阅读说明：本技术 一种提升钢材可加工性和寿命的处理方法 (Treatment method for improving machinability and service life of steel ) 是由 苗雪峰 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提升钢材可加工性和寿命的处理方法,包括如下步骤：S1、除油处理、清洗处理和干燥处理；S2、渗氮处理；S3、自纳米化处理。本发明提供了一种钢材的表面处理方法,其工艺简单,各步骤搭配合理,利于推广应用,加工处理后的钢材强度高、耐腐蚀性强,涂装等可加工性好,使用寿命长。(The invention discloses a processing method for improving the machinability and the service life of steel, which comprises the following steps: s1, oil removing treatment, cleaning treatment and drying treatment; s2, nitriding; and S3, self-nanocrystallization processing. The invention provides a surface treatment method of steel, which has simple process, reasonable matching of all steps, easy popularization and application, high strength of the processed steel, strong corrosion resistance, good processability of coating and the like and long service life.)

一种提升钢材可加工性和寿命的处理方法

技术领域

本发明属于金属钢材加工处理技术领域，具体涉及一种提升钢材可加工性和寿命的处理方法。

背景技术

钢材是现在人们生活中必不可少的金属材料之一，是建筑机械领域中的基础材料。在钢材的使用时通常需要进行特殊的加工处理，比如钢材耐腐蚀性不佳，长期暴露于自然条件下容易锈蚀，需要进行防腐处理；钢材的表面强度等性能满足不了特殊工况下的应用，需要进行强化处理来增强使用的稳定性等。而上述处理通常是对加工好的成品钢材直接进行加工处理，虽然能有效的改善钢材的使用性能，但因传统钢材表面品质的普通，导致后续加工处理的效果或性能达不到最佳。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提升钢材可加工性和寿命的处理方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提升钢材可加工性和寿命的处理方法，包括如下步骤：

S1、对钢材依次进行除油处理，除油处理是将钢材浸入到丙酮溶液中进行浸泡除油处理，期间控制浸泡的时长为1~1.5h，所用的丙酮溶液中丙酮的体积分数为8~10%；清洗处理，清洗处理是用去离子水对钢材表面进行冲洗一次处理；干燥处理，干燥处理是将钢材放入到温度为75~80℃的干燥箱内，干燥处理2~3h；完成后备用；

S2、将步骤S1处理后的钢材放入到渗氮炉内进行渗氮处理，渗氮处理采用的是气体法渗氮处理工艺，控制渗氮炉内的气体介质为氨气，控制渗氮时的温度为520~540℃，保温处理的时长为2~2.5h，完成后取出备用；

S3、将步骤S2处理后的钢材放入到自纳米化处理装置内进行表面自纳米化处理，完成后取出即可；所述的自纳米化处理装置是采用超声喷丸处理来实现表面纳米化的装置。

为了进一步提升处理的效果，在步骤S2中所述的渗氮处理前还进行了偶联剂溶液浸泡处理，所述的偶联剂溶液浸泡处理的具体操作是：将钢材浸入到偶联剂溶液中，期间加热保持偶联剂溶液的温度为35~38℃，浸泡处理35~40min后将钢材取出，所用的偶联剂溶液为硅烷偶联剂水溶液，所述硅烷偶联剂水溶液中硅烷偶联剂的质量分数为12~15%；所用的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的任意一种；再用去离子水冲洗一遍后，最后经过干燥处理即可，干燥处理是将钢材放入到温度为85~90℃的干燥箱内，干燥处理1~1.5h。

本发明对钢材的加工处理方法进行了特殊的优化改进处理，其中先对钢材进行了除油、清洁、干燥处理，很好的净化了钢材的表面洁净度，利于后续的处理操作，接着对钢材进行了渗氮处理，渗氮或渗碳处理是本领域中常用的处理方式，利用渗氮或渗碳工艺能够有效的提升钢材的表面硬度、强度等品质，而为了进一步改善此处理效果，本发明还在渗氮前进行了偶联剂浸泡处理，利用硅烷偶联剂进行浸泡，能够在钢材的表面上生成一层硅烷膜，之后再进行渗氮处理，氮原子渗入后能与硅烷膜复合形成一种致密度交联度更高的复合膜，而若先进行渗氮处理再进行偶联剂浸泡处理，其硅烷膜则仅会附着于表面，两者无法形成更稳定性能更强的复合膜，也会劣化后续的加工处理；最后进行了自纳米化处理操作，金属型材的表面自纳米化处理在本领域中也有所应用，如申请号为：201510358706.X公开了一种棒状金属材料表面自纳米化装置，其含有金属筒、驱动装置、挡板、夹具等，能够有效的实现对棒状金属材料的表面自纳米化处理，申请号为：201110458558.0公开了一种击打加速金属球撞击表面纳米化的装置，能够实现对板状金属材料的表面自纳米化处理，虽然此处理方式已被公开，但处理的效果仍较为常规，在此本发明将此技术与硅烷处理+渗氮处理工艺相结合应用，明显的提升了钢材的品质，在自纳米化处理时，因钢材的表层已渗入形成了复合膜，在外力冲击自纳米化的过程中，钢材表层组织连同复合膜一起发生组织交错形变，不断细化成纳米级，完成处理后的钢材表面组织晶粒呈纳米级，具有很好的强度、硬度，表面活性位点高，后续漆料涂覆加工时能与涂料间的结合强度更高，并且因复合膜的渗入共同纳米杂化，表层的组织致密度更高，离子通道减少，不利于腐蚀介质的渗入，进一步增强了钢材的耐腐蚀等特性，最终明显的提高了钢材的综合性能和寿命。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明提供了一种钢材的表面处理方法，其工艺简单，各步骤搭配合理，利于推广应用，加工处理后的钢材强度高、耐腐蚀性强，涂装等可加工性好，使用寿命长，生产效益高，市场竞争力强。

具体实施方式

一种提升钢材可加工性和寿命的处理方法，包括如下步骤：

S1、对钢材依次进行除油处理，除油处理是将钢材浸入到丙酮溶液中进行浸泡除油处理，期间控制浸泡的时长为1~1.5h，所用的丙酮溶液中丙酮的体积分数为8~10%；清洗处理，清洗处理是用去离子水对钢材表面进行冲洗一次处理；干燥处理，干燥处理是将钢材放入到温度为75~80℃的干燥箱内，干燥处理2~3h；完成后备用；

S2、将步骤S1处理后的钢材放入到渗氮炉内进行渗氮处理，渗氮处理采用的是气体法渗氮处理工艺，控制渗氮炉内的气体介质为氨气，控制渗氮时的温度为520~540℃，保温处理的时长为2~2.5h，完成后取出备用；

S3、将步骤S2处理后的钢材放入到自纳米化处理装置内进行表面自纳米化处理，完成后取出即可；所述的自纳米化处理装置是采用超声喷丸处理来实现表面纳米化的装置。

为了进一步提升处理的效果，在步骤S2中所述的渗氮处理前还进行了偶联剂溶液浸泡处理，所述的偶联剂溶液浸泡处理的具体操作是：将钢材浸入到偶联剂溶液中，期间加热保持偶联剂溶液的温度为35~38℃，浸泡处理35~40min后将钢材取出，所用的偶联剂溶液为硅烷偶联剂水溶液，所述硅烷偶联剂水溶液中硅烷偶联剂的质量分数为12~15%；所用的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的任意一种；再用去离子水冲洗一遍后，最后经过干燥处理即可，干燥处理是将钢材放入到温度为85~90℃的干燥箱内，干燥处理1~1.5h。

为了对本发明做进一步的仔细说明，下面结合下述实验例进行阐述。

实施例1

一种提升钢材可加工性和寿命的处理方法，包括如下步骤：

S1、对钢材依次进行除油处理，除油处理是将钢材浸入到丙酮溶液中进行浸泡除油处理，期间控制浸泡的时长为1h，所用的丙酮溶液中丙酮的体积分数为8%；清洗处理，清洗处理是用去离子水对钢材表面进行冲洗一次处理；干燥处理，干燥处理是将钢材放入到温度为75℃的干燥箱内，干燥处理2h；完成后备用；

S2、将步骤S1处理后的钢材放入到渗氮炉内进行渗氮处理，渗氮处理采用的是气体法渗氮处理工艺，控制渗氮炉内的气体介质为氨气，控制渗氮时的温度为520℃，保温处理的时长为2h，完成后取出备用；

S3、将步骤S2处理后的钢材放入到自纳米化处理装置内进行表面自纳米化处理，完成后取出即可；所述的自纳米化处理装置是采用超声喷丸处理来实现表面纳米化的装置。所用的自纳米化处理装置是申请号为：201110458558.0公开的一种击打加速金属球撞击表面纳米化的装置。

为了进一步提升处理的效果，在步骤S2中所述的渗氮处理前还进行了偶联剂溶液浸泡处理，所述的偶联剂溶液浸泡处理的具体操作是：将钢材浸入到偶联剂溶液中，期间加热保持偶联剂溶液的温度为35℃，浸泡处理35min后将钢材取出，所用的偶联剂溶液为硅烷偶联剂水溶液，所述硅烷偶联剂水溶液中硅烷偶联剂的质量分数为12%；所用的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550；再用去离子水冲洗一遍后，最后经过干燥处理即可，干燥处理是将钢材放入到温度为85℃的干燥箱内，干燥处理1h。

实施例2

一种提升钢材可加工性和寿命的处理方法，包括如下步骤：

S1、对钢材依次进行除油处理，除油处理是将钢材浸入到丙酮溶液中进行浸泡除油处理，期间控制浸泡的时长为1h，所用的丙酮溶液中丙酮的体积分数为8%；清洗处理，清洗处理是用去离子水对钢材表面进行冲洗一次处理；干燥处理，干燥处理是将钢材放入到温度为75℃的干燥箱内，干燥处理2h；完成后备用；

S2、将步骤S1处理后的钢材放入到渗氮炉内进行渗氮处理，渗氮处理采用的是气体法渗氮处理工艺，控制渗氮炉内的气体介质为氨气，控制渗氮时的温度为520℃，保温处理的时长为2h，完成后取出备用；在渗氮处理后再对钢材进行偶联剂溶液浸泡处理，所述的偶联剂溶液浸泡处理的具体操作是：将钢材浸入到偶联剂溶液中，期间加热保持偶联剂溶液的温度为35℃，浸泡处理35min后将钢材取出，所用的偶联剂溶液为硅烷偶联剂水溶液，所述硅烷偶联剂水溶液中硅烷偶联剂的质量分数为12%；所用的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550；再用去离子水冲洗一遍后，最后经过干燥处理即可，干燥处理是将钢材放入到温度为85℃的干燥箱内，干燥处理1h；

S3、将步骤S2处理后的钢材放入到自纳米化处理装置内进行表面自纳米化处理，完成后取出即可；所述的自纳米化处理装置是采用超声喷丸处理来实现表面纳米化的装置。所用的自纳米化处理装置是申请号为：201110458558.0公开的一种击打加速金属球撞击表面纳米化的装置。

实施例3

S1、对钢材依次进行除油处理，除油处理是将钢材浸入到丙酮溶液中进行浸泡除油处理，期间控制浸泡的时长为1h，所用的丙酮溶液中丙酮的体积分数为8%；清洗处理，清洗处理是用去离子水对钢材表面进行冲洗一次处理；干燥处理，干燥处理是将钢材放入到温度为75℃的干燥箱内，干燥处理2h；完成后备用；

S2、将步骤S1处理后的钢材放入到渗氮炉内进行渗氮处理，渗氮处理采用的是气体法渗氮处理工艺，控制渗氮炉内的气体介质为氨气，控制渗氮时的温度为520℃，保温处理的时长为2h，完成后取出备用；

S3、将步骤S2处理后的钢材放入到自纳米化处理装置内进行表面自纳米化处理，完成后取出即可；所述的自纳米化处理装置是采用超声喷丸处理来实现表面纳米化的装置。所用的自纳米化处理装置是申请号为：201110458558.0公开的一种击打加速金属球撞击表面纳米化的装置。

选用316号不锈钢板材作为实验对象，然后用上述实施例1、实施例2、实施例3对应的处理方法进行加工处理，各组所进行的自纳米化处理工艺完全相同，各组板材表面的纳米晶层厚度均为20±2μm，然后对各组处理后的板材进行防腐性能测试，各组均设置3组重复试验，然后按照常规统计学方法进行数据统计，具体对比数据为：实施例1对应处理后的不锈钢板材的腐蚀电流密度为4.23~5.04E-8 A/cm²；实施例2对应处理后的不锈钢板材的腐蚀电流密度为7.38~8.62E-7 A/cm²；实施例3对应处理后的不锈钢板材的腐蚀电流密度为2.69~3.42E-6 A/cm²；实施例1对应处理后的不锈钢板材的中性盐雾试验腐蚀面积为1~1.6%；实施例2对应处理后的不锈钢板材的中性盐雾试验腐蚀面积为5.3~5.8%；实施例3对应处理后的不锈钢板材的中性盐雾试验腐蚀面积为12.7~14.1%；上述所述的腐蚀电流密度是将板材放入到3.5%NaCl溶液中由其动电位极化曲线测得；所述的中性盐雾试验腐蚀面积是参照GB/T10125-1997中性盐雾试验标准，控制氯化钠溶液的浓度为50g/L，pH值为6.0，箱内的温度为35℃，盐雾的沉降量为2.0mL/（h·cm²），连续沉降120h后测定的腐蚀面积。可以看出，本发明实施例1对应处理后的材料的耐腐性能最强，且明显优于另两组，原因可能在于工艺的配合上更能优化板材的表面组织结构，实现了耐腐性能的进一步增强。

实施例4

一种提升钢材可加工性和寿命的处理方法，包括如下步骤：

S1、对钢材依次进行除油处理，除油处理是将钢材浸入到丙酮溶液中进行浸泡除油处理，期间控制浸泡的时长为1.5h，所用的丙酮溶液中丙酮的体积分数为10%；清洗处理，清洗处理是用去离子水对钢材表面进行冲洗一次处理；干燥处理，干燥处理是将钢材放入到温度为80℃的干燥箱内，干燥处理3h；完成后备用；

S2、将步骤S1处理后的钢材放入到渗氮炉内进行渗氮处理，渗氮处理采用的是气体法渗氮处理工艺，控制渗氮炉内的气体介质为氨气，控制渗氮时的温度为540℃，保温处理的时长为2.5h，完成后取出备用；

S3、将步骤S2处理后的钢材放入到自纳米化处理装置内进行表面自纳米化处理，完成后取出即可；所述的自纳米化处理装置是采用超声喷丸处理来实现表面纳米化的装置。所用的自纳米化处理装置是申请号为：201510358706.X公开的一种棒状金属材料表面自纳米化装置，其间控制变频电机的转速为5500转/分钟，加工时间为30min。

为了进一步提升处理的效果，在步骤S2中所述的渗氮处理前还进行了偶联剂溶液浸泡处理，所述的偶联剂溶液浸泡处理的具体操作是：将钢材浸入到偶联剂溶液中，期间加热保持偶联剂溶液的温度为38℃，浸泡处理40min后将钢材取出，所用的偶联剂溶液为硅烷偶联剂水溶液，所述硅烷偶联剂水溶液中硅烷偶联剂的质量分数为15%；所用的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh570；再用去离子水冲洗一遍后，最后经过干燥处理即可，干燥处理是将钢材放入到温度为90℃的干燥箱内，干燥处理1.5h。

实施例5

一种提升钢材可加工性和寿命的处理方法，包括如下步骤：

S1、对钢材依次进行除油处理，除油处理是将钢材浸入到丙酮溶液中进行浸泡除油处理，期间控制浸泡的时长为1.5h，所用的丙酮溶液中丙酮的体积分数为10%；清洗处理，清洗处理是用去离子水对钢材表面进行冲洗一次处理；干燥处理，干燥处理是将钢材放入到温度为80℃的干燥箱内，干燥处理3h；完成后备用；

S2、将步骤S1处理后的钢材放入到渗氮炉内进行渗氮处理，渗氮处理采用的是气体法渗氮处理工艺，控制渗氮炉内的气体介质为氨气，控制渗氮时的温度为540℃，保温处理的时长为2.5h，完成后取出即可。

为了进一步提升处理的效果，在步骤S2中所述的渗氮处理前还进行了偶联剂溶液浸泡处理，所述的偶联剂溶液浸泡处理的具体操作是：将钢材浸入到偶联剂溶液中，期间加热保持偶联剂溶液的温度为38℃，浸泡处理40min后将钢材取出，所用的偶联剂溶液为硅烷偶联剂水溶液，所述硅烷偶联剂水溶液中硅烷偶联剂的质量分数为15%；所用的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh570；再用去离子水冲洗一遍后，最后经过干燥处理即可，干燥处理是将钢材放入到温度为90℃的干燥箱内，干燥处理1.5h。

实施例6

一种提升钢材可加工性和寿命的处理方法，包括如下步骤：

S1、对钢材依次进行除油处理，除油处理是将钢材浸入到丙酮溶液中进行浸泡除油处理，期间控制浸泡的时长为1.5h，所用的丙酮溶液中丙酮的体积分数为10%；清洗处理，清洗处理是用去离子水对钢材表面进行冲洗一次处理；干燥处理，干燥处理是将钢材放入到温度为80℃的干燥箱内，干燥处理3h；完成后备用；

S2、将步骤S1处理后的钢材放入到自纳米化处理装置内进行表面自纳米化处理，完成后取出备用；所述的自纳米化处理装置是采用超声喷丸处理来实现表面纳米化的装置；所用的自纳米化处理装置是申请号为：201510358706.X公开的一种棒状金属材料表面自纳米化装置，其间控制变频电机的转速为5500转/分钟，加工时间为30min；

S3、将步骤S2处理后的钢材放入到渗氮炉内进行渗氮处理，渗氮处理采用的是气体法渗氮处理工艺，控制渗氮炉内的气体介质为氨气，控制渗氮时的温度为540℃，保温处理的时长为2.5h，完成后取出即可。

为了进一步提升处理的效果，在步骤S3中所述的渗氮处理前还进行了偶联剂溶液浸泡处理，所述的偶联剂溶液浸泡处理的具体操作是：将钢材浸入到偶联剂溶液中，期间加热保持偶联剂溶液的温度为38℃，浸泡处理40min后将钢材取出，所用的偶联剂溶液为硅烷偶联剂水溶液，所述硅烷偶联剂水溶液中硅烷偶联剂的质量分数为15%；所用的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh570；再用去离子水冲洗一遍后，最后经过干燥处理即可，干燥处理是将钢材放入到温度为90℃的干燥箱内，干燥处理1.5h。

为了进一步对比本发明效果，选用同一批制成的棒状不锈钢材料作为实验对象，且此材料的尺寸符合GB/T5210-2006中关于试柱的尺寸标注；所用的不锈钢材料中各元素成分及对应质量分数为：C 0.055%、Cr 18.85%、Ni 8.29%、Si 0.58%、Mn 1.50%、P 0.028%、S0.003%，余量为Fe；然后利用上述实施例4、实施例5、实施例6对应的方法进行加工处理，其中实施例4和实施例6处理后的不锈钢材料的表面纳米层厚度均为30±2μm；接着用市售购入的华川涂料-不锈钢用水性环氧树脂漆进行涂覆处理，最后对处理后的不锈钢材料进行GB/T5210-2006中关于涂层结合力的测试，各组均设置3组重复试验，然后按照常规统计学方法进行数据统计，具体对比数据为：实施例4对应处理后的不锈钢材料的涂层附着力为17.3~18.0MPa；实施例5对应处理后的不锈钢材料的涂层附着力为9.2~9.6MPa；实施例6对应处理后的不锈钢材料的涂层附着力为12.1~12.6MPa； 由上可以看出，本发明处理方法能够明显的提升钢材与漆料涂层间的结合强度，也即明显的改善了钢材的表面可涂装等加工性，有效的延长了钢材的使用寿命。