[其他]低合金耐大气腐蚀钢

说明书

本发明涉及一种低合金耐大气腐蚀钢。

金属腐蚀是金属材料自然损失的一种主要形式。据世界发达国家的调查，金属腐蚀所带来的经济损失约占当年国家经济生产总值的百分之三点五左右。已有数据表明，每年大约有10～20%的钢铁由于金属腐蚀而损失掉了。在大气中使用的钢铁构件的数量占世界钢材生产总量的百分之六十左右，金属材料暴露在大气中，受空气中水和氧等的化学电化学作用所引起的腐蚀即所谓的大气腐蚀是金属腐蚀中危害最大的一种。因大气腐蚀而损失的金属约占总腐蚀损失量的一半以上。尤其是对于铁路车辆、桥梁、塔架等长期暴露在大气中使用的金属件，大气腐蚀已成为影响其寿命的主要威胁，不仅造成了金属损失，而且增加了制造加工和维修更换的工作量。

金属腐蚀问题已日益引起人们的重视。而提高钢材的耐蚀性能是防腐蚀的根本途径。为此，各国都千方百计研制耐大气腐蚀用钢即耐候钢，并广泛地应用于各种与大气接触的环境中。在发达的国家中，铁路车辆已多用耐候钢制造。

我国的铁路车辆，由于都是用耐蚀性差的普碳钢制造，因此腐蚀严重，寿命短，更换频繁。随着我国四化建设的飞速发展，铁路运输量的增加以及对耐大气腐蚀金属材料需求量的增多，特别是铁道部作为基本技术政策已决定今后铁路车辆将逐渐全部改用耐候钢制造。所以，研制生产我国自己的耐候钢已成为当务之急。

提高钢的耐大气腐蚀性能，国内外普遍采取的是在钢中添加不同合金元素的方法来解决。一般认为，Cu、P是耐候钢最理想的合金元素，因此，各国几乎都无一例外的为主采用。但是由于Cu、P的添加又使钢不可避免的产生脆裂等严重缺陷并导致钢的塑、韧性等能降低。为此，各国都程度不同的加入其他合金元素以弥补此缺陷。国外多用Cr、Ni、Mn元素构成CuPCrNiMn系列，有的甚至在Cr，Ni外还添加Sb、Sn、AS、Sr或Nb、Zr、Ta、Ti等稀有元素，虽可提高钢的性能，但却使其成本提高。

日本专利公开说明书昭51-071817介绍的“耐大气腐蚀及抗高温裂纹钢”其化学成分（%）为：C≤0.08、Si≤0.75、Mn10～20、P0.05～0.15、Cu0.15～0.60、Cr0.10～0.15、Ni0.15～1.0、Al＜0.10。

美国USS标准Cor-Ten“B”规定耐候钢成分（%）是：C0.10～0.19、Si0.15～0.30、Mn0.90～1.25、S≤0.05、P≤0.04、Cu0.25～0.40、Cr0.40～0.65、V0.02～0.10。

苏联耐候钢10×CHД成分（%）为：C≤0.12Si0.08～1.10、Mn0.35～0.80、P≤0.035、Cu0.40～0.65、Cr0.60～0.90、Ni0.50～0.80。

我国武汉钢铁公司曾研制过09MnCuPTi耐候钢，但效果亦不理想。

我国的Cr、Ni等金属资源缺乏，但Cu、P、V尤其是RE资源十分丰富。显然，采用Cr、Ni等元素不适合我国的资源条件。而添加的金属则使钢的成本大幅度提高，亦不宜采用。

本发明的目的是立足于我国资源条件和生产实际，使用来源方便、资源丰富的合金元素，提供一种成本低廉，具有良好的耐大气腐蚀性能和较高强度、较好可焊性生产工艺简单的低合金耐候钢。

上述目的由于本发明采用了以下措施而得以实现。

研究结果表明，Cu和P是耐蚀作用十分突出的合金元素。在大气腐蚀的条件下，钢中的Cu是阴极去极化剂，P是阳极去极化剂。合金元素Cu与P加入后，能加速钢的均匀溶解和Fe〈`;++;`〉离子的氧化速度，有助于在钢表面上形成均匀的V-FeOOH锈层，促进生成非晶态羟基氧化铁致密保护膜，起到保护作用。通过内锈层可以进行一些腐蚀反应。结果继续生成非晶态物质，使内锈层更加致密化，最终形成几乎完全不能进行腐蚀过程的屏障，反映在钢的电化学行为上可以看到阳极过程受阻滞。时间愈长其致密程度愈完善，耐蚀作用亦愈明显。

另外，在锈层蚀孔内的裂纹和空洞等缺陷部位有Cu、P等合金元素沉积和富集，借此就能修补缺陷部，使钢的内部不再继续受腐蚀。

Cu和P元素在钢中同时起着固溶强化的作用。

V是强碳化物形成元素，在钢中以VC和V_４C_３形式存在，起着沉淀强化的作用，提高钢的强韧性。由于V夺取了钢中部分的C，从而减少了Fe_３C的含量，使显微组织中珠光体成分降低，因此提高了钢的耐蚀性。