专利名称：一种全候型低成本耐候钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及低合金钢领域，特别是一种耐海洋大气、工业大气和工业海岸大气腐蚀的全候型低成本耐候钢，主要用于海上操作平台、铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在海洋大气、工业大气和工业海岸大气中使用的钢结构。
背景技术：
目前，现已公开的文献技术中前苏联专利(SU182M46A3)、日本专利(特开平 9-277083、特开平1-92341)、欧洲专利(EP 0841 409A1)等对耐大气腐蚀钢进行了介绍，但普遍采用向钢中添加Cu，P，Cr，Ni，Al等合金元素，有的还添加As，Ce，Co，Ti，V等元素。上述专利虽然提高了钢的性能，但成本太高，而且工艺流程复杂，市场化存在较大的难度。在现有的低成本耐大气腐蚀钢中，最典型的是MnCu耐候钢。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%，其余为!^e和微量杂质。申请人及专利号为董俊华，陈新华， 韩恩厚等.一种经济型耐候钢，200510045624. 6。上述MnCu耐候钢在海岸大气环境中能够表现出比普通钢Q235和16Mn优异的耐蚀性。但是，该钢在工业大气环境中的耐蚀并不理想，略优于16Mn与Q235耐蚀性相当。同时，随着经济社会的发展，许多沿海城市的大气逐渐受到污染并由海岸大气环境逐渐转变为海岸工业大气。这在客观上要求耐候钢不仅耐单一的海岸大气腐蚀，或者工业大气腐蚀， 同时也要具有耐海岸工业大气腐蚀的能力。
发明内容
本发明针对现有钢种生产成本高及MnCu耐候钢在工业大气环境耐蚀性差的现状，提供一种新型全候型低成本耐候钢。在MnCu耐候钢的基础上通过P元素合金化，就能生产出不仅在海岸大气环境中具有良好耐蚀性，而且在工业大气及海岸工业大气环境中具有良好耐蚀性的低成本耐候钢。针对上述目的，本发明所采用的技术方案是在MnCu耐候钢化学成分的基础上，提高P元素的含量。本发明的具体化学成分重量百分比含量为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%，其余为 Fe。本发明中，P优选为0.05-0. 07%。本发明提高MnCu耐候钢中P元素含量的下限，是基于以下原理P元素是提高低合金钢耐酸性大气腐蚀最有效的合金元素之一。研究表明P元素在耐候钢锈层中对腐蚀的抑制作用与P元素促进形成稳定致密且抗酸溶解的α -FeOOH组分有关，它阻挡了腐蚀介质中侵蚀性的H+离子向金属基体的传输。此外，伴随钢的腐蚀，P 被一同氧化为Po/—进入锈层后还可以起到缓蚀剂作用，一方面PO43-可以络合薄液膜中的 H+改善界面ρΗ值，减缓阴极析氢的还原反应并减缓对锈层的溶解，另一方面，PO43-在钢的阳极溶解过程中可以与1 2+和Mn2+等离子结合，形成难溶的磷酸盐膜，阻挡阳极溶解反应的进行，起到缓蚀剂的作用。Cu加入以后，有助于在钢的表面形成致密的、粘附性好的非晶态氧化物(羟基氧化物)保护层，使腐蚀介质很难穿越，从而阻止了钢铁表面与非晶态保护层之间的界面区域腐蚀的发生，时间越长保护层越致密，耐蚀作用也越明显。另夕hCu还可以抵消钢中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有很强的固溶强化作用，使钢的强度显著提高。Mn也是提高抗大气腐蚀的有效元素。在Cu能发生效果的0. 3-0. 7% (质量百分数)范围内，Mn达到一定量后与Cu发生协同作用，耐大气腐蚀能力大大提高。Mn与S形成熔点高的MnS，既可防止因FeS而导致的热脆现象，抵消S对钢耐蚀性的有害作用，降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织来改善其机械性能，又可提高Cu 的有效性；同时Mn扩大γ相区，形成无限固溶体，有较强的固溶强化作用，进一步提高钢的强度。本发明的特点是1、本发明通过提高MnCu耐候钢中P元素的含量，提供一种生产工艺简单且具有良好耐海岸大气，工业大气及海岸工业大气腐蚀性能和综合机械性能的低成本耐大气腐蚀钢。2、本发明通过Cu，Mn, P等合金化，并简单调整普通低碳钢(Q235钢)的部分元素含量，在不需改变Q235钢生产工艺条件下，就能生产出具有良好的耐海岸大气腐蚀，工业大气腐蚀及海岸工业大气腐蚀的低成本耐候钢。
图1为不同实施例P含量耐候钢在模拟海岸大气环境中实验室加速试验的腐蚀增重曲线；其中，模拟溶液为0. 3% (质量百分数)NaCl溶液。图2为不同实施例P含量耐候钢在模拟工业大气环境中实验室加速试验的腐蚀增重曲线；其中，模拟溶液为0. (质量百分数)Na2SO3溶液，PH = 4. O0图3为不同实施例P含量耐候钢在模拟海岸工业大气环境中实验室加速试验的腐蚀增重曲线；其中，模拟溶液为0.3% (质量百分数)NaCl+0. (质量百分数)Na2SO3溶液，pH = 4. 0。图4为实施例MnCuP耐候钢与其它钢种在模拟海岸大气环境中实验室加速试验的腐蚀增重曲线；其中，模拟溶液为0. 3% (质量百分数)NaCl溶液。图5为实施例MnCuP耐候钢与其它钢种在模拟工业大气环境中实验室加速试验的腐蚀增重曲线；其中，模拟溶液为0. (质量百分数)Na2SO3溶液，PH = 4. O0图6为实施例MnCuP耐候钢与其它钢种在模拟海岸工业大气环境中实验室加速试验的腐蚀增重曲线；其中，模拟溶液为0.3% (质量百分数)NaCl+0. (质量百分数) Na2SO3 溶液，pH = 4. 0。
具体实施例方式根据本发明所述的化学成分范围，其制备采用电炉或转炉常规冶炼，控制关键合金元素的含量，制备了 3炉本发明耐候钢WR1、WR2、WR3。具体化学成分如表1所示，该钢种的力学性能见表2。对三个炉号的钢材进行实验室模拟大气腐蚀加速试验，模拟大气环境为海岸大气、工业大气及海岸工业大气。试验结果如图1-图3所示。为了对比，本申请还将对比钢Q235、16Mn、MnCu的样品也同时进行了上述三个环境中的大气加速腐蚀试验。试验结果如图4-图6所示。表1不同实施例P含量耐候钢的化学成分(质量百分数)
实施例 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实施例的力学性能
屈服强度抗拉强度延伸率OV^GV-40。C
MPaMPa%冲击功J冲击功J冲击功J
45055526.5160,150,128110,120,12648,38,66从图1可以看出，经过120周期(60天)加速试验后，实施例样品WR2钢种的耐海岸大气腐蚀性能最好。从图2可以看出，经过120周期(60天)加速试验后，实施例样品WRl钢种的耐工业大气腐蚀性能最好。从图3可以看出，经过120周期(60天)加速试验后，实施例样品WR2钢种的耐海岸工业大气腐蚀性能最好。综合不同实施例P含量耐候钢在模拟海岸大气，工业大气及海岸工业大气中的腐蚀增重结果，本发明确定钢中P含量的最佳范围为(质量百分数)0. 05-0. 07%。从图4可以看出，经过120周期(60天)加速试验后，MnCuP耐候钢在海岸大气中耐蚀性优于16Mn钢、Q235钢和MnCu耐候钢。从图5可以看出，经过120周期(60天)加速试验后，MnCuP耐候钢在工业大气中耐蚀性优于16Mn钢、Q235钢和MnCu耐候钢。从图6可以看出，经过120周期(60天)加速试验后，MnCuP耐候钢在海岸工业大气中耐蚀性优于Q235钢。综合MnCuP耐候钢在模拟海岸大气、工业大气及海岸工业大气中与16Mn钢、Q235 钢及MnCu耐候钢的耐蚀性对比可以发现，本发明得到的MnCuP耐候钢是一种全候型的低成本耐候钢。
权利要求
1.一种全候型低成本耐候钢，其特征在于该耐候钢的合金成份及重量百分比含量为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%，其余为 Fe。
2.按照权利要求1所述的全候型低成本耐候钢，其特征在于P优选为0.05-0. 07%。
全文摘要
本发明涉及低合金钢领域，特别是一种耐海洋大气、工业大气和工业海岸大气腐蚀的全候型低成本耐候钢，主要用于海上操作平台、铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在海洋大气、工业大气和工业海岸大气中使用的钢结构。该耐候钢的合金成份及重量百分比含量为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％，其余为Fe。本发明通过Cu，Mn，P等合金化，并简单调整普通低碳钢(Q235钢)的部分元素含量，在不需改变Q235钢生产工艺条件下，就能生产出具有良好的耐海岸大气腐蚀，工业大气腐蚀及海岸工业大气腐蚀的低成本耐候钢。
文档编号C22C38/16GK102534381SQ20111045687
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者张思勋, 柯伟, 董俊华, 郝龙 申请人:中国科学院金属研究所