[发明专利]一种耐腐蚀复合型材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合型材，特别是涉及一种耐大气、土壤或其他介质腐蚀的复合型材及其制备方法。

背景技术

腐蚀是金属材料在服役过程中常见的失效形式之一。据统计，全球由于每年全世界腐蚀报废的金属达三亿吨以上，占年产量的20％。发达国家每年因腐蚀造成的经济损失约占其国民生产总值的2％-4％，其中，美国每年因腐蚀要多消耗3.4％的能源。在我国，每年因腐蚀造成的经济损失至少达千亿元以上。

对于钢铁材料而言，虽然其由于较高的比强度、较好的综合性能及其相对低廉的成本，目前仍然是世界上产量最大的结构材料，但是由于其在大气、土壤或水及其他介质中的腐蚀问题，钢铁材料的防护、维护、更换和失效是所面临的重要课题。研制和生产各类不锈钢是解决结构材料和耐蚀性的重要手段。然而，不锈钢的高昂的成本限制了不锈钢的大规模应用。尤其是我国镍、铬等金属资源非常匮乏，不锈钢的材料成本显著上涨，因此，寻找价格相对较低而又兼具强韧综合性能及耐蚀性的材料成为当前的重要课题。

通常，为了改善普通的碳素钢、低合金钢、微合金钢等材料的耐蚀性，需要进行成分微调。例如，在公开号为CN101139683A(耐大气腐蚀钢)和CN101503782A(高强度耐大气腐蚀钢及其生产)的中国发明专利申请中，均是通过在普通低合金钢的基础上，添加少量的耐蚀元素，如Cu、P、Cr等，使得材料耐蚀性成倍地增加。然而，在一些更为恶劣的腐蚀环境(例如，腐蚀性土壤或潮湿大气)或要求更长的耐蚀寿命(例如，要求服役五十年以上)的情况下，这一类改良型耐腐蚀低合金钢材料就无法完全满足耐蚀性能的要求。

例如，电力系统接地的目的是提供故障电流及雷电流的泄流通道，稳定电位，并且提供零电位参考点及降低绝缘水平。由于铜具有良好的耐蚀性和导电性，因此铜成为接地材料的首选。然而，铜材的资源有限，价格昂贵。不锈钢虽然具有不错的耐蚀性，但其导电性能远低于铜，且价格仍不具有明显优势。我国大部分地区的变电所仍然使用镀锌扁钢作为接地材料，但几十年的实践证明镀锌钢并不是解决接地装置腐蚀问题的最好选择。随着镀锌钢接地装置腐蚀问题的不断暴露，每年需投入大量资金和人力改造镀锌钢接地装置。在另一些场合下，如恶劣气候下的角钢与船用球扁钢以及海洋大气环境使用的平台高强H型钢，也对强韧力学性能、耐蚀性、综合成本乃至某些物理性能(如导电性)提出了更高的要求。

因此，目前的耐腐蚀材料无法满足腐蚀环境更为恶劣或要求更长耐腐蚀寿命时对材料的耐蚀性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现高耐蚀、高强韧性及低成本等综合目标的耐腐蚀材料。

根据本发明的一方面，提供了一种耐腐蚀复合型材，所述耐腐蚀复合型材可以由内部材料、附于内部材料的外表面的外部包覆层以及介于内部材料和外部包覆层之间的化学过渡区构成，其中，内部材料为碳素钢材料、低合金钢材料或微合金钢材料，外部包覆层为不锈钢覆层，所述化学过渡区为内部材料和外部包覆层相互间的元素扩散过渡区域。

根据本发明的示例性实施例，所述耐腐蚀复合型材的截面形状可以为圆形、工字型、H型、槽型、直角状和球扁状中的一种。

根据本发明的示例性实施例，外部包覆层的厚度可以在0.2mm至5mm的范围内，化学过渡区的厚度可以在3μm至80μm的范围内。

根据本发明的示例性实施例，不锈钢覆层的材料可以为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢或双相不锈钢。

根据本发明的另一方面，一种耐腐蚀复合型材的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：准备原材料，其中，分别选取型钢钢坯和不锈钢材料用作复合型材的内部材料和外部包覆层；加工原材料，其中，对型钢钢坯进行机械加工以去除表面氧化铁皮，使得型钢钢坯的表面光洁度Ra为1.6μm～6.3μm；对原材料进行去污、除锈和活化，其中，去除附着在型钢钢坯上的油污，然后采用适合的溶液分别对型钢钢坯和不锈钢材料进行除锈处理和活化处理；将经过处理的型钢钢坯和不锈钢材料进行装配，然后将型钢钢坯与不锈钢材料的两端用不锈钢焊条封闭，使型钢钢坯与不锈钢材料之间的缝隙中的空气与外部隔绝，以得到用于孔型轧制的复合坯料；根据最终产品的截面形状选择孔型轧制设备，并利用所选择的孔型轧制设备对复合坯料进行轧制，轧后空冷或穿水冷却，从而得到具有耐腐蚀复合型材。

根据本发明的示例性实施例，型钢钢坯的有效直径或边长可以不大于250mm，型钢钢坯可以是连铸钢坯或者是连铸钢坯或模铸钢锭经锻造或轧制加工后的中间坯。