CN102884214A - 具有改善的含盐环境耐候性能的钢产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐候钢类型的钢产品，即在给定时间内暴露在外部环境中后表现出增强的耐腐蚀性的产品。根据本发明，该钢铁产品通过一个组合物定义，该组合物由下列元素组成(wt％)：0.03至0.2之间的碳，0.5至2之间的锰，0至0.5之间的铜，0至0.1之间的Ti，0至0.5之间的Cr，0至0.2之间的镍，0至0.1之间的铌，0至0.01之间的氮，0至0.01之间的硫，0至0.01之间的磷，高于0且最高为1.5的铝，0.25至1.5之间的硅，余量为Fe和偶然杂质，且其中Al和Si的总和水平高于约0.85wt％。

Description

具有改善的含盐环境耐候性能的钢产品
技术领域
本发明涉及钢种及其制成的产品，其在暴露于富氯环境中时表现出耐腐蚀性的增强。这些钢材被称为耐候钢(耐大气腐蚀钢)。
背景技术
对耐候钢的研究和记载已经有一段时间。耐腐蚀性是由暴露于外界环境中时在钢材表面形成的锈蚀层导致的。增强这类耐候性能的传统的合金化元素为Cu、P、Cr和Ni。然而，传统耐候钢在含有Cl离子的环境即海洋环境或海边环境中被证明是无效的。已观察到Cl离子使一些形成保护氧化物层的稳定组分变得不稳定。已提议的解决该问题的方案主要在于改变钢材的组分。迄今为止取得的最好结果是通过应用明显较高水平的Ni而获得的。然而，这需要高含量的Ni，而考虑到Ni的价格在钢的商业开发中是非常关键的参数，该方案被认为不理想，出现了对Ni解决方案的替代方案的需求。
JP2006118011中描述了一个解决方案，是以包含下列成分的钢的组成形式：C、Al、Si、P、Ni、Cu、N，以0.03wt％至0.5wt％的量添加的Sn和/或Sb，以及Ti、Nb、Mo、W、V、Ca或Mg的一种或更多种，其中Ni/Cu的质量比小于或等于0.5。含盐环境中的耐候性能主要通过Sb和/或Sn的存在而获得，其在钢处于潮湿和含盐环境时通过与Fe3+离子反应稳定Fe2+的量，所述Fe3+是由Fe2+氧化生成。然而，由于下述各种原因，Sn和/或Sb的使用是不利的：
·Sn和Sb均对热延性有不利影响，因为它们降低了高温下奥氏体中Cu的溶解度
·Sb对焊缝韧性有不利影响
·Sn不能在精炼过程中从钢中去除
·Sb导致形成锑化三氢(SbH3)——一种有毒且可燃的化合物——的风险。
发明目的
本发明的目的在于提供耐候钢，其与传统耐候钢具有同一数量级的Ni含量，但其在海洋环境或海边环境中具有增强的耐腐蚀性，以及优秀的机械性能。
发明内容
本发明涉及在所附权利要求书中公开的钢产品。本发明特别涉及主要独立权利要求中公开的钢产品，其适用于户外环境，特别是含盐环境中。本发明的钢产品可以是任何类型的建筑构件如钢板(sheet)或钢梁(beam)。特别是，本发明涉及一种钢组合物，其特征为具有如下成分(以wt％计)：
-0.03至0.2之间的碳，
-0.5至2之间的锰，
-0至0.5之间的铜，
-0至0.1之间的Ti，
-0至0.5之间的Cr，
-0至0.2之间的镍，
-0至0.1之间的铌，
-0至0.01之间的氮，
-0至0.01之间的硫，
-0至0.01之间的磷，
-高于0且最高1.5的铝，
-0.25至1.5之间的硅，
余量为Fe和偶然杂质，其中Al和Si的总水平高于约0.85wt％。
根据一个优选的实施方案，Cu、Ti、Cr、Ni和Nb具有如下较窄的范围(以wt％计)：
-0.2至0.4之间的铜，
-0.01至0.07之间的Ti，
-0.2至0.5之间的Cr，
-0.1至0.2之间的镍，
-0.02至0.1之间的铌。
根据优选实施方案，根据本发明的钢产品不包含Sn和Sb。
具体实施方式
本发明涉及耐候钢类型的钢产品，即暴露在外部环境中给定的时间后表现出增强的耐腐蚀性的产品。
根据本发明，该钢产品限定为由以下成分组成(以wt％计)的组合物：
-0.03至0.2之间的碳
-0.5至2之间的锰
-0至0.5之间的铜
-0至0.1之间的Ti，
-0至0.5之间的Cr，
-0至0.2之间的镍，
-0至0.1之间的铌，
-0至0.01之间的氮，
-0至0.01之间的硫，
-0至0.01之间的磷，
-高于0且最高1.5的铝，
-0.25至1.5之间的硅，
余量为Fe和偶然杂质，其中Al和Si的总水平高于约0.85wt％。上面所用的词语“......至......之间”应理解为包括被讨论的所述范围的边界。
根据一个优选实施方案，Cu、Ti、Cr、Ni和Nb的含量如下(以wt％计)：
-铜在0.2至0.4之间，
-Ti在0.01至0.07之间，
-Cr在0.2至0.5之间，
-镍在0.1至0.2之间，
-铌在0.02至0.1之间。
由于最低含量的上述元素(Cu、Ti、Cr、Ni、Nb)，本实施方案综合地具有含盐环境中良好的耐候性能以及优秀的机械性能。
本发明显示，由于特定的Al和Si的含量组合，所发明的钢组合物有利于在腐蚀层中形成精细颗粒的针铁矿(α-FeOOH)，所述腐蚀层在含有这些组分的钢产品的表面上形成。“精细颗粒的针铁矿”是指具有约8nm至约15nm的颗粒尺寸的针铁矿。这种精细颗粒的针铁矿的形成有利于在含盐环境中氧化物层的稳定。
需要注意的是，所发明的组合物不必包含显著量的传统元素的添加，所述传统的元素如Ni被认为有利于在含盐环境中的耐候性能。本发明的组合物不包含高于偶然杂质水平的Sn和Sb。优选地，本发明所述钢产品不包含Sb或Sn。可添加如Nb、Ti、Cu、Cr的元素以改善钢的机械性能，但含盐环境下的耐候性能则不需要这些元素来保障。
本发明涉及具有如所要求保护的组成的任何类型的钢产品，如钢板或钢梁，可通过任意标准制钢过程而获得，例如热轧或冷轧钢板或钢梁。
实施例
表1示出了3个测试样品S1至S3以及2个比较样品C1和C2的组成，所述测试样品含有根据本发明的Al和Si含量，所述比较样品所含Al和Si的含量在要求保护的范围之外，和/或其中Al和Si的总含量低于0.85wt％。
测试样品通过标准钢材加工方法获得，包括至少热轧步骤，可能随后进行冷轧步骤。所述样品在60天中用0.05M的NaCl溶液进行浸渍-干燥测试以测试在含盐环境中的耐候性。结果，在样品上形成了氧化物层。这些氧化物层的组成通过
Figure BDA00002194708900041
光谱仪研究，特别用于测量氧化物层中超顺磁性的针铁矿的相对面积。与颗粒尺寸为15nm以上的反铁磁性的针铁矿相反，超顺磁性针铁矿具有8nm至15nm的颗粒尺寸。
表2清楚地示出根据本发明的Al和Si的综合含量使氧化物层中精细颗粒针铁矿的相对面积发生显著增长。
表1：实施例组分(以wt％计)
Figure BDA00002194708900051
表2：超顺磁性针铁矿的相对面积(以％计)
  样品   ％
  S1   51
  S2   40
  S3   29
  C1   15
  C2   16

Claims (4)

1.一种钢产品，由以下元素组成(按wt％计)：
-0.03至0.2之间的碳，
-0.5至2之间的锰，
-0至0.5之间的铜，
-0至0.1之间的Ti，
-0至0.5之间的Cr，
-0至0.2之间的镍，
-0至0.1之间的铌，
-0至0.01之间的氮，
-0至0.01之间的硫，
-0至0.01之间的磷，
-高于0且最高1.5铝，
-0.25至1.5之间的硅，
余量为Fe和偶然杂质，其中Al和Si的总水平高于约0.85wt％。
2.根据权利要求1的所述钢产品，具有(按wt％计)
-0.2至0.4之间的铜，
-0.01至0.07之间的Ti，
-0.2至0.5之间的Cr，
-0.1至0.2之间的镍，
-0.02至0.1之间的铌。
3.根据权利要求1或2所述的钢产品，不包含Sn和Sb。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钢产品，所述产品为板或梁。
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