超低碳高强度耐候钢的研究.doc

——————————————————————————————————————————————— 超低碳高强度耐候钢的研究 刘志勇 陈吉清 梁文 （武汉钢铁(集团)公司研究院, 湖北 武汉 430080） 摘 要 在实验室试制了450MPa级超低碳高强度耐候钢，通过力学性能检测、加速腐蚀试验、金相组织观察、透射电镜观察等对比研究了试验钢与商业CortenB钢的腐蚀性能，结果表明：超低碳高强度耐候钢具有良好的强韧匹配；耐腐蚀性能明显优于CortenB钢；铁素体+贝氏体的准单相组织和快速形成致密锈层，有利于提高钢的耐腐蚀性能。 关键词 超低碳；高强度；耐候钢；腐蚀；锈层 引言 耐候钢，即耐大气腐蚀钢，是指含少量合金元素，在大气中具有良好的耐腐蚀性能，相对于不锈钢成本较低的低合金高强度钢。耐候钢自从1930年问世以来，由于其在大气中具有良好的耐腐蚀性能而在桥梁、建筑、车辆、集装箱、输电铁塔等各种行业得到了广泛应用。耐候钢作为一种高效钢材，一直是大气腐蚀用钢品种开发与腐蚀研究的热点。 耐候钢一般以Cu-P系为基础，再添加其它的合金元素来提高钢的耐腐蚀性能，耐候钢的研发一直以这条思路进行，到目前为止也没有重大突破。耐候钢中添加大量的合金元素提高了成本，制约了耐候钢的推广使用。随着耐候钢向高强韧性方向发展，耐候钢中较高含量的P，限制了耐候钢的综合力学性能，而P又是提高钢耐腐蚀性能最有效、最经济的元素，如何有效的提高钢的强韧性，又要保持钢的经济性和良好的耐腐蚀性能成为耐候钢开发的突出矛盾；传统耐候钢的典型组织是铁素体+珠光体，珠光体组织显著恶化钢的腐蚀性能，为提高钢的强韧性，又要保持钢的耐腐蚀性能，在成分设计和组织控制上必须有别于传统的开发思路。本文通过超低碳成分设计，降低P含量，控制钢的组织形式，进行了屈服强度450MPa级高强度耐候钢的试验研究，探索高强耐候钢开发的新思路。 1 试验材料和方法 在实验室50kg真空感应炉冶炼试验钢，并浇注成钢锭，试验钢成分如表1所示。将试验钢钢锭在加热炉中加热到1220℃, 到温保温90分钟，出炉开坯成 规格65×100×600mm的中间坯，接着控制轧制，开轧温度≤980℃，终轧温度860℃，轧后层流水冷却，冷却温度为650℃，轧制成厚度规格6 mm的钢板。 表1试验钢成分（wt%） 试验钢力学性能试样加工和测试按照GB／T 228-2002标准进行。将轧制试样切割磨制、机械抛光后，用3%的硝酸酒精溶液浸蚀，在金相显微镜下观察金相组织；将轧制试样进行碳膜萃取复型，在透射电镜下观察析出物的大小、形貌。 以商业CortenB钢为对比钢进行了周浸加速腐蚀试验，试验方法按TB/T 2375-1996《铁路用耐候钢周浸腐蚀试验方法》执行。腐蚀试样尺寸为4×50×100mm，用砂纸磨至800号，无水乙醇脱水，丙酮除油，试验时间72h，96h，120h，144h，每组5个平行试样。试验溶液1.0×10-2mol/l NaHSO3，补给溶液2.0×10-2mol/l NaHSO3，PH值4.4~4.8，试验温度45±2℃，相对湿度70±5%，周浸轮转速1圈/60分钟。 2试验结果与讨论 2.1力学性能 试验钢的力学性能见表2。从表中可以看到，试验钢的屈服强度为507.5MPa，抗拉强度为600MPa，延伸率为22.25%，-40℃冲击功为115J，试验钢具有良好的强韧匹配。 表2 试验钢力学性能 2.2 腐蚀性能 加速腐蚀试验结果如图1所示。从图中可以看到，不同腐蚀周期下，试验钢的腐蚀率均低于Corten B钢，说明试验钢的耐腐蚀性能优于CortenB钢。随腐蚀时间的延长，试验钢腐蚀率的变化趋势与Corten B钢基本相同，在72~96h之间，随腐蚀时间的延长，试验钢与Corten B钢的腐蚀率急剧下降，并且试验钢的腐蚀率下降趋势更剧烈，说明试验钢在腐蚀初期可以更快的形成致密而稳定的锈层 而保护基体；随腐蚀时间的进一步延长，Corten B钢的腐蚀率仍有一个轻微的下降趋势，而试验钢的腐蚀率则很平稳，说明随腐蚀时间的延长，Corten B钢的锈层仍在发展，而试验钢的锈层已经形成并很稳定，对钢基体的保护作用越来越强。 腐蚀率（g/m2.h）时间（h） 图1 试验钢和CortenB钢腐蚀率随腐蚀时间的变化 2.3金相组织观察 试验钢的金相组织观察结果见图2。从图中可以看到试验钢的显微组织为铁素体+贝氏体组织，这种组织形式不同于传统耐候钢铁素体+珠光体的两相组织形式，没有明显的相间电位差，减少了腐蚀源的产生，有利于提高钢的耐腐蚀性能，从力