Стальной лист с защитным покрытием

 

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к защитному антикоррозионному покрытию стали. Технический результат заключается в удешевлении листовой углеродистой стали с защитным покрытием за счет снижения производственных затрат и применения более дешевого материала покрытия. Стальной лист содержит основу из углеродистой стали и нанесенное на обе ее поверхности равномерное по толщине покрытие из материала, отличного от стали. Основа выполнена толщиной 2-10 мм из стали, содержащей 0,1-0,3% углерода. Покрытие выполнено из чугуна, углерод которого находится в виде цементита. Толщина защитного покрытия на каждой поверхности основы составляет 8-10% ее толщины.

Предлагаемое изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при создании защитных покрытий на поверхности стальных изделий.

Основной метод борьбы с коррозией металлов (в т.ч. - сталей) - это изоляция их от агрессивной среды с помощью различных покрытий, т.е. металл покрывают другим коррозионно-стойким металлом или сплавом. Применяют также защитные покрытия, основанные на химическом изменении поверхности металла, например, диффузионное насыщение кремнием, хромом, алюминием, азотом и т.д.

Защитные покрытия стали регламентируются ГОСТ 9.303-84; в этих покрытиях обычно используются дорогие и вредные для экологии легирующие материалы (например, олово, свинец и цинк). Технологии создания (нанесения) таких покрытий сложны и описаны, например, в справочнике под ред. В.И.Зюзина и А.В.Третьякова “Технология прокатного производства”, кн. 2, М.: “Металлургия”, 1991, с.704-733.

Известна коррозионно-стойкая мартенситная сталь, дополнительно содержащая титан, ванадий, алюминий и кремний при определенном соотношении этих компонентов (см. а.с. СССР №969777, кл. С 22 С 38/28, опубл. 30.10.82 г.). Известна также полосовая (листовая) сталь, на поверхность которой нанесено электролитическое покрытие из железомарганцевого сплава с содержанием 5-30% Fe (см. япон. заявку №2159934, кл. С 25 D 5/26, опубл. 19.06.90 г.).

Недостатком известных листовых сталей с защитным покрытием является достаточная сложность технологии его нанесения и требуемого для этого оборудования, что повышает трудозатраты на производство таких сталей, удорожая их стоимость.

Наиболее близким к заявляемому объекту является стальной оцинкованный лист, регламентируемый ГОСТом 14918 “Прокат тонколистовой горячеоцинкованный. Технические условия”, М.: Госстандарт, 1987.

Этот лист содержит основу из углеродистой стали и нанесенное на обе ее поверхности равномерное по толщине покрытие из цинка и характеризуется тем, что содержание углерода в основе не превышает 0,13%, а ее толщина находится в пределах 0,4-2,0 мм.

Недостатком известного стального листа с цинковым покрытием является достаточная сложность технологии и оборудования для его производства, а также дороговизна покрытия (цинка).

Кроме того, согласно упомянутому ГОСТу, в качестве заготовки (основы) для цинкования используется только ст.08 (кп, пс, сп, 08Ю) с невысокими прочностными свойствами (предел прочности в менее 350 МПа) и с толщиной не более 2 мм, что делает ее непригодной для применения в ответственных случаях (например, в качестве различных несущих покрытий, корпусов машин и механизмов).

Технической задачей настоящего изобретения является удешевление листовой углеродистой стали с защитным покрытием за счет снижения производственных затрат и применения более дешевого материала покрытия.

Для решения этой задачи у стального листа, содержащего основу из углеродистой стали и нанесенное на обе ее поверхности равномерное по толщине покрытие из материала, отличного от стали, основа выполнена толщиной 2-10 мм из стали, содержащей 0,1-0,3% углерода, а покрытие выполнено из чугуна, углерод которого находится в виде цементита, при этом толщина защитного покрытия на каждой поверхности основы составляет 8-10% ее толщины.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что защитные свойства чугуна по отношению к агрессивной среде выше, чем у стали. Например, у аустенитного чугуна они выше, в среднем, в пять раз (см. справочник А.Д.Шермана “Чугун”. М.: “Металлургия”, 1991, с. 98-99). Кроме того, при относительно малой толщине чугунного покрытия на стальной основе, это покрытие получает пластические свойства, отличные от чугуна.

Защитное покрытие стального листа, имеющее структуру, описанную выше, может быть получено различными методами: термодиффузионным насыщением углеродом, плазменным напылением, электроэрозионной обработкой, наплавкой и др. В частности, можно нагревать поверхность листа в контакте с графитовым электродом токами промышленной частоты до определенных температур, при которых графит науглероживает сталь (ее поверхность) до чугуна (например, белого), который плавится и диффундирует в глубь стального листа, а затем с достаточно большой скоростью охладить лист, получив на поверхности листа тонкое чугунное покрытие.

Реализация технологии получения заявляемого листа с защитным покрытием не требует сложного и дорогостоящего оборудования, которое необходимо, например для оцинкования полосовой стали, а сам процесс покрытия является экологически чистым.

Предлагаемый стальной лист был изготовлен в Центральной лаборатории контроля (ЦЛК) ОАО “Магнитогорский металлургический комбинат”. С этой целью на образцы стальных листов с различным содержанием углерода и разной толщины наносили защитные покрытия также разной толщины из чугуна, весь углерод которого находился в виде цементита (это определялось последующими металлографическими исследованиями покрытия). Плавление поверхности образцов осуществляли угольным электродом посредством электрической дуги. После отключения тока и быстрого охлаждения образцов происходила кристаллизация металла поверхностного слоя, который и приобретал вышеназванную структуру.

Полученные образцы с покрытием испытывали также на коррозионную стойкость, помещая их в емкость с водой и устанавливая при этом на границе раздела жидкости и воздуха. Пластические свойства покрытия оценивались при изгибе образцов.

Наилучшие результаты (достаточно прочное сцепление покрытия с основой и отсутствие отслоений; отсутствие следов коррозии после двухмесячной экспозиции в воде) получены для образцов предлагаемого стального листа.

Образцы толщиной S более 10 мм не испытывались по техническим причинам, а на образцах толщиной S менее 2 мм наблюдались отслоения, в особенности, при их загибе. При содержании в стальной основе менее 0,1% углерода наблюдалось ухудшение сцепления покрытия со сталью, а при содержании углерода более 0,3% - образцы не выдерживали загиб на 90 по радиусу R=(10-14)S (появлялись трещины на покрытии). Изменение толщины защитного покрытия: ухудшение антикоррозионных свойств при меньше 0,08 S и трещинообразование при изгибе для больше 0,1 S. При наличии в чугуне углерода, не связанного с железом в виде Fе3С (цементита), ухудшалось качество сцепления покрытия с основой.

Таким образом, опыты подтвердили приемлемость найденного технического решения для получения надежного антикоррозионного покрытия стального листа.

Технико-экономические исследования, проведенные в ЦЛК ОАО “ММК” показали, что затраты на производство предлагаемого стального листа с защитным покрытием будут меньше, чем для производства оцинкованной стали, ориентировочно в два-три раза, не считая капитальных затрат на технологическое оборудование (в нашем случае они будут меньше в десятки раз) и затрат, связанных с нейтрализацией вредных отходов, неизбежных при горячем оцинковании.

Пример конкретного выполнения

Стальной лист толщиной S, равной 6 мм, выполнен из углеродистой стали с содержанием углерода 0,2%.

На обеих поверхностях листа нанесено защитное покрытие из чугуна, не содержащего графит и в котором весь углерод находится в виде цементита.

Толщина покрытия =0,09, S=0,096=0,54 мм (с каждой стороны листа).

Лист выдерживает холодный загиб на 90 по радиусу R=12, S=126=72 мм без появления трещин на покрытии и его отслоений от основы.

Формула изобретения

Стальной лист с защитным покрытием, содержащий основу из углеродистой стали и нанесенное на обе ее поверхности равномерное по толщине покрытие из материала, отличного от стали, отличающийся тем, что основа выполнена толщиной 2-10 мм из стали, содержащей 0,1-0,3% углерода, а покрытие выполнено из чугуна, углерод которого находится в виде цементита, при этом толщина защитного покрытия на каждой поверхности основы составляет 8-10% от ее толщины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нанесения защитно-декоративных покрытий на изделия, изготовленные из алюминиевых сплавов в атмосфере химически активных газов, и может быть использовано на деталях, работающих в приборостроении и электронной промышленности

Изобретение относится к конструктивным элементам для каналов горячих газов, в частности лопаткам турбин, жарозащитным экранам и т.д., содержащим металлическое основание из сверхсплава на основе никеля, кобальта или железа

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам, используемым для нанесения покрытий на изделия из металлов и сплавов, например жаропрочных сплавов, наносимых на лопатки турбин газотурбинных двигателей или стационарных газовых турбин

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении экструзионных прессов непрерывного действия, предназначенных для получения изделий с полостями из пластичных смесей
Изобретение относится к стальному листу, в частности из нержавеющей стали, пригодному для изготовления отводящего элемента

Изобретение относится к области нанесения антипригарных, антиадгезионных, антикоррозионных покрытий и может быть использовано при производстве хлебобулочных, кондитерских и других изделий перерабатывающей промышленности

Изобретение относится к способам направленной модификации поверхностных свойств различных изделий и, в частности, к износостойким покрытиям преимущественно для изделий в виде режущего и штампового инструмента, а также пар трения, которые могут быть синтезированы ионно-плазменными методами

Изобретение относится к способам получения наноструктурных материалов, позволяющих использовать их при нанесении наноструктурного покрытия в стандартных установках термического напыления
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления плоских биметаллических заготовок широкого размерного сортамента по толщине и соотношению толщин слоев

Изобретение относится к технологии получения изделий из специальных материалов с повышенными теплозащитными свойствами с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при изготовлении теплообменной аппаратуры, электроэнергетических установок и т.п

Изобретение относится к слоистым композиционным материалам, а именно к слоистому композиционному материалу для антифрикционных конструкционных элементов

Изобретение относится к получению многослойных материалов, работающих в условиях температурных перепадов, которые могут быть использованы для изготовления стенок теплообменников, стенок камеры сгорания и сопла ракетного двигателя, стенок охлаждаемых лопаток турбин и др

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в авиа- и транспортном машиностроении, приборостроении, в строительной индустрии

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления жаропрочных изделий, работающих при температурах до 1200°С, в частности для изготовления камер сгорания и сопл реактивных ракетных двигателей

Изобретение относится к технологии полимеров и касается разработки слоистого декоративного материала, который может найти применение для декорирования поверхностей различной природы, таких как стекло, дерево, металл, бумага, пластмасса

Изобретение относится к получению антифрикционных материалов, которые используются в подшипниках скольжения
Наверх