专利名称：一种经济型耐候钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及低合金钢领域，特别是经济型耐大气腐蚀的低合金碳素结构钢，主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在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(SU1822446A3)、日本专利(特开平9-277083、特开平1-92341)、欧洲专利(EP 0841 409 A1)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。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷和不足，提供一种新型经济耐候钢，通过Cu、Mn、Si、Al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大气腐蚀性能、综合机械性能的经济耐候钢。
本发明提供了一种耐大气腐蚀低合金结构钢，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为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，其余为Fe和微量杂质。
本发明所述的经济型耐大气腐蚀低合金结构钢的合金化机理如下Cu是在低合金耐大气腐蚀钢中耐蚀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。
另外，Cu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0.15～0.7wt％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。
Si可以起到与P相似的作用，都能缩小γ相区，形成γ相区；在α铁及γ铁中的溶解度均大于P的溶解度，其对铁素体的固溶强化作用仅次于P，还能提高钢的电阻率，增强在自然条件下的耐蚀性。
C在钢中以碳化物形式存在，随着含量的增加，提高钢的硬度和强度，但降低其塑性和韧性。
Al也能缩小γ相区，形成γ相区；能细化晶粒。
通过优选化学成份，并在冶炼时，进一步降低钢中[O]含量，净化钢质，以及配合相应的轧制工艺，使钢质洁净，晶粒细化，耐大气腐蚀性能、综合机械性能优良。
本发明的特点是通过Cu、Mn、Si合金化及控制Al含量，提供一种生产工艺简单且具有良好耐大气腐蚀性能、综合机械性能的经济型耐大气腐蚀钢。
图1(a)-(b)为实施例的实验室加速试验的腐蚀增重曲线；其中，图1(a)为0.3％NaCl溶液；图1(b)为5×10-3M NaHSO3溶液。
图2(a)-(b)为实施例的实验室0.3％NaCl液加速试验的极化曲线；其中，图2(a)为实验初期；图2(b)为20天后。图中纵坐标的电位为相对饱和甘汞电极的电位。
图3(a)-(b)为实施例在0.3％NaCl液中加速试验的EIS；其中，图3(a)为实验初期；图3(b)为20天后。
图4(a)-(b)为EIS的等效电路示意图；其中，图4(a)为腐蚀初期；图4(b)为腐蚀20天后。
具体实施例方式
本发明的化学成分如表1所示表1、本发明的化学成份(wt％)
表2所示为本发明实施例的各合金成份。该钢种的力学性能见表3，实验室0.3％NaCl溶液加速腐蚀试验的增重、极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)结果分别见图1(a)-(b)、图2(a)-(b)和图3(a)-(b)。图4(a)-(b)为EIS的等效电路示意图。
表2、实施例的化学成份(wt％)
所述经济型耐候钢的制备方法采用电炉或转炉常规冶炼，控制关键合金元素的含量。
表3、实施例的力学性能
从图1(a)可以看出，经过40周期(20天)加速试验后，实施例样品抗[Cl-]腐蚀能力比对比样品Q235和16Mn钢提高了一倍以上。图1(b)表明抗[HSO3-]腐蚀性能同样效果显著。
如图2(a)-(b)所示极化曲线，对极化曲线进行分析计算的结果见表4。可以看到，无论是在腐蚀初期还是20天之后，实施例的极化电阻Rp均比对比钢种大，而其自腐蚀电流Icorr比对比钢种都小。
表4、极化曲线计算结果
电化学阻抗谱EIS的模拟结果列于表5(a)-(b)。从表5(a)可以看出，实施例腐蚀初期的极化电阻大于相应的对比钢，这也与极化曲线结果相吻合，说明合金化阻止了腐蚀的进行；同时无论在腐蚀初期与腐蚀稳定以后(20天)，如表5(b)所示，溶液电阻均大于对比钢，可以看出合金化以后，钢在腐蚀溶液中腐蚀产物的溶解、电离和水合化程度小，而在腐蚀表面形成连续致密的腐蚀产物层；这就使传质阻力增大，使腐蚀介质到达腐蚀界面的过程受到部分甚至绝大部分的阻止，从而达到降低腐蚀速率、提高抗腐蚀能力的目的。
表5(a)、腐蚀初期的EIS模拟结果 注CPE-T代表图3(a)中出现的第一个弧，CPE-P代表图3(a)中出现的第二个弧。
表5(b)、腐蚀20天后的EIS模拟结果 注CPE-T代表图3(b)中出现的第一个弧，CPE-P代表图3(b)中出现的第二个弧。
权利要求
1.一种经济型耐候钢，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，其余为Fe和微量杂质。
全文摘要
本发明涉及低合金钢领域，特别是经济型耐大气腐蚀的低合金碳素结构钢，主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的钢结构。该耐候钢的合金成分及重量百分比含量为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，其余为Fe和微量杂质。通过Cu、Mn、Si、Al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大气腐蚀性能、综合机械性能的经济耐候钢。
文档编号C22C38/08GK1800428SQ20051004562
公开日2006年7月12日 申请日期2005年1月7日 优先权日2005年1月7日
发明者董俊华, 韩恩厚, 柯伟, 陈新华 申请人:中国科学院金属研究所