耐候钢

铜是耐大气腐蚀钢中对提高耐大气腐蚀性能最主要、最普遍使用的合金元素，在普通碳素钢中单独添加铜也是最早使用的耐大气腐蚀钢。在耐候钢中，铜含量大致为0.2%～0.5%，通常与磷配合使用，Cu、P均能浓缩在锈层中，使其致密稳定，并能抑制铁锈的扩展。

钢中铜对耐大气腐蚀作用随大气环境不同而不同。对于不同的大气环境条件，钢中的铜量也有所不同。我国北方干燥大气地区为0.15%～0.20%，南方潮湿大气及中部工业大气地区为0.30%～0.35%。

铜除了提高钢的耐大气腐蚀能力之外，还能略提高钢的强度(因为铜能以ε相在基底上弥散沉淀析出)。由于铜为面心立方结构，既能降低钢的冷脆转折温度，又能提高钢的室温和低温韧性。

但含铜钢存在一个主要质量问题，即热脆。铜对钢的力学性能的影响类似碳，对强度指标有利，但影响加工性能和焊接性能。

磷在耐候钢中的含量在0.04%～0.15%之间，因此也可以看作微合金化元素。磷也是合金元素中提高耐大气腐蚀性能最有效的元素，即使单独使用也有很好的效果，但是往往与其它合金元素，特别是与Cu、Cr等配合使用，用来提高钢的耐大气腐蚀性能。

磷和铜同时加入钢中，使内锈层分带明显，更有利于提高钢的耐蚀性。铜和磷的复合作用更易使锈层中形成非晶态的Fe3O4，因铜和PO43－离子共同阻止Fe3O4的结晶成长。

钢中的磷会恶化钢的韧性，特别是剧烈降低钢的低温冲击韧性。因此应控制

磷上限含量为0.12%。如果按ω(P)十ω(C)≤0.25%，仍可获得良好的可焊性，同时采用合理的生产工艺，能有效地控制Cu、P元素在晶界偏聚，消除铜脆造成的板卷边裂及磷元素对钢韧性的有害作用。

稀土在耐候钢中的作用可以归纳为以下几方面：

(1)在耐大气腐蚀钢中加入RE，使钢的内锈层致密，而且与基体的结合力变强，不易脱离，可以阻止大气中O2和H2O的扩散，从而降低了腐蚀速度，因此稀土主要是通过使锈层致密来增强与钢基体的附着力，达到提高钢的耐大气腐蚀性能。

(2)RE中的铈可降低铜的活度，提高铜的溶解度，从而提高了铜在钢中的利用率，RE加入含磷的钢中，可使磷的宏观偏析减少，在晶界和铁素体界面上的偏聚减少30%，在钢中的分布更合理。

(3)净化作用。稀土具有很强的脱氧、脱硫的能力以及很强的吸氢能力。与O、S 主要生成RE2O2S，与Cu、P、Ti不形成化合物。稀土与氢在250～300℃可生成REH2，钢中在300℃左右，析出的H2被RE吸收，减少游离氢。

(4)夹杂物球化变性作用。稀土能有效地使细条状的MnS变为球状或接近球状的稀土硫化物或硫氧化物，当ω([RE])>0.005%时，硫化物夹杂能得到一定控制；当ω([RE])>0.014%时，可得到近似球形的稀土夹杂。

(5)稀土能抑制树枝晶的发展，减少硫偏析，减轻硫对力学性能和耐大气腐蚀性能的影响。

(6)固溶强化和细化晶粒作用。由于稀土原子半径比铁大，所以微量固溶的稀土有固溶强化作用。除此之外，RE对细化晶粒也具有一定的作用。

(7)改善横向韧性和冷弯性能。稀土加入后，细条状MnS减少，高熔点、呈球状、与钢基体接触紧的RE202S及RES增多，因而阻止破裂能力大；稀土夹杂物不易形变，

在轧制过程中形状与分布改变少，降低各向异性，使钢的横向韧性提高，冷弯性能改善。

硅、锰、硫

硅以固溶形式存在于钢中。硅可以提高钢的强度、疲劳极限、耐腐蚀性和耐磨性，对于低强度级别(295MPa)的耐大气腐蚀钢，硅含量与普碳钢相同，以减少焊接时的飞溅。对于高强度级别(345MPa)的耐大气腐蚀钢，硅的含量应略高，但不应作为提高强度的主要元素。

锰以固溶态存在于钢中，起强化作用，可提高铁素体的强度。低碳钢中的锰对提高强度有明显作用，因此把锰作为09CuPTiRE-A钢达到预定强度级别的主要元素。但锰与硫易形成MnS塑性夹杂物，在热轧时沿轧制方向拉长，恶化钢的成形性能。另外，锰过高会使焊接性能显著变坏，所以在考虑09CuPTiRE.-A钢的内控成分时将锰含量控制在0.25%～0.45%之间，并利用微合金化和控轧控冷来满足不同强度级别要求，同时采用钙质处理，对MnS进行变质处理消除MnS的危害。

硫是耐候钢中的最主要有害元素，其危害在于影响钢的成形性、导致带钢力学性能的各向异性以及对耐候性的有害作用。