本發(fā)明涉及一種低合金耐大氣腐蝕鋼。
金屬腐蝕是金屬材料自然損失的一種主要形式。據(jù)世界發(fā)達(dá)國(guó)家的調(diào)查，金屬腐蝕所帶來的經(jīng)濟(jì)損失約占當(dāng)年國(guó)家經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的百分之三點(diǎn)五左右。已有數(shù)據(jù)表明，每年大約有10～20%的鋼鐵由于金屬腐蝕而損失掉了。在大氣中使用的鋼鐵構(gòu)件的數(shù)量占世界鋼材生產(chǎn)總量的百分之六十左右，金屬材料暴露在大氣中，受空氣中水和氧等的化學(xué)電化學(xué)作用所引起的腐蝕即所謂的大氣腐蝕是金屬腐蝕中危害最大的一種。因大氣腐蝕而損失的金屬約占總腐蝕損失量的一半以上。尤其是對(duì)于鐵路車輛、橋梁、塔架等長(zhǎng)期暴露在大氣中使用的金屬件，大氣腐蝕已成為影響其壽命的主要威脅，不僅造成了金屬損失，而且增加了制造加工和維修更換的工作量。
金屬腐蝕問題已日益引起人們的重視。而提高鋼材的耐蝕性能是防腐蝕的根本途徑。為此，各國(guó)都千方百計(jì)研制耐大氣腐蝕用鋼即耐候鋼，并廣泛地應(yīng)用于各種與大氣接觸的環(huán)境中。在發(fā)達(dá)的國(guó)家中，鐵路車輛已多用耐候鋼制造。
我國(guó)的鐵路車輛，由于都是用耐蝕性差的普碳鋼制造，因此腐蝕嚴(yán)重，壽命短，更換頻繁。隨著我國(guó)四化建設(shè)的飛速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸量的增加以及對(duì)耐大氣腐蝕金屬材料需求量的增多，特別是鐵道部作為基本技術(shù)政策已決定今后鐵路車輛將逐漸全部改用耐候鋼制造。所以，研制生產(chǎn)我國(guó)自己的耐候鋼已成為當(dāng)務(wù)之急。
提高鋼的耐大氣腐蝕性能，國(guó)內(nèi)外普遍采取的是在鋼中添加不同合金元素的方法來解決。一般認(rèn)為，Cu、P是耐候鋼最理想的合金元素，因此，各國(guó)幾乎都無一例外的為主采用。但是由于Cu、P的添加又使鋼不可避免的產(chǎn)生脆裂等嚴(yán)重缺陷并導(dǎo)致鋼的塑、韌性等性能降低。為此，各國(guó)都程度不同的加入其他合金元素以彌補(bǔ)此缺陷。國(guó)外多用Cr，Ni、Mn元素構(gòu)成CuPCrNiMn系列，有的甚至在Cr，Ni外還添加Sb、Sn、As、Sr或Nb、Zr、Ta、Ti等稀有元素，雖可提高鋼的性能，但卻使其成本提高。
日本專利（18.09.80）J51071-817C22C38/42介紹的“耐大氣腐蝕及抗高溫裂紋鋼（Weatherandhightempcrackingresistantsteel）”其化學(xué)成分（%）為：C≤0.08Si≤0.75Mn10～20P0.05～0.15Cu0.15～0.60Cr0.10～0.15Ni0.15～1.0Al＜0.10。
美國(guó)USS標(biāo)準(zhǔn)Cor-Ten“B”規(guī)定耐候鋼成分（%）是：C0.10～0.19Si0.15～0.30Mn0.90～1.25S≤0.05P≤0.04Cu0.25～0.40Cr0.40～0.65V0.02～0.10。
蘇聯(lián)耐候綱10×CHД成分（%）為：C≤0.12Si0.80～1.10Mn0.35～0.80P≤0.035Cu0.40～0.65Cr0.60～0.90Ni0.50～0.80。
我國(guó)武漢鋼鐵公司曾研制過09MnCuPTi耐候綱，但效果亦不理想。
我國(guó)的Cr、Ni等金屬資源缺乏，但Cu、P、V尤其是Xt資源十分豐富。顯然，采用Cr、Ni等元素不適合我國(guó)的資源條件。而添加稀有金屬則使鋼的成本大幅度提高，亦不宜采用。
本發(fā)明的目的是立足于我國(guó)資源條件和生產(chǎn)實(shí)際，使用來源方便、資源豐富的合金元素，提供一種成本低廉，具有良好的耐大氣腐蝕性能和較高強(qiáng)度、較好可焊性且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單的低合金耐候鋼。
上述目的由于本發(fā)明采取了以下措施而得以實(shí)現(xiàn)。
研究結(jié)果表明，Cu和P是耐蝕作用十分突出的合金元素。在大氣腐蝕的條件下，鋼中的Cu是陰極去極化劑，P是陽極去極化劑。合金元素Cu與P加入后，能加速鋼的均勻溶解和Fe++離子的氧化速度，有助于在鋼表面上形成均勻的V-Fe00H銹層，促進(jìn)生成非晶態(tài)羥基氧化鐵致密保護(hù)膜，起到保護(hù)作用。通過內(nèi)銹層可以進(jìn)行一些腐蝕反應(yīng)。結(jié)果繼續(xù)生成非晶態(tài)物質(zhì)，使內(nèi)銹層更加致密化，最終形成幾乎完全不能進(jìn)行腐蝕過程的屏障，反映在鋼的電化學(xué)行為上可以看到陽及過程受阻滯。時(shí)間愈長(zhǎng)其致密程度愈完善，耐蝕作用亦愈明顯。
另外，在銹層蝕孔內(nèi)的裂紋和空洞等缺陷部位有Cu、P等合金元素沉積和富集，借此就能修補(bǔ)缺陷部，使鋼的內(nèi)部不再繼續(xù)受腐蝕。
Cu和P元素在鋼中同時(shí)起著固溶強(qiáng)化的作用。
V是強(qiáng)碳化物形成元素，在鋼中以VC和V4C3形式存在，起著沉淀強(qiáng)化的作用，提高鋼的強(qiáng)韌性。由于V奪取了鋼中部分的C，從而減少了Fe3C的含量，使顯微組織中珠光體成分降低，因此提高了鋼的耐蝕性。
Xt的加入主要起凈化鋼質(zhì)和控制夾雜物形態(tài)（使之球化）的作用，從而提高了鋼的韌性和耐蝕能力。這是使綱的綜合性能提高的主要原因之一。
根據(jù)研究和實(shí)驗(yàn)分析，確定本發(fā)明低合金耐大氣腐蝕鋼的化學(xué)成分主要含有C、Si、Mn、P、Cu、V、Xt，通過CuPVXt的合理配比，與其他元素產(chǎn)生綜合作用，構(gòu)成CuPVXt系列的低合金耐大氣腐蝕鋼。其成分按重量百分比含量為：C≤0.12Si0.20～0.75Mn0.20～0.70S≤0.04Cu0.20～0.50P0.06～0.15V0.02～0.12Xt（加入量）≤0.20其余為Fe和雜質(zhì)。
深入研究并經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，優(yōu)先推薦的成分（%）為：C0.06～0.10Si0.30～0.40Mn0.35～0.45Cu0.25～0.30P0.08～0.10V0.04～0.08Xt0.05～0.10。
與國(guó)外低合金耐候綱相比，本發(fā)明去掉了Cr、Ni等價(jià)格昂貴的合金元素，采用價(jià)格低、來源廣的V和Xt作為主要添加元素，形成CuPVXt系列低合金鋼，強(qiáng)化鋼的組織，提高綜合性能。
本發(fā)明耐候鋼的冶煉適用于各種平、轉(zhuǎn)爐操作，基本采用常規(guī)工藝。也可采用頂?shù)讖?fù)合吹煉、噴吹、爐外精煉等新技術(shù)。
Cu在爐內(nèi)合金化、P、V、Xt等在罐內(nèi)合金化。一般采用下注法澆注。
鋼中V合金化可加釩鐵和釩渣，但加入釩渣時(shí)最好吹氬。
鋼錠脫模后熱送初軋廠?？刂凭鶡釥t內(nèi)呈中性或還原性氣氛，最高加熱溫度為1340～1360℃。盡量減少待軋時(shí)間。
鋼坯加熱、軋制根據(jù)坯料及成品規(guī)格按優(yōu)質(zhì)鋼執(zhí)行，控制開、終軋溫度。
采取上述工藝，從錠到材綜合成材率可達(dá)到84%以上。
本發(fā)明耐候鋼的金相織織為鐵素體十珠光體，晶粒度達(dá)到7～8級(jí)，少量為9級(jí)。不僅具有良好的耐大氣腐蝕性能，且綜合性能較好，基本可按部分國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)。
冷彎性能在α＝180°B＝2a的條件下作了d＝2ad＝ad＝0和條件更為苛刻的B＝5a，B＝7a的冷彎和冷寬彎試驗(yàn)，結(jié)果全部合格。
選用結(jié)502WCu和結(jié)506WCu兩種焊條進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，不僅焊接接頭熱影響區(qū)及焊縫金屬的性能與母材相當(dāng)，而且經(jīng)50天室內(nèi)鹽霧快速腐蝕，各接頭處沒有發(fā)生凹蝕現(xiàn)象，其耐蝕性優(yōu)于母材。
耐大氣腐蝕性能是耐候鋼的主要性能指標(biāo)。為此分別選在亞熱帶（廣州）、潮濕帶（成都）、海洋大氣（青島）及工業(yè)大氣四個(gè)有代表性的地區(qū)掛出室外靜態(tài)暴露掛片。
由以上結(jié)果可見，本發(fā)明CuPVXt低合金耐大氣腐蝕鋼具有良好的綜合性能。可制成各種形狀的型材、板材、管材使用在與大氣接觸的環(huán)境中。