耐候钢发展历程与研究现状

材料科学与工程学院《材料学科前沿》文献综述题目：耐候钢发展历程与研究现状学生姓名：学号：专业：金属材料工程评阅教师：2012年4月5号1耐候钢发展历程与研究现状摘要：钢的腐蚀是一个普遍而严重的问题，其中大气腐蚀造成的损失约占全部腐蚀损失的一半，给国民经济带来了巨大损失，据一些工业发达国家统计，每年由于钢结构腐蚀造成的经济损失约占国民经济生产总值的2%~4%。目前，全世界每年因钢结构腐蚀造成的经济损失已高达数千亿美元以上，因此，为了解决钢在大气中容易腐蚀的问题，人们研制开发了耐候钢。关键词：耐候钢合金元素发展技术革新展望1前言耐候钢是指通过添加少量合金元素，使其在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金高强度钢。耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通碳素钢的2~8倍，并且使用时间愈长，耐蚀作用愈突出。耐候钢除具有良好的耐候性外,还具有优良的力学、焊接等使用性能,广泛用于铁道车辆、桥梁和集装箱。2发展概况2.1国外发展现状从20世纪初至今,美、德、英、日各国对耐候钢进行了深入的研究。早在1900年，欧美科学家就发现铜可以改善钢在大气中的耐蚀性能。1916年,美国实验和材料学会(ASTM)开始了大气腐蚀研究。C.P.Larrabee等进行了大气腐蚀的数据积累工作,总结腐蚀规律,探讨了腐蚀机理。20世纪30年代,美国的U.S.Steel公司首先研制成功了耐腐蚀高强度含铜低合金钢——Corten钢,在20世纪60年代不涂漆直接用于建筑和桥梁,其中最普遍应用的是高磷、铜+铬、镍的CortenA系列钢和以铬、锰、铜合金化为主的CortenB系列钢[1]。这种耐候钢在欧洲、日本也得到广泛应用。目前,国外已将耐候钢逐渐作为普通钢种广泛使用,并且在钢种开发、使用及设计施工方面也进行了详细规定。2.2我国发展现状我国耐候钢的发展较晚。1960年前后,武钢利用其铁矿中含铜,首先在国内进行了含铜耐候钢的研究和开发工作，20世纪60年代,我国开始进行耐候钢的研究和大气暴露试验[2]。1965年,试制出09MnCuPTi耐候钢,并研制出我国第一辆耐候钢铁路货车。国家科委和自然基金委员会组织了全国环境腐蚀实验站,2自1983年开始了5个周期20年的数据积累工作和计划。此外,研究者还结合我国的资源优势开发出了一些钢种,如鞍钢集团的08CuPVRE系列、武钢集团的09CuPTi系列、济南钢铁公司的09MnNb、上海第三钢铁厂的10CrMoAl和10CrCuSiV等[3~5]。国家新一期973重大基础研究也要求低成本、高性能、长寿命,一些学者提出了经济耐候钢的概念。因此新型经济型耐候钢的研究和开发被提到议事日程上来了。从耐候钢的发展趋势看,传统耐候钢必将被抗大气腐蚀能力好的新一代经济耐候钢所代替。2.3国内外主要发展历程列表下面列出了国内外耐候钢发展主要历程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Coxten-A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16MnCu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JIS63114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its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NH-35q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JT系列塔桅高耐候性结构钢33耐候钢的性能特点耐候钢的耐大气腐蚀性能为普通碳素钢的2~8倍,并且使用时间愈长,耐蚀作用愈突出。耐候钢除具有良好的耐候性外,还具有优良的力学、焊接等使用性能。4技术革新耐候钢是指通过添加少量合金元素,如Cu,P,Cr,Ni，Mo等，使其在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金钢。随后发现在钢中加入稀土元素后,很大一部分稀土元素与钢中O、S结合,形成稀土氧、硫化合物[6]。只有很少一部分稀土元素会固溶在钢中.改善带状组织,细化晶粒及抑制高温晶粒长大和晶界腐蚀,可以起到微合金化的作用，同时可改善铸态组织、缩短柱状晶以及减轻偏析[7]。近几年，韩国和日本的研究发现，通过向钢中添加微量Ca元素，可以极大地提高耐候钢的耐蚀性能[8]。结合耐候钢的钢种特点，采用不加白灰的少渣冶炼方法，成功地开发出经济性冶炼含磷耐候钢的生产工艺，并分析了含磷耐候钢的经济性冶炼工艺对冶炼周期、终点磷含量、耗氧量、熔剂消耗、吹损的影响。生产能力提高，成本明显降低，具有显著的经济效益[9]。2006年8月到2006年9月,莱钢技术研发中心研究课题“工业大气环境下铁素体/珠光体型耐候钢合金化与组织控制理论研究”的研究结果,在型钢厂生产线对经济型耐候钢进行了工业化试生产。Mn-Cu经济型耐候钢工业试验9炉,试验钢565t轧制成H294200钢材、H400200等规格钢材548t分别应用于钢结构厂房建筑、民用住宅建筑等,各项跟踪试验研究和中科院国内大气腐蚀各工作站挂片试验工作等正在进行中。4前景展望目前耐候钢在国外已趋于成熟和完善,从钢种开发到应用及设计施工等方面都有较详细的规定。与国外相比,我国耐候钢的研制起步较晚,但随着国民经济的迅速发展,耐候钢已引起国内有关部门的关注[10]。根据铁道部预计,今后新造车辆将一律使用耐候钢。每年新造货车将达2万辆,新造客车约1500辆。因此迫切需要开发新型高寿命、低成本、高耐候性结构钢。4不同耐候性元素对不同环境下的腐蚀作用不一样,例如钼对降低工业大气腐蚀速率有效,但对海洋性大气的抗腐蚀作用不明显,因此根据腐蚀环境的不同,耐候钢向专用性、特殊用途化发展,其成分体系也相应发生变化,以提高耐候性元素加入的有效性和应用效率。耐海水腐蚀钢、耐海洋性气候腐蚀钢、耐酸性气候腐蚀钢和耐热带气候腐蚀钢等专用钢种是这一类钢种的代表，因此耐候钢也应该向多样化方向发展。5结语耐候钢的耐腐蚀性能和经济性决定了耐候钢是有生命力的钢铁材料。在今后耐候钢的研究中,一方面应注意借鉴国外先进经验,另一方面应立足于我国的特有资源优势和已有的技术优势,着重开发适合我国环境、地区特点的高效、高品质耐候钢及其表面锈层快速稳定化处理技术。5参考文献[1]丁元法,范柜深.低合金钢在海洋环境中的腐蚀规律[J].钢铁,1992,27(11):33-34.[2]刘丽宏,齐慧滨,卢燕平,等.耐大气腐蚀钢的研究概况[J].腐蚀科学与防护技术,2003,15(2):86-89.[3]张全成,吴建生.耐候钢的研究与发展现状[J].材料导报,2000,14(7):12-13.[4]杨建春.关于耐候钢开发的探讨[J].马钢职工大学学报,2009,13(4):1-5.[5]MasatoYamashita.StructureofProtectiveRustLayersFormedonWeatheringSteelsbyLong-termExposureintheIndustrialAtmospheresofAmerica[J].ISIJInternational,1998,38(3):285-290.DOI:10.2355/isijinternational.38.285.[6]黄希祜.钢铁冶金原理［M］．北京：冶金工业出版社，2004.[7]张华，章奉山．稀土处理耐候钢生产与使用中的问题［J］．炼钢，2003，19（4）：19-23.[8]周志伟,康永林,张建等.Ca变质处理耐候钢耐蚀性能的研究[J].轧钢,2009,25(1):16-20.[9]侯文泰,梁彩凤.经济耐候钢[J].钢铁研究学报,1994,6(2):43-44.[10]杨建春.关于耐候钢开发的探讨［J］．马钢职工大学学报，2003，13（4）：10-14.