耐蝕低合金鋼課件

1、耐蝕低合金鋼耐蝕低合金鋼是低合金鋼的一個重要分支。合金元素的添加主要是為了改善鋼在不同腐蝕環(huán)境中的耐蝕性，一般合金元素總質(zhì)量不超過5。耐蝕低合金鋼尚屬發(fā)展中的鋼種，較成熟的耐蝕低合金鋼主要有：耐大氣腐蝕低合金鋼；耐海水腐蝕低合金鋼；耐硫酸露點腐蝕低合金鋼；耐硫化物腐蝕低合金鋼；其他耐蝕低合金鋼，如耐高溫、高壓、耐氫鋼及耐鹽鹵腐蝕的低合金鋼等。耐蝕低合金鋼的分類耐大氣腐蝕低合金鋼耐大氣腐蝕低合金鋼又稱耐候鋼。為滿足橋梁和車輛輕型薄壁化對高強(qiáng)鋼的需求以及耐蝕性的要求，美國鋼鐵公司于1933年生產(chǎn)世界上最早的耐候鋼Corten鋼。隨后德國和英國分別進(jìn)行了含銅、磷鋼的大氣暴露試驗，證實了銅、磷在大氣腐

2、蝕中的作用。朝鮮戰(zhàn)爭后， 日本開始研制耐候鋼，1957年銅系鋼面世，1960年Cu-P-Ti系鋼面世，1961年Cu-P-Cr系鋼面世。至20世紀(jì)60 70年代，日本耐候鋼的品種已經(jīng)齊全。耐大氣腐蝕低合金鋼的發(fā)展歷程一、耐大氣腐蝕低合金鋼我國大氣腐蝕用鋼是20世紀(jì)60年代開始研制的。一般不含鉻和鎳，充分發(fā)揮資源特點，發(fā)展了銅系、磷釩系、磷稀土系與磷鈮稀土系等耐大氣腐蝕鋼。武漢鋼鐵公司首先研制出含銅系列的耐大氣腐蝕鋼：16MnCu、09MnCuPTi等，除Cu系列鋼外，包頭鋼鐵公司、鞍山鋼鐵公司等還研究了磷釩系：12MnPV、08MnPV鋼；磷鈮稀土系：10MnPNbRE等。耐候鋼廣泛應(yīng)用于橋梁

3、、鋼軌、工業(yè)機(jī)械、汽車、輸電鐵塔、建筑以及市政工程如欄桿等。 耐大氣腐蝕低合金鋼耐大氣腐蝕機(jī)理耐大氣腐蝕低合金鋼合金元素對鋼的耐大氣腐蝕作用主要是改變銹層的晶體結(jié)構(gòu)及降低缺陷，提高銹層的致密程度和對鋼的附著力。鋼在大氣環(huán)境中的結(jié)構(gòu)示意圖常見合金元素的耐候性效果耐大氣腐蝕低合金鋼對提高耐候性有顯著效果的合金元素主要有Cu、P、Cr對提高耐候性稍有效果的元素有Ni、Mo、V、Ni、Ti等。對通過耐候性沒有效果的元素有C、Si、Mn、S。尤為重要的是，這些合金元素復(fù)合添加，可以獲得比單獨添加更好的效果。耐大氣腐蝕低合金鋼銅是耐大氣腐蝕低合金鋼中最有效的元素，鋼中的w(Cu)一般在0.2 0.5范圍內(nèi)

4、。含銅鋼在海洋大氣和工業(yè)大氣中比在鄉(xiāng)村大氣環(huán)境中耐蝕效果更好。實踐證明含銅鋼是耐大氣腐蝕的優(yōu)良鋼種。銅與合金元素P、Cr、Ni相配合的復(fù)合效果最佳，Corten鋼為Cu-P-Cr-Ni系低合金鋼，其耐蝕性為碳鋼的3 6倍。耐大氣腐蝕低合金鋼磷在鋼中通常被視為有害元素之一，但它在提高鋼抗大氣腐蝕方面具有特殊的效果。這可能是由于P在促使銹層非晶態(tài)轉(zhuǎn)變具有獨特的作用。一般認(rèn)為Cu、P復(fù)合效果更好。一般w(P)為0.06 0.10，過高會導(dǎo)致低溫脆性。為了改善鋼的焊接性，近年來國內(nèi)外已趨向于降低P含量，并用其他元素代替高P。耐大氣腐蝕低合金鋼鉻是提高低合金鋼耐大氣腐蝕性能的合金元素之一。一般Cr與Cu

5、配合效果尤為明顯。鉻的作用是促進(jìn)尖晶石型氧化物的生成，而銅的作用則是促使尖晶石型氧化物非晶態(tài)化，二者共同作用使鋼表面形成尖晶石型非晶態(tài)保護(hù)膜。鉬能有效提高鋼抗大氣腐蝕能力。當(dāng)鋼中加入w(Mo)0.4 0.5時，在大氣環(huán)境下(尤其工業(yè)大氣)，可使鋼腐蝕速率降低12以上。 日本研究者的試驗表明，在Cu-P鋼中加入Mo，表現(xiàn)出比加Cr或Ni更為有益的效果。耐海水腐蝕低合金鋼耐海水腐蝕低合金鋼是海洋用鋼(包括中、高合金鋼)中所占比重最大的一類。由于海洋腐蝕的復(fù)雜性和環(huán)境條件難以模擬等特點，耐海水腐蝕鋼發(fā)展較晚。美國鋼鐵公司從1946年起研究了各種低合金耐海水鋼，經(jīng)歷長達(dá)18年后，商品名為USS Mar

6、iner的耐海水腐蝕鋼(Cu-Ni-P系)才面世。它在海水飛濺帶具有優(yōu)良的耐蝕性，但在全浸帶的耐蝕性與碳鋼相當(dāng)。由于其含P高，焊接性及低溫韌性低，從而限制了它的應(yīng)用。二、耐海水腐蝕低合金鋼耐海水腐蝕低合金鋼的發(fā)展歷程耐海水腐蝕低合金鋼這種技術(shù)在1965年被富士制鐵、八幡制鐵和1967年川崎制鐵引入日本,日本新日鐵等在Mariner鋼基礎(chǔ)上研制出Mariloy鋼等系列 (Cu-Cr-P系、Cu-Cr-AI-P系、Cu-Cr-Mo系)耐海水低合金鋼。日本耐海水鋼的特征是主要元素不含Ni，為提高耐蝕性而含Cr。前蘇聯(lián)用于造船的CX-4鋼有較好的耐海水腐蝕性能，它屬于Cr-Ni-Si系列鋼。耐海水腐蝕

7、低合金鋼我國系統(tǒng)研究耐海水腐蝕低合金鋼已有近30年的歷史，現(xiàn)有16個鋼種已進(jìn)行了耐海水腐蝕的統(tǒng)一評定試驗，并已投產(chǎn)使用。我國各種耐海水腐蝕鋼種的性能特點是：含Cu與高P的鋼間浸耐蝕性較好；含Cr、Al的鋼全浸耐蝕性較好。海洋環(huán)境是非常復(fù)雜的，其影響因素較多，因此討論合金元素在耐海水腐蝕鋼中的作用時，必須結(jié)合海洋環(huán)境。目前比較一致的看法是合金元素富集在銹層中，降低了銹層的氧化物晶體缺陷、改變其形態(tài)及分布，形成致密、黏附性牢的銹層，阻礙Cl-、O2、H2O向鋼表面擴(kuò)散，從而提高耐海水腐蝕性能。耐海水腐蝕低合金鋼耐海水腐蝕的機(jī)理耐海水腐蝕低合金鋼綜合有關(guān)研究結(jié)果，在淺海中全浸條件下，能提高鋼的耐蝕性

8、的合金元素有Cr、Al、Si、P、Cu、Mn、Mo、Nb、V等，其中，以前幾種元素較為重要，尤以Cr的作用最為顯著，當(dāng)Cr與Al復(fù)合加入鋼中或Cr與Al、Mo、Si共同加入時，耐海水腐蝕性能更好。提高耐蝕性的合金元素含鉻低合金鋼在海水中的腐蝕耐海水腐蝕低合金鋼含鉻低合金鋼在海水中短期浸泡的耐蝕性比碳鋼好，長期浸泡的耐蝕性比碳鋼差。碳鋼的腐蝕率隨時間逐漸下降，而含鉻低合金鋼的腐蝕率隨時間逐漸上升。鉻元素使鋼在海水中的初始腐蝕率降低，但它同時改變了鋼的腐蝕率隨時間下降的性質(zhì)，使鋼的腐蝕率逐漸上升，從而導(dǎo)致含鉻低合金鋼在海水中長期暴露的耐蝕性與碳鋼發(fā)生逆轉(zhuǎn)。耐海水腐蝕低合金鋼耐海水腐蝕低合金鋼含鉻低

9、合金鋼的耐蝕性逆轉(zhuǎn)是由于其腐蝕率隨時間上升(10CrCuSiV例外)所致。三、耐硫酸露點腐蝕低合金鋼耐硫酸露點腐蝕低合金鋼在采用高硫重油或煤作燃料的鍋爐燃?xì)庵?，常含有SO2及SO3。在鍋爐的低溫部位(如省煤器、空氣預(yù)熱器、煙道等氣體溫度下降部位)，由于SO3與水汽作用而凝結(jié)成H2SO4，引起這些部件腐蝕，稱為硫酸露點腐蝕。燃?xì)庵蠸O3含量超過6010-6，可以使環(huán)境的露點升高至150170。當(dāng)金屬部件表面溫度低于露點時，SO3與水汽形成的硫酸就會凝集在其上面，造成鍋爐系統(tǒng)嚴(yán)重腐蝕，如空氣預(yù)熱器的管壁穿孔腐蝕。耐硫酸露點腐蝕低合金鋼在20世紀(jì)40年代，歐美國家開始了對硫酸露點腐蝕的研究；因以重油

10、為為燃料的火力發(fā)電廠急劇增加，硫酸露點腐蝕則成為生產(chǎn)中的問題，于1955年起日本開始了露點腐蝕的研究；我國在硫酸露點腐蝕研究方面較晚，在20世紀(jì)80年代以來，許多鍋爐已改燒重油，硫酸露點腐蝕問題開始受到重視。硫酸露點腐蝕的機(jī)理耐硫酸露點腐蝕低合金鋼鍋爐低溫部件的硫酸露點腐蝕受燃?xì)庵蠸O3含量、露點及金屬表面溫度的影響。當(dāng)金屬表面溫度低于露點時，燃?xì)庵泻械腟O3和水蒸氣就以H2SO4形式凝結(jié)在金屬表面上。而燃?xì)庵械腟O3量則主要取決于燃料中的含硫量及空氣過剩系數(shù)。油中含硫量愈高，空氣過剩量愈高，則生成的SO3量愈多。其反應(yīng)過程如下：耐硫酸露點腐蝕鋼耐硫酸露點腐蝕低合金鋼硫酸露點腐蝕是在高溫、高

11、H2SO4濃度下發(fā)生的，因此根據(jù)硫酸露點腐蝕特點，對鋼的化學(xué)成分要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。研究表明，降低硫酸露點腐蝕的最重要的合金元素仍然是銅、鉻及硼。Cu已經(jīng)成為所開發(fā)的全部耐硫酸露點腐蝕鋼的基本成分之一，一般w(Cu)=0.2 0.6 、w(Cr)1 1.5為宜。各元素的耐蝕效果耐硫酸露點腐蝕低合金鋼對提高耐蝕性有效果的元素有Sb、Se、As，其中As的效果顯著；對提高耐蝕性稍有效果的元素有Si；對耐蝕性幾乎沒有影響的元素有Sn、Bi、Te；使耐蝕性稍微降低的元素有C、Mn；使耐蝕性降低的元素有Cr、Ni；使耐蝕性顯著降低的元素有P、S、Ti、Mo。耐硫酸露點腐蝕低合金鋼合理配比的合金元素加入能夠使鋼在腐蝕過程中生成富含Cu，Cr，Sb，Ti等添加元素的致密腐蝕產(chǎn)物并且使腐蝕電位向鈍化區(qū)移動同時保持相對較低的維持鈍化的電流，這是耐硫酸露點腐蝕鋼耐蝕的根本前提條件