一种高强度防腐蚀管道钢构件及其制备方法与流程

1.本发明涉及钢材料技术领域，具体为一种高强度防腐蚀管道钢构件及其制备方法。


背景技术：

2.钢构件是指用钢板、角钢、槽钢、工字钢、焊接或热轧h型钢冷弯或焊接通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的钢结构组合构件。
3.钢构件体系具有自重轻、工厂化制造、安装快捷、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势，常用作管道运输。然而在日常使用过程中管道钢构件的强度较低，且受到外界环境的影响，管道钢构件极易受日晒、雨水等的侵蚀，为此，为了保证管道钢构件的使用寿命，必须使管道钢构件具有优良的耐腐蚀性和强度。
4.本发明关注到这一问题，通过制备一种高强度防腐蚀管道钢构件来解决这一问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高强度防腐蚀管道钢构件，由内及外依次包括管道钢构件基层、防腐蚀层；所述高强度防腐蚀管道钢构件是先对管道钢构件基层进行升温预处理，得到预处理的管道钢构件基层；再使用张力器对预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在预处理的管道钢构件基层外表面涂覆一层防腐材料，在含氮气体氛围下继续升温、冷却得到。
6.进一步的，所述管道钢构件基层按质量分数计包括以下成分：0.09～0.11％c、11～14％cr、0.4～1％si、0～0.03％s、0～0.03％p、0.03～0.08％ti、其余为fe。
7.进一步的，所述防腐材料按质量份数计包括以下组分：30～50份硼酸铵、100～200份聚丙烯腈、40～60份草酸铝、4～8份多聚钒酸铵。
8.进一步的，所述含氮气体包括氮气、氨气中至少一种。
9.进一步的，一种高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，包括以下制备步骤：
10.(1)将管道钢构件基层置于热处理炉中，抽真空至10～20pa，随后以95～105℃/h的速度升温至760～860℃，随后以2～3m3/min通入氮气30～60min，保温4～6h，得到预处理的管道钢构件基层；
11.(2)使用张力器对步骤(1)制得的预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在涂覆预处理的管道钢构件基层表面涂覆的防腐材料，得到防腐蚀管道钢构件；
12.(3)在氮气保护条件下，将步骤(2)得到的防腐蚀管道钢构件放入加热炉升温至1300～1500℃，同步升压至0.1～0.3mpa，保温2～4h，将炉内的温度通过风冷的方式以15～25℃/h的速度冷却至560～600℃，保温1～3h，继续通过风冷的方式以75～85℃/h的速度冷却至380～400℃，保温1～3h，随后自然冷却到常温并出炉，得到高强度防腐蚀管道钢构件。
13.进一步的，步骤(1)所述抽真空的真空度为1mba。
14.进一步的，步骤(2)所述张力器施加的的张力为1～3kg/mm。
15.进一步的，步骤(2)所述防腐材料涂覆的厚度为0.3～0.5mm。
16.进一步的，步骤(2)所述防腐材料的制备方法如下：先将100～200质量份聚丙烯腈加入到密炼机中熔融混炼，观察聚丙烯腈充分混合熔融后，再加入30～50质量份硼酸铵、40～60质量份草酸铝、4～8质量份多聚钒酸铵，继续混炼5～10min，熔融备用，得到防腐材料。
17.进一步的，所述混炼温度为130～140℃。
18.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
19.本发明制备的高强度防腐蚀管道钢构件，由内及外包括管道钢构件基层、防腐蚀层；先对管道钢构件基层进行升温预处理，得到预处理的管道钢构件基层；再使用张力器对预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在预处理的管道钢构件基层外表面涂覆一层防腐材料，继续升温，得到高强度防腐蚀管道钢构件；其中，管道钢构件基层的成分及其质量分数包括0.09～0.11％c、11～14％cr、0.4～1％si、0～0.03％s、0～0.03％p、0.03～0.08％ti、其余为fe；所述防腐材料包括硼酸铵、聚丙烯腈、草酸铝、多聚钒酸铵。
20.先在氮气保护环境下，升温至760～800℃进行保温，使渗碳体充分且均匀地溶于奥氏体中，形成单一且均匀的奥氏体组织，再使用张力器施加张力，在管道钢构件基层中形成均匀地裂缝及晶体缺陷，防腐材料通过裂缝及晶体缺陷均匀地扩散至管道钢构件基层中，同时，防腐材料中的草酸铝受热分解，形成氧化铝和大量二氧化碳逸出，形成大量气孔，含氮气体通过气孔进入管道钢构件基层和防腐材料，与管道钢构件基层中的钛、铁共同反应，且防腐材料中的聚丙烯腈、硼酸铵、多聚钒酸铵碳化分解，在管道钢构件基层中形成大量vn、氮化钛，促进了铁素体形核，并对管道钢构件基层中晶粒进行钉扎，从而达到细化晶粒的效果，进而增强了高强度防腐蚀管道钢构件的强度；防腐材料中的硼酸铵分解，在管道钢构件基层表面形成致密的氮化硼与氮化铝复合层，增强了高强度防腐蚀管道钢构件的耐腐蚀性能。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在将以下实施例中制得的高强度防腐蚀管道钢构件的各指标测试方法如下：
23.强度：取相同质量实施例和对比例制备的高强度防腐蚀管道钢构件，按照gb/t228测试拉伸强度。
24.耐腐蚀性：取相同质量实施例和对比例制备的高强度防腐蚀管道钢构件，浸入ph为12的氢氧化钠溶液和ph为2的硝酸中，各浸泡30天后取出，测试高强度防腐蚀管道钢构件的腐蚀深度。
25.实施例1
26.一种高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，包括以下制备步骤：
27.(1)将管道钢构件基层置于热处理炉中，抽真空至真空度为1mba，随后以95℃/h的速度升温至760℃，随后以2m3/min通入氮气30min，保温4h，得到预处理的管道钢构件基层；
28.(2)使用张力器以1kg/mm对步骤(1)制得的预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在涂覆预处理的管道钢构件基层表面涂覆厚度为0.3mm的防腐材料，得到防腐蚀管道钢构件；
29.(3)在氮气保护条件下，将步骤(2)得到的防腐蚀管道钢构件放入加热炉升温至1300r/min，同步升压至0.1mpa，保温2h，将炉内的温度通过风冷的方式以15℃/h的速度冷却至560℃，保温1h，继续通过风冷的方式以75℃/h的速度冷却至380℃，保温1h，随后自然冷却到常温并出炉，得到高强度防腐蚀管道钢构件。
30.步骤(2)所述防腐材料的制备方法如下：先将100质量份聚丙烯腈加入到密炼机中熔融混炼，观察聚丙烯腈充分混合熔融后，再加入30质量份硼酸铵、40质量份草酸铝、4质量份多聚钒酸铵，继续混炼5min，熔融备用，得到防腐材料。
31.步骤(1)所述管道钢构件基层按质量分数计包括以下成分：0.09％c、11％cr、0.4％si、0.01％s、0.01％p、0.03％ti、其余为fe。
32.实施例2
33.一种高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，包括以下制备步骤：
34.(1)将管道钢构件基层置于热处理炉中，抽真空至真空度为1mba，随后以100℃/h的速度升温至800℃，随后以2.5m3/min通入氮气45min，保温5h，得到预处理的管道钢构件基层；
35.(2)使用张力器以2kg/mm对步骤(1)制得的预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在涂覆预处理的管道钢构件基层表面涂覆厚度为0.4mm的防腐材料，得到防腐蚀管道钢构件；
36.(3)在氮气保护条件下，将步骤(2)得到的防腐蚀管道钢构件放入加热炉升温至1400r/min，同步升压至0.2mpa，保温3h，将炉内的温度通过风冷的方式以20℃/h的速度冷却至580℃，保温2h，继续通过风冷的方式以80℃/h的速度冷却至390℃，保温2h，随后自然冷却到常温并出炉，得到高强度防腐蚀管道钢构件。
37.步骤(2)所述防腐材料的制备方法如下：先将150质量份聚丙烯腈加入到密炼机中熔融混炼，观察聚丙烯腈充分混合熔融后，再加入40质量份硼酸铵、50质量份草酸铝、6质量份多聚钒酸铵，继续混炼7min，熔融备用，得到防腐材料。
38.步骤(1)所述管道钢构件基层按质量分数计包括以下成分：0.1％c、13％cr、0.7％si、0.02％s、0.02％p、0.05％ti、其余为fe。
39.实施例3
40.一种高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，包括以下制备步骤：
41.(1)将管道钢构件基层置于热处理炉中，抽真空至真空度为1mba，随后以105℃/h的速度升温至860℃，随后以3m3/min通入氮气60min，保温6h，得到预处理的管道钢构件基层；
42.(2)使用张力器以3kg/mm对步骤(1)制得的预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在涂覆预处理的管道钢构件基层表面涂覆厚度为0.5mm的防腐材料，得到防腐蚀管道钢构件；
43.(3)在氮气保护条件下，将步骤(2)得到的防腐蚀管道钢构件放入加热炉升温至1500r/min，同步升压至0.3mpa，保温4h，将炉内的温度通过风冷的方式以25℃/h的速度冷却至600℃，保温3h，继续通过风冷的方式以85℃/h的速度冷却至400℃，保温3h，随后自然冷却到常温并出炉，得到高强度防腐蚀管道钢构件。
44.步骤(2)所述防腐材料的制备方法如下：先将200质量份聚丙烯腈加入到密炼机中熔融混炼，观察聚丙烯腈充分混合熔融后，再加入50质量份硼酸铵、60质量份草酸铝、8质量份多聚钒酸铵，继续混炼10min，熔融备用，得到防腐材料。
45.步骤(1)所述管道钢构件基层按质量分数计包括以下成分：0.11％c、14％cr、0.4～1％si、0.03％s、0.03％p、0.08％ti、其余为fe。
46.对比例1
47.一种高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，包括以下制备步骤：
48.(1)将管道钢构件基层置于热处理炉中，抽真空至真空度为1mba，随后以100℃/h的速度升温至800℃，随后以2.5m3/min通入氮气45min，保温5h，得到预处理的管道钢构件基层；
49.(2)在涂覆预处理的管道钢构件基层表面涂覆厚度为0.4mm的防腐材料，得到防腐蚀管道钢构件；
50.(3)在氮气保护条件下，将步骤(2)得到的防腐蚀管道钢构件放入加热炉升温至1400r/min，同步升压至0.2mpa，保温3h，将炉内的温度通过风冷的方式以20℃/h的速度冷却至580℃，保温2h，继续通过风冷的方式以80℃/h的速度冷却至390℃，保温2h，随后自然冷却到常温并出炉，得到高强度防腐蚀管道钢构件。
51.步骤(2)所述防腐材料的制备方法如下：先将150质量份聚丙烯腈加入到密炼机中熔融混炼，观察聚丙烯腈充分混合熔融后，再加入40质量份硼酸铵、50质量份草酸铝、6质量份多聚钒酸铵，继续混炼7min，熔融备用，得到防腐材料。
52.步骤(1)所述管道钢构件基层按质量分数计包括以下成分：0.1％c、13％cr、0.7％si、0.02％s、0.02％p、0.05％ti、其余为fe。
53.对比例2
54.一种高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，包括以下制备步骤：
55.(1)将管道钢构件基层置于热处理炉中，抽真空至真空度为1mba，随后以100℃/h的速度升温至800℃，随后以2.5m3/min通入氮气45min，保温5h，得到预处理的管道钢构件基层；
56.(2)使用张力器以2kg/mm对步骤(1)制得的预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在涂覆预处理的管道钢构件基层表面涂覆厚度为0.4mm的防腐材料，得到防腐蚀管道钢构件；
57.(3)在氮气保护条件下，将步骤(2)得到的防腐蚀管道钢构件放入加热炉升温至1400r/min，同步升压至0.2mpa，保温3h，将炉内的温度通过风冷的方式以20℃/h的速度冷却至580℃，保温2h，继续通过风冷的方式以80℃/h的速度冷却至390℃，保温2h，随后自然冷却到常温并出炉，得到高强度防腐蚀管道钢构件。
58.步骤(2)所述防腐材料的制备方法如下：先将150质量份聚丙烯腈加入到密炼机中熔融混炼，观察聚丙烯腈充分混合熔融后，再加入40质量份硼酸铵、50质量份草酸铝、6质量
份多聚钒酸铵，继续混炼7min，熔融备用，得到防腐材料。
59.步骤(1)所述管道钢构件基层按质量分数计包括以下成分：0.2％c、11％cr、0.5％si、0.02％s、0.02％p、其余为fe。
60.对比例3
61.一种高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，包括以下制备步骤：
62.(1)将管道钢构件基层置于热处理炉中，抽真空至真空度为1mba，随后以100℃/h的速度升温至800℃，随后以2.5m3/min通入氮气45min，保温5h，得到预处理的管道钢构件基层；
63.(2)使用张力器以2kg/mm对步骤(1)制得的预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在涂覆预处理的管道钢构件基层表面涂覆厚度为0.4mm的防腐材料，得到防腐蚀管道钢构件；
64.(3)在氮气保护条件下，将步骤(2)得到的防腐蚀管道钢构件放入加热炉升温至1400r/min，同步升压至0.2mpa，保温3h，将炉内的温度通过风冷的方式以20℃/h的速度冷却至580℃，保温2h，继续通过风冷的方式以80℃/h的速度冷却至390℃，保温2h，随后自然冷却到常温并出炉，得到高强度防腐蚀管道钢构件。
65.步骤(2)所述防腐材料的制备方法如下：先将150质量份聚丙烯腈加入到密炼机中熔融混炼，观察聚丙烯腈充分混合熔融后，再加入50质量份草酸铝、6质量份多聚钒酸铵，继续混炼7min，熔融备用，得到防腐材料。
66.步骤(1)所述管道钢构件基层按质量分数计包括以下成分：0.1％c、13％cr、0.7％si、0.02％s、0.02％p、0.05％ti、其余为fe。
67.对比例4
68.一种高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，包括以下制备步骤：
69.(1)将管道钢构件基层置于热处理炉中，抽真空至真空度为1mba，随后以100℃/h的速度升温至800℃，随后以2.5m3/min通入氮气45min，保温5h，得到预处理的管道钢构件基层；
70.(2)使用张力器以2kg/mm对步骤(1)制得的预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在涂覆预处理的管道钢构件基层表面涂覆厚度为0.4mm的防腐材料，得到防腐蚀管道钢构件；
71.(3)在氮气保护条件下，将步骤(2)得到的防腐蚀管道钢构件放入加热炉升温至1400r/min，同步升压至0.2mpa，保温3h，将炉内的温度通过风冷的方式以20℃/h的速度冷却至580℃，保温2h，继续通过风冷的方式以80℃/h的速度冷却至390℃，保温2h，随后自然冷却到常温并出炉，得到高强度防腐蚀管道钢构件。
72.步骤(2)所述防腐材料的制备方法如下：先将150质量份聚丙烯腈加入到密炼机中熔融混炼，观察聚丙烯腈充分混合熔融后，再加入40质量份硼酸铵、6质量份多聚钒酸铵，继续混炼7min，熔融备用，得到防腐材料。
73.步骤(1)所述管道钢构件基层按质量分数计包括以下成分：0.1％c、13％cr、0.7％si、0.02％s、0.02％p、0.05％ti、其余为fe。
74.对比例5
75.一种高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，包括以下制备步骤：
76.(1)将管道钢构件基层置于热处理炉中，抽真空至真空度为1mba，随后以100℃/h的速度升温至800℃，随后以2.5m3/min通入氮气45min，保温5h，得到预处理的管道钢构件基层；
77.(2)使用张力器以2kg/mm对步骤(1)制得的预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在涂覆预处理的管道钢构件基层表面涂覆厚度为0.4mm的防腐材料，得到防腐蚀管道钢构件；
78.(3)在氮气保护条件下，将步骤(2)得到的防腐蚀管道钢构件放入加热炉升温至1400r/min，同步升压至0.2mpa，保温3h，将炉内的温度通过风冷的方式以20℃/h的速度冷却至580℃，保温2h，继续通过风冷的方式以80℃/h的速度冷却至390℃，保温2h，随后自然冷却到常温并出炉，得到高强度防腐蚀管道钢构件。
79.步骤(2)所述防腐材料的制备方法如下：先将150质量份聚丙烯腈加入到密炼机中熔融混炼，观察聚丙烯腈充分混合熔融后，再加入40质量份硼酸铵、50质量份草酸铝，继续混炼7min，熔融备用，得到防腐材料。
80.步骤(1)所述管道钢构件基层按质量分数计包括以下成分：0.1％c、13％cr、0.7％si、0.02％s、0.02％p、0.05％ti、其余为fe。
81.效果例
82.下表1给出了采用本发明实施例1至3与对比例1至5制得的高强度防腐蚀管道钢构件的强度、耐腐蚀性的分析结果。
83.表1
[0084][0085][0086]
从表1中可发现实施例1、2、3制得的高强度防腐蚀管道钢构件的强度较高、耐腐蚀性较好；从实施例1、2、3和对比例1的实验数据比较可发现，先使用张力器对预处理的管道钢构件基层施加张力，再在预处理的管道钢构件基层外表面涂覆一层防腐材料制备高强度防腐蚀管道钢构件，制得的高强度防腐蚀管道钢构件的强度较高；从实施例1、2、3和对比例2的实验数据可发现，使用成分及其质量分数包括0.09～0.11％c、11～14％cr、0.4～1％si、0～0.03％s、0～0.03％p、0.03～0.08％ti、其余为fe的管道钢构件基层制备高强度防腐蚀管道钢构件，制得的高强度防腐蚀管道钢构件的强度较高；从实施例1、2、3和对比例3的实验数据可发现，使用硼酸铵制备高强度防腐蚀管道钢构件，制得的高强度防腐蚀管道钢构件的强度较高、耐腐蚀性较好；从实施例1、2、3和对比例4的实验数据可发现，使用草酸铝制备高强度防腐蚀管道钢构件，制得的高强度防腐蚀管道钢构件的强度较高、耐腐蚀性较好；从实施例1、2、3和对比例5的实验数据可发现，使用多聚钒酸铵制备高强度防腐蚀管
道钢构件，制得的高强度防腐蚀管道钢构件的强度较高。
[0087]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种高强度防腐蚀管道钢构件，其特征在于，由内及外依次包括管道钢构件基层、防腐蚀层；所述高强度防腐蚀管道钢构件是先对管道钢构件基层进行升温预处理，得到预处理的管道钢构件基层；再使用张力器对预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在预处理的管道钢构件基层外表面涂覆一层防腐材料，在含氮气体氛围下继续升温、冷却得到。2.根据权利要求1所述的高强度防腐蚀管道钢构件，其特征在于，所述管道钢构件基层按质量分数计包括以下成分：0.09～0.11％c、11～14％cr、0.4～1％si、0～0.03％s、0～0.03％p、0.03～0.08％ti、其余为fe。3.根据权利要求1所述的高强度防腐蚀管道钢构件，其特征在于，所述防腐材料按质量份数计包括以下组分：30～50份硼酸铵、100～200份聚丙烯腈、40～60份草酸铝、4～8份多聚钒酸铵。4.根据权利要求1所述的高强度防腐蚀管道钢构件，其特征在于，所述含氮气体包括氮气、氨气中至少一种。5.一种高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：(1)将管道钢构件基层置于热处理炉中，抽真空至10～20pa，随后以95～105℃/h的速度升温至760～860℃，随后以2～3m3/min通入氮气30～60min，保温4～6h，得到预处理的管道钢构件基层；(2)使用张力器对步骤(1)制得的预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在涂覆预处理的管道钢构件基层表面涂覆的防腐材料，得到防腐蚀管道钢构件；(3)在氮气保护条件下，将步骤(2)得到的防腐蚀管道钢构件放入加热炉升温至1300～1500℃，同步升压至0.1～0.3mpa，保温2～4h，将炉内的温度通过风冷的方式以15～25℃/h的速度冷却至560～600℃，保温1～3h，继续通过风冷的方式以75～85℃/h的速度冷却至380～400℃，保温1～3h，随后自然冷却到常温并出炉，得到高强度防腐蚀管道钢构件。6.根据权利要求5所述的高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述抽真空的真空度为1mba。7.根据权利要求5所述的高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述张力器施加的的张力为1～3kg/mm。8.根据权利要求5所述的高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述防腐材料涂覆的厚度为0.3～0.5mm。9.根据权利要求5所述的高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述防腐材料的制备方法如下：先将100～200质量份聚丙烯腈加入到密炼机中熔融混炼，观察聚丙烯腈充分混合熔融后，再加入30～50质量份硼酸铵、40～60质量份草酸铝、4～8质量份多聚钒酸铵，继续混炼5～10min，熔融备用，得到防腐材料。10.根据权利要求9所述的高强度防腐蚀管道钢构件的制备方法，其特征在于，所述混炼温度为130～140℃。

技术总结
本发明公开的一种高强度防腐蚀管道钢构件及其制备方法，涉及钢材料技术领域。本发明制备的高强度防腐蚀管道钢构件，由内及外依次包括管道钢构件基层、防腐蚀层；所述高强度防腐蚀管道钢构件是先对管道钢构件基层进行升温预处理，得到预处理的管道钢构件基层；再使用张力器对预处理的管道钢构件基层施加张力，随后在预处理的管道钢构件基层外表面涂覆一层防腐材料，在含氮气体氛围下继续升温、冷却得到；其中，管道钢构件基层按质量分数计包括以下成分：0.09～0.11％C、11～14％Cr、0.4～1％Si、0～0.03％S、0～0.03％P、0.03～0.08％Ti、其余为Fe；所述防腐材料包括硼酸铵、聚丙烯腈、草酸铝、多聚钒酸铵；本发明制备的高强度防腐蚀管道钢构件强度高、耐腐蚀性好。耐腐蚀性好。


技术研发人员：徐芃芃 陈凯 徐丰一
受保护的技术使用者：江阴市明一冶金机械设备制造有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/31