CN1217024C - 耐大气腐蚀结构钢 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐大气腐蚀结构钢。该方案的特点在于各成份的重量百分比含量为：C：≤0.10、Si：0.20～0.40、Mn：0.20～0.55、P：0.07～0.12、S：≤0.035、Cu：0.20～0.40、Nb：0.005～0.05、Al：≤0.020、其余为Fe和微量杂质，它是一种既经济又耐大气腐蚀的钢种，可满足我国输电或通讯塔架、桥梁、车辆等与大气接触环境中钢结构的需要，经研制和应用试验证明，其在大气中具有良好的耐蚀性、焊接性和机加工性能。
Description
所属技术领域：
本发明涉及冶金工业中合金钢领域，特别是一种耐大气腐蚀结构钢。本结构钢成本低，并具有良好的耐大气腐蚀性能和焊接性能。
背景技术：
金属材料暴露在大气中，受空气中水和氧等的化学、电化学作用所引起的腐蚀即大气腐蚀是金属腐蚀中危害最大的一种。特别是对于输电或通讯塔架、桥梁、车辆等长期暴露在大气中使用的金属构件，大气腐蚀已成为影响其寿命的主要因素，不仅造成了大量金属的损失，而且增加了制造加工、维修的费用。
目前一般用Q235钢制造塔架，由于Q235钢耐大气腐蚀性能一般，多采用热镀锌工艺进行防腐和外观处理。热镀锌工艺存在两个问题：一是成本较高、制造复杂，二是环境污染大、能耗高。至今国内外尚未发现制作塔架实际应用耐大气腐蚀钢的记录。
提高钢的耐大气腐蚀性能，国内外普遍采用的是在钢中添加不同合金元素的方法来解决。一般认为，加入Cu、P元素后耐大气腐蚀效果比较明显.但是钢中加入Cu、P后存在着脆裂等缺陷，降低钢的塑性、韧性，因此，各国普遍采用添加某些合金元素来弥补不足。有的国外钢种采用加Mo、As、Ce等元素，虽然提高了钢的性能，但成本太高。
在现有技术中，与本发明最为接近的现有技术是，日本专利昭53-70911，含P高焊接性耐腐蚀钢成分C≤0.04、Si≤1.0、Mn≤2.5、P：0.03～0.20、Mo：0.05～1.0、另外可加Cu、Ni、Co、Cr、W其中1种以上，但合计≤4.0，Nb、V、Ti、Zr、Ta、N、Al、B、RE、Ca、Mg、Te、Se其中1种以上，合计≤0.2
中国专利(85108118A)，低合金耐大气腐蚀钢C≤0.12、Si：0.20～0.75、Mn：0.20～0.70、P：0.06～0.15、S≤0.04、Cu：0.20～0.50、V：0.02～0.12、RE加入量≤0.20。
发明内容：
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种低成本的具有良好的耐大气腐蚀性能和焊接性的耐大气腐蚀结构钢技术方案。
本方案是通过如下技术措施来实现的。本方案的耐大气腐蚀结构钢，其主要合金成份包括C、Si、Mn、P、Cu、Nb、Al，其特点在于各成份的重量百分比含量为：C：≤0.10、Si：0.20～0.40、Mn：0.20～0.55、P：0.07～0.12、S：≤0.035、Cu：0.20～0.40、Nb：0.005～0.05、Al：≤0.020、其余为Fe和微量杂质。本方案具体的特点还有，各成份重量百分比含量为：C：0.06～0.10、Si：0.20～0.35、Mn：0.35～0.55、P：0.08～0.12、S：≤0.030、Cu：0.20～0.40、Nb：0.015～0.035、Al：0.008～0.020、其余为Fe和微量杂质。
本发明的合金机理如下：
Cu、P是在低合金耐大气腐蚀钢中提高耐蚀作用最为有效的合金元素，在强度要求不高时，Cu与P的复合作用耐蚀性最好，研究表明，Cu、P同时加入钢中后，有助于在钢的表面形成致密的、粘附性好的非晶态氧化层保护膜，使腐蚀过程几乎不能进行，时间越长保护膜越致密，耐蚀作用也越明显。
另外，Cu可以抵消钢中S的有害作用，Cu与S生成难溶的硫化物，从而抵消了S对钢耐蚀性的有害作用。Cu、P还是很强的固溶强化元素，使钢的强度显著提高，但钢中含P过高，会导致钢的韧性降低，特别会出现低温脆性，因此，一般钢的P含量以不大于0.12％为宜。
Nb在钢中主要作用是细化晶粒，改善钢材的强韧性能和加工性能，且Nb是强碳、氮化物形成元素，在钢中主要以碳化铌或碳、氮化铌的形式存在，因降低钢中渗碳体的含量，使组织中的珠光体成分降低，有利于提高钢的耐蚀性。
Al在钢中主要作用是细化晶粒，改善钢材的强韧性能和加工性能，通过控制轧制等技术，能显著提高钢的低温冲击韧性。
生产工艺过程：转炉冶炼—脱氧合金化—连铸—精整—加热—轧制—矫直—冷却—剪切—钢板或型钢检验入库。
通过优选化学成份，以保证其耐大气腐蚀性能，并在冶炼时，进一步降低钢中[O]≤60ppm，净化钢质，以及通过Cu、P、Nb等元素的合金化，配合相应的控制轧制工艺，使晶粒细化，保证耐大气腐蚀、焊接性能、冲击韧性优良
本发明耐大气腐蚀结构钢的金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为8～9级。本钢种具有良好的耐大气腐蚀性能和综合力学性能，易于焊接。其力学性能见表3。
选用J507CuP焊条、自动焊用H08MnA+CuP烧结焊剂、CO2气体保护焊用YJ507CuP药芯焊丝进行焊接试验，焊缝金属、热影响区的性能与母材相当，经45天室内盐雾加速腐蚀试验、干湿交替试验，焊缝部分的耐蚀性与母材相当。
本发明的优点在于与国内外相关钢种比较，本发明去掉了Mo、Ni、As等价格昂贵的合金元素，同时免去了因加入RE、Ti合金，使钢的冶炼、浇铸工艺复杂的缺点，而是直接采用常规冶炼工艺，进行钢包Nb、Al微合金化，细化晶粒，提高钢的综合性能，解决高含P的厚规格钢低温冲击韧性差的问题，使该钢种不加保护层裸露使用，满足输电或通讯塔架、桥梁、车辆等构件的耐大气腐蚀的需要。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施效果也是显而易见的。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式对本方案加以说明。
由表4所示为本发明的一个具体实施方式的各合金成份，即：C：0.09、Si：0.28、Mn：0.46、P：0.106、S：0.017、Cu：0.33、Nb：0.016、Al：0.011，其余为Fe和微量杂质。该钢种的力学性能见表5；在北京、沈阳、青岛三个地区进行室外静态暴露实验结果见表6。
表1、本发明耐大气腐蚀结构钢化学成份，(重量％)
| C | Si | Mn | P | S | Cu | Nb | Al |
| ≤0.10 | 0.20～0.40 | 0.20～0.55 | 0.07～0.12 | ≤0.035 | 0.20～0.40 | 0.005～0.05 | ≤0.02 |
表2、本发明耐大气腐蚀结构钢优选化学成份，(重量％)
| C | Si | Mn | P | S | Cu | Nb | Al |
| 0.06～0.10 | 0.20～0.35 | 0.35～0.55 | 0.08～0.12 | ≤0.030 | 0.25～0.40 | 0.015～0.035 | 0.008～0.020 |
表3、本发明耐大气腐蚀结构钢的力学性能：
| 规格mm | σsMPa | σbMPa | δ5％ | 冷弯180° | AKV，J20℃，纵向 | AKV，J0℃，纵向 | AKV，J-20℃，纵向 |
| ≤16 | ≥245 | ≥375 | ≥24 | d＝1.5a | ≥34 | ≥27 | ≥27 |
| 16～30 | ≥235 | ≥375 | ≥24 | d＝1.5a | ≥34 | ≥27 | ≥27 |
表4、具体实施方式的化学成份(重量％)
| C | Si | Mn | P | S | Cu | Nb | Al |
| 0.09 | 0.28 | 0.46 | 0.106 | 0.017 | 0.33 | 0.016 | 0.011 |
表5、具体实施方式的力学性能
| 规格mm | σsMPa | σbMPa | δ5％ | 冷弯180° | AKV，J20℃，纵向 | AKV，J0℃，纵向 | AKV，J-20℃，纵向 |
| 12 | 335 | 490 | 31 | 合格 | 89/76/81 | 66/64/68 | 54/48/48 |
| 20 | 355 | 480 | 28 | 合格 | 82/64/78 | 58/62/57 | 44/39/37 |
表6、具体实施方式在三个地区室外静态暴露挂片试验结果
| 地点 | 北京 | 沈阳 | 青岛 | |||
| 暴露时间 | 1年 | 2年 | 1年 | 2年 | 1年 | 2年 |
| 腐蚀率mm/a | 0.031 | 0.019 | 0.033 | 0.021 | 0.044 | 0.030 |
Claims (2)
1、一种耐大气腐蚀结构钢，其主要合金成份包括C、Si、Mn、P、Cu、Nb、Al，其特征：在于各成份的重量百分比含量为：C：≤0.10、Si：0.20～0.40、Mn：0.20～0.55、P：0.07～0.12、S：≤0.035、Cu：0.20～0.40、Nb：0.005～0.05、Al：≤0.020、其余为Fe和微量杂质。
2、根据权利要求1所述的耐大气腐蚀结构钢，其特征：在于各成份的重量百分比含量为：C：0.06～0.10、Si：0.20～0.35、Mn：0.35～0.55、P：0.08～0.12、S：≤0.030、Cu：0.20～0.40、Nb：0.01 5～0.035、Al：0.008～0.020、其余为Fe和微量杂质。
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