專利名稱：一種全候型低成本耐候鋼的制作方法
技術領域：
本發明涉及低合金鋼領域，特別是一種耐海洋大氣、工業大氣和工業海岸大氣腐蝕的全候型低成本耐候鋼，主要用于海上操作平臺、鐵道、車輛、橋梁、塔架等長期暴露在海洋大氣、工業大氣和工業海岸大氣中使用的鋼結構。
背景技術：
目前，現已公開的文獻技術中前蘇聯專利(SU182M46A3)、日本專利(特開平 9-277083、特開平1-92341)、歐洲專利(EP 0841 409A1)等對耐大氣腐蝕鋼進行了介紹，但普遍采用向鋼中添加Cu，P，Cr，Ni，Al等合金元素，有的還添加As，Ce，Co，Ti，V等元素。上述專利雖然提高了鋼的性能，但成本太高，而且工藝流程復雜，市場化存在較大的難度。在現有的低成本耐大氣腐蝕鋼中，最典型的是MnCu耐候鋼。其主要成分(重量％ )如下C 0. 12-0. 21%, Si 0. 2-2. 0%, Mn 0. 7-2. 0%, S 彡 0. 036%, P 彡 0. 034%, CuO. 10-0. 40%, Al < 0.2%，其余為!^e和微量雜質。申請人及專利號為董俊華，陳新華， 韓恩厚等.一種經濟型耐候鋼，200510045624. 6。上述MnCu耐候鋼在海岸大氣環境中能夠表現出比普通鋼Q235和16Mn優異的耐蝕性。但是，該鋼在工業大氣環境中的耐蝕并不理想，略優于16Mn與Q235耐蝕性相當。同時，隨著經濟社會的發展，許多沿海城市的大氣逐漸受到污染并由海岸大氣環境逐漸轉變為海岸工業大氣。這在客觀上要求耐候鋼不僅耐單一的海岸大氣腐蝕，或者工業大氣腐蝕， 同時也要具有耐海岸工業大氣腐蝕的能力。
發明內容
本發明針對現有鋼種生產成本高及MnCu耐候鋼在工業大氣環境耐蝕性差的現狀，提供一種新型全候型低成本耐候鋼。在MnCu耐候鋼的基礎上通過P元素合金化，就能生產出不僅在海岸大氣環境中具有良好耐蝕性，而且在工業大氣及海岸工業大氣環境中具有良好耐蝕性的低成本耐候鋼。針對上述目的，本發明所采用的技術方案是在MnCu耐候鋼化學成分的基礎上，提高P元素的含量。本發明的具體化學成分重量百分比含量為C 0.12-0. 2 %，Si 0.4-0. 5 %，Mn 1. 2-2. 0 %, S ^ 0. 02 %, P0. 045-0. 075%, Cu 0. 30-0. 40%，其余為 Fe。本發明中，P優選為0.05-0. 07%。本發明提高MnCu耐候鋼中P元素含量的下限，是基于以下原理P元素是提高低合金鋼耐酸性大氣腐蝕最有效的合金元素之一。研究表明P元素在耐候鋼銹層中對腐蝕的抑制作用與P元素促進形成穩定致密且抗酸溶解的α -FeOOH組分有關，它阻擋了腐蝕介質中侵蝕性的H+離子向金屬基體的傳輸。此外，伴隨鋼的腐蝕，P 被一同氧化為Po/—進入銹層后還可以起到緩蝕劑作用，一方面PO43-可以絡合薄液膜中的 H+改善界面ρΗ值，減緩陰極析氫的還原反應并減緩對銹層的溶解，另一方面，PO43-在鋼的陽極溶解過程中可以與1 2+和Mn2+等離子結合，形成難溶的磷酸鹽膜，阻擋陽極溶解反應的進行，起到緩蝕劑的作用。Cu加入以后，有助于在鋼的表面形成致密的、粘附性好的非晶態氧化物(羥基氧化物)保護層，使腐蝕介質很難穿越，從而阻止了鋼鐵表面與非晶態保護層之間的界面區域腐蝕的發生，時間越長保護層越致密，耐蝕作用也越明顯。另夕hCu還可以抵消鋼中S的有害作用，Cu與S生成難溶的硫化物，從而抵消了 S 對鋼耐蝕性的有害作用。Cu有很強的固溶強化作用，使鋼的強度顯著提高。Mn也是提高抗大氣腐蝕的有效元素。在Cu能發生效果的0. 3-0. 7% (質量百分數)范圍內，Mn達到一定量后與Cu發生協同作用，耐大氣腐蝕能力大大提高。Mn與S形成熔點高的MnS，既可防止因FeS而導致的熱脆現象，抵消S對鋼耐蝕性的有害作用，降低鋼的下臨界點，增加奧氏體冷卻時的過冷度，細化珠光體組織來改善其機械性能，又可提高Cu 的有效性；同時Mn擴大γ相區，形成無限固溶體，有較強的固溶強化作用，進一步提高鋼的強度。本發明的特點是1、本發明通過提高MnCu耐候鋼中P元素的含量，提供一種生產工藝簡單且具有良好耐海岸大氣，工業大氣及海岸工業大氣腐蝕性能和綜合機械性能的低成本耐大氣腐蝕鋼。2、本發明通過Cu，Mn, P等合金化，并簡單調整普通低碳鋼(Q235鋼)的部分元素含量，在不需改變Q235鋼生產工藝條件下，就能生產出具有良好的耐海岸大氣腐蝕，工業大氣腐蝕及海岸工業大氣腐蝕的低成本耐候鋼。
圖1為不同實施例P含量耐候鋼在模擬海岸大氣環境中實驗室加速試驗的腐蝕增重曲線；其中，模擬溶液為0. 3% (質量百分數)NaCl溶液。圖2為不同實施例P含量耐候鋼在模擬工業大氣環境中實驗室加速試驗的腐蝕增重曲線；其中，模擬溶液為0. (質量百分數)Na2SO3溶液，PH = 4. O0圖3為不同實施例P含量耐候鋼在模擬海岸工業大氣環境中實驗室加速試驗的腐蝕增重曲線；其中，模擬溶液為0.3% (質量百分數)NaCl+0. (質量百分數)Na2SO3溶液，pH = 4. 0。圖4為實施例MnCuP耐候鋼與其它鋼種在模擬海岸大氣環境中實驗室加速試驗的腐蝕增重曲線；其中，模擬溶液為0. 3% (質量百分數)NaCl溶液。圖5為實施例MnCuP耐候鋼與其它鋼種在模擬工業大氣環境中實驗室加速試驗的腐蝕增重曲線；其中，模擬溶液為0. (質量百分數)Na2SO3溶液，PH = 4. O0圖6為實施例MnCuP耐候鋼與其它鋼種在模擬海岸工業大氣環境中實驗室加速試驗的腐蝕增重曲線；其中，模擬溶液為0.3% (質量百分數)NaCl+0. (質量百分數) Na2SO3 溶液，pH = 4. 0。
具體實施例方式根據本發明所述的化學成分范圍，其制備采用電爐或轉爐常規冶煉，控制關鍵合金元素的含量，制備了 3爐本發明耐候鋼WR1、WR2、WR3。具體化學成分如表1所示，該鋼種的力學性能見表2。對三個爐號的鋼材進行實驗室模擬大氣腐蝕加速試驗，模擬大氣環境為海岸大氣、工業大氣及海岸工業大氣。試驗結果如圖1-圖3所示。為了對比，本申請還將對比鋼Q235、16Mn、MnCu的樣品也同時進行了上述三個環境中的大氣加速腐蝕試驗。試驗結果如圖4-圖6所示。表1不同實施例P含量耐候鋼的化學成分(質量百分數)
實施例 CSiMnSPCuFe
WRl0. 196 049 Γ890.013 0.046 0.292 ^S~
WR2oTTi0.413 17380.011 0.066 0. 396 ^S~
WR30. 143 043 Γ230.017 0.074 030^S~表2實施例的力學性能
屈服強度抗拉強度延伸率OV^GV-40。C
MPaMPa%沖擊功J沖擊功J沖擊功J
45055526.5160,150,128110,120,12648,38,66從圖1可以看出，經過120周期(60天)加速試驗后，實施例樣品WR2鋼種的耐海岸大氣腐蝕性能最好。從圖2可以看出，經過120周期(60天)加速試驗后，實施例樣品WRl鋼種的耐工業大氣腐蝕性能最好。從圖3可以看出，經過120周期(60天)加速試驗后，實施例樣品WR2鋼種的耐海岸工業大氣腐蝕性能最好。綜合不同實施例P含量耐候鋼在模擬海岸大氣，工業大氣及海岸工業大氣中的腐蝕增重結果，本發明確定鋼中P含量的最佳范圍為(質量百分數)0. 05-0. 07%。從圖4可以看出，經過120周期(60天)加速試驗后，MnCuP耐候鋼在海岸大氣中耐蝕性優于16Mn鋼、Q235鋼和MnCu耐候鋼。從圖5可以看出，經過120周期(60天)加速試驗后，MnCuP耐候鋼在工業大氣中耐蝕性優于16Mn鋼、Q235鋼和MnCu耐候鋼。從圖6可以看出，經過120周期(60天)加速試驗后，MnCuP耐候鋼在海岸工業大氣中耐蝕性優于Q235鋼。綜合MnCuP耐候鋼在模擬海岸大氣、工業大氣及海岸工業大氣中與16Mn鋼、Q235 鋼及MnCu耐候鋼的耐蝕性對比可以發現，本發明得到的MnCuP耐候鋼是一種全候型的低成本耐候鋼。
權利要求
1.一種全候型低成本耐候鋼，其特征在于該耐候鋼的合金成份及重量百分比含量為C 0. 12-0. 2 %, Si 0. 4-0. 5 %, Mn 1. 2-2. 0 %, S ^ 0. 02 %, P 0. 045-0. 075 %, CuO. 30-0. 40%，其余為 Fe。
2.按照權利要求1所述的全候型低成本耐候鋼，其特征在于P優選為0.05-0. 07%。
全文摘要
本發明涉及低合金鋼領域，特別是一種耐海洋大氣、工業大氣和工業海岸大氣腐蝕的全候型低成本耐候鋼，主要用于海上操作平臺、鐵道、車輛、橋梁、塔架等長期暴露在海洋大氣、工業大氣和工業海岸大氣中使用的鋼結構。該耐候鋼的合金成份及重量百分比含量為C 0.12-0.2％，Si 0.4-0.5％，Mn 1.2-2.0％，S≤0.02％，P 0.045-0.075％，Cu 0.30-0.40％，其余為Fe。本發明通過Cu，Mn，P等合金化，并簡單調整普通低碳鋼(Q235鋼)的部分元素含量，在不需改變Q235鋼生產工藝條件下，就能生產出具有良好的耐海岸大氣腐蝕，工業大氣腐蝕及海岸工業大氣腐蝕的低成本耐候鋼。
文檔編號C22C38/16GK102534381SQ20111045687
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者張思勛, 柯偉, 董俊華, 郝龍 申請人:中國科學院金屬研究所