CN105624586A - 一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢 - Google Patents

一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,其特征在于,所述桥梁支座用钢成分包括:以质量百分比计,C:0.08~0.15%,Si:0.16~1.0%,Mn:0.5~1.6%,Cr:0.60~11.0%,Ni:0.30~2.0%,Al:0.01~0.5%,P≤0.015%,S≤0.015%,Cu≤0.80%、V≤0.06%和Mo≤0.35%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;所述桥梁支座用钢经过如下热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至860~950℃,保温3.0~5.0h,然后冷却至室温。通过调控成分配比和热处理工艺,提高耐腐蚀性能和力学性能,能够满足工程对不同耐腐蚀等级和强度等级的需要。

Description

一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域,尤其涉及一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢。
背景技术
桥梁支座作为桥梁上下结构的连接件,直接影响桥梁的使用性能和寿命,对桥梁的结构安全和耐久性起着决定性作用。近年来,随着我国沿海地区经济的快速发展,跨海大桥和海滨桥梁的兴建日益增加,这些地区桥梁多处于咸淡水交替、受海水及盐雾影响的氯化物环境,海水含盐度高,氯离子含量较大,特别是华南沿海地区常年气温较高,湿度大,季候风强烈,桥梁支座受海洋大气腐蚀更为严重,桥梁的耐久性和服役年限将受到严重影响。
目前桥梁支座依然采用涂漆、涂层或复合涂层等防腐措施,而这样的支座在海洋环境中会出现表层涂漆易剥落、涂层易老化等时效问题,导致支座使用寿命减短,持久性差,同时由于边角积水位置没有办法采用补救措施,导致材料会持续腐蚀,劣化失控,支座总体性能大幅下降,严重威胁桥梁的安全性。
发明内容
鉴于上述的分析,本发明旨在提供一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,该种钢作为支座可以裸露使用,不仅具有优良的耐腐蚀性能,同时具有较高的力学性能,满足不同牌号性能要求。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的:
本发明一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,所述桥梁支座用钢成分包括:以质量百分比计,C:0.08~0.15%,Si:0.16~1.0%,Mn:0.5~1.6%,Cr:0.60~11.0%,Ni:0.30~2.0%,Al:0.01~0.5%,P≤0.015%,S≤0.015%,Cu≤0.80%、V≤0.06%和Mo≤0.35%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述桥梁支座用钢热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至860~950℃,保温3.0~5.0h,然后冷却至室温。
进一步地,所述冷却方式为空冷、炉冷或控制冷却速度的冷却方式。
进一步地,所述炉冷方式为:随炉冷却至500℃后开炉空冷至室温。
进一步地,所述控制冷却速度的冷却方式为:以80℃/h的冷却速度冷却至550℃,然后空冷至室温。
对所述桥梁支座用钢的成分进行说明:
C:C含量过低的钢在冶炼控制上难度大,不适用铸钢件生产企业装备条件。本发明中钢的碳含量范围0.08~0.15%。
Si:Si以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中,有较强的固溶强化作用,提高钢的强度。综合考虑铸钢件耐腐蚀性能和力学性能要求,本发明Si含量控制范围Si:0.16~1.0%。
Mn:锰和铁形成固溶体,提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度。综合考虑铸钢件耐腐蚀性能和力学性能要求,本发明中Mn含量优选范围:0.5~1.6%。
P、S:P、S在钢中常被认为杂质元素,钢质洁净化将有效降低P、S含量,但是会增加炼钢成本,因此,本发明中P、S含量范围:P≤0.015%、S≤0.015%。
Cu:Cu是提高钢耐腐蚀性的合金元素,但根据本发明的试验结果,本发明中Cu含量范围:0%~0.8%。不加Cu的钢可以通过Cr、Ni、Mo、Al等合金元素保证钢的耐蚀性能。
Ni:Ni可以提高钢的抗腐蚀能力,根据Cu、Cr配比,本发明中Ni含量范围:0.3~2.0%。
Al:Al主要用于脱氧和细化晶粒,对钢的耐蚀性有一定贡献。本发明中Al含量范围:0.01~0.5%。
V:V以C、N化物的形式在铁素体中析出,具有很强的析出强化作用,同时细化晶粒,因此,对钢的强度和韧性有一定贡献。本发明中加入V含量范围:≤0.06%。
Mo:Mo可以降低点蚀的可能性,本发明中Mo含量范围:≤0.35%。
本发明有益效果如下:
本发明提供的一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,通过调控成分配比,使桥梁支座的耐腐蚀性达到最大程度的提高,并结合热处理工艺,进一步提高桥梁支座的力学性能,在达到力学性能的前提下大幅提高耐腐蚀性能,从而满足工程对不同耐腐蚀等级和强度等级的需要。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分的从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书来实现和获得。
具体实施方式
下面结合优选实施例对本发明技术方案作进一步阐述,应当理解,以下实施例仅用于解释和阐述本发明,但不构成对本发明技术方案的限制。
以成分包括:以质量百分比计,C:0.30%,Si:0.17%,Mn:0.87%,P:0.021%,S:0.013%,Cu:0.014%,Cr:0.038%,Ni:0.034%,余量为Fe和不可避免的杂质元素,为对比钢。
实施例1
本发明实施例提供一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,包括:以质量百分比计,C:0.08%,Si:1.00%,Mn:0.92%,P:0.006%,S:0.004%,Cu:0.79%,Cr:2.03%,Ni:0.86%,Al:0.025%,V:0.03%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述桥梁支座用钢热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至860℃,保温3.5h,然后空冷至室温。
实施例2
本发明实施例提供一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,包括:以质量百分比计,C:0.09%,Si:0.66%,Mn:0.96%,P:0.006%,S:0.004%,Cu:0.75%,Cr:0.63%,Ni:1.21%,Al:0.032%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述桥梁支座用钢热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至900℃,保温3h,然后空冷至室温。
实施例3
本发明实施例提供一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,包括:以质量百分比计,C:0.12%,Si:0.51%,Mn:1.12%,P:0.006%,S:0.004%,Cu:0.49%,Cr:0.77%,Ni:0.38%,Al:0.16%,V:0.06%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述桥梁支座用钢热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至950℃,保温4.5h,然后空冷至室温。
实施例4
本发明实施例提供一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,包括:以质量百分比计,C:0.12%,Si:0.65%,Mn:0.96%,P:0.006%,S:0.004%,Cu:0.39%,Cr:0.83%,Ni:0.032%,Al:0.016%,Mo:0.30%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述桥梁支座用钢热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至930℃,保温5h,然后空冷至室温。
实施例5
本发明实施例提供一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,包括:以质量百分比计,C:0.12%,Si:0.66%,Mn:0.93%,P:0.006%,S:0.004%,Cu:0.49%,Cr:0.96%,Ni:0.84%,Al:0.03%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述桥梁支座用钢热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至900℃,保温4.5h,然后空冷至室温。
实施例6
本发明实施例提供一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,包括:以质量百分比计,C:0.11%,Si:0.40%,Mn:0.55%,P:<0.01%,S:<0.01%,Cu:0.37%,Cr:1.01%,Ni:0.042%,Al:0.49%,Mo:0.34%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述桥梁支座用钢热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至950℃,保温5h,然后空冷至室温。
实施例7
本发明实施例提供一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,包括:以质量百分比计,C:0.10%,Si:0.33%,Mn:1.24%,P:<0.01%,S:<0.01%,Cr:10.78%,Ni:2.00%,Al:0.34%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述桥梁支座用钢热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至950℃,保温5h,然后炉冷至500℃,空冷至室温。
实施例8
本发明实施例提供一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,包括:以质量百分比计,C:0.11%,Si:0.26%,Mn:0.79%,P:<0.01%,S:<0.01%,Cr:10.33%,Ni:0.31%,Al:0.011%,Mo:0.26%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述桥梁支座用钢热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至950℃,保温5h,然后炉冷至500℃,空冷至室温。
实施例9
本发明实施例提供一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,包括:以质量百分比计,C:0.10%,Si:0.18%,Mn:0.67%,P:<0.01%,S:<0.01%,Cu:0.34%,Cr:5.31%,Ni:0.30%,Al:0.014%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述桥梁支座用钢热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至950℃,保温4h,以80℃/h的冷却速度冷却至550℃,空冷至室温。
实施例10
本发明实施例提供一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,包括:以质量百分比计,C:0.15%,Si:0.16%,Mn:0.50%,P:<0.01%,S:<0.01%,Cu:0.30%,Cr:3.27%,Ni:0.52%,Al:0.014%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述桥梁支座用钢热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至950℃,保温4h,以80℃/h的冷却速度冷却至550℃,空冷至室温。
表1各实施例主要化学成分(%)
将上述实施例1-实施例10的桥梁支座用钢和对比钢按照YB/T4367-2014《钢筋在氯离子环境中腐蚀试验方法》进行周浸加速腐蚀实验,实验条件为:切取直径为a、长度为b的试样在腐蚀介质中腐蚀时间为72h,腐蚀介质为2%NaCl溶液,相对湿度为70±10RH,温度为45℃±2℃,PH在6.5-7.5之间,试验周期为60min±5min,其中浸润12min±2min;然后按照以下计算公式计算平均腐蚀率:
W=(w0-wt)×106/[πabt]
式中:W为腐蚀速率,g/m2·h;wt为试样腐蚀t时间除锈后的重量,g;w0为试样腐蚀前的重量,g;a、b分别为试样的直径和长度,㎜;t为试验时间,h。
本发明各实施例与对比钢的耐腐蚀性能比较结果如表2所示,由表2可看出本发明桥梁支座用钢的耐腐蚀性能显著优于对比钢。
表2各实施例与对比钢在2%NaCl溶液中进行周浸加速腐蚀试验的平均腐蚀率(g/m2·h)
将上述实施例1-实施例10的桥梁支座用钢和GB/T11352-2009中ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640牌号的三种钢进行力学性能对比,其结果如表3所示,由表3可以看出本发明实施例在满足ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640牌号屈服强度和抗拉强度的要求的同时,各实施例的断面收缩率、冲击韧性明显高于相应指标要求,具有优异的力学性能。
表3各实施例的力学性能测试结果
表4GB/T11352-2009力学性能
综上所述,本发明实施例提供了一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,通过调控成分配比,使桥梁支座的耐腐蚀性达到最大程度的提高,并结合热处理工艺,进一步提高桥梁支座的力学性能,在保证具有较高的力学性能的同时能大幅提高耐腐蚀性能,从而能够满足工程对不同耐腐蚀等级和强度等级的需要,增加使用过程中安全性。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,其特征在于,所述桥梁支座用钢成分包括:以质量百分比计,C:0.08~0.15%,Si:0.16~1.0%,Mn:0.5~1.6%,Cr:0.60~11.0%,Ni:0.30~2.0%,Al:0.01~0.5%,P≤0.015%,S≤0.015%,Cu≤0.80%、V≤0.06%和Mo≤0.35%,余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述桥梁支座用钢热处理工艺为:在加热炉中从室温加热至860~950℃,保温3.0~5.0h,然后冷却至室温。
2.根据权利要求1所述适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,其特征在于,所述冷却方式为空冷、炉冷或控制冷却速度的冷却方式。
3.根据权利要求2所述适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,其特征在于,所述炉冷方式为:随炉冷却至500℃后开炉空冷至室温。
4.根据权利要求2所述适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢,其特征在于,所述控制冷却速度的冷却方式为:以80℃/h的冷却速度冷却至550℃,然后空冷至室温。
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