耐磨性，故本发明最终选用了0.02-0.4％w。
v在本发明中主要提高钢的耐磨性和耐高温性能，同时还具有提高钢强度的效果。v与组分中的c形成的化合物对提高钢的硬度和耐磨性效果明显，同时该化合物可以与钢很好的融合，不会因为颗粒弥散造成的钢的不均匀，经过对钢材料的性能测定，最终选用0.05-0.4％v。
ti可以提高刚的强度、硬度、耐腐蚀性和抗磨性等力学性能，本发明选用的ti的含为0.01-0.1％，当ti含量在0.01-0.08％时，ti在钢板中以固溶态存在，可以起固溶强化作用，增加铁的抗腐蚀作用。当ti含量在0.08-0.1％时，ti以化合态在钢中存在，可以增加钢的均匀性，弥散状态分布，可以提高钢局部耐腐蚀。并且ti在此范围内，可以与cu产生协同作用，在少量时，提高钢的耐腐蚀性能。
cu的存在使得钢在腐蚀介质中，形成一层致密的氧化层，减缓或阻抑腐蚀介质继续向内侵蚀，因此cu是常用的提高钢板抗腐蚀性能的添加组分，通常当cu的含量为2-3％时，可以提高钢对硫酸、盐酸的抗腐蚀性和应力腐蚀的稳定性，但是cu的存在会增加钢的力学性能和抗腐蚀性能，本发明在此基础上，利用cu与其他组分进行筛选，降低同的使用量，控制钢种cu的组分在0.05-0.5％范围内，不影响钢的力学性能的条件下，提高钢的抗腐蚀性能。
优选地，耐腐蚀钢板中各组分的质量百分比为：0.8-1.1％c、0.12-0.18％mn、0.03-0.05％pb、0.03-0.05％si、0.1-0.3％al、0.3-1.0％cr、0.01-0.02％s、0.1-0.4％w、0.2-0.4％v、0.03-0.08％ti、0.1-0.3％cu，余量由fe及不可避免的杂质构成。
最优选地，耐腐蚀钢板中各组分的质量百分比为：0.9％c、0.14％mn、0.04％pb、0.04％si、0.2％al、0.5％cr、0.02％s、0.3％w、0.3％v、0.05％ti、0.2％cu，余量由fe及不可避免的杂质构成。
本发明所述的耐腐蚀钢板，在上述成分组成的基础上，还含有0.05-0.2％mo。mo在本发明中，增加了钢板的强度且不降低钢板的韧性和可塑性，且能提高钢板的高温强度和抗腐蚀能力，本发明中mo在此范围内可以与cu起到协同增加钢的耐腐蚀性能，有效地降低了钢板中铜的使用量，且抗腐蚀性能更好。
一种制备耐腐蚀钢板的制造方法，包括以下步骤：(1)熔炼：将fe粉加入到高频感应熔炼炉中融化，待炉内的温度升至1300-1400℃，按以下质量百分比加入0.7-1.2％c、0.1-0.2％mn、0.02-0.06％pb和0.02-0.05％si，保温20-30min，以20℃/s速度继续升温，待温度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.4％al、0.06-1.2％cr、0.005-0.02％s、0.02-0.4％w和0.05-0.4％v、0.01-0.1％ti、0.05-0.5％cu，保温30-40min，得合金液；(2)将合金液转移至精炼炉中，进行脱氧、排渣处理，温度降至1200-1300℃，进行浇铸，用乙炔一氧火焰快速加热钢铁，随后用水冷却进行表面淬火处理，得成品。
进一步地，在制造含有mo的耐腐蚀钢板时，在步骤(1)中待温度升至1550-1650℃后，加入0.05-0.2％mo。
有益效果：本发明所述的耐腐蚀钢板具有优良的耐磨性、硬度和耐高温性能，钢板性能优良，耐腐蚀性能优异。
具体实施方式
一、原料和检测方法
1、原料来源
本发明采用的原料的具体参数如下：
c粉(约1μm)；mn为0.6-1.2mm，购自耒阳大吉锰业有限公司；pb粒度为200-300目，cr粒度为80-325目，w粒度为200目，v粒度为100目、ti粉粒度为150-200目，cu粒度为100目，mo粒度为200-400目，购自北京兴荣源科技有限公司；si粒度为1000目，购自徐州凌云硅业有限公司；其余原料均为市购所得。
2、检测方法
1-2-1硬度测定
参考《gb/t230.1-2009金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法》
1-2-2拉伸试验
参考《gb/t228金属材料拉伸试验室温试验方法》
1-2-3冲击试验
参考《gb/t229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法》
1-2-4耐磨性试验
试样尺寸：4mm×4mm×5mm，磨损面为4mm×4mm。试验所用砂纸为600目氧化铝耐水砂纸，压力为90n，用分析天平测量质量，精度为0.1mg。先将试样进行跑合磨损300转(r)，称量其质量，然后正式磨损1500r，再称一次质量，两次质量之差为磨损失重，试样的相对耐磨性ε为基准试样的磨损量(mg)与该试样磨损量(mg)的比值，ε＝基准试样的磨损量/试样磨损量。
1-2-5耐腐蚀性试验
参考《gb/t10125-2012人造气氛腐蚀试验盐雾试验》，利用醋酸盐雾试验(aass试验)检测钢的耐腐蚀性能，主要方法为在5％氯化钠溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的ph值为3左右，溶液变成酸性，最后形成的盐雾也由中性盐雾变成酸性。经24h后，测定每块样品的质量损失。
二、制造方法
2-1-1将fe粉加入到高频感应熔炼炉中融化，待炉内的温度升至1300-1400℃，按以下质量百分比加入0.7-1.2％c、0.1-0.2％mn、0.02-0.06％pb和0.02-0.05％si，保温20-30min，以20℃/s速度继续升温，待温度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.4％al、0.06-1.2％cr、0.005-0.02％s、0.02-0.4％w和0.05-0.4％v、0.01-0.1％ti、0.05-0.5％cu，保温30-40min，得合金液；(2)将合金液转移至精炼炉中，进行脱氧、排渣处理，温度降至1200-1300℃，进行浇铸，用乙炔一氧火焰快速加热钢铁，随后用水冷却进行表面淬火处理，得成品。
2-1-2将fe粉加入到高频感应熔炼炉中融化，待炉内的温度升至1300-1400℃，按以下质量百分比加入0.7-1.2％c、0.1-0.2％mn、0.02-0.06％pb和0.02-0.05％si，保温20-30min，以20℃/s速度继续升温，待温度升至1550-1650℃后，加入0.1-0.4％al、0.06-1.2％cr、0.005-0.02％s、0.02-0.4％w和0.05-0.4％v、0.01-0.1％ti、0.05-0.5％cu，0.05-0.2％mo，保温30-40min，得合金液；(2)将合金液转移至精炼炉中，进行脱氧、排渣处理，温度降至1200-1300℃，进行浇铸，用乙炔一氧火焰快速加热钢铁，随后用水冷却进行表面淬火处理，得成品。
2-1-3制备的样品浇铸后，不经表面淬火处理直接的成品，其余同2-1-1。
三、样品制备
实施例1：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.7％c、0.1％mn、0.02％pb、0.02％si、0.1％al、0.06％cr、0.005％s、0.02％w、0.05％v、0.01％ti、0.05％cu，余量由fe及不可避免的杂质。
实施例2：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：1.2％c、0.2％mn、0.06％pb、0.05％si、0.4％al、1.2％cr、0.02％s、0.4％w、0.4％v、0.1％ti、0.5％cu，余量由fe及不可避免的杂质。
实施例3：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.7％c、0.1％mn、0.02％pb、0.05％si、0.4％al、1.2％cr、0.02％s、0.4％w、0.4％v、0.1％ti、0.5％cu，余量由fe及不可避免的杂质。
实施例4：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.7％c、0.1％mn、0.02％pb、0.02％si、0.1％al、1.2％cr、0.02％s、0.4％w、0.4％v、0.1％ti、0.5％cu，余量由fe及不可避免的杂质。
实施例5：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.7％c、0.1％mn、0.02％pb、0.02％si、0.1％al、0.06％cr、0.005％s、0.4％w、0.4％v、0.1％ti、0.5％cu，余量由fe及不可避免的杂质。
实施例6：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：1.2％c、0.2％mn、0.06％pb、0.05％si、0.1％al、0.06％cr、0.005％s、0.02％w、0.05％v、0.01％ti、0.05％cu，余量由fe及不可避免的杂质。
实施例7：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.8％c、0.12％mn、0.03％pb、0.03％si、0.1％al、0.3％cr、0.01％s、0.1％w、0.2％v、0.03％ti、0.1％cu，余量由fe及不可避免的杂质。
实施例8：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：1.1％c、0.18％mn、0.05％pb、0.05％si、0.3％al、1.0％cr、0.02％s、0.4％w、0.4％v、0.08％ti、0.3％cu，余量由fe及不可避免的杂质。
实施例9：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.8％c、0.12％mn、0.03％pb、0.05％si、0.3％al、1.0％cr、0.02％s、0.4％w、0.4％v、0.08％ti、0.3％cu，余量由fe及不可避免的杂质。
实施例10：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：1.1％c、0.18％mn、0.05％pb、0.05％si、0.3％al、1.0％cr、0.02％s、0.1％w、0.2％v、0.03％ti、0.1％cu，余量由fe及不可避免的杂质。
实施例11：根据2-1-1方法，制备由以下组分组成的钢板：0.9％c、0.14％mn、0.04％pb、0.04％si、0.2％al、0.5％cr、0.02％s、0.3％w、0.3％v、0.05％ti、0.2％cu，余量由fe及不可避免的杂质。
实施例12：根据2-1-2方法，组分中添加0.05％mo，其余同实施例1。
实施例13：根据2-1-2方法，组分中添加0.2％mo，其余同实施例2。
实施例14：根据2-1-2方法，组分中添加0.1％mo，其余同实施例3。
实施例15：根据2-1-2方法，组分中添加0.2％mo，其余同实施例4。
实施例16：根据2-1-2方法，组分中添加0.15％mo，其余同实施例5。
实施例17：根据2-1-2方法，组分中添加0.15％mo，其余同实施例6。
实施例18：根据2-1-2方法，组分中添加0.05％mo，其余同实施例7。
实施例19：根据2-1-2方法，组分中添加0.15％mo，其余同实施例8。
实施例20：根据2-1-2方法，组分中添加0.2％mo，其余同实施例9。
实施例21：根据2-1-2方法，组分中添加0.05％mo，其余同实施例10。
实施例22：根据2-1-2方法，组分中添加0.1％mo，其余同实施例11。
对比例1：无mn，其余同实施例11。
对比例2：无pb，其余同实施例11。
对比例3：无al，其余同实施例11。
对比例4：无cr，其余同实施例11。
对比例5：无s，其余同实施例11。
对比例6：无w，其余同实施例11。
对比例7：无v，其余同实施例11。
对比例8：无ti，其余同实施例11。
对比例9：无cu，其余同实施例11。
对比例10：用2-1-3方法制备，其余同实施例11.
对比例11：无cu，无ti其余同实施例11。
对比例12：无ti，其余同实施例22。
对比例13：无ti，无cu，其余同实施例22。
四、检测结果
1、对未经腐蚀处理的样品进行的性能测定，测定结果为实施例1-22的硬度(hrc)在58-61，拉伸强度(n/mm2)为520-590范围内，冲击韧性(j/cm2)在67-75范围内，本发明最佳实施例为实施例11与实施例22，因为钢板材料均一，钢板表面形成氧化铝保护膜，本发明钢板的耐磨性无太大差异。
对比例1-13的硬度(hrc)在42-51，拉伸强度(n/mm2)为410-467范围内，冲击韧性(j/cm2)在56-62范围内，对比例的耐磨性能良好，但与实施例相比较差，差异并不明显。
2、对钢板进行腐蚀性试验，经过腐蚀性试验后的样品再次进行硬度、拉伸强度和冲击韧性和相对耐磨性的测定，实施例1-10的性能与实施例11制备样品的性能相同，实施例12-21制备样品的性能与实施例22制备样品的性能形同，故本发明给出了实施例11与实施例22的具体数据，结果见表1。
表1样品耐腐蚀性能测定及经腐蚀处理后性能结果
由表1可以看出，在经过腐蚀性试验后，对比例的钢板的性能下降明显，主要是因为对金属的局部腐蚀将大幅度降低钢板的力学性能，而本发明制备的钢板表面均一，且各组分之间具有协同作用，抵抗外界的腐蚀作用，经腐蚀处理后，仍具有优良性能。