宝钢耐候钢产品开发的现状及展望_陆匠心

氧和水向钢铁基体渗入 , 减缓了锈蚀向钢铁材料纵深 发展 , 从 而大 大 提高 了 钢铁 材料 的 耐 大气 腐 蚀 能 力[ 2] 。并且 , 由于锈层的稳定 , 使得非裸露用耐候钢 的涂装层不易脱落 。 研究表明 , 依耐候钢成分不同 , 钢构件使用环境不同 , 耐候钢的抗大气腐蚀能力可比 普通钢提高 2 ～ 8 倍 , 涂装性可提高 1 .5 ～ 10 倍 。 耐 候钢的研究始于美国 。20 世纪 30 年代 开发的 CorTen 系列耐候钢为各国仿制并沿用至今 。 由于耐候 钢相对于普通钢的抗大气腐蚀的有效性和相对于不 锈钢的经济性 , 耐候钢在世界各国得到了迅速发展 , 在 Cor-Ten 系列基础上 , 各钢铁大国根据资源和使用 要求都开发了品种繁多的耐候钢系列 。 总的来说 , 目 前的耐候钢都是以 Cor-Ten 为基础 , 有的加入微合金 化元素 , 提高强度 , 美国的 Mayari-R 钢 , 耐蚀性是普 通钢的 3 ～ 6 倍 , 日本的加铌钢 River-T en , 日本的加 钛钢 Hi-YAW-T en 等 , 有 的是去掉 Cor-Ten 钢中 的 磷 、或镍 、或铬 , 改加其他元素 。 铜是耐候钢中最重要
24
Байду номын сангаас
中国冶金
的元素 , 很少有耐候钢不含铜 。由于磷元素易形成低 熔点化合物和磷元素的偏聚特性 , 较厚规格高磷含量 耐候钢的焊接性能和低温冲击性能难以满足工程需 要 , 因此 , 一般焊接结构用耐候钢将磷的含量加以限 制 , 而由此带来的耐蚀性和强度等方面的损失以加入 其他 元素 来 弥补 , 如 英 国降 低 磷含 量 提 高锰 量 的 BS968 钢 , 降低磷量加入钛的有前苏联的 HM 钢 , 降 低磷量提高硅量的有前苏联的 10CrSiNiCu 钢等 , 日 本的 JISSM A41 系列钢是采用降磷提锰 , 美国的 CorTen B 是降磷提锰和加入钒等[ 3 , 4] 。
DO I :10.13228/j .boyuan.issn1006 -9356.2004.12.006 2004 年 12 月 中国冶金 第 12 期(总第 85 期)
宝钢耐候钢产品开发的现状及展望
陆匠心1, 2 李爱柏2 李自刚2 温东辉2
DEVELOPMENT OF ATMOSPHERE CORROSION RESISTANT STEEL PRODUCT IN BAOSTEEL:REVIEW AND PROSPECT
LU Jiang xin1 , 2 L I A ibo2 LI Zigang2 WEN Donghui2 (1 .State Key Lab of Rolling Technology and Automation , Northeastern University , Shenyang 110004 ;
近几年 , 集装箱制造行业以惊人的速度向中国大 陆转移 , 到 2001 年 , 已有世界 90 %以上的集 装箱在 国内生成 , 为国家创汇 28 亿美元 , 成为一个对我国国 民经济有重要影响的行业 。当初 , 集装箱制造业在我 国新兴时 , 完全依赖从国外进口钢材和半成品 , 在国 内组 装。 正 是 由于 宝 钢 成功 开 发集 装 箱 用 钢 B480GNQR , 才实现了集装箱的国产化 , 加快了这一 行业向中国转移的过程 。
厢外板 、顶板和地板 。 1990 年之后 , 宝钢开始按照铁道部标准 研制稀
土处理的 Cu-P 系耐候钢 09CuP Ti RE , 并为之专门开 发了 3 台新型喂丝机及先进的喂丝工艺 , 经过 1 年多 的努力 , 宝钢的 09CuP T iRE 钢以其良好的质量 、稳定 的性能得到了车辆厂的好评 。 同一时期 , 按照铁道部 标准 , 宝钢还开发了与 B480GNQR 、B450NQ 属同类 钢的 09CuPCrNi 和 05CuPCrNi 等 。 1999 年 5 月 , 由 铁道部车辆局装备部主持 , 宝钢邀请铁道部耐候钢认 证小组 、铁道部运输局 、物资总公司 、工业总公司 、铁 科院 、铁道部各车辆厂对宝钢铁道车辆用耐候钢进行 了认证 , 宝钢耐候钢至此取得了进入铁道行业的许可 证 , 市场机会得到了极大加强 。 2 .2 集装箱用耐候钢
(1 .东北大学国家轧制及连轧自动化重点实验室 , 沈阳 110004 ;2 .宝山钢铁股份公司技术中心 , 上海 201900)
摘 要 耐候钢是宝钢的一类重要产品 。 回顾宝钢耐候 钢产品开 发的历程 , 简要 介绍耐 候钢品 种开发 的现状 , 提出宝钢耐候钢产品开发应向高强化 、厚板化和多样化的方向发展 。 关键词 耐候钢 宝钢 产品开发
对于 09CuP Ti RE , 首先要 解决的问题是 稀土加 入量 。随着现在炼钢水平的提高 , 硫含量已经能够控 制在较低水平 , 稀土的加入是否对钢铁耐腐蚀性能有 促进也存在争议 , 因此 , 钢铁材料的稀土处理已很难 讲是一种提高耐候钢质量的先进而有效的手段 。 但 铁道部规定从 2002 年 7 月起将 09CuPT iRE 中的稀 土加入量改为稀土含量 , 提高了要求 。 由于宝钢和其 他钢厂一样 , 存在着稀土丝质量(如断丝)、稀土在钢 中分布的偏析等问题 , 导致检测出的稀土量不足 , 造 成稀土含量不足的板坯库存 。 虽然经过努力 , 稀土含 量命中率正逐步提高 , 但此问题尚未得到根本解决 。 目前 , 正在探讨将结晶器喂稀土改为 RH 炉喂稀土的 新工 艺 , 但 还需考虑 水口结瘤 等问 题 。 09CuP T iRE 目前最厚做到 14 mm , 接近高磷含 量焊接耐候钢的 极限规格 , 通过多次的成分和工艺调整 , 解决了低温 冲击和焊接性能的要求 。
前面提到 , B480GNQR 是与美国 Cor-Ten A 钢 相当的 CuPCrNi 系高 耐候钢 , 宝钢研制该钢 种开始 是为了铁路车辆制造 。经过成分和工艺的适当调整 , B480GNQR 成功用于集装箱制造业 , 其生产量迅速 扩大 , 特别是宝钢攻克 2 .0 mm 和 1 .6 mm 厚度规格 的 B480GNQR 轧制难关后 , 1997 、1998 、1999 年的年 产量分别达 45 万 t 、53 .6 万 t 、85 万 t , 2000 年更是达 到创记录的 92 .7 万 t , 为宝钢创造了巨大的 经济效 益。 2 .3 其他耐候钢
25
3 宝钢耐候钢产品研究的现状
3 .1 铁道车辆用钢 3 .1 .1 传统铁道车辆用钢质量的改进
经过多年的选择试用 , 铁道车辆用耐候钢逐渐集 中在 09CuP Ti RE 、09CuP CrNi 和 05CuPCrNi 等 几个 品种上 。并且 , 铁道部以铁路 用钢标准的形 式对成 分 、性能及交货状态予以规定 。2000 年 7 月和 2001 年 3 月 , 铁道部分别发布了铁道车辆用耐候钢供货技 术条件和部分修改的“ 3 月通知” , 提出了稀土含量 、 低温冲击韧性 、屈强比和金相检验等严格的指标 , 显 示出铁道部对耐候钢系列产品的技术要求大幅度提 高 。 为了维持宝钢在铁道车辆用钢市场的优势地位 , 稳定宝钢对铁道车辆用耐候钢的供货质量 , 2000 年 以来的研究工作主要集中在如何满足不断提高的铁 路标准上 。
1988 ～ 1990 年 , 宝 钢研 制 成功 与 日 本耐 候 钢 NAW 系列相 当的 B490NQ R, 在工 艺上采用了铁水 预脱硫及钢水精炼等先进技术 , 使该品种有良好的韧 性 、延性 、焊接性等 , 用作铁路货车的制造 , 获得成功 。 几乎 在 同 时 , 宝 钢 又 开 发 出 冷 轧 Cu-P 耐 候 钢 B460NQ , 用作铁路客车 车厢制造 , 获得成功 。 这两 个品种的开发和使用成功 , 为宝钢产销研各部门积累 了经验 。
实际上 , 耐候钢的应用领域远不止铁道车辆和集 装箱领域 , 在宝钢二期投产后 , 开发的耐候钢产品还 包括耐硫酸露点腐蚀钢 、有深冲性能的公路客车用耐 候钢 、灰浆输送管用耐磨蚀耐候钢和轻钢结构用建筑 耐候钢等 。
第 12 期 陆匠心等 :宝钢耐候钢产品开发的现状及展望
2 宝钢耐候钢品种开发回顾
2 .1 铁路车辆用钢 宝钢耐候钢品种的开发始于铁道部车辆对钢材
耐大气腐蚀的需求 , 宝钢一期工程 1985 年 9 月投产 时 , 尽管还没有热轧和冷轧生产线 , 但耐候钢研制课 题小组已开始组建 , 并与铁道部有关单位 、车辆厂等 建立了关系 , 了解需求 、探讨发展 、交流技术 , 共同开 发耐候钢品种系列 。
根据铁道部 对高耐候钢的需求 , 宝钢在 1991 ～ 1994 年研制了与美国 Cor-T en A 相对应的 Cu-P-CrNi 系的高耐候钢 , B480GNQR 就是这一时期的产物 。 该钢种首先用于要求较高的铁道客货车和铁道集装
箱 , 获得成功 。这一钢种最终成为宝钢占领国内集装 箱板市场 、打破集装箱行业钢材依赖进口的高附加值 产品 。 这时期还开发了 CuPCrNi 系的冷轧高耐候钢 B450NQ , 也成功用 于铁道客车和地 铁客车的制造 , 特别是成功用于长春客车厂中标的伊朗地铁车的车
我国开发耐候钢品种起步较晚 , 1961 年鞍钢开 始研制 16MnCu 钢 , 结合国内资源特点研制了一批含 铜 、磷 、钛及稀土等元 素的耐候钢 。 1969 年武 钢 、铁 道部 科 学 研 究 院 、齐 齐 哈 尔 车 辆 厂 曾 共 同 研 制 09M nCuPT i 钢用于制造铁路货车 。 1978 年后 , 开始 采用镍和铬等元素仿制国外耐大气腐蚀钢 。 武钢与 有关科研院所从 1965 年起选择了 19 种含铜钢及含 稀土 、钛 、锰等元素的低合金钢 , 在我国不同环境条件 下进行了 7 个周期长达 15 年的大气暴露试验 , 积累 了一批可靠的数据 , 对进一步发展我国耐候钢奠定了 良好的基础[ 5] 。
1 前言
腐蚀 , 特别是在大气中的腐蚀(锈蚀), 是钢铁材 料的主要破坏形式之一 。世界上每年约有 1/ 6 年产 量的钢材因腐蚀而损耗 。 据有关部门统计 , 我国每年 因钢材锈蚀造成的直接经济损失超过 100 亿元[ 1] ;而 为防锈蚀所采取的诸如打磨 、涂装等措施所需要的费 用更是占到工程投资总费用的相当比例 。因此 , 防止 或减缓钢铁材料在大气中腐蚀的重要性是不言而喻 的 。 采用不锈钢能有效防止锈蚀 , 但大规模使用其成 本高得难以承受 , 而且不锈钢的力学性能和焊接性能 也很难满足各种工程的需要 。 耐候钢就是在这样的 背景下应运而生 。耐候钢即耐大气腐蚀钢 , 其特点是 在钢中加入少量 Cu 、P 、Cr 、Ni 等合金元素 , 使钢铁材 料在锈层和基体之间 形成一层约 50 ～ 100 μm 厚的 致密且与基体金属粘附性好的非晶态尖晶石型氧化 物层 。由于这层致密氧化物膜的存在 , 阻止了大气中
2 .T echnology Center , Baoshan Iro n and Steel Co ., Lt d ., Shanghai 201900)
ABSTRACT Atmosphere corrosion resist ant steel is one of the most impo rt ant product s in Baosteel .The development of such product in Baosteel is review ed in present paper .Meanwhile , t he ongoing research is briefly introduced .T he t rend of high -streng th , large gauge and variety of at mosphere corrosion resist ant steel is suggested as w ell . KEY WORDS at mosphere corrosion resist ant steel , Baosteel , product development