[发明专利]高强度耐高湿热海洋大气环境用耐候钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐候钢技术领域，具体地涉及一种高强度耐高湿热海洋大气环境用耐候钢及制备方法，该耐候钢具有力学性能满足抗拉强度≥750MPa，屈服强度≥650MPa，延伸率≥15％，并具备优异的耐高湿热海洋大气环境性能。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，发展海洋工程装备，建设海洋工程是推进和实施国家海洋战略的重要内容。新世纪以来，我国海洋工程装备制造业发展取得了长足进步，特别是海洋油气开发装备具备了较好的发展基础，但是随之而来的面临材料腐蚀的问题日趋严重。海洋环境下，海洋工程材料的腐蚀和生物污损问题每年给国家造成近万亿元的经济损失和30％以上海中航行体的能源浪费，已成为严重制约重大海洋工程技术和装备发展的技术瓶颈之一。近年来，随着南海局势的升温，国家对南海的开发、利用及防御提升到前所未有的高度，最直观的就是表现在对海洋工程装备材料的研究、开发和使用上提出更严格的要求。但是整个南海的气候特征又与我国的渤海、东海等海域的不同，表现为终年高温、雨量充沛、季风明显、易受台风影响，而西沙又是典型的高温、高湿、高盐雾、长日照地区，属热带海洋性季风气候(高湿热海洋大气环境)。表1是我国几大大气腐蚀试验站点的气候特征参数。

表1我国几大大气腐蚀试验站点的气候特征参数

然而海洋工程用耐候钢作为海洋平台用钢的基础材料，要求材料具备高强度、高韧性、高耐蚀性及良好的焊接加工性能。目前，世界主要发达国家在海洋工程用钢上有着完备的技术和开发出成熟的品种，但是对于南海岛礁基础设施用耐候钢国际上均无在近海岸南海地区使用的历史，国内也无耐南海大气腐蚀的成熟钢品种。一方面，海洋工程装备材料由于其特殊的服役环境，如长期处于高温、高湿、高Cl^-等复杂严酷的海洋环境，传统的耐候钢如Q450NQR1、09CuPCrNi等面临在南海地区腐蚀加速失效问题，已无法满足我国重大海洋工程装备的应用需求。另一方面，随着我国海洋战略的实施，未来几十年对南海的开发利用将成一个快速增长态势，南海海洋工程装备材料需求量极大。面临这一新的苛刻服役环境，国内尚无完备的研究基础和技术水平，需要建立新型合金体系的耐候钢，并且相比于传统耐候钢在高湿热海洋环境下具有高强度、高耐蚀性。而通过提高Ni含量，添加极少的Cr元素，以及复合微合金元素Mo、Sn、Sb、Nb、RE等来改良耐候钢耐蚀性能尤其是适用于高湿热海洋环境的耐候钢则未见报道。

从20世纪30年代耐候钢Corten钢问世至今，耐候钢的发展已经历八十多年。耐候钢除具有良好的耐蚀性外，还具有优良的力学、焊接等性能，广泛用于铁道车辆、桥梁、铁塔、集装箱和建筑物。耐候钢的研究发展在不同的历史时期、不同的国家又各自有自己的特色。在美国，目前成熟的耐候钢品种纳入ASTM中的有A242系列，A588系列，A514系列，以及用作桥梁钢的新一代高性能耐候钢HPS系列。在美国早期应用最普遍的耐候钢主要为高P、Cu加Cr、Ni的Corten A系列和以Cr、Mn、Cu合金化为主的Corten B系列。1974年，ASTM A709中出现了70W和100W等高强度耐候桥梁钢，但是这些钢中碳含量较高(≥0.12％)，对焊接工艺要求也高。为了改善焊接性能，在1997年ASTM A709中出现了HPS 70W钢，近期HPS100W钢也将纳入标准，这些钢中的碳含量较70W和100W有了一定程度的降低，焊接性能也有所改善。20世纪50年代，耐候钢被引进到日本，并在日本得到发展和应用，1968年日本将低磷系焊接用钢作为“JIS G3114焊接结构用耐候性热轧钢材”，1971年将高磷系焊接用钢作为“JIS G3125高耐候性轧制钢材”实现了JIS标准化。但是日本四面环海，气候湿润，属于海洋性大气腐蚀环境，随着材料向沿海地区的使用，实际环境中海洋粒子的浓度远大于0.05mg/dm²/day(耐候钢桥适用海岸环境飞来盐分的判断标准)，沿海环境的苛刻性对耐候钢的性能也提出更高的要求，传统的耐候钢使用受到限制，需要设计新型的耐候钢来抵御高浓度海盐粒子的环境。1989年日本提出了合金设计的概念，旨在提高钢铁材料的抵御滨海地区海盐粒子的性能，打破耐候钢原来的地域禁忌。新日铁公司最先研发出含3％Ni+0.4％Cu的耐候钢，这种钢的特点是含有很少量Cr，为考察其耐蚀性，在千叶县君津市码头距离海岸10m远的地方进行了长达9年的暴晒试验(海盐粒子含量1.3mg/dm²/day)，证明了通过合金设计后与传统耐候钢相比，新型耐候钢的耐蚀性显著提高。