一种用于接地网的耐酸性土壤腐蚀钢及其制备方法
【专利说明】一种用于接地网的耐酸性土壤腐蚀钢及其制备方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种输电工程领域用的接地网耐腐蚀钢及其制备方法，具体讲涉及一 种用于接地网的耐酸性土壤腐蚀钢及其制备方法。 【【背景技术】】
[0002] 输电线路接地网对雷电、静电和故障电流起泄流和均压作用，是保证电网安全运 行的重要装置。现有的接地网多采用镀锌钢材料，而由于接地材料需长期埋设于地下，腐蚀 问题较为严重，易造成电气设备"失地"，从而影响电气设备的安全运行并危及人身安全，严 重时甚至会造成接地网局部断裂，造成重大事故和经济损失。
[0003] 目前，关于接地网腐蚀环境的研究主要集中在中、碱性土壤上，缺乏对酸性土壤的 研究。《国网公司十八项电网重大反事故措施》（修订版）指出："在中性或酸性土壤地区， 接地装置选用热镀锌钢为宜；在强碱性土壤地区或者土壤和地下水条件会引起钢质材料严 重腐蚀的中性土壤地区，宜采用铜质、铜覆钢或者其他具有防腐性能的材质"。实际运行经 验表明：酸性土壤接地网常用的镀锌钢材，其主要是利用高温热浸时所形成的锌合金表层 本身的防腐特性来提高其使用寿命。但在施工、安装、运输、焊接、回填等过程中，镀锌层不 可避免的遭到破坏，从而造成局部腐蚀并被很快被腐蚀掉，最终失去防腐能力。虽然采用镀 铜钢（铜覆钢），铜材在一定程度上可缓解镀锌钢材的腐蚀问题，但随之也带来一系列其他 问题：1)铜对中性、碱性介质有较好防腐性能，而对酸性介质防腐性较差。在一般土壤中其 使用寿命约30年，而在酸性土壤中不到5年；2)存在对邻近钢材的阳极腐蚀问题；3)我国 水资源和土壤中铜含量都有严格限制，盲目大量使用镀铜钢（铜覆钢），铜材将会对水、土 壤造成严重污染；4)镀铜钢（铜覆钢），使用铜材接地装置，在实际运行中常常出现塔材的 缺失。纯不锈钢材由于其使用性能和加工性能的局限，以及价格因素的限制，较少用作接地 材料。 【
【发明内容】
】
[0004] 为克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于酸性土壤、全生命周期成本低 的耐酸性土壤腐蚀钢及其制备方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 本发明提供了一种耐酸腐蚀钢，包括按质量百分比计的下述成分：
[0007] C:0? 03 % ~0? 08%，Si:0? 15 % ~1. 0%，Mn:0? 30 % ~0? 90%，P彡 0? 15 %， S彡 0? 01%，Cu: 0? 15%~0? 60%，Cr:0? 3%~4. 0%，余量为Fe。
[0008] 本发明提供的耐酸性土壤腐蚀钢包括A1 :0? 15%~0? 50%。
[0009] 本发明提供的耐酸性土壤腐蚀钢包括Ni :0. 20%~0. 50%，Ti彡0. 04%。
[0010] 本发明提供的耐酸性土壤腐蚀钢包括Mo彡0. 30%，As彡0. 05%。
[0011] 本发明提供的耐酸性土壤腐蚀钢包括Re :0? 006%~0? 015%。
[0012] 本发明提供的耐酸性土壤腐蚀钢包括按质量百分比计的下述成分：
[0013] C :0? 03% ~0? 07 %，Si :0? 35 % ~0? 55%，Mn :0? 60% ~0? 90%，P :0? 07% ~ 0? 15%，S 彡 0? 01%，Cu :0? 20%~0? 60%，Cr :0? 30%~0? 70%。
[0014] 本发明提供的耐酸性土壤腐蚀钢包括按质量百分比计的下述成分：
[0015] C :0? 03%~0? 07%，Si :0? 15%~0? 35%，Mn :0? 30%~0? 70%，P 彡 0? 015%， S 彡 0? 01%，Cu :0? 20%~0? 50%，Cr :3. 0%~4. 0%。
[0016] 本发明提供的耐酸性土壤腐蚀钢包括按质量百分比计的下述成分：
[0017]C :0? 03 % ~0? 07 %，Si :0? 60 % ~1. 0 %，Mn :0? 50 % ~0? 90 %，P 彡 0? 015 %， S 彡 0? 01%，Cu :0? 15%~0? 40%，Cr :1. 70%~2. 20%。
[0018] 本发明还提供了一种耐酸腐蚀钢的制备方法，包括下述步骤：
[0019] 1)冶炼：500kg真空感应熔炼炉熔炼一浇注铸坯；
[0020] 2)开坯工艺：钢坯加热制度：加热至1100-1150°C，保温时间为lh ;
[0021] 采用高压水除磷，保证水压为16_20MPa ;
[0022] 3)乳制工艺：加热一粗乳一精乳一喷水雾冷却一控制碳化物析出；
[0023] 加热温度为1100-1150°C，时间为lh ;
[0024] 开乳温度：1050-1100°C，终乳温度850-900°C，扎至直径为12mm ;
[0025] 4)拉拔：退火一酸洗一冷拉，成品直径为8mm。
[0026] 针对我国酸性土壤接地网的腐蚀现状，本发明提供的耐腐蚀钢与目前接地网常用 接地材料镀锌钢相比，具有耐腐蚀性好、全寿命周期成本低的特点。根据金属在酸性土壤的 腐蚀机理和合金化措施，采用提高耐蚀性的合金化方法，优化耐蚀钢成分：高P成分，高Cr 成分，及高Si、添加稀土元素成分，并且采用真空感应熔炼炉炼钢，为提高耐蚀性，乳后采用 喷水雾冷却、控制碳化物析出等试制工艺（在对钢的强度没有明确要求的情况下，让碳保 持在固熔状态，以提高钢的耐腐蚀性），并通过合金成分耐蚀钢的化学成分分析试验验证其 试制成分与设计成分相符。通过酸性盐雾试验和示范工程实际应用结果表明，本发明提供 的耐蚀钢的腐蚀速率低于镀锌钢，其全寿命周期成本不到镀锌钢的80%，具有较好的应用 前景。
[0027] 本发明提供的技术方案中：
[0028] C:0? 03 % ~0? 07%，Si:0? 35 % ~0? 55%，Mn:0? 60 % ~0? 90%，P:0? 07 % ~ 0? 15%，S彡 0? 01%，Cu:0? 20%~0? 60%，Cr:0? 30%~0? 70%，A1 :0? 15%~0? 50%，余 量为Fe。该技术方案采用高P设计，其中的P和Cu为耐蚀元素。Cu作为阴极去极化剂，P 作为阳极去极化剂，二者同时加入，能加速钢表面的均匀腐蚀及Fe2+的氧化，促进钢的表面 形成均匀锈层以减慢腐蚀速度。P在腐蚀过程中还可形成P〇43，起到阴极缓蚀剂的作用，减 慢腐蚀速度；
[0029]C :0? 03 % ~0? 07 %，Si :0? 15 % ~0? 35 %，Mn :0? 30 % ~0? 70 %，P 彡 0? 015 %， S 彡 0? 01%，Cu :0? 20%~0? 50%，Cr :3. 0%~4. 0%，Ni :0? 20%~0? 50%，Ti 彡 0? 04%， 余量为Fe。该技术方案采用高Cr设计，其中的Cu和Cr为耐蚀合金元素。Cu促进钢均勾 腐蚀并加快Fe 2+的氧化，有助于产生均匀锈层，有助于抑制锈层中形成Fe 304，利于形成非晶 质、保护性能好的锈层。Cr能细化内能锈层晶粒，使锈层致密化。同时C含量较低，防止产 生过多碳化物，进一步提尚耐蚀性；
[0030]C :0? 03 % ~0? 07 %，Si :0? 60 % ~1. 0 %，Mn :0? 50 % ~0? 90 %，P 彡 0? 015 %， S 彡 0? 01%，Cu :0? 15%~0? 40%，Cr :1. 70%~2. 20%，Mo 彡 0? 30%，As 彡 0? 05%，Re : 0. 006%~0. 015%，余量为Fe。该技术方案采用高Si、添加稀土元素。其中Si、Cr、Cu可附 着于钢表面的锈层里，有效降低锈层晶粒长大，有利于锈层致密化，从而降低腐蚀速度。Si、 Cr还可以抑制硫酸盐还原菌，降低微生物腐蚀速度。微量氢过电位高的合金元素As，提高 阴极析氢过电位，减慢在较强酸性土壤中的析氢腐蚀速度。同时，加入适量稀土元素，可形 成稀土复合物，部分上浮进入渣中，减少见杂物数量，提高钢液纯净度；另外通过对钢种夹 杂物进行变质处理，使夹杂物球化，降低钢区内部微区电化学腐蚀，提高钢的耐蚀性；此外， 稀土元素可改变锈层结构和组分，进一步提高钢的耐蚀性。
[0031] 耐腐蚀钢试制和化学成分分析
[0032] 本发明采用真空感应熔炼炉炼钢进行试制，其试制工艺流程图如图1所示。具体 试制工艺过程如下：
[0033] ⑴冶炼
[0034] 500kg真空感应熔炼炉熔炼一浇注铸坯；
[0035] (2)开坯工艺
[0036] 钢坯加热制度：加热至1100-1150°C，保温时间为lh;
[0037] 采用高压水除磷，保证水压为16_20MPa ;
[0038] ⑶乳制工艺
[0039] 加热一粗乳一精乳一喷水雾冷却一控制碳化物析出；
[0040] 加热温度：1100-1150°C，保温时间为lh ;
[0041] 开乳温度：1050-1100°C，终乳温度850-900°C，终扎直径为12mm。
[0042] (4)拉拔
[0043] 退火一酸洗一冷拉，成品直径为8mm〇
[0044] 由于采用的真空炉最大熔炼量为500kg，最终那个产出成品350_400kg，采用以上 工艺，试制的耐蚀钢盘条如图2所示。
[0045] 对试制的三技术方案的各比例成分、共六炉钢种分别在车床上取肩样，进行了化 学成分分析，试验结果见表1。
[0046] 表1试制耐蚀钢化学成分分析结果（wt% )
[0047]
[0048] 1 ?耐腐蚀性试验研究
[0049] 1. 1试验条件和试验方法
[0050] 对试制的3种耐蚀钢中进行盐雾试验，并与目前常用的接地网材料镀锌钢进行对 比。试样如表2所示。
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