耐大气腐蚀钢

简介:耐大气腐蚀钢，又称耐候钢。耐候钢是指通过添加少量合金元素，使其在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金强度钢。耐候钢的耐大气腐蚀性能为普碳钢的2~8倍，耐候钢除具有良好的耐候性外，还具有优良的成形、焊接等使用性能。耐候钢是通过在普通钢中添加一定量的合金元素制成的一种低合金钢，主要合金成分为Cu、P、Cr、Ni等元素。耐候钢的耐大气腐蚀性能远高于普碳钢，在国外被广泛应用于集装箱、桥梁、汽车、铁路车辆和建筑等制造行业，目前国内耐候钢主要用于集装箱、铁路车辆，由此可见我国的耐候钢应用领域还有很大的发展空间。耐候钢作为一种高效钢材。一直是大气腐蚀用钢品种开发与腐蚀研究的热点。特别是近二十年来，人们进行了大量的大气暴晒、干湿循环等试验。并利用X-射线、扫描电镜、偏光显微镜、电子探针微区分析等现代物理测试手段对金属腐蚀产物的组成、结构及其形成过程进行了研究。对合金元素的作用及锈层的保护作用有了更深刻、更全面地了解，还开发了新型的耐候钢及其锈层稳定化处理技术。

1.耐候钢的发展

耐候钢的研制起源于欧美。早在1900年，欧美的科学家就发现Cu可以改善钢在大气中的耐蚀性能。1961年美国实验和材料学会(ASTM)开始了大气腐蚀的研究，30年代美国的U.S.Steel公司首先研制成功了耐腐蚀高抗拉强度的含Cu低合金钢-Corten钢，并在60年代不涂漆直接用于建筑和桥梁其中应用最普遍的是高P、Cu加Cr、Ni的Corten A系列和以Cr、Mn、Cu合金化为主的(Corten B系列这种耐候钢在欧洲、日本也得到广泛应用。我国自60年代起大量研制耐候钢，并发展了一些自己的钢种，如鞍钢集团的08CuPVRE系列、武钢集团的09CuPTi系列、济南钢铁公司的09MnNb、上海第三钢铁厂的10CrMoAl和10CrCuSiV等。现在，国外已将耐候钢逐渐当作普通钢种来广泛使用。在钢种开发、使用及设计施工上也逐渐作了详细规定。根据使用情况，耐候钢又可分为结构用高耐候钢和焊接结构用耐候钢。前者主要用于车辆、塔架、建筑等其它结构件中，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 343 MPa以下，板厚一般不超过16 mm，美国的 ASTMA242系列和日本JAS中的SPA系列耐候钢均属此类。目前我国这种结构用高耐候钢的发展十分迅速，除了仿制的几个品种如09CuPcrNi(仿 Corten)和09CuPTi(叉称09MnCuPTi)以外，还发展了具有中国特点的新品种，如09CuPTiRE、09CuPRE和08CuPvRE等。并且已经制定出国家标准<高耐候性结构钢)GB 4171—84。焊接结构用耐候钢主要用于桥梁、建筑等大型焊接结构中，以Cu-Cr-Ni系为主，含P量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ASTM A588和A514系列、日本的JIS SMA 系列耐候钢等型号，而在我国尚在研制中。国内外耐候钢发展的主要历程如表1所示。

表1 耐候钢的发展历程

年份记述

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Corten-A型低台金耐候钢商品

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16MnCu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

日本建成第一座棵钢桥(知多2号桥)

1968 日车制定JIS G3114“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(最初用乎隧梁)

1983 日本制定了将Smacop作为涂装用耐候钢。Smacow

作为不涂装用耐候钢的JIS标准用于志染川桥(11型钢架) 1984 中国制定高耐候性结构钢国家标准

1988 中国初步试翩出NH-35q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JT系列塔桅高耐候性结构钢

2.耐候钢的应用

一、高性能耐候钢和耐火钢可减小钢结构的维护费用，为解决外露无防护钢结构的防火防腐问题提供了新的解决方案。

二、耐火耐候钢的制作安装工艺与常规钢材基本相同，设计方法亦与普通钢结构相同，但需要更多试验验证。

三、高强度耐候钢已在桥梁工程中推广应用，需要研究设计理论和方法。

四、耐火耐候钢也可运用于楼承板。

（1）上海中福高层钢结构住宅约5000吨

（2）北京国家大剧院约300吨

（3）武钢技术中心大厦约3000多吨

（4）北京财富中心，摩根中心7000多吨

（5）中国残疾人体育艺术培训基地200多吨

世博会中的应用上海2010年世博会中的澳大利亚馆，就是用红赭石色的耐候钢材料制成。耐候钢钢板组成连绵不绝的波浪外墙,它代表了澳大利亚的海岸线，也体现了他们在铁矿石方面的资源优势。耐候钢的原料采自澳大利亚西部的矿山，由当地的工厂生产。馆方特意将天然的矿石绕着展馆摆放了一圈。澳大利亚馆周围的地砖，都是红色的，这些地砖原料也产自红土地带，由十多个集装箱漂洋过海运来上海。里里外外，红色不仅代表了自然，还将“工业”和“城市”的概念体现出来了。

我国的耐候钢产品主要用于铁路车辆、集装箱、桥梁等领域, 建筑、工程机械、煤矿机械等大量暴露于大气或特殊工况条件下器械, 由于腐蚀引起使用寿命缩短而造成的经济损失, 或因腐蚀失效造成重大事故, 因此, 这一领域对耐候结构钢的需求将会日益增多, 但由于在具有良好机械性能、成型性、焊接性和低温韧性的基础上, 同时具有良好的耐腐蚀性能造成耐候结构钢的成本偏高, 因此开发具有低成本的经济耐候结构钢具有良好的市场前景和市场竞争力。

耐候钢的制备

一.生产工艺

1.冶炼与连铸造

耐候钢一般经过冶炼(转炉、电炉、平炉) 吹氩连铸(喂入稀土丝)等。在冶炼时，钢板随炉料一起加入炉内，按常规工艺冶炼，出钢后加入脱氧剂及合