本發(fā)明專利技術(shù)涉及低合金鋼領(lǐng)域，特別是經(jīng)濟(jì)性耐大氣腐蝕的低合金碳素鋼，主要用于鐵道、高速公路護(hù)欄、礦山設(shè)施、農(nóng)業(yè)機(jī)械、廣告燈箱、塔架等長期暴露在大氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)。其主要合金成份包括Ａｌ、Ｓｉ、ＲＥ，各成份的重量百分比含量為：Ｃ：０．１２～０．２１；Ｓｉ：０．３～８．０；Ｍｎ：０．３～０．６；ＲＥ：０．０２～０．２；Ｓ≤０．０４；Ｐ≤０．０３４；０．０１＜Ａｌ＜８；其余為Ｆｅ和微量雜質(zhì)。本發(fā)明專利技術(shù)通過Ａｌ、Ｓｉ合金化為主，并配以ＲＥ為輔的全新成分設(shè)計(jì)方向，制備出一種經(jīng)濟(jì)易行且具有良好耐大氣腐蝕性能的ＡｌＳｉ型經(jīng)濟(jì)耐大氣腐蝕鋼。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及低合金鋼領(lǐng)域，特別是經(jīng)濟(jì)性耐大氣腐蝕的低合金碳素鋼，主要用于鐵道、高速公路護(hù)欄、礦山設(shè)施、農(nóng)業(yè)機(jī)械、廣告燈箱、塔架等長期暴露在大氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
目前現(xiàn)已技術(shù)公開的文獻(xiàn)技術(shù)中前蘇聯(lián)(SU1822446A3)、日本專利(特開平9-277083、特開平1-92341)、歐洲專利(EP 0841 409 A1)等對耐大氣腐蝕鋼進(jìn)行了介紹，但普遍采用向鋼中添加Cu、P、Cr、Ni、W等合金元素，有的還添加As、Mo、Nb、Ce、Co、Ti、V等元素。上述專利雖然提高了鋼的性能，但成本太高，市場化存在較大的難度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種經(jīng)濟(jì)性耐大氣腐蝕的低合金結(jié)構(gòu)鋼，主要通過Al、Si及微量的RE等合金元素，在不改變普通低碳鋼(Q235鋼)的其它元素含量和生產(chǎn)工藝條件下，就能生產(chǎn)出具有良好的耐大氣腐蝕性能的經(jīng)濟(jì)耐候鋼。本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下一種AlSi型經(jīng)濟(jì)耐候鋼，主要合金成份包括Al、Si、RE等，各成份的重量百分比含量為C0.12～0.21、Si0.3～8.0、Mn0.3～0.6、RE0.02～0.2、S≤0.04、P≤0.034、0.01＜Al＜8，其余為Fe和微量雜質(zhì)，見表1。本專利技術(shù)AlSi型經(jīng)濟(jì)耐候鋼的較佳組成為C0.15～0.21；Si0.3～2；Mn0.3～0.6；RE0.02～0.15；S≤0.04；P≤0.034；Al0.05～4；其余為Fe和微量雜質(zhì)。其中，稀土元素RE的組成是富鈰的混合稀土，其中鈰的含量約為18％。上述AlSi耐候鋼的制備過程如下以Q235為基礎(chǔ)材料，根據(jù)成分設(shè)定值，推算出合金化所需的Al、硅鐵等量，添加裝料后進(jìn)行真空磁控熔鑄電弧，反復(fù)10次以上，以便合金化充分、均勻。最后對煉好的鋼樣取樣進(jìn)行成分分析。本專利技術(shù)所述的AlSi型經(jīng)濟(jì)耐大氣腐蝕鋼的合金機(jī)理如下 Al是在低合金耐大氣腐蝕鋼中的有效耐蝕合金元素之一。研究表明一方面，冶煉時(shí)Al不僅可作為脫氧劑，易與鋼中的氮形成AlN，這樣不僅可以減少鋼中的氧化夾雜，而且其氮化物還可以起到彌散強(qiáng)化、細(xì)化晶粒的作用，提高鋼的強(qiáng)韌性；另一方面，Al也能縮小γ相區(qū)，形成γ相圈和細(xì)化晶粒，同時(shí)加Al還可以在鋼腐蝕產(chǎn)物內(nèi)銹層形成FeAl2O4型產(chǎn)物，有助于提高鋼的抗腐蝕性。Si可以起到與P相似的作用，都能縮小γ相區(qū)，形成γ相圈；在α鐵及γ鐵中的溶解度均大于P的溶解度，其對鐵素體的固溶強(qiáng)化作用僅次于P，還能提高鋼的電阻率，增強(qiáng)在自然條件下的耐蝕性。RE在鋼中可以脫硫和消除其他有害雜質(zhì)的作用，半數(shù)以上進(jìn)入碳化物中，小部分進(jìn)入夾雜物中來改善夾雜物的形態(tài)和分布，提高鋼的質(zhì)量，其余存在于固溶體中。這種分布可以提高鋼的抗氧化能力，阻止鋼的腐蝕進(jìn)行及腐蝕分布和形態(tài)，并可以同時(shí)提高鋼的強(qiáng)韌性。通過冶煉、腐蝕評價(jià)和分析后，最后優(yōu)化出耐大氣腐蝕性能優(yōu)良的化學(xué)成份范圍。本專利技術(shù)的特點(diǎn)是通過Al、Si合金化為主，并配以RE為輔的全新成分設(shè)計(jì)方向，制備出一種經(jīng)濟(jì)易行且具有良好耐大氣腐蝕性能的AlSi型經(jīng)濟(jì)耐大氣腐蝕鋼。附圖說明圖1為實(shí)施例1在0.3％NaCl溶液實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的腐蝕增重曲線。圖2(A)-(B)為實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)室0.3％NaCl液加速試驗(yàn)的極化曲線；其中，圖2(A)實(shí)驗(yàn)初期；圖2(B)20周期后。圖3(A)-(B)為實(shí)施例1在0.3％NaCl液中加速試驗(yàn)的EIS；其中，圖3(A)實(shí)驗(yàn)初期；圖3(B)20周期后。圖4(a)-(b)為EIS的等效電路示意圖；其中，圖4(a)腐蝕初期；圖4(b)腐蝕20周期后。具體實(shí)施例方式表1、本專利技術(shù)的化學(xué)成份(wt％) 較好的化學(xué)成份(wt％)CO.15～0.21；Si0.3～2；Mn0.3～0.6；RE0.02～0.15；S≤0.04；P≤0.034；Al0.05～4；其余為Fe和微量雜質(zhì)。表2、實(shí)施例1的化學(xué)成份(wt％) 表2所示為本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的化學(xué)成份，即C0.18、Si0.7、Mn0.54、Al0.5、S0.017、P0.015、RE0.05，其余為Fe和微量雜質(zhì)。0.3(wt)％NaCl溶液實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)的增重結(jié)果、極化曲線和電化學(xué)阻抗譜(EIS)結(jié)果分別見附圖1、附圖2和附圖3。附圖4為EIS的等效電路示意圖。從圖1可以看出，經(jīng)過40周期(20天)加速試驗(yàn)后，實(shí)施例樣品抗腐蝕能力比對比樣品(Q235鋼)提高了近一倍，如以Q235的腐蝕減重量為100％，而實(shí)施例(AlSi鋼樣)的腐蝕量為58％；并且隨著時(shí)間的增加，其抗氯離子腐蝕的性能越來越明顯。對極化曲線(見圖2)進(jìn)行分析計(jì)算的結(jié)果見表3。可以看到，在腐蝕初期，實(shí)施例AlSi鋼的極化電阻與Q235的相當(dāng)，但是AlSi復(fù)合添加提高了基體的自腐蝕電位和增加陽極溶解電流，可以在初期加速基體的均勻腐蝕，從而促使在基體表面快速形成完整的銹膜，阻止基體的進(jìn)一步腐蝕和局部腐蝕的發(fā)生；20周期后，實(shí)施例的極化電阻Rp比初期值增加了50％，而Q235鋼的Rp卻比其初期值減少了73.2％。腐蝕電流Icorr有相似的結(jié)果。表3、極化曲線計(jì)算結(jié)果 圖3(A)-(B)為實(shí)施例1在0.3％NaCl液中加速試驗(yàn)的EIS。從圖3(A)可以看出，在腐蝕初期，由于實(shí)施例1鋼的腐蝕阻抗小于對比的Q235鋼，這樣會(huì)促使含實(shí)施例1鋼表面更多活化點(diǎn)的出現(xiàn)，加速表面銹層的快速形成；如圖3(B)所示，經(jīng)過20個(gè)干濕循環(huán)腐蝕周期后，由于實(shí)施例1鋼表面形成一層致密連續(xù)的保護(hù)性性銹層，銹層電阻變大，有效阻隔了腐蝕性介質(zhì)的滲透和輸入，大大增加了極化阻抗。圖3中Zreal、Zimag分別代表電化學(xué)阻抗譜中Nyquist圖的阻抗實(shí)部和阻抗虛部；電化學(xué)阻抗譜EIS的模擬結(jié)果列于表4(a)-(b)。從表4可以看出，實(shí)施例腐蝕初期的極化電阻與對比鋼相當(dāng)，這也與極化曲線結(jié)果相吻合，說明合金化對陽極過程產(chǎn)生影響，主要加速了初期腐蝕的進(jìn)行，具有快速成膜的催化作用；同時(shí)，腐蝕初期的溶液電阻大于對比鋼，可以看出合金化以后，鋼在腐蝕溶液中空氣氧化膜的溶解、電離和水合化程度小；而在腐蝕穩(wěn)定以后(20周期)，實(shí)施例鋼樣的腐蝕表面形成連續(xù)致密的腐蝕產(chǎn)物層，這就使傳質(zhì)阻力(包括銹層電阻Rrust和電荷轉(zhuǎn)移電阻Rt)急劇增大，使腐蝕介質(zhì)到達(dá)腐蝕界面的過程受到部分甚至絕大部分的阻止，從而達(dá)到降低腐蝕速率、提高抗腐蝕能力的目的；而Q235鋼卻由于銹層的疏松多孔，使得銹層電阻Rrust很小(幾乎為零)，說明表面銹層的物理阻擋作用幾乎沒有，電荷轉(zhuǎn)移電阻Rt也相對較小，使得腐蝕容易繼續(xù)進(jìn)行，這就是Q235鋼抗大氣腐蝕性差的原因所在。同時(shí)也說明AlSi鋼具有與傳統(tǒng)CuPCrNi鋼一樣能同時(shí)提高銹層物理阻擋和提高反應(yīng)界面抗蝕的優(yōu)異性能。表4(a)、腐蝕初期的EIS模擬結(jié)果 表4中，常相位角元件CPE反映電解池(鐵銹|電解質(zhì)溶液|鐵銹)界面的雙電層電容，Y0的數(shù)值反映鐵銹與電解質(zhì)溶液界面的電雙層電容，指數(shù)n反映鐵銹電極表面的不均勻性和粗糙程度，即偏離平板電容的程度。表4(b)腐蝕20周期后的EIS模擬結(jié)果 表中W(Yo)為Warburg阻抗常數(shù)。表5化學(xué)成份(wt％) 表5為本專利技術(shù)實(shí)施例2-5的化學(xué)成分，試驗(yàn)表明，采用本專利技術(shù)設(shè)計(jì)的化學(xué)成分范圍的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種ＡｌＳｉ型經(jīng)濟(jì)耐候鋼，其特征在于主要合金成份包括Ａｌ、Ｓｉ、ＲＥ，各成份的重量百分比含量為：Ｃ：０．１２～０．２１；Ｓｉ：０．３～８．０；Ｍｎ：０．３～０．６；ＲＥ：０．０２～０．２；Ｓ≤０．０４；Ｐ≤０．０３４；０．０１＜Ａｌ ＜８；其余為Ｆｅ和微量雜質(zhì)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董俊華，韓恩厚，柯偉，陳新華，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院金屬研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：89[中國|沈陽]
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