耐候鋼的概述
耐候鋼
,
又稱耐大氣腐蝕鋼
,
是通過在普通鋼中添加一定量的合金元素制成
的一種低合金鋼
,
主要合金成分為
Cu
、
P
、
Cr
、
Ni
等元素。耐候鋼的特點(diǎn)是能夠
抵御自然大氣條件下的腐蝕。
鋼鐵的銹蝕是鋼結(jié)構(gòu)損壞的主要原因之一，
腐蝕損
耗也是相當(dāng)可觀的，
據(jù)報(bào)導(dǎo)北美每年因腐蝕損耗也是相當(dāng)可觀的，
據(jù)報(bào)據(jù)報(bào)導(dǎo)北
美每年因腐蝕損耗的鋼占年產(chǎn)量的
20%,
在加拿大每年腐蝕損失達(dá)到
6
億美元。
人們解決大型鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕問題的方法一般是加大腐蝕余量
,
并涂以防銹油
漆。前者會造成材料的浪費(fèi)
,
后者因?yàn)樾枰ㄆ谶M(jìn)行維護(hù)性重涂
,
造成維護(hù)成本
提高
,
有時還會影響正常使用。
還有一種方法是在結(jié)構(gòu)中使用金屬涂覆層進(jìn)行保
護(hù)
,
主要是熱浸鍍或噴涂鋅或鋁
,
利用鍍層金屬的陰極保護(hù)性能延長鋼結(jié)構(gòu)壽
命。但應(yīng)用金屬涂覆層也存在著成本較高、污染環(huán)境、大型構(gòu)件應(yīng)用困難
,
以及
不易焊接等問題。
耐候鋼并非不銹鋼
,
初期同普通碳鋼一樣也會銹蝕
,
后期則情況不同。
耐候
鋼銹蝕一段時間后由于鋼表面
Cu
、
P
等微量元素富集
,
形成一層致密的非晶態(tài)銹
層組織
,
并與基體結(jié)合得非常牢固。
這層穩(wěn)定化銹層能夠在一定程度上抵御大氣
中水氣及有害離子的侵入
,
防止基體金屬進(jìn)一步腐蝕。
耐候鋼在使用時
,
可以涂裝、
裸用或進(jìn)行穩(wěn)定化處理
,
涂裝時的要求與普通碳
鋼相同。
這里特別要指出的是這種材料可以不涂漆裸用
,
這是耐候鋼最突出的優(yōu)
點(diǎn)。
在無嚴(yán)重大氣污染或非特別潮濕的地區(qū)
,
耐候鋼可以不用涂裝
,
直接裸露于大
氣中
,
一般經(jīng)過年時間后
,
銹層逐漸穩(wěn)定
,
腐蝕不再發(fā)展
,
外觀呈美麗的巧克力
色
。
這種鋼結(jié)因沒有油漆老化等問題
,
無需涂裝維護(hù)
,
大大降低了維護(hù)成本
,
當(dāng)
然也就避免了因涂漆影響使用等造成的損失。
1.2
耐候鋼的發(fā)展歷程
我國耐候鋼的研制始于年
60
代初
,
當(dāng)時鐵道部向冶金部提出仿制
Corten
牌
號的耐候鋼
,1965
年試制出
09Mn
2
Cu
薄鋼板。
1967
年用武鋼生產(chǎn)的
09MnCuPTi
等
兩種牌號的耐候鋼制造了兩輛
P
61
型試驗(yàn)棚車
,
經(jīng)過
18
年的運(yùn)行
,
在
1985
年廠修
時檢查發(fā)現(xiàn)
,
兩種耐候鋼的防腐能力均比普通碳素鋼高
2
～
3
倍。鐵道部已決定
從
1990
年起新造車輛全部采用耐候鋼
,
這使耐候鋼成為鐵路車輛制造的主要材
料。
由于這種材料的使用使車輛維修周期延長
,
截?fù)Q率下降
,
在一定程度上緩和了
目前鐵路運(yùn)力緊張、車輛不足的矛盾。如表
1.1
所示介紹了耐候鋼的發(fā)展歷程，
1.2.1
武鋼典型耐候鋼產(chǎn)品介紹
（
1
）
09CuPTiRE
鋼
09CuPTiRE
鋼是武鋼
20
世紀(jì)
80
年代
,
結(jié)合我國的資源特點(diǎn)
,
開發(fā)的最為典
型的耐候鋼
,
其屈服強(qiáng)度級別
295
Mpa
級
,
主要用于我國鐵路貨車制造。
在武漢、
廣州、成都、青島、萬寧、江津等地
2
年暴曬試驗(yàn)結(jié)果表明
,
09CuPTiRE
鋼的耐
大氣腐蝕性能是
A3
鋼的
1.7
～
1.9
倍
,
達(dá)到或接近
Corten
鋼的水平。在黃海、
東海、
南海海域?qū)?/span>
09CuPTiR
鋼在內(nèi)的
18
種試驗(yàn)鋼進(jìn)行了掛片試驗(yàn)
,
結(jié)果表明
,
09CuPTiR
鋼耐海水局部腐蝕和均勻腐蝕性能在
18
個試驗(yàn)鋼中最好。
（
2
）
06CuPRE
鋼
06CuPRE
是武鋼成功研制
09CuPTiRE
鋼之后
,
為滿足汽車及其它構(gòu)件需要而研制
的冷軋薄板耐候鋼
,
是
CuPRE
系列化產(chǎn)品之一
,
其屈服強(qiáng)度級別為
275Mpa
級。
06CuPRE
鋼具有良好的成型性能和耐腐蝕性能
,
對
06CuPRE
鋼的掛片曝曬試驗(yàn)結(jié)
果表明
,06CuPRE
鋼的耐腐蝕性能優(yōu)于碳鋼
,
并以工業(yè)性大氣（武漢）
和濕熱性
大氣（海南）的耐大氣腐蝕性能更好
,
武漢、海南
1
年暴曬
,
06CuPRE
鋼耐腐蝕
性能為
A2
鋼的
1.5
倍：武漢、成都、青島、廣州
2
年暴曬
, 06CuPRE
鋼耐腐蝕
性能為
A2
鋼的
1.2
～
2
倍。
電化學(xué)測試結(jié)果顯示
,06CuPRE
鋼的腐蝕速度比
A2
鋼
小
,
其耐大氣腐蝕性能是
A2
鋼的
2.4
倍。
（
3
）
09CuPCrNi
09CuPCrNi
鋼是武鋼仿
Corten A
鋼
,
開發(fā)的又一典型的耐候鋼產(chǎn)品
,
按屈服強(qiáng)
度級別不同分為
295Mpa
級的
09CuPCrNi
和
345Mpa
級
09CuPCrNi-A,
尤其是
2002
年
,
成功開發(fā)
16
～
25
厚
09CuPCrNi-A,
具有極強(qiáng)的市場競爭力
,
主要用于
我國鐵路客車制造。
對
09CuPCrNi
鋼進(jìn)行了靜態(tài)掛片試驗(yàn)和動態(tài)掛片試驗(yàn)
,
試驗(yàn)
結(jié)果表明
,
工業(yè)大氣（武鋼）和海洋大氣（廣州）
5
年掛片
, 09CuPCrNi
鋼耐腐
蝕性能是含
Cu
碳鋼
2.7
和
1.4
倍
,
優(yōu)于
CortenA
鋼
, 09CuPCrNi-A
鋼耐腐蝕性
能是含
Cu
碳鋼的
2.7
～
1.4
倍
,
優(yōu)于
CortenA
鋼，鐵路車輛
5
年動態(tài)掛片試驗(yàn)
,
09CuPCrNi
鋼耐腐蝕性能是含
Cu
碳鋼
2.26
和
2.6
倍
,
優(yōu)于
CortenA
鋼
,
09CuPCrNi-A
鋼耐腐蝕性能是含
Cu
碳鋼的
2.28
～
2.6
倍
,
優(yōu)于
CortenA
鋼
.
(4) JN345
鋼
JN345
鋼是武鋼為降低耐候鋼成本
,
結(jié)合自身礦石特點(diǎn)開發(fā)的一種新型耐候
鋼
,
其屈服強(qiáng)度
345Mpa
級
,
在廣州、青島、萬寧、江津等地
2
年暴曬試驗(yàn)結(jié)果表
明
,JN345
鋼的耐大氣腐蝕性能是
Q235
鋼的
1.3
～
2.1
倍。
（
5
）
NFS390
鋼
NFS390
鋼是為實(shí)現(xiàn)
CuP
系耐候鋼強(qiáng)度級別系列化而開發(fā)的產(chǎn)品
,
其屈服強(qiáng)度級
別為
390Mpa ,
具有良好的成型性、低溫沖擊韌性和焊接性
,
間浸和鹽霧試驗(yàn)表
明
NFS390
鋼的耐腐蝕性能明顯優(yōu)于
A3
鋼。
（
6
）
Q45NQRI
、
WQ550NQRI
鋼
Q45NQRI
（表
1.2
是攀鋼
Q45NQRI
成分）
、
WQ550NQRI
鋼是武鋼為滿足我國鐵
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路高速、
重載發(fā)展需求
,
根據(jù)鐵道部要求開發(fā)的高強(qiáng)度耐候鋼
,
為了解其耐腐蝕性
能，目前正在鐵路貨車上進(jìn)行動態(tài)掛片試驗(yàn)。
表
1.2
攀鋼
Q45NQRI
耐候鋼成分
鋼廠
C
Si
Mn
P
S
Cu
Ni
Cr
攀鋼
Q450NQR1
0.05
～
0.10
0.30
～
0.50
0.80
～
1.00
0
～
0.020
0
～
0.008
0.20
～
0.30
0.15
～
0.35
0.40
～
0.60
（
7
）
WJX750-NH
鋼
WJX750-NH
鋼是武鋼為滿足我國集裝箱制造業(yè)對高強(qiáng)度鋼的需求
,
而開發(fā)的屈
服強(qiáng)度
700Mpa
級耐候鋼
,
該鋼的成功研制
,
打破的國外壟斷
,
具有良好的市場
競爭力。
（
8
）
WQ450GN
鋼
WQ450GN
鋼是武鋼為滿足我國鐵路貨車制造及其它行業(yè)對高強(qiáng)度高耐候鋼的
需求
,
而研制的屈服強(qiáng)度
450Mpa
級高耐候鋼
,
周浸實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示
,
WQ450GN
鋼的耐腐蝕性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有耐候鋼及
,SPA-H
鋼
,
同時具有良好的成型性、低
溫沖擊韌性和焊接性能。
武鋼在我國鋼鐵業(yè)發(fā)展十分迅速，
該廠的技術(shù)也是國內(nèi)領(lǐng)先的，
下表是武鋼
耐候鋼的發(fā)展。
表
1.3
武鋼耐候鋼的發(fā)展。
年
鋼
種
1965
09MnCuPTiRE
1981
SPA-H 09CuPTiRE
1985
06CuPRE NFS345 NFS390
仿制
CortenB
開發(fā)了
NH35q NH41
1995
JN235 JN255 JN345
1997
SPA-H
（至今已生產(chǎn)
200
多萬噸）
1998
超細(xì)晶耐候鋼
CXJ500
、
CXJ600
2002
厚度規(guī)格為
16
～
25mm
的
09CuPCrNi-A
2003
W400NQ W450NQ
2004
WQ550NQRI (
年產(chǎn)量
1400
余噸
)
2005
Q45NQRI
（至
2008
已生產(chǎn)
50
多萬噸）研制
700Mpa
、
500Mpa
級和
600Mpa
級高強(qiáng)度集裝箱鋼
2008
WQ450GN
1.2.2
我國各大鋼廠耐火耐候鋼的發(fā)展
(1)
寶鋼：由寶鋼集團(tuán)公司開發(fā)的耐火耐候鋼，采用適宜的技術(shù)，使鋼含有
特定的成分、
表面結(jié)構(gòu)和微觀組織，
從而使鋼本身生成所需要的耐火耐候性。
其
耐候性與世界同類名牌美國的
CORTEN
鋼相當(dāng)，
抗大氣腐蝕性能為普通鋼的
2
～
8
倍，
涂裝性可以提高幾倍到幾十倍，
涂在耐候鋼上的涂層的失效年限遠(yuǎn)高于普通
鋼，且可在一般氣候條件下裸露使用。耐火性與日本的
FR
鋼相當(dāng)，可使其屈服
強(qiáng)度值在
600
℃的高溫時不低于室溫規(guī)格值的
2
／
3
，
1080
℃條件下，
可保持
2
．
5
h
不屈服。
2001
年，寶鋼的
5000
余噸耐火耐候鋼已成功用于上海市第一個全鋼
結(jié)構(gòu)高層住宅樓——
中福樓工程，這也是國內(nèi)首次大批量生產(chǎn)和在高層建筑中
使用耐火耐候鋼。
(2)
馬鋼：馬鋼根據(jù)鋼的合金化原理，采用了以低碳為原則的耐火鋼成分設(shè)
計(jì)。首先開展了
Mn-Mo
—
Nb
合金系鋼、含
Mo
鋼、低
Mo
—
Nb
—
Ti
合金系鋼、
Mo
—
Nb
—
Cr
合金系鋼的研究，然后開展了
Mo
—
V
—
Ti
合金系鋼、
Mo
—
Cr
—
V
—
Ti
合金系鋼以及
Nb
—
V
—
Ti
．
Re
微合金化鋼的探索性研究，
并最終確定了耐火鋼的
成分，成功開發(fā)了耐火
H
型鋼。它基本克服了普通的建筑結(jié)構(gòu)用鋼
(
如我國的
Q235
，
Q345
級鋼等
)
在高溫時迅速軟化的弱點(diǎn)，可以減薄或取消耐火涂層，是一
種“環(huán)保型”耐火鋼材。它不僅具有良好的常溫性能、高溫性能和焊接性能，還
具有優(yōu)良的抗高溫蠕變性能，
其產(chǎn)品已成功地應(yīng)用于上海中�；▓@民用鋼結(jié)構(gòu)住
宅工程。
(3)
鞍鋼：鞍鋼從
2000
年開始研制耐火鋼，現(xiàn)已具備了
400
級、
490
級系列
耐火鋼的生產(chǎn)技術(shù)。
其中工業(yè)生產(chǎn)的
490
級高性能耐火鋼，
由鞍鋼永寶型鋼制品
有限公司加工焊接成耐火
H
型鋼并已應(yīng)用于鞍山東方鋼結(jié)構(gòu)有限公司的廠房建
設(shè)中。按照我國現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法進(jìn)行的鞍鋼自產(chǎn)建筑用耐
火鋼的耐火極限試驗(yàn)結(jié)果表明
，鞍鋼耐火鋼在
600~C
高溫下保溫
30
～
150 min
內(nèi)屈服強(qiáng)度均不低于常溫值的
2
／
3
；在無涂覆狀態(tài)下，達(dá)到國家建筑
4
級梁的
耐火極限；薄型涂覆達(dá)到
3
級梁的耐火極限；
厚型涂覆達(dá)到
1
級梁的耐火極限，并且實(shí)現(xiàn)耐火鋼的厚型涂覆材料厚度比普通
Q345
鋼節(jié)省
1
／
2
，
且焊接性能良好，
完全達(dá)到了國標(biāo)要求，
已于
2003
年
8
月通
過國家鑒定。
(4)
上海第一鋼鐵
(
集團(tuán)
)
有限公司：
利用我國富有的磷
(P)
、
銅
(Cu)
和稀土
(RE)
上一條 ： 武鋼特約代理商
下一條 ： 特種鋼室內(nèi)庫
