CN100480413C - 耐大气腐蚀钢 - Google Patents

Abstract

本发明属于低合金钢领域，特别涉及一种耐大气腐蚀钢。该钢的化学组成成分(wt%)为：C≤0.08%、Si：0.10～0.30%、Mn：0.40～0.60%、S≤0.01%，P：0.03～0.13%、Nb：0.02～0.03%及RE：0.02～0.15%，余量为铁及不可避免的杂质。本发明与现有技术相比合金元素简单，成本低，且具有耐腐蚀性能优异，强度较高，较好的低温冲击韧性的优点。

Description

耐大气腐蚀钢

技术领域

本发明属于低合金钢领域，特别涉及一种耐大气腐蚀钢。

背景技术

通常，具有优良的机械性能和较低价格的碳钢及低合金钢是常用的结构材料，但是这些钢在大气环境中容易产生金属腐蚀，不仅造成了金属损失，而且增加了制造加工和维修更换的工作量。

目前，为了提高碳钢和低合金钢的耐腐蚀性，一般采用在钢中添加不同合金元素的方法来提高钢的耐大气腐蚀性能。一般认为Cu、P是耐候钢最理想的合金元素，如美国研制的高磷、铜加镍、铬的COR—TEN A系列和以Cr、Mn、Cu为主的COR—TEN B系列耐大气腐蚀钢，以及我国武汉钢铁公司研制的09CuPTiRE类耐候钢等，都无一例外的以Cu、P为主要添加元素。

日本专利(18.09.80)J51071—817C22C38/42介绍的“耐大气腐蚀及抗高温裂纹钢(Weatherand high temp cracking resistant steel)”，其化学成分(wt％)为C≤0.08％、Si≤0.75％、Mn：10～20％、P：0.05～0.15％、Cu：0.15～0.60％、Cr：0.10～0.15％、Ni：0.15～1.0％、Al<0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。

中国专利号85108118A介绍了一种低合金耐大气腐蚀钢，其化学成分为C≤0.12％、Si：0.20～0.75％、Mn：0.20～0.70％、P：0.06～0.15％、Cu：0.20～0.50％、V：0.02～0.12％、Xt≤0.20％、S≤0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。

美国USS标准Cor—Ten“B”规定耐候钢成分(％)是：C：0.10～0.19、Si：0.15～0.30、Mn：0.90～1.25、S≤0.05、P≤0.04、Cu：0.25～0.40、Cr：0.40～0.65、V：0.02～0.10，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述钢种，由于成份中磷、铜含量较高，以及含有铬、镍合金元素，提高了钢的耐大气腐蚀的能力，但同时高磷也带来了低温脆性，高铜带来了热轧龟裂及弯曲裂缝等，即塑性和韧性下降；另外，由于合金总量高，含磷量及碳含量低，使钢的价格提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合金元素简单，成本低，且具有耐腐蚀性能优异，强度较高，较好的低温冲击韧性的的耐大气腐蚀钢。

根据上述目的，本发明所采用的整体技术方案是在普通碳素结构钢化学成分的基础上(普通碳素结构钢化学成分(wt％)为：P<0.045％，S<0.045％，Cu<0.3％，Si：0.12～0.30％，Mn：0.30～0.60％)，降低S含量的上限，提高P含量的下限，并添加稀土元素RE。

上述整体技术方案的工作原理为：

研究结果表明，磷和稀土是耐蚀性作用十分突出的合金元素，在大气腐蚀的条件下，钢中的磷是阳极去极化剂，稀土元素是阴极沉淀型缓蚀剂。合金元素P和RE加入后，能促进钢表面稳定腐蚀产物的形成，使内锈层更加致密化，从而提高钢的耐腐蚀性能。

另外，磷在钢中起到固溶强化的作用，提高钢的强度。在钢中加入稀土可净化钢液和控制夹杂物的形态，使之球化，从而提高钢的塑性及耐蚀性能。合金元素P和RE的加入，使钢的综合性能得到提高。

根据上述目的和整体的技术方案的工作原理：本发明的具体的技术方案为：该钢的化学组成成分(wt％)为：C≤0.08％、Si 0.10～0.30％、Mn 0.40～0.60％、S≤0.01％，P 0.03～0.13％、Nb 0.02～0.03％及RE 0.02～0.15％，余量为Fe不可避免的杂质。

上述各元素的作用及配比依据如下：

C对本发明钢的强度是极为重要的元素，但C含量过多对耐蚀性能有不良影响，所以限定0.08％为C含量的上限。

Si是为了对钢进行脱氧而添加的元素，降低钢中的氧含量可以起到净化钢质的作用，同时适量的加入Si元素还可以提高钢的强度，所以其含量应达到0.10％以上，但Si含量过高对耐蚀性能也有不利影响，规定最高含量为0.30％。

Mn在确保钢的韧性和强度方面是不可缺少的元素，其下限为0.30％；但是Mn含量过多易与钢中的S形成MnS夹杂对耐蚀性不利，广东Mn的上限为0.50％。

S对钢的耐蚀性能影响极大，钢中的S化物夹杂的存在使钢铁材料与S化物之间形成电位差，在腐蚀环境中诱发钢的腐蚀，因此S的含量控制在0.01％以下。

P是对抗大气腐蚀性能有利的元素，P是阳极去极化剂，钢中加入P后可以促进钢的均匀溶解，有助于在钢表面形成均匀的α-FeOOH锈层，但过高的P含量对钢的韧性有损害，所以P含量上限控制在0.13％。

Nb具有较强的细晶强化作用和沉淀强化作用，Nb含量过低或过高对性能的影响均不理想，故Nb控制在0.02-0.03％范围之间。

RE：稀土元素有夹杂物变性和净化钢质的作用，变性后夹杂物，特别是稀土硫化物，在腐蚀过程中发生水解，改变钢材表面微区PH值，对腐蚀有抑制作用，稀土含量超过一定值才有作用，所以其含量应达到0.10％以上，但稀土含量过高会大量增加钢中第二相数量，对力学性能有不良影响，所以稀土含量上限控制在0.15％。

本发明采用与现有技术相所似的制备方法：

发明钢采用50公斤真空炉冶炼，配料和浇锭时均加入稀土以保证稀土收得率，采用控轧控冷工艺获得细晶粒组织以提高力学性能。

本发明与现有技术相比合金元素简单，成本低，且具有耐腐蚀性能优异，强度较高，较好的低温冲击韧性的优点。上述优点具体如下：

(1)本发明化学成分简单，故工艺易于稳定，其成本仅为普碳钢水平，但其耐大气腐蚀性能远远优于普碳钢。

(2)本发明采用高磷基础上添加稀土，获得较好的耐腐蚀性的同时，其强度较高，且具有较好的低温冲击韧性，其R_eL≧300MPa，A_kv2/J(-40℃)≧30J。

附图说明

附图1为本发明耐大气腐蚀三炉钢的金相组织图。

附图2为本发明钢与对比钢模拟大气腐蚀试验的对比图。

在上述附图2中，横坐标为试验时间，单位为h；纵坐标为腐蚀率，单位为g/m²·h。

具体实施方式

根据本发明所述的化学成分范围，共冶炼了三炉本耐腐蚀钢。具体化学成分如表1所示。三炉钢经浇铸，并轧制后取样，本发明钢金相组织见图1。按照国标GB/T229—1994进行机械性能试验，试验结果列于表2。同时对三炉钢进行了实验室模拟大气腐蚀试验，为了对比，还将对比钢号SS400碳钢和含磷0.12％碳钢的样品在实验室相同条件下进行了模拟大气腐蚀试验。试验结果见附图2。在上述列表中，1-3#为本发明实施例，4-5#为现有技术对比钢SS400碳钢和含磷0.12％碳钢。由附图2可见，在全部试验过程中，本发明钢的腐蚀率远远低于对比钢，因此，本发明具有优异的耐大气腐蚀性能。由附图2可见另一特征，即在全部模拟大气腐蚀过程中，本发明钢的耐腐蚀性稀土含量的增加略为提高。

表1本发明实施例与现有技术对比钢化学成分对比表(wt％)

 

序号	钢号	C	Si	Mn	P	S	Nb	Re
									1	91-3	0.071	0.12	0.42	0.031	0.0066	0.021	0.026
2	84-3	0.053	0.22	0.53	0.078	0.0096	0.023	0.096
									3	84-1	0.053	0.29	0.60	0.13	0.0096	0.020	0.150
4	SS400碳钢	0.133	0.211	0.342	0.012	0.0056	-	-
									5	含磷0.12％碳钢	0.122	0.210	1.050	0.122	0.0155	-	-

表2本发明实施例与现有技术对比钢的机械性能对比表

 

序号	钢号	R<sub>eL</sub>/MPa	R<sub>m</sub>/MPa	A/％	A<sub>kv2</sub>/J(-40℃)
						1	91-3	335	467	36.3	31.5
2	84-3	295	432	34.2	35.5
						3	84-1	308	413	31.3	32.5
4	SS400碳钢	235	398	27.3	21
						5	含磷0.12％碳钢	292	479	31.4	3

Claims (1)

1.一种耐大气腐蚀钢，其特征在于钢的化学组成成分重量百分比为：C≤0.08％、Si0.10～0.30％、Mn0.40～0.50％、S≤0.01％，P0.03～0.13％、Nb0.02～0.03％及RE0.10～0.15％，余量为铁及不可避免的杂质。

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