專利名稱：一種經(jīng)濟型耐候鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低合金鋼領(lǐng)域，特別是經(jīng)濟型耐大氣腐蝕的低合金碳素結(jié)構(gòu)鋼，主要用于鐵道、車輛、橋梁、塔架等長期暴露在大氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)已公開的文獻技術(shù)中前蘇聯(lián)專利(SU1822446A3)、日本專利(特開平9-277083、特開平1-92341)、歐洲專利(EP 0841 409 A1)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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種新型經(jīng)濟耐候鋼，通過Cu、Mn、Si、Al等合金化，并簡單調(diào)整普通低碳鋼(Q235鋼)的部分元素含量，在不需改變Q235鋼生產(chǎn)工藝條件下，就能生產(chǎn)出具有良好的耐大氣腐蝕性能、綜合機械性能的經(jīng)濟耐候鋼。
本發(fā)明提供了一種耐大氣腐蝕低合金結(jié)構(gòu)鋼，主要合金成份包括C、Si、Mn、Cu、Al等，其特征在于各成份的重量百分比含量為C0.12～0.21、Si0.2～2.0、Mn0.7～2.0、S≤0.036、P≤0.034、Cu0.10～0.40、Al＜0.2，其余為Fe和微量雜質(zhì)。
本發(fā)明所述的經(jīng)濟型耐大氣腐蝕低合金結(jié)構(gòu)鋼的合金化機理如下Cu是在低合金耐大氣腐蝕鋼中耐蝕作用最有效的合金元素之一。研究表明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(tài)氧化物(羥基氧化物)保護層，使腐蝕介質(zhì)很難穿越，從而阻止了鋼鐵表面與非晶態(tài)保護層之間的界面區(qū)域腐蝕的發(fā)生，時間越長保護層越致密，耐蝕作用也越明顯。
另外，Cu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(fā)生效果的0.15～0.7wt％范圍內(nèi)，Mn達到一定量后與Cu發(fā)生協(xié)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(xiàn)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(qū)，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。
Si可以起到與P相似的作用，都能縮小γ相區(qū)，形成γ相區(qū)；在α鐵及γ鐵中的溶解度均大于P的溶解度，其對鐵素體的固溶強化作用僅次于P，還能提高鋼的電阻率，增強在自然條件下的耐蝕性。
C在鋼中以碳化物形式存在，隨著含量的增加，提高鋼的硬度和強度，但降低其塑性和韌性。
Al也能縮小γ相區(qū)，形成γ相區(qū)；能細化晶粒。
通過優(yōu)選化學成份，并在冶煉時，進一步降低鋼中[O]含量，凈化鋼質(zhì)，以及配合相應(yīng)的軋制工藝，使鋼質(zhì)潔凈，晶粒細化，耐大氣腐蝕性能、綜合機械性能優(yōu)良。
本發(fā)明的特點是通過Cu、Mn、Si合金化及控制Al含量，提供一種生產(chǎn)工藝簡單且具有良好耐大氣腐蝕性能、綜合機械性能的經(jīng)濟型耐大氣腐蝕鋼。


圖1(a)-(b)為實施例的實驗室加速試驗的腐蝕增重曲線；其中，圖1(a)為0.3％NaCl溶液；圖1(b)為5×10-3M NaHSO3溶液。
圖2(a)-(b)為實施例的實驗室0.3％NaCl液加速試驗的極化曲線；其中，圖2(a)為實驗初期；圖2(b)為20天后。圖中縱坐標的電位為相對飽和甘汞電極的電位。
圖3(a)-(b)為實施例在0.3％NaCl液中加速試驗的EIS；其中，圖3(a)為實驗初期；圖3(b)為20天后。
圖4(a)-(b)為EIS的等效電路示意圖；其中，圖4(a)為腐蝕初期；圖4(b)為腐蝕20天后。
具體實施例方式
本發(fā)明的化學成分如表1所示表1、本發(fā)明的化學成份(wt％)

表2所示為本發(fā)明實施例的各合金成份。該鋼種的力學性能見表3，實驗室0.3％NaCl溶液加速腐蝕試驗的增重、極化曲線和電化學阻抗譜(EIS)結(jié)果分別見圖1(a)-(b)、圖2(a)-(b)和圖3(a)-(b)。圖4(a)-(b)為EIS的等效電路示意圖。
表2、實施例的化學成份(wt％)

所述經(jīng)濟型耐候鋼的制備方法采用電爐或轉(zhuǎn)爐常規(guī)冶煉，控制關(guān)鍵合金元素的含量。
表3、實施例的力學性能

從圖1(a)可以看出，經(jīng)過40周期(20天)加速試驗后，實施例樣品抗[Cl-]腐蝕能力比對比樣品Q235和16Mn鋼提高了一倍以上。圖1(b)表明抗[HSO3-]腐蝕性能同樣效果顯著。
如圖2(a)-(b)所示極化曲線，對極化曲線進行分析計算的結(jié)果見表4。可以看到，無論是在腐蝕初期還是20天之后，實施例的極化電阻Rp均比對比鋼種大，而其自腐蝕電流Icorr比對比鋼種都小。
表4、極化曲線計算結(jié)果

電化學阻抗譜EIS的模擬結(jié)果列于表5(a)-(b)。從表5(a)可以看出，實施例腐蝕初期的極化電阻大于相應(yīng)的對比鋼，這也與極化曲線結(jié)果相吻合，說明合金化阻止了腐蝕的進行；同時無論在腐蝕初期與腐蝕穩(wěn)定以后(20天)，如表5(b)所示，溶液電阻均大于對比鋼，可以看出合金化以后，鋼在腐蝕溶液中腐蝕產(chǎn)物的溶解、電離和水合化程度小，而在腐蝕表面形成連續(xù)致密的腐蝕產(chǎn)物層；這就使傳質(zhì)阻力增大，使腐蝕介質(zhì)到達腐蝕界面的過程受到部分甚至絕大部分的阻止，從而達到降低腐蝕速率、提高抗腐蝕能力的目的。
表5(a)、腐蝕初期的EIS模擬結(jié)果 注CPE-T代表圖3(a)中出現(xiàn)的第一個弧，CPE-P代表圖3(a)中出現(xiàn)的第二個弧。
表5(b)、腐蝕20天后的EIS模擬結(jié)果 注CPE-T代表圖3(b)中出現(xiàn)的第一個弧，CPE-P代表圖3(b)中出現(xiàn)的第二個弧。
權(quán)利要求
1.一種經(jīng)濟型耐候鋼，其特征在于該耐候鋼的合金成份及重量百分比含量為C0.12～0.21、Si0.2～2.0、Mn0.7～2.0、S≤0.036、P≤0.034、Cu0.10～0.40、Al＜0.2，其余為Fe和微量雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及低合金鋼領(lǐng)域，特別是經(jīng)濟型耐大氣腐蝕的低合金碳素結(jié)構(gòu)鋼，主要用于鐵道、車輛、橋梁、塔架等長期暴露在大氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)。該耐候鋼的合金成分及重量百分比含量為C0.12～0.21、Si0.2～2.0、Mn0.7～2.0、S≤0.036、P≤0.034、Cu0.10～0.40、Al＜0.2，其余為Fe和微量雜質(zhì)。通過Cu、Mn、Si、Al等合金化，并簡單調(diào)整普通低碳鋼(Q235鋼)的部分元素含量，在不需改變Q235鋼生產(chǎn)工藝條件下，就能生產(chǎn)出具有良好的耐大氣腐蝕性能、綜合機械性能的經(jīng)濟耐候鋼。
文檔編號C22C38/08GK1800428SQ20051004562
公開日2006年7月12日 申請日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者董俊華, 韓恩厚, 柯偉, 陳新華 申請人:中國科學院金屬研究所