[发明专利]一种中碳合金钢

说明书

技术领域

本发明涉及耐大气腐蚀合金钢的成分设计及其制造方法，尤其涉及一种耐大气腐蚀中碳合金钢的成分设计及其制造技术。适合用于铁路、桥梁、电力设施等中的耐大气腐蚀零部件

背景技术

众所周知，自然界存在的金属除个别贵重金属如Au、Pt等外，绝大多数在热力学上是不稳定。大气的主要成分为氮、氧、氩、水汽和二氧化碳，还含有二氧化硫、硫化氢、二氧化氮、氨及盐雾，对材料腐蚀影响最大的是氧和水汽，空气中的盐雾加速材料的腐蚀。在干燥的大气中，属于常温化学腐蚀，氧化速度较低。在潮湿的大气里，属电化学腐蚀，大气中的湿度越大，材料表面吸附的水膜越厚，腐蚀速度越快。

耐大气腐蚀钢的开发在20世纪初，最初发现的是铜和磷对钢的耐蚀性的显著效果，以后就出现了著名的Corten钢和世界各国的耐大气腐蚀钢，也叫做耐候钢。我国的耐大气腐蚀钢研制从20世纪60年代开始，自1965～1979年有19种含Cu及P、RE、Ti的低合金钢在风沙干燥、工业大气、潮湿都市和农村等10个不同的环境下进行长达15年的大气曝露试验，取得了宝贵的第一手数据，于1984年制定了我国耐大气腐蚀钢标准(GB 4171-84及GB 4172-84)，纳入了高耐候性的3个牌号：090CuPCrNi-A、09CuPCrNi-B、09CuP和焊接结构用耐候钢的4个牌号：16CuCr、1MnCuCr、15MnCuCr及15MnCuCr-QT。

从国外研究、开发和发展耐大气腐蚀钢来说，以美国最早，日本发展最快。美国最先开发了Corten  A钢；最早制订了ASTM242等低合金高强度耐大气腐蚀钢标准，并首先推广应用耐大气腐蚀钢。后来，国外在耐大气腐蚀钢的发展过程中出现了各种各样的牌号，例如日本加Nb的River-Ten钢，加Ti的HI-YAW-Ten。另有一些是去掉某些元素，改加其他元素，例如在CuPCrNi钢中降低P含量可以改善钢的焊接性能，降低P含量提高Mn含量有英国的BS968(15CrMn2NiCu)，降低P含量加Ti的有前苏联的ИМ(15CrMnCuTi)，降低P提高Si的有前苏联的10CrSiNiCu钢。

国内外关于中碳含铜含硫耐大气腐蚀的合金钢报道较少。专利文献中记载的耐大气腐蚀的钢以低碳钢为主，碳含量一般在0.25％以下。如申请号为200510111858.6的中国专利申请，碳含量为0.05～0.10，除添加Cu等耐大气腐蚀元素外还添加Nb、Ti和Mo等元素，屈服强度为550Mpa级。如申请号为00121262.1、200710121637.6的中国专利申请，碳含量分别为0.085～0.15％和在0.08％以下，而且以稀土(RE)作为耐大气腐蚀元素。还如申请号为001333579.0、00133580.4、200510019116.0和200710121637.6的中国专利申请，通过添加微量的合金元素作为耐大气腐蚀元素，其碳含量也都在0.16％以下或更低。

综上所述，现有耐大气腐蚀合金结构钢尚存在以下不足之处：(1)现有耐大气腐蚀合金结构钢一般碳含量较低(一般在≤0.25％)，难以满足强度级别要求较高的使用条件；(2)现有耐大气腐蚀合金结构钢大多应用于板材，而这些钢种的成分设计应用于棒材上则不能满足强韧性的要求；(3)现有耐大气腐蚀合金结构钢因其主要针对于板材，因而对钢材的易切削性能均未作充分的考虑。

发明内容

本发明的目的是提供一种中碳合金结构钢，特别是含铜含硫耐大气腐蚀的合金结构钢，即通过在钢中加入铜、硫、铬、镍等合金元素及相应的成分设计，经过冶炼-真空精炼-浇注-轧制-退火获得珠光体+铁素体组织的耐大气腐蚀性能优良的合金结构钢，从而满足铁路、桥梁、电力等耐大气腐蚀的零部件要求。

为实现上述目的，本发明的中碳合金钢，其化学成份(重量％)是：碳：0.30～0.45％，硅：0.15～0.35％，锰：0.80～1.25％，铬：0.40～1.20％，镍：0.20～0.50％，氮：0.003～0.015％，硫：0.008～0.040％，以及铜和磷中的至少一种，其中，铜：0.20～0.45％，磷：0.010～0.040％，余为Fe及不可避免的杂质元素。

为了进一步提高本发明的中碳合金钢的耐大气腐蚀性，优选化学成分(重量％)为：碳：0.30～0.45％，硅：0.15～0.35％，锰：0.80～1.25％，铬：0.40～1.20％，镍：0.20～0.50％，硫：0.008～0.040％，铜：0.20～0.45％，磷：0.010～0.040％，氮：0.003～0.015％，余为Fe及不可避免的杂质元素。