耐候钢综述

碳元素对钢的耐大气腐蚀不利,同时碳对钢的 焊接性能、冷脆性能和冲压性能有影响。通常,耐候 钢中碳的质量分数被控制在0.12 %以下。
铜和硫 当钢中加入w(Cu) = 0.2 %～0.4 %时,无论在乡 村大气、工业大气或海洋大气中,都比普通碳素钢的 耐蚀性能优越。值得注意的是,铜抵消钢中硫的有 害作用的效果很明显,其作用特点是,钢中硫含量愈 高,铜降低腐蚀速率的相对效果愈显著。这是因为 铜与硫生成了难溶硫化物。
0.30~1.25
≤0.65
a为改善钢的性能可添加一种或一种以上微量合金元素:Nb 0.015~0.060%，V 0.02~0.12%， Ti0.02~0.10%,Al≥0.020%。若上述元素组合使用时，应至少保证一种元素的含量达到上述化学成分 的下限规定。 b可以添加系列合金元素：Mo≤0.30%，Zr≤0.15%
钼 钢中w (Mo) = 0.4 %～0.5 %时,在大气腐蚀环 境下(尤其是在工业大气中) , 其腐蚀速率可降低 50 %以上。 稀土元素 稀土元素(RE ) 是不含铬、镍耐候钢的添加元素 之一。通常稀土元素的加入量小于或等于0.2 %(质 量分数) 。稀土元素是极其活泼的元素,是很强的脱 氧剂和脱硫剂,主要对钢起净化作用。稀土元素可细 化晶粒,改变钢中夹杂物的状态,减少有害夹杂物的 数量,降低腐蚀源点,从而提高钢的抗大气腐蚀性能。
识；磷在钢中通常以置换固溶形式存在，其固溶强化效果七倍于硅，十倍
于锰，在低碳钢中每增加0.01%的磷，屈服强度提高4.1~5.5MPa。 在碳含量较低钢（0.003~0.02%）中，磷含量增加还会使塑性、韧性 增加，脆性转变温度降低。或者说磷的有害作用是磷与碳相互作用的结果， 当碳含量很低时，磷便不再是有害元素；至于磷和碳如何作用，有待进一 步研究。 造成含磷钢脆性增加的另一方面原因是磷的偏析，采取冶金措施，降 低磷的偏析，也会使钢的脆性降低。 ——《对磷在钢中作用的再认识》
Si：0.10~0.64%
P：0.01~0.12% 指数（I）越大耐候性越好；ASTM相关标准中要求按该公式计 算的耐候指数为6.0或6.0以上。
九、耐候钢研究
1.对钢中磷的再在认识 通常对钢中的磷认为是有害的：提高钢的脆性转化温度、降低冲击韧性、 恶化焊接性能等。 随着含磷高强钢板在汽车上的应用，开始对钢中磷的作用进行重新认
耐候钢可分为结构用耐候钢和焊接结构用耐候钢。前者主要用于非焊
接或焊接要求不高的结构件中，具有优良的耐大气腐蚀性能，以 Cu．P系为主，其中P含量在0．07％-0．15％之间，由于含P量高， 所以这类钢的屈服强度一般在345MPa以下，板厚一般不超过16mm， 美国的ASTMA242系列和日本JIS中的SPA系列耐候钢均属此类。焊 接结构用耐候钢，主要用于大型焊接结构中，以Cu．Cr-Ni系为主， 含P量在0．04％以下，具有优良的焊接性能和低温韧性，应用十 分广泛，如已有美国的ASTMA588和A514系列、日本的JIS SMA系列 耐侯钢等型号。
Baidu Nhomakorabea
磷 磷是提高钢耐大气腐蚀性能最有效的合金元素 之一。磷在钢中能均匀溶解,有助于在钢表面形成 致密的保护膜,使其内部不被大气腐蚀。通常钢中 w ( P) = 0.08 %～0.15 %时,其耐蚀性最佳。 铬 铬能在钢表面形成致密的氧化膜,提高钢的 钝化能力,使锈层生长速度减慢。通常,耐候钢中 w (Cr) = 0.4 %～1.0 %(最高1.3 %) 。当铬和铜 同时加入时,效果尤为明显。 镍
八、低合金钢耐候性评估
耐大气腐蚀指数（I）计算公式：
I 26.01(Cu %) 3.88( Ni %) 1.2(Cr %) 1.49(Si%) 17.28( P%) 7.29(Cu %)(Ni %) 9.10( Ni %)(P%) 33.9(Cu %)2
适用范围： Cu：0.012~0.51% Ni：0.05~1.1% Cr：0.10~1.3%
五、耐候钢的性能及组织等
耐候钢力学性能满足下表要求
冲击性能满足下表要求
耐候钢组织 钢材的金相组织应为铁素体+ 珠光体。晶粒度不小于7 级，晶粒度 的不均匀性在三个相邻级别范围内。
非金属夹杂物要求 A ≤2.5 B ≤2.0 C ≤2.5 D ≤2.0 DS ≤2.0
六、耐候钢应用领域
耐候钢可以轧成热或冷板卷、型材、线材甚至管材，根据使用情况，
Q550NH
≤0.16
≤2.00
0.20~0.55
0.30~1.25
0.12~0.65
a 为改善钢的性能可添加一种或一种以上微量合金元素:Nb 0.015~0.060%，V 0.02~0.12%， Ti0.02~0.10%,Al≥0.020%。若上述元素组合使用时，应至少保证一种元素的含量达到上述化学成分 的下限规定。 b 可以添加系列合金元素：Mo≤0.30%，Zr≤0.15% c Nb、V、Ti等三种合金元素的添加总量不应超过0.22%
1984 中国制定高耐候性结构钢国家标准
1988 中国初步试制出NH235q 桥用耐候钢 1990 中国建成国内第一座裸耐候钢桥 1999 中国试制出J T 系列塔桅高耐候性结构钢
四、耐候钢的种类及成分
国家标准GB/T4171-2008将耐候钢分为两类,即：高耐候 钢和焊接耐候钢。 命名方法 高耐候钢：屈服强度拼音首字母Q+屈服强度级别+GNH （高耐候）+质量等级。 例如：Q295GNHB 焊接耐候钢：屈服强度拼音首字母Q+屈服强度级别+NH （耐候）+质量等级。 例如：Q355NHC
耐候钢的应用领域具体有：
各 种 车 辆
铁路设施、铁路公路钢桥
集装箱
（矿山）机械设备
换热器
煤、泥、灰等输送管线
建筑
通讯、电力铁塔
脱硫设备
烟囱
七、合金元素对耐候性能的影响
与普通碳素钢相比,耐候钢具有良好的抗大气腐蚀能力。这是因为合金 元素起到了降低锈层的导电性能、阻碍腐蚀产物快速生长等作用。耐蚀特 点表现为经长期使用后才呈现出显著的耐蚀效果。可提高钢的耐大气腐蚀 性能的合金元素应满足以下条件: ①在铁中的溶解度大于在锈层中的溶解 度; ②可以与铁形成固溶体; ③可提高钢的电位。研究结果表明,耐候钢中 加入的合金元素对其耐大气腐蚀性能的影响不尽相同。 碳
耐候钢的发展历程
1968 日本制定J IS 63114“焊接构造用耐候性热轧钢材”,即SMA 钢材标准化
1969 德国开始使用裸耐候钢 1972 英国开始使用裸耐候钢 1980 日本建成第三大川桥(最初用于桥梁的桁架) 1983 日本制定出将Smaoop 作为涂装用耐候钢 Smaoow 作为不涂装用耐候钢的it s 标准用于志染川桥(11 型钢架)
高耐候钢的成分特点
高耐候钢耐腐蚀元素以P、Cu、Cr、Ni配合，达到较 高的耐蚀性能，尤其在海洋性大气环境下耐蚀性更有 效，其耐蚀性能优于焊接耐候钢，但对于要求焊接性 能较高的场合不太适用。
焊接耐候钢的成分特点
焊接耐候钢耐腐蚀元素以Cu、Cr、Ni配合，达到较高 的耐蚀性能，适用于陆地大气环境，其耐蚀性能和焊 接性能优良。
2.耐候性对比
注：“树林”为乡村大气环境；“中山”为海洋性或工业大气环境 Weight Loss--重量损失（失重）单位：毫克/平方厘米；Test period--试验阶段，单位：年
一般钢材长期暴露在大气中，腐蚀失重C与暴露时间t
满足下列关系式:
C At B
A、B为常数
耐候钢综述
主要内容
为什么研究耐候钢 什么是耐候钢 耐候钢的发展历程 耐候钢的种类及化学成分 耐候钢组织、性能、夹杂物 耐候钢的应用领域 合金元素对耐候钢性能的影响 耐候性能评估 耐候钢研究 耐候钢生产关注点
一、为什么研究耐候钢
金属腐蚀现象遍及国民经济和国防建设各个领域，危害 十分严重。椐统计，材料因大气腐蚀所造成的经济损失约 占总腐蚀损失的50％，给国民经济造成重大损失。
二、什么是耐候钢
GB/T4171--2008标准中对耐候钢的定义是： 通过添加少量的合金元素如：Cu、P、Cr、Ni等，使 其在金属基体表面上形成保护层，以提高耐大气腐蚀 性能的钢。
耐候钢——耐大气腐蚀钢 因使用环境不同（通常分为乡村、工业及海洋性大气 环境），耐蚀性有差异。耐候钢有三种使用方法：裸 露使用、涂装使用、锈层稳定化处理后使用。 耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通碳素钢的2～8 倍,并 且使用时间愈长,耐蚀作用愈突出。
Cr
0.40~0.80 0.40~0.80 0.40~0.80 0.30~1.25 0.30~1.25 0.30~1.25
Ni
≤0.65 ≤0.65 ≤0.65 0.12~0.65 0.12~0.65 0.12~0.65
其他元素
a,b a,b a,b a,b a,b,c a,b,c a,b,c
≤0.030 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.030
高耐候钢的牌号和化学成分
牌号
C
Q265GNH Q295GNH Q310GNH ≤0.12 ≤0.12 ≤0.12
化学成分（%）
Si
0.10~0.40 0.10~0.40 0.25~0.75
Mn
0.20~0.50 0.20~0.50 0.20~0.50
S
≤0.020 ≤0.020 ≤0.020
P
0.07~0.12 0.07~0.12 0.07~0.12
据工业发达国家统计，每年由于钢结构腐蚀造成的经济
损失，占国民经济生产总值的2%~4%；目前，全世界因钢 结构腐蚀造成的经济损失达数万亿美元。 为了解决钢材在大气中的腐蚀问题，开展了耐候钢的研 究。
另外，耐候钢在使用过程中可以省掉对环境 造成污染的酸洗、镀锌工序，减少使用过程中对 环境造成的危害,实现绿色生产。
0.20~0.60 0.30~1.00 0.50~1.50 ≤1.10 ≤1.50 ≤2.00
S
≤0.030 ≤0.030
P
≤0.030 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025
Cu
0.25~0.55 0.25~0.55 0.25~0.55 0.20~0.55 0.20~0.55 0.20~0.55
Cu
0.20~0.45 0.20~0.45 0.20~0.45
Cr
0.30~0.65 0.30~0.65 0.30~1.25
Ni
0.25~0.50 0.25~0.50 ≤0.65
其他元素
a,b a,b a,b a,b
Q355GNH
≤0.12
0.20~0.75
≤1.00
≤0.020
0.07~0.15
0.25~0.55
三、耐候钢发展历程
表1
年 记 述 1900 美国开始了含铜钢———早期耐候钢的研究和开发 1933 美国U. S. Steel 公司推出Coxten2A 型低合金耐候钢 1955 日本开发耐候钢 1959 美国开始使用裸耐候钢 1961 中国开始试制16 MnCu 钢 1965 中国试制出09CuPTi 薄钢板 日本建成第一座耐候钢大桥(涂漆) 1967 中国首次用于试验车辆 日本建成第一座裸耐候钢桥(知多2 号桥)
焊接耐候钢牌号及成分
牌号
C
Q235NH Q295NH Q355NH Q415NH Q460NH Q500NH ≤0.13 ≤0.15 ≤0.16 ≤0.12 ≤0.12 ≤0.12
化学成分（%）
Si
0.10~0.40 0.10~0.50 ≤0.50 ≤0.65 ≤0.65 ≤0.65 ≤0.65
Mn
镍是一种比较稳定的元素,加入镍能使钢的自 腐蚀电位向正方向变化,增加了钢的稳定性。大气 暴露试验结果表明, w (Ni) ≈4 %时,能显著提高海 滨耐候钢的抗大气腐蚀性能。
钙 研究结果表明, 耐候钢中加入微量钙不仅可以 显著改善钢的整体耐大气腐蚀性能,而且可以有效 避免耐候钢使用时出现的锈液流挂现象。钢中加入 微量钙可形成CaO 和CaS 溶解于钢表面的电解液 薄膜中,使腐蚀界面碱性增加,降低其侵蚀性,促进 锈层转化呈致密、保护性好的α2FeOO H (羟基氧化 铁）相。 锰 目前,锰对耐蚀性的影响认识不统一,大多数 学者认为,锰能提高钢对海洋大气的耐蚀性,但对 在工业大气中的耐蚀性几乎无影响。通常,耐候钢 中w (Mn) = 0.5 %～2.0 %。