耐候钢综述课件.ppt

1、耐候钢综述耐候钢综述-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28 倍,并且使用时间愈长,耐蚀作用愈突出。-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）+

2、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-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。-高耐候钢的牌号和化学成分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 0.0150.060%，V 0.020.12%，Ti0.020.10%,Al0

3、.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：Mo0.30%，Zr0.15%-焊接耐候钢牌号及成分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 0.0150.060%，V 0.020.12%，Ti0.020.10%,Al0.020%。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：Mo0.30%，Zr0.15%c Nb、V、Ti等三种合金元素的添加总量不应超过0.22%-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

4、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-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，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CuP系为主，其中P含量在007-015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CuCr-Ni系为主，含P量在004以下，具有优良的焊接性能和低温韧

5、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。-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-脱硫设备通讯、电力铁塔烟囱-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:在铁中的溶解度大于在锈层中的溶解度;可以与铁形成固溶体;可提高钢的电位。研究结果表明,耐候钢中加入的合

6、金元素对其耐大气腐蚀性能的影响不尽相同。碳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。-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

7、性最佳。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。铬镍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2FeOO H

8、(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%。-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。-八、低合金钢耐候性评估耐

9、大气腐蚀指数（I）计算公式：2%)(9.33%)%)(10.9%)%)(29.7%)(28.17%)(49.1%)(2.1%)(88.3%)(01.26CuPNiNiCuPSiCrNiCuI适用范围：Cu：0.0120.51%Ni：0.051.1%Cr：0.101.3%Si：0.100.64%P：0.010.12%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识；磷在钢中

10、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4.15.5MPa。在碳含量较低钢（0.0030.02%）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-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

11、-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:BAtC A、B为常数上式可写作：tBAClogloglog-十、耐候钢生产关注点1.避免连铸漏钢及铸坯表面裂纹 由于耐候钢中含有较高的Cu,P,Ni等元素，这些元素在结晶过程中易使钢的晶界脆化，使得钢的高温塑性非常低，容易引起漏钢事故，因此连铸拉速不能太快。耐候钢的碳处于亚包晶范围内，容易引起裂纹产生。同时耐候钢中还含有较高的Cu,P,Ni等元素，这些元素在结晶过程中易使钢的晶界脆化，如果在连铸过程中采用强冷，导致该钢种在冷却过程中的热应力和组织应力较大，容易使裂纹发生扩展，而冷却太弱，由容易引起P偏析，导

12、致铸坯产生内裂。因此该钢种在连铸时应注意冷却强度。-2.关注铸坯加热 由于Cu在热加工时容易产生热脆，在铸坯表面形成网裂，从而形成钢材的表面缺陷；同时耐候钢的板坯在加热炉内加热时，会产生很粘的氧化铁皮，如果在轧制时不能去除，就会残留在钢材表面，造成氧化铁皮压入缺陷。含Cu钢加热应采取高温、快烧加热制度，在保证钢坯加热质量的前提下，尽可能缩短加热时间。含铜钢研究表明10801100是含铜钢产生表面裂纹的危险温度区，含铜钢加热温度应低于1080或高于1100。-3.关注轧材冷却 由于耐候钢添加了提高奥氏体稳定性的Cu、Cr、Ni等合金元素，使钢的连续冷却曲线右移，在常规冷却速度下，增加贝氏体转变的风险。贝氏体组织尤其是上贝氏体组织的出现，会恶化钢材的塑韧性。我公司2013年耐候钢角钢试轧，也反映了这个问题，金相如下图，伸长率、冲击功也较低。-2016.1.10-