專(zhuān)利名稱(chēng)：一種全候型低成本耐候鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低合金鋼領(lǐng)域，特別是一種耐海洋大氣、工業(yè)大氣和工業(yè)海岸大氣腐蝕的全候型低成本耐候鋼，主要用于海上操作平臺(tái)、鐵道、車(chē)輛、橋梁、塔架等長(zhǎng)期暴露在海洋大氣、工業(yè)大氣和工業(yè)海岸大氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)已公開(kāi)的文獻(xiàn)技術(shù)中前蘇聯(lián)專(zhuān)利(SU182M46A3)、日本專(zhuān)利(特開(kāi)平 9-277083、特開(kāi)平1-92341)、歐洲專(zhuān)利(EP 0841 409A1)等對(duì)耐大氣腐蝕鋼進(jìn)行了介紹，但普遍采用向鋼中添加Cu，P，Cr，Ni，Al等合金元素，有的還添加As，Ce，Co，Ti，V等元素。上述專(zhuān)利雖然提高了鋼的性能，但成本太高，而且工藝流程復(fù)雜，市場(chǎng)化存在較大的難度。在現(xiàn)有的低成本耐大氣腐蝕鋼中，最典型的是MnCu耐候鋼。其主要成分(重量％ )如下C 0. 12-0. 21%, Si 0. 2-2. 0%, Mn 0. 7-2. 0%, S 彡 0. 036%, P 彡 0. 034%, CuO. 10-0. 40%, Al < 0.2%，其余為!^e和微量雜質(zhì)。申請(qǐng)人及專(zhuān)利號(hào)為董俊華，陳新華， 韓恩厚等.一種經(jīng)濟(jì)型耐候鋼，200510045624. 6。上述MnCu耐候鋼在海岸大氣環(huán)境中能夠表現(xiàn)出比普通鋼Q235和16Mn優(yōu)異的耐蝕性。但是，該鋼在工業(yè)大氣環(huán)境中的耐蝕并不理想，略?xún)?yōu)于16Mn與Q235耐蝕性相當(dāng)。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，許多沿海城市的大氣逐漸受到污染并由海岸大氣環(huán)境逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹０豆I(yè)大氣。這在客觀(guān)上要求耐候鋼不僅耐單一的海岸大氣腐蝕，或者工業(yè)大氣腐蝕， 同時(shí)也要具有耐海岸工業(yè)大氣腐蝕的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有鋼種生產(chǎn)成本高及MnCu耐候鋼在工業(yè)大氣環(huán)境耐蝕性差的現(xiàn)狀，提供一種新型全候型低成本耐候鋼。在MnCu耐候鋼的基礎(chǔ)上通過(guò)P元素合金化，就能生產(chǎn)出不僅在海岸大氣環(huán)境中具有良好耐蝕性，而且在工業(yè)大氣及海岸工業(yè)大氣環(huán)境中具有良好耐蝕性的低成本耐候鋼。針對(duì)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是在MnCu耐候鋼化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，提高P元素的含量。本發(fā)明的具體化學(xué)成分重量百分比含量為C 0.12-0. 2 %，Si 0.4-0. 5 %，Mn 1. 2-2. 0 %, S ^ 0. 02 %, P0. 045-0. 075%, Cu 0. 30-0. 40%，其余為 Fe。本發(fā)明中，P優(yōu)選為0.05-0. 07%。本發(fā)明提高M(jìn)nCu耐候鋼中P元素含量的下限，是基于以下原理P元素是提高低合金鋼耐酸性大氣腐蝕最有效的合金元素之一。研究表明P元素在耐候鋼銹層中對(duì)腐蝕的抑制作用與P元素促進(jìn)形成穩(wěn)定致密且抗酸溶解的α -FeOOH組分有關(guān)，它阻擋了腐蝕介質(zhì)中侵蝕性的H+離子向金屬基體的傳輸。此外，伴隨鋼的腐蝕，P 被一同氧化為Po/—進(jìn)入銹層后還可以起到緩蝕劑作用，一方面PO43-可以絡(luò)合薄液膜中的 H+改善界面ρΗ值，減緩陰極析氫的還原反應(yīng)并減緩對(duì)銹層的溶解，另一方面，PO43-在鋼的陽(yáng)極溶解過(guò)程中可以與1 2+和Mn2+等離子結(jié)合，形成難溶的磷酸鹽膜，阻擋陽(yáng)極溶解反應(yīng)的進(jìn)行，起到緩蝕劑的作用。Cu加入以后，有助于在鋼的表面形成致密的、粘附性好的非晶態(tài)氧化物(羥基氧化物)保護(hù)層，使腐蝕介質(zhì)很難穿越，從而阻止了鋼鐵表面與非晶態(tài)保護(hù)層之間的界面區(qū)域腐蝕的發(fā)生，時(shí)間越長(zhǎng)保護(hù)層越致密，耐蝕作用也越明顯。另夕hCu還可以抵消鋼中S的有害作用，Cu與S生成難溶的硫化物，從而抵消了 S 對(duì)鋼耐蝕性的有害作用。Cu有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，使鋼的強(qiáng)度顯著提高。Mn也是提高抗大氣腐蝕的有效元素。在Cu能發(fā)生效果的0. 3-0. 7% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))范圍內(nèi)，Mn達(dá)到一定量后與Cu發(fā)生協(xié)同作用，耐大氣腐蝕能力大大提高。Mn與S形成熔點(diǎn)高的MnS，既可防止因FeS而導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象，抵消S對(duì)鋼耐蝕性的有害作用，降低鋼的下臨界點(diǎn)，增加奧氏體冷卻時(shí)的過(guò)冷度，細(xì)化珠光體組織來(lái)改善其機(jī)械性能，又可提高Cu 的有效性；同時(shí)Mn擴(kuò)大γ相區(qū)，形成無(wú)限固溶體，有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度。本發(fā)明的特點(diǎn)是1、本發(fā)明通過(guò)提高M(jìn)nCu耐候鋼中P元素的含量，提供一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單且具有良好耐海岸大氣，工業(yè)大氣及海岸工業(yè)大氣腐蝕性能和綜合機(jī)械性能的低成本耐大氣腐蝕鋼。2、本發(fā)明通過(guò)Cu，Mn, P等合金化，并簡(jiǎn)單調(diào)整普通低碳鋼(Q235鋼)的部分元素含量，在不需改變Q235鋼生產(chǎn)工藝條件下，就能生產(chǎn)出具有良好的耐海岸大氣腐蝕，工業(yè)大氣腐蝕及海岸工業(yè)大氣腐蝕的低成本耐候鋼。


圖1為不同實(shí)施例P含量耐候鋼在模擬海岸大氣環(huán)境中實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的腐蝕增重曲線(xiàn)；其中，模擬溶液為0. 3% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))NaCl溶液。圖2為不同實(shí)施例P含量耐候鋼在模擬工業(yè)大氣環(huán)境中實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的腐蝕增重曲線(xiàn)；其中，模擬溶液為0. (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))Na2SO3溶液，PH = 4. O0圖3為不同實(shí)施例P含量耐候鋼在模擬海岸工業(yè)大氣環(huán)境中實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的腐蝕增重曲線(xiàn)；其中，模擬溶液為0.3% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))NaCl+0. (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))Na2SO3溶液，pH = 4. 0。圖4為實(shí)施例MnCuP耐候鋼與其它鋼種在模擬海岸大氣環(huán)境中實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的腐蝕增重曲線(xiàn)；其中，模擬溶液為0. 3% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))NaCl溶液。圖5為實(shí)施例MnCuP耐候鋼與其它鋼種在模擬工業(yè)大氣環(huán)境中實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的腐蝕增重曲線(xiàn)；其中，模擬溶液為0. (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))Na2SO3溶液，PH = 4. O0圖6為實(shí)施例MnCuP耐候鋼與其它鋼種在模擬海岸工業(yè)大氣環(huán)境中實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的腐蝕增重曲線(xiàn)；其中，模擬溶液為0.3% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))NaCl+0. (質(zhì)量百分?jǐn)?shù)) Na2SO3 溶液，pH = 4. 0。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明所述的化學(xué)成分范圍，其制備采用電爐或轉(zhuǎn)爐常規(guī)冶煉，控制關(guān)鍵合金元素的含量，制備了 3爐本發(fā)明耐候鋼WR1、WR2、WR3。具體化學(xué)成分如表1所示，該鋼種的力學(xué)性能見(jiàn)表2。對(duì)三個(gè)爐號(hào)的鋼材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬大氣腐蝕加速試驗(yàn)，模擬大氣環(huán)境為海岸大氣、工業(yè)大氣及海岸工業(yè)大氣。試驗(yàn)結(jié)果如圖1-圖3所示。為了對(duì)比，本申請(qǐng)還將對(duì)比鋼Q235、16Mn、MnCu的樣品也同時(shí)進(jìn)行了上述三個(gè)環(huán)境中的大氣加速腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖4-圖6所示。表1不同實(shí)施例P含量耐候鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))
實(shí)施例 CSiMnSPCuFe
WRl0. 196 049 Γ890.013 0.046 0.292 ^S~
WR2oTTi0.413 17380.011 0.066 0. 396 ^S~
WR30. 143 043 Γ230.017 0.074 030^S~表2實(shí)施例的力學(xué)性能
屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度延伸率OV^GV-40。C
MPaMPa%沖擊功J沖擊功J沖擊功J
45055526.5160,150,128110,120,12648,38,66從圖1可以看出，經(jīng)過(guò)120周期(60天)加速試驗(yàn)后，實(shí)施例樣品WR2鋼種的耐海岸大氣腐蝕性能最好。從圖2可以看出，經(jīng)過(guò)120周期(60天)加速試驗(yàn)后，實(shí)施例樣品WRl鋼種的耐工業(yè)大氣腐蝕性能最好。從圖3可以看出，經(jīng)過(guò)120周期(60天)加速試驗(yàn)后，實(shí)施例樣品WR2鋼種的耐海岸工業(yè)大氣腐蝕性能最好。綜合不同實(shí)施例P含量耐候鋼在模擬海岸大氣，工業(yè)大氣及海岸工業(yè)大氣中的腐蝕增重結(jié)果，本發(fā)明確定鋼中P含量的最佳范圍為(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))0. 05-0. 07%。從圖4可以看出，經(jīng)過(guò)120周期(60天)加速試驗(yàn)后，MnCuP耐候鋼在海岸大氣中耐蝕性?xún)?yōu)于16Mn鋼、Q235鋼和MnCu耐候鋼。從圖5可以看出，經(jīng)過(guò)120周期(60天)加速試驗(yàn)后，MnCuP耐候鋼在工業(yè)大氣中耐蝕性?xún)?yōu)于16Mn鋼、Q235鋼和MnCu耐候鋼。從圖6可以看出，經(jīng)過(guò)120周期(60天)加速試驗(yàn)后，MnCuP耐候鋼在海岸工業(yè)大氣中耐蝕性?xún)?yōu)于Q235鋼。綜合MnCuP耐候鋼在模擬海岸大氣、工業(yè)大氣及海岸工業(yè)大氣中與16Mn鋼、Q235 鋼及MnCu耐候鋼的耐蝕性對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明得到的MnCuP耐候鋼是一種全候型的低成本耐候鋼。
權(quán)利要求
1.一種全候型低成本耐候鋼，其特征在于該耐候鋼的合金成份及重量百分比含量為C 0. 12-0. 2 %, Si 0. 4-0. 5 %, Mn 1. 2-2. 0 %, S ^ 0. 02 %, P 0. 045-0. 075 %, CuO. 30-0. 40%，其余為 Fe。
2.按照權(quán)利要求1所述的全候型低成本耐候鋼，其特征在于P優(yōu)選為0.05-0. 07%。
全文摘要
本發(fā)明涉及低合金鋼領(lǐng)域，特別是一種耐海洋大氣、工業(yè)大氣和工業(yè)海岸大氣腐蝕的全候型低成本耐候鋼，主要用于海上操作平臺(tái)、鐵道、車(chē)輛、橋梁、塔架等長(zhǎng)期暴露在海洋大氣、工業(yè)大氣和工業(yè)海岸大氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)。該耐候鋼的合金成份及重量百分比含量為C 0.12-0.2％，Si 0.4-0.5％，Mn 1.2-2.0％，S≤0.02％，P 0.045-0.075％，Cu 0.30-0.40％，其余為Fe。本發(fā)明通過(guò)Cu，Mn，P等合金化，并簡(jiǎn)單調(diào)整普通低碳鋼(Q235鋼)的部分元素含量，在不需改變Q235鋼生產(chǎn)工藝條件下，就能生產(chǎn)出具有良好的耐海岸大氣腐蝕，工業(yè)大氣腐蝕及海岸工業(yè)大氣腐蝕的低成本耐候鋼。
文檔編號(hào)C22C38/16GK102534381SQ20111045687
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者張思勛, 柯偉, 董俊華, 郝龍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所