单击此处编辑母版标题样式,-,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,-,*,耐候钢综述,-,耐候钢综述-,1,主要内容,为什么研究耐候钢,什么是耐候钢,耐候钢的发展历程,耐候钢的种类及化学成分,耐候钢组织、性能、夹杂物,耐候钢的应用领域,合金元素对耐候钢性能的影响,耐候性能评估,耐候钢研究,耐候钢生产关注点,-,主要内容为什么研究耐候钢-,2,一、为什么研究耐候钢,金属腐蚀现象遍及国民经济和国防建设各个领域，危害十分严重。椐统计，材料因大气腐蚀所造成的经济损失约占总腐蚀损失的50，给国民经济造成重大损失。,据工业发达国家统计，每年由于钢结构腐蚀造成的经济损失，占国民经济生产总值的,2%4%,；目前，全世界因钢结构腐蚀造成的经济损失达数万亿美元。,为了解决钢材在大气中的腐蚀问题，开展了耐候钢的研究。,-,一、为什么研究耐候钢-,3,另外，耐候钢在使用过程中可以省掉对环境造成污染的酸洗、镀锌工序，减少使用过程中对环境造成的危害,实现绿色生产。,-,另外，耐候钢在使用过程中可以省掉对环境造成污染的酸洗、镀,4,二、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。,-,二、什么是耐候钢GB/T4171-2008标准中对耐候钢的,5,三、耐候钢发展历程,表1 耐候钢的发展历程,年 记述,1900 美国开始了含铜钢早期耐候钢的研究和开发,1933 美国U.S.Steel 公司推出Coxten2A 型低合金耐候钢,1955 日本开发耐候钢,1959 美国开始使用裸耐候钢,1961 中国开始试制16 MnCu 钢,1965 中国试制出09CuPTi 薄钢板,日本建成第一座耐候钢大桥(涂漆),1967 中国首次用于试验车辆,日本建成第一座裸耐候钢桥(知多2 号桥),1968 日本制定J IS 63114“焊接构造用耐候性热轧钢材”,即SMA 钢材标准化,1969 德国开始使用裸耐候钢,1972 英国开始使用裸耐候钢,1980 日本建成第三大川桥(最初用于桥梁的桁架),1983 日本制定出将Smaoop 作为涂装用耐候钢,Smaoow 作为不涂装用耐候钢的it s 标准用于志染川桥(11 型钢架),1984 中国制定高耐候性结构钢国家标准,1988 中国初步试制出NH235q 桥用耐候钢,1990 中国建成国内第一座裸耐候钢桥,1999 中国试制出J T 系列塔桅高耐候性结构钢,-,三、耐候钢发展历程,6,四、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）,+,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,-,四、耐候钢的种类及成分国家标准GB/T4171-2008将耐,7,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。,-,高耐候钢的成分特点高耐候钢耐腐蚀元素以P、Cu、Cr、Ni配,8,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%,Al0.020%,。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%,，,Zr,0.15%,-,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,9,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%,，,Zr,0.15%,c Nb,、,V,、,Ti,等三种合金元素的添加总量不应超过,0.22%,-,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,10,五、耐候钢的性能及组织等,耐候钢力学性能满足下表要求,-,五、耐候钢的性能及组织等耐候钢力学性能满足下表要求-,11,冲击性能满足下表要求,耐候钢组织,钢材的金相组织应为铁素体+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。,-,冲击性能满足下表要求耐候钢组织钢材的金相组织应为铁素体+,12,非金属夹杂物要求,-,非金属夹杂物要求-,13,六、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。,-,六、耐候钢应用领域 耐候钢可以轧成热或冷板卷、型材、线,14,耐候钢的应用领域具体有：,各种车辆,-,耐候钢的应用领域具体有：各种车辆-,15,铁路设施、铁路公路钢桥,-,铁路设施、铁路公路钢桥-,16,集装箱,-,集装箱-,17,（矿山）机械设备,-,（矿山）机械设备-,18,换热器 煤、泥、灰等输送管线,建筑,-,换热器 煤、泥、灰等输送管线建筑-,19,脱硫设备,通讯、电力铁塔,烟囱,-,脱硫设备通讯、电力铁塔烟囱-,20,七、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。,-,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,21,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。,-,磷铬能在钢表面形成致密的氧化膜,提高钢的铬镍-,22,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,(,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%。,-,钙锰-,23,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。,-,钼稀土元素-,24,八、低合金钢耐候性评估,耐大气腐蚀指数（,I,）计算公式：,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。,-,八、低合金钢耐候性评估耐大气腐蚀指数（I）计算公式：适用范围,25,九、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,-,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,26,2.,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-,试验阶段，单位：年,-,2.耐候性对比注：“树林”为乡村大气环境；“中山”为海洋性或,27,一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,:,A,、,B,为常数,上式可写作：,-,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,28,-,-,-,29,十、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