CN117144267A - 耐大气腐蚀的无缝钢管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐大气腐蚀的无缝钢管，包括如下质量百分比的各组分：C：0.10～0.18％；Si≤0.35％；Mn：0.70～1.20％；P≤0.020％；S≤0.015％；Cr：0.40～0.80％；Ni：0.15～0.40％；Cu：0.25～0.55％；V≤0.10％；其余为铁和杂质元素；本发明通过耐腐蚀成分体系设计，达到了Q355NHB耐大气腐蚀结构管产品较普通结构管产品Q345C腐蚀失重率提升20％。
Description
技术领域
本发明属于冶金工业的钢管制造技术领域，尤其涉及耐大气腐蚀的无缝钢管。
背景技术
耐大气腐蚀钢，具有优质钢的强韧性、塑延性、成型性、易焊割性、耐磨蚀性、抗疲劳等特性。广泛用于铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的钢结构，以及集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台及化工石油设备等结构件。
耐大气腐蚀钢是通过在钢中加入一定量的合金元素制成的一种低合金钢，耐大气腐蚀钢的主要特点是能够抵御大自然条件的腐蚀，耐大气腐蚀钢可以不涂装，代替部分不锈钢；
在大气环境中，耐大气腐蚀钢中的合金元素会在钢材表面形成一层致密的非晶态防锈层组织，使用过程中防锈层会阻隔外界大气中的腐蚀介质进一步腐蚀钢材基体，除此之外形成的锈层美观稳定。由于合金元素总体含量不高，表现出优良的力学性能和焊接性能，应用于各种公园和体育场的各种建筑中，且无需涂装维护，大大降低了维护成本，避免了因涂漆影响使用等造成的损失。我国的耐候钢产品主要用于轨道车辆、集装箱、桥梁建筑、工程机械、体育场馆等大气暴露环境，避免大气腐蚀引起使用寿命缩短而造成经济损失或因腐蚀失效造成重大事故，耐大气腐蚀钢的需求也随着适用范围的扩展越来越多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐大气腐蚀用无缝钢管钢种，该钢种适合制造结构用耐大气腐蚀轧态交货的无缝钢管，组织为均匀的铁素体加珠光体组织，具有耐大气腐蚀、强度高、可焊性高的特点。
在大气腐蚀环境中，Cu、P元素富集在钢基体附近锈层中，相互作用后形成致密的非晶态羟基氧化铁，起到保护内层材料的作用，在耐大气腐蚀的低合金钢中形成致密的非晶态羟基氧化铁，Cu含量需要大于0.20％，P是提高耐大气腐蚀性能最主要的元素之一，但P会影响钢的焊接性能，Cu会在晶体之间产生晶间作用，后续加工容易产生轧制裂纹，应该综合考虑确定产品的成分范围；
C对钢的耐大气腐蚀不利，影响焊接性能和冲压性能；
Cr是热力学不稳定元素，其腐蚀电位为-0.74V，比铁-0.44V更低，但Cr钝化的条件下，合金中Cr含量高，腐蚀速率小；在不能钝化的条件下，Cr含量高，腐蚀速率大。Cr在Fe中形成无限固溶体，因此在腐蚀过程中，Cr元素会在表面富集，在钢的表面形成致密的氧化膜提高钢的钝化能力，当铬与铜配合加入时效果更明显；
Ni是一种比较稳定的元素，在铁基合金中常用来增加合金的热力学稳定性，从而提高耐蚀性在氧化性和还原性介质中的效果；加入镍能够提升钢自腐蚀电位，增加钢的海洋大气环境耐腐蚀性能；
现有的耐大气腐蚀钢种为高P设计，焊接性能差，为解决目前耐大气腐蚀钢种焊接性能存在的问题，满足结构施工对高焊接性能耐大气腐蚀用无缝钢管的需求，本发明的技术解决方案是提供一种高焊接性能耐大气腐蚀用无缝钢管。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
耐大气腐蚀的无缝钢管，包括如下质量百分比的各组分：
C：0.10～0.18％；Si≤0.35％；Mn：0.70～1.20％；P≤0.020％；S≤0.015％；
Cr：0.40～0.80％；Ni：0.15～0.40％；Cu：0.25～0.55％；V≤0.10％；其余为铁和杂质元素。
进一步的，所述无缝钢管的尺寸为：114mm≤外径≤377mm，6mm≤壁厚≤30mm。
进一步的，所述的无缝钢管的屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥490MPa，断后伸长率≥20％，20℃纵向全尺寸夏比V型冲击功≥47J。
进一步的，所述的无缝钢管的组织为铁素体加珠光体。
本发明的优点和积极效果是：
本发明以低碳锰钢为基础，添加铬镍铜合金提高钢的耐大气腐蚀性能，适合生产114mm≤外径≤377mm，6mm≤壁厚≤30mm耐大气腐蚀用无缝钢管，使用该钢种制造的无缝钢管屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥490MPa，断后伸长率≥20％，20℃纵向全尺寸夏比V型冲击功≥47J，组织为铁素体加珠光体；通过耐腐蚀成分体系设计，达到了Q355NHB耐大气腐蚀结构管产品较普通结构管产品Q345C腐蚀失重率提升20％。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1为本发明实施例2提供的500倍放大后的铁素体加珠光体组织；
图2为本发明实施例3提供的500倍放大后的铁素体加珠光体组织；
图3为本发明实施例4提供的500倍放大后的铁素体加珠光体组织。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本实施例提供的耐大气腐蚀的无缝钢管，包括如下质量百分比的各组分：
C：0.10～0.18％；Si≤0.35％；Mn：0.70～1.20％；P≤0.020％；S≤0.015％；
Cr：0.40～0.80％；Ni：0.15～0.40％；Cu：0.25～0.55％；V≤0.10％；其余为铁和杂质元素。
所述无缝钢管的尺寸为：114mm≤外径≤377mm，6mm≤壁厚≤30mm；所述的无缝钢管的屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥490MPa，断后伸长率≥20％，20℃纵向全尺寸夏比V型冲击功≥47J；所述的无缝钢管的组织为铁素体加珠光体。
对主要组成成分选取理由如下：
碳：钢中最经济、最基本的强化元素，但碳对钢的耐大气腐蚀不利，影响焊接和冲压性能，耐候钢中碳被控制在0.18％以下；
锰：显著提高奥氏体的稳定性，从而显著提高钢的强度，结合降碳可显著提高韧性；本钢种把锰含量控制在0.70～1.20％；
铬：但Cr钝化的条件下，合金中Cr含量高，腐蚀速率小；在腐蚀过程中，Cr会在表面富集，在钢的表面形成致密的氧化膜提高钢的钝化能力，本钢种把铬含量控制在0.40～0.80％；
镍：镍是一种比较稳定的元素，加入镍能够提升钢自腐蚀电位，增加钢的海洋大气环境耐腐蚀性能，本钢种镍含量控制在0.15～0.40％；
铜：铜既有促进表层致密氧化膜成膜的作用，又有导致轧制时晶间裂纹的风险；本钢种铜含量控制在0.25～0.55％；铜能抵消钢中硫的有害作用的效果很明显，其作用特点是：钢中硫含量愈高,铜降低腐蚀速率的相对效果愈显著，这是因为铜与硫生成了难溶硫化物。
本发明的无缝钢管的组织为：设计耐腐蚀钢产品组织为铁素体加珠光体组织，通过合金化添加铬、镍、铜等合金元素，及控制轧制技术调节珠光体铁素体微观组织的比例，提高其抗腐蚀性能。
实施例2
本实施例生产的Φ245×12mm无缝钢管，具体情况如下：
1.1钢种成分
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo |
| 0.10 | 0.28 | 1.20 | 0.012 | 0.002 | 0.40 | 0.02 |
| Ni | Cu | V | ||||
| 0.15 | 0.25 | 0.07 |
1.2钢管性能
(1)拉伸
| 试样 | Rp0.2(MPa) | Rm(MPa) | A％ |
| 1 | 441 | 595 | 28.0 |
| 2 | 414 | 561 | 27.5 |
(2)冲击
(3)组织：铁素体加珠光体(500倍)
通过组织光学显微镜下500倍图片可以看出产品微观组织为铁素体加珠光体组织，组织分布均匀，其中体素体耐腐蚀能力强，保证成品钢管具有较高的耐大气腐蚀能力，珠光体可以保证管材具有较高的强度，保证产品使用时具有较高的安全性。
(4)腐蚀速率：
实验条件：5％NaCl溶液，PH值6.8，盐雾腐蚀箱温度35℃，实验时间7天。
由设计钢种15MnCrNiCuV生产的Q355NHB耐大气腐蚀钢与常用钢种Q345C产品对比看出，腐蚀失重率提升20.3％，有明显的抗大气腐蚀效果。
实施例3：
本实施例生产的Φ377×30mm无缝钢管，具体情况如下：
1.1钢种成分
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo |
| 0.18 | 0.28 | 0.70 | 0.010 | 0.002 | 0.80 | 0.02 |
| Ni | Cu | V | ||||
| 0.40 | 0.55 | 0.07 |
1.2钢管性能
(1)拉伸
| 试样 | Rp0.2(MPa) | Rm(MPa) | A％ |
| 1 | 386 | 580 | 28.5 |
| 2 | 396 | 594 | 28.0 |
(2)冲击
(3)组织：铁素体加珠光体(500倍)
通过组织光学显微镜下500倍图片可以看出产品微观组织为铁素体加珠光体组织，组织分布均匀，其中体素体耐腐蚀能力强，保证成品钢管具有较高的耐大气腐蚀能力，珠光体可以保证管材具有较高的强度，保证产品使用时具有较高的安全性。
(4)腐蚀速率：
实验条件：5％NaCl溶液，PH值6.8，盐雾腐蚀箱温度35℃，实验时间7天。
由设计钢种15MnCrNiCuV生产的Q355NHB耐大气腐蚀钢与常用钢种Q345C产品对比看出，腐蚀失重率提升24.2％，有明显的抗大气腐蚀效果。
实施例4
本实施例生产的Φ114×6mm无缝钢管，具体情况如下：
1.1钢种成分
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo |
| 0.15 | 0.25 | 1.11 | 0.008 | 0.002 | 0.48 | 0.03 |
| Ni | Cu | V | ||||
| 0.19 | 0.27 | 0.06 |
1.2钢管性能
(1)拉伸
(2)冲击
(3)组织：铁素体加珠光体(500倍)
通过组织光学显微镜下500倍图片可以看出产品微观组织为铁素体加珠光体组织，组织分布均匀，其中体素体耐腐蚀能力强，保证成品钢管具有较高的耐大气腐蚀能力，珠光体可以保证管材具有较高的强度，保证产品使用时具有较高的安全性。
(4)腐蚀速率：
实验条件：5％NaCl溶液，PH值6.8，盐雾腐蚀箱温度35℃，实验时间7天。
由设计钢种15MnCrNiCuV生产的Q355NHB耐大气腐蚀钢与常用钢种Q345C产品对比看出，腐蚀失重率提升19.0％，有明显的抗大气腐蚀效果。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (4)
1.耐大气腐蚀的无缝钢管，其特征在于，包括如下质量百分比的各组分：
C：0.10～0.18％；Si≤0.35％；Mn：0.70～1.20％；P≤0.020％；S≤0.015％；
Cr：0.40～0.80％；Ni：0.15～0.40％；Cu：0.25～0.55％；V≤0.10％；其余为铁和杂质元素。
2.根据权利要求1所述耐大气腐蚀的无缝钢管，其特征在于：所述无缝钢管的尺寸为：114mm≤外径≤377mm，6mm≤壁厚≤30mm。
3.根据权利要求3所述耐大气腐蚀的无缝钢管，其特征在于，所述的无缝钢管的屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥490MPa，断后伸长率≥20％，20℃纵向全尺寸夏比V型冲击功≥47J。
4.根据权利要求3所述耐大气腐蚀的无缝钢管，其特征在于，所述的无缝钢管的组织为铁素体加珠光体。
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| CN202310977445.4A CN117144267A (zh) | 2023-08-04 | 2023-08-04 | 耐大气腐蚀的无缝钢管 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310977445.4A CN117144267A (zh) | 2023-08-04 | 2023-08-04 | 耐大气腐蚀的无缝钢管 |
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| CN117144267A true CN117144267A (zh) | 2023-12-01 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202310977445.4A Pending CN117144267A (zh) | 2023-08-04 | 2023-08-04 | 耐大气腐蚀的无缝钢管 |
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2023
- 2023-08-04 CN CN202310977445.4A patent/CN117144267A/zh active Pending
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