耐候钢管的开发

耐候钢管的开发

吕黎红

安徽天大石油管材股份有限公司技术中心

 

摘要:本文简单介绍了桥梁、建筑、车辆、集装箱、输电塔等用高强度耐候钢管Q355GNH的生产工艺和试制结果,结果表明,该钢化学成分、力学性能等技术指标均达到了标准要求,能满足结构钢的需要。

关键词:Q355GNH  耐候钢生产工艺

 

前言

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。目前,国内只有GB/T 4171-2008《耐候结构钢》国家标准,还没有耐候结构钢管的标准,本文探讨耐候结构钢管的开发。

发展概况

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1916年,欧美科学家就发现铜可以改善钢在大气中的耐蚀性能。20世纪30年代,美国的U.S.Steel公司首先研制了耐腐蚀含铜低合金钢——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Corten A系列钢和以铬、锰、铜合金化为主的Corten B系列钢。这种钢在欧洲、日本也得到了广泛应用。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,1965年,试制出09MnCuPTi耐候钢,并试制出我国第一辆耐候钢铁路货车。1984年,制定了第一个耐候结构钢的标准,即GB/T 4171-84。该标准历经了2000版换版,同时结合了GB/T 4172-2000《焊接结构用耐候钢》、GB/T 18982-2003《集装箱用耐腐蚀钢板及钢带》标准,以及参考了EN 10025-52004《结构钢热轧产品——第5部分:改善耐大气腐蚀性结构钢交货技术条件》、ISO 49522006《改善耐大气腐蚀性结构钢》、ISO 59522005《改善耐大气腐蚀性结构用热连轧钢板》、ASTM A588/A588M-05《最小屈服强度为50ksi[345MPa]高强度低合金耐大气腐蚀钢》、ASTM A606-04《耐大气腐蚀的高强度低合金热轧及冷轧钢板和钢带》、ASTM A871/A871M-03《耐大气腐蚀的高强度低合金钢板》、JIS G31142004《焊接结构用耐候钢》和JIS G 31252004《高耐候性轧制钢材》等标准,结合国内耐候钢的发展和应用情况,制定了现行的GB/T4171-2008《耐候结构钢》标准。但至今没有一个相应的耐候钢管的标准。

耐候钢管的现实执行

现行耐候钢管的订货,采用GB/T 4171-2008《耐候结构钢》和GB/T 8162-2008《结构用无缝钢管》标准交叉执行。即成分、性能按照GB/T 4171-2008标准执行,其他管材的要求,如尺寸偏差、生产制造、检验要求等均按照GB/T 8162-2008标准执行。或者供需双方签订技术协议,按照技术协议执行。给供需双方都带来了不便,制定耐候钢管的标准势在必行。一些有远见的企业,开始制定企业标准进行推广应用。

耐候钢管的开发

4.1 技术条件

Q355GNH与日本SPA-H,及铁道部09CuPCrNi-A相近,其化学成分和力学性能见表12

1 化学成分

 

C

Si

Mn

P

S

Cr

Cu

Ni

标准

0.12

0.200.75

1.00

0.070.15

0.020

0.301.25

0.250.55

0.65

内控

0.08~0.11

0.30~0.50

0.35~0.50

0.08~0.11

0.020

0.85~1.05

0.25~0.45

0.30~0.50

2 力学性能

壁厚(mm

下屈服强度

ReL (MPa)

抗拉强度

Rm (MPa)

伸长率

A (%)

16

355

490~630

22

>16

345

490~630

22

4.2 工艺路线

    从Q355GNH钢管的耐候性及强韧性的要求出发,结合本厂的设备和工艺条件,确定了小口径冷拔钢管的生产工艺:

 


4.3穿孔工艺

由于Q355GNH是低碳高磷,并含有铜、铬、镍元素,需要选择合适的加热制度,保证穿孔毛管表面不出现鱼鳞状龟裂。做到勤检查顶头、导板,发现顶头、导板磨损需要立即修磨或更换。管坯加热制度见表3,管坯加热时间为120±10分钟。

                          表3 管坯加热制度

预热I

预热II

加热I

加热II

加热III

均热区

轧制温度

660

760

1000

1180

1220

1250

1200-1220

4.4钢管热处理工艺

根据经验公式,该钢种的Ac3约为858℃,拟采用910℃±10℃正火工艺热处理,控制炉内气氛为还原气氛或弱氧化性,减少氧化铁皮的生成。保温时间不少于30分钟。钢管热处理工艺见表4。

表4  钢管热处理工艺

预热I

预热II

加热I

加热II

加热III

保温I

640

720

800

860

900

910

保温II

保温III

急冷区

缓冷I

缓冷II

出炉温度

910

910

450

380

250

200

5 结果与分析

通过该钢种5种规格,计600多吨的生产实践表明,该钢种的生产工艺参数及各项措施能很好的满足要求。

5.1 钢管的力学性能统计见表5

表5 钢管的力学性能

规格

(mm)

下屈服强度

ReL (MPa)

抗拉强度

Rm (MPa)

伸长率

A (%)

48*5

390~450

515~575

26~34

60*5

400~440

520~560

25~36

76*7

385~435

530~585

27~38

89*8

390~440

525~565

26~40

102*10

380~425

505~560

26~39

5.2 金相组织

选取60*5和89*8两种规格进行金相组织分析,其组织为均匀细小的铁素体+珠光体,带状组织在一般在1.0左右,晶粒度在9.0级左右,非金属夹杂含量少。完全能满足用户对夹杂物、带状组织、晶粒度的要求,见表6。

表6 金相组织

规格(mm)

显微组织

带状组织

晶粒度

非金属夹杂评级

60*5

铁素体+珠光体

1.0A

9.0

A0,B0,C0,D1.5

89*8

铁素体+珠光体

0.5A

9.0

A0,B0,C0,D1.0

5.3 腐蚀速率

选取60*5和89*8两种规格在离海岸线375m的曝晒点,曝晒24个月,其腐蚀速率分别为32um/a和30um/a。达到较低的腐蚀速率。

6 结论

1Q355GNH耐候钢管力学性能符合GB/T 4171-2008标准要求;

2Q355GNH耐候钢管达到较低的腐蚀速率。

 

参考文献

[1] 丁元法范柜深  低合金钢在海洋环境中的腐蚀速率  《钢铁》 1992.2711):33-34

[2] 于千耐候钢发展现状及展望《钢铁研究学报》 2007.1911

[3] 马元泰李瑛王福会热带海洋性环境下Corten A09CuPCrNi)耐候性研究《腐蚀科学与防护技术》 2010.224

[4] 韩观昌李连诗《小型无缝钢管生产》  冶金工艺出版社  1990.8