2 含銅耐候鋼
從20世紀(jì)開(kāi)始,人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在鋼中添加少量銅可提高鋼的耐腐蝕性能。到1911年,美國(guó)就有兩家公司開(kāi)始出售含銅耐候鋼。1916年,美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)對(duì)260種試驗(yàn)用鋼分別在工業(yè)地帶、半田園地帶和海岸地帶進(jìn)行了早期鋼鐵材料大氣暴露試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,在鋼中添加適量的銅和磷對(duì)鋼的耐大氣腐蝕性能有顯著效果。1920年開(kāi)始,美國(guó)鋼鐵公司根據(jù)前期的研究結(jié)果,開(kāi)始大規(guī)模研究鋼的耐大氣腐蝕規(guī)律,采用3萬(wàn)片試樣分別在不同環(huán)境條件下的四個(gè)地區(qū)進(jìn)行了大氣暴露試驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋼中Cu、P、Ni、Cr等元素的適量組合,可以獲得優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能,根據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果開(kāi)發(fā)的耐候鋼系列產(chǎn)品在1993年作為專(zhuān)利和商用鋼在市場(chǎng)上出售。目前國(guó)外耐候鋼可分為Cu系,Cu-P-Cr-Ni系,Cu-Cr系,Cu-Ni-P系,Ni-Cu-Mo系等。
中國(guó)耐大氣腐蝕鋼的發(fā)展較晚。20世紀(jì)50年代李薰針對(duì)武鋼礦石中共生銅的問(wèn)題,曾提出銅合金化的設(shè)想。1960年前后,武鋼利用其鐵礦中含銅的特點(diǎn),首先在國(guó)內(nèi)開(kāi)展了耐大氣腐蝕的含銅鋼和含銅低合金鋼的研究和開(kāi)發(fā)工作。1965年,由于全國(guó)推廣應(yīng)用低合金鋼,同時(shí)根據(jù)用戶(hù)的要求,各鋼鐵企業(yè)相繼開(kāi)始重視提高鋼的耐腐蝕性能,并大規(guī)模地開(kāi)展了耐大氣腐蝕鋼的研究和開(kāi)發(fā)工作。當(dāng)時(shí)研究和開(kāi)發(fā)耐候鋼種的主要特點(diǎn)是在鋼中不添加金屬Ni、Cr,以Cu、P或Cu、P共用為主。1978年以后,國(guó)內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)開(kāi)始根據(jù)用戶(hù)要求,仿制國(guó)外耐大氣腐蝕鋼的成分特征,在耐候鋼中進(jìn)一步添加Ni、Cr等合金元素。多年來(lái),中國(guó)已開(kāi)發(fā)了一系列含銅的低合金耐候鋼種。目前國(guó)內(nèi)耐候鋼有Cu系,Cu-P系,P-V系,P-RE系,Cu-P-Nb-RE系等。國(guó)內(nèi)外09CuPTiRe耐候鋼中合金元素的含量見(jiàn)表1。
表1 國(guó)內(nèi)外09CuPTiRe耐候鋼中合金元素含量標(biāo)準(zhǔn)
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武標(biāo)(熱)8-87 |
GB4171-84 |
GB4171-84 |
GB4171-84 |
日本JIS CuPLOY-G |
化學(xué)成分 |
C |
≤0.12 |
≤0.12 |
≤0.12 |
≤0.12 |
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Si |
0.20-0.40 |
0.20-0.40 |
0.20-0.40 |
0.20-0.50 |
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Mn |
0.25-0.55 |
0.20-0.70 |
0.20-0.70 |
0.25-0.70 |
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P |
0.07-0.12 |
0.07-0.12 |
0.07-0.12 |
0.07-0.12 |
0.06-0.10 |
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S |
≤0.04 |
≤0.04 |
≤0.04 |
≤0.04 |
≤0.04 |
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Cu |
0.25-0.35 |
0.25-0.45 |
0.25-0.45 |
0.25-0.35 |
0.20-0.60 |
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Ti |
≤0.03 |
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V |
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0.04-0.12 |
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Re |
0.030-0.035 |
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≤0.200 |
≤0.200 |
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力學(xué)性能 |
σs(N·mm2) |
≥345 |
≥295 |
≥295 |
≥295 |
≥245 |
σb(N·mm2) |
≥490 |
≥415 |
≥412 |
≥412 |
400-510 |
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σ5(%) |
≥24 |
≥24 |
≥24 |
≥24 |
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冷彎180゜ |
d=a |
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d=a |
d=a |
d=1.5a |
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厚度 |
8 |
8 |
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腐蝕失效是金屬材料功能失效的主要類(lèi)型之一,在鋼中加入適量的銅能顯著提高鋼的耐腐蝕性能。銅是提高耐腐蝕性能最為突出的合金元素之一,含銅0.2%的鋼其耐候性比不含銅鋼提高20%以上;銅還可以改善海水中和H2S環(huán)境中的耐蝕性,含銅0.2%也完全能阻止管線(xiàn)鋼的氫致開(kāi)裂。少量的銅能提高鋼鐵材料的耐蝕性能,其原因之一是因?yàn)殇摬脑诟g過(guò)程中,銅起到活化陰極的作用,促使鋼陽(yáng)極發(fā)生鈍化,因而減緩腐蝕。另外,鋼在腐蝕過(guò)程中其表面也會(huì)產(chǎn)生一層薄的富銅層,在鋼的表面腐蝕層與銅的富集層之間還會(huì)形成緊密的薄氧化銅中間層,形成致密、完整的雙層結(jié)構(gòu)的銹層,該銹層緊貼鋼基體的內(nèi)層,附著性強(qiáng)??蓽p緩腐蝕介質(zhì)進(jìn)一步腐蝕鋼板內(nèi)部。
在鋼中添加適量的銅對(duì)抵消鋼中硫的有害作用也有著明顯的效果,同時(shí)改變著高硫和低硫鋼的耐大氣腐蝕效果。銅與其它元素(如P、Ni等)復(fù)合使用時(shí),提高耐大氣腐蝕性能的效果更好。為了達(dá)到較好的耐大氣腐蝕性能,在低合金鋼中銅的加入量一般規(guī)定在0.2-0.5%。
(未完待續(xù))