стальной лист с защитным покрытием

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.

Описание изобретения к патенту

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.