2 含銅耐候鋼
從20世紀(jì)開始，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，美國就有兩家公司開始出售含銅耐候鋼。1916年，美國材料試驗協(xié)會對260種試驗用鋼分別在工業(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，試驗結(jié)果表明，在鋼中添加適量的銅和磷對鋼的耐大氣腐蝕性能有顯著效果。1920年開始，美國鋼鐵公司根據(jù)前期的研究結(jié)果，開始大規(guī)模研究鋼的耐大氣腐蝕規(guī)律，采用3萬片試樣分別在不同環(huán)境條件下的四個地區(qū)進(jìn)行了大氣暴露試驗，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)該實驗結(jié)果開發(fā)的耐候鋼系列產(chǎn)品在1993年作為專利和商用鋼在市場上出售。目前國外耐候鋼可分為Cu系，Cu-P-Cr-Ni系，Cu-Cr系，Cu-Ni-P系，Ni-Cu-Mo系等。
中國耐大氣腐蝕鋼的發(fā)展較晚。20世紀(jì)50年代李薰針對武鋼礦石中共生銅的問題，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，首先在國內(nèi)開展了耐大氣腐蝕的含銅鋼和含銅低合金鋼的研究和開發(fā)工作。1965年，由于全國推廣應(yīng)用低合金鋼，同時根據(jù)用戶的要求，各鋼鐵企業(yè)相繼開始重視提高鋼的耐腐蝕性能，并大規(guī)模地開展了耐大氣腐蝕鋼的研究和開發(fā)工作。當(dāng)時研究和開發(fā)耐候鋼種的主要特點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，國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)開始根據(jù)用戶要求，仿制國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，中國已開發(fā)了一系列含銅的低合金耐候鋼種。目前國內(nèi)耐候鋼有Cu系，Cu-P系，P-V系，P-RE系，Cu-P-Nb-RE系等。國內(nèi)外09CuPTiRe耐候鋼中合金元素的含量見表1。
表1 國內(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 |
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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 |
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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%也完全能阻止管線鋼的氫致開裂。少量的銅能提高鋼鐵材料的耐蝕性能，其原因之一是因為鋼材在腐蝕過程中，銅起到活化陰極的作用，促使鋼陽極發(fā)生鈍化，因而減緩腐蝕。另外，鋼在腐蝕過程中其表面也會產(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抵消鋼中硫的有害作用也有著明顯的效果，同時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，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)）
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