國內(nèi)外耐大氣腐蝕鋼常用標(biāo)準(zhǔn)比較

廉心桐 滿廷慧 陳 龍 劉騰軾 韋習(xí)成

(上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200444)

鋼鐵材料的腐蝕是一個(gè)普遍而嚴(yán)重的問題，永遠(yuǎn)都在進(jìn)行時(shí)。其中，大氣腐蝕對鋼鐵材料所造成的破壞給國民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的損失。耐大氣腐蝕鋼(又稱耐候鋼)是指通過添加少量合金元素(如Cu、Cr、Ni、P等，其總質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%～5%之間)，使其在大氣中具有良好耐腐蝕性能的低合金高強(qiáng)度鋼。耐候鋼具有良好的耐腐蝕性、優(yōu)良的力學(xué)性能和焊接性能，廣泛用于鐵道車輛、建筑、橋梁和集裝箱等。

1 耐候鋼的國際標(biāo)準(zhǔn)

美國于1941年頒布了第一份耐候鋼的標(biāo)準(zhǔn)ASTM A242，并在1968年頒布了高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)ASTM A588，劃分了兩種耐候鋼類型。一類是高磷含量(P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.07%～0.15%)，即USS Cor-Ten A；另一類是低磷含量(P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.04%)，即USS Cor-Ten B。之后在標(biāo)準(zhǔn)的使用過程中，USS Cor-Ten A的合金成分仍參考ASTM A242標(biāo)準(zhǔn)，而USS Cor-Ten B由于磷含量較低，耐腐蝕性相對較弱，該牌號被劃入ASTM A588標(biāo)準(zhǔn)中。表1是根據(jù)ASTM A242[1]和ASTM A588[2]列出的常用耐候鋼的化學(xué)成分。1975年，ASTM頒布了橋梁用碳素鋼和高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)ASTM A709。

表1 ASTM A242和ASTM A588標(biāo)準(zhǔn)中常用耐候鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

不同國家的鋼鐵企業(yè)在推廣銷售自家產(chǎn)品時(shí)，對耐候鋼名稱的使用有所區(qū)別，但都參照了ASTM A242和ASTM A588兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。例如Cor-Ten鋼(美國鋼鐵公司)、COR-TEN鋼(蒂森克虜伯)、Mayari(伯利恒鋼鐵)、Atmofix(捷克共和國)、ENSACOR(西班牙)等。

目前，很多歐洲鋼鐵企業(yè)參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)BS EN 10155:1993[3]生產(chǎn)耐候鋼。BS EN 10155:1993根據(jù)焊接性能規(guī)定了不同耐候鋼的等級和韌性要求。表2列出了BS EN10155:1993中常用耐候鋼的化學(xué)成分。

表2 BS EN10155:1993標(biāo)準(zhǔn)中常用耐候鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

目前，日本耐候鋼的生產(chǎn)按照J(rèn)IS G 3114:2008[4]和JIS G 3125:2010[5]執(zhí)行。JIS G 3125:2010標(biāo)準(zhǔn)適用于車輛、建筑、鐵塔及其他結(jié)構(gòu)件使用的耐大氣腐蝕性能特別優(yōu)良的軋制鋼材。表3為JIS G 3125:2010標(biāo)準(zhǔn)中SPA-H/SPA-C耐候結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分，其中Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)上限可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用調(diào)整為1.0%以上。

表3 JIS G 3125:2010標(biāo)準(zhǔn)中SPA-H/SPA-C耐候結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

2 耐候鋼的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

目前，國內(nèi)常用耐候鋼標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 4171—2008《耐候結(jié)構(gòu)鋼》[6]、TB/T 1979—2014《鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼》[7]、T/CSM 12—2020《稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼》[8]。

2.1 GB/T 4171—2008《耐候結(jié)構(gòu)鋼》

本標(biāo)準(zhǔn)的制定參考了國內(nèi)外各類標(biāo)準(zhǔn)(包括EN 10025-5:2004《結(jié)構(gòu)鋼熱軋產(chǎn)品—第5部分：改善耐大氣腐蝕性結(jié)構(gòu)鋼交貨技術(shù)條件》、ISO 4952:2006《改善耐大氣腐蝕性結(jié)構(gòu)鋼》、ISO 5952:2005《改善耐大氣腐蝕性結(jié)構(gòu)用熱連軋鋼板》、ASTM A242《高強(qiáng)度低合金耐大氣腐蝕鋼》等)，并替代了GB/T 4171—2000《高耐候結(jié)構(gòu)鋼》、GB/T 4172—2000《焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼》和GB/T 18982—2003《集裝箱用耐腐蝕鋼板及鋼帶》。本標(biāo)準(zhǔn)對耐候鋼進(jìn)行了分類，包括高耐候鋼Q295GNH(熱軋)、Q355GNH(熱軋)、Q265GNH(冷軋)、Q310GHN(冷軋)及焊接耐候鋼熱軋Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q415NH、Q460NH、Q500NH、Q550NH等。表4為GB/T 4171—2008中常用耐候鋼的化學(xué)成分。

表4 GB/T 4171—2008中常用耐候鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

2.2 TB/T 1979—2014《鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼》

本標(biāo)準(zhǔn)主要適用于鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼的熱軋和冷軋鋼板、鋼帶及型鋼。與TB/T 1979—2003《鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼訂貨技術(shù)條件》相比，主要增加了耐大氣腐蝕鋼牌號表示方法，以及高強(qiáng)度耐大氣腐蝕鋼鋼種等。表5為TB/T 1979—2014中常用耐候鋼的化學(xué)成分。在耐候鋼牌號的鋼種類別中：1表示Cu、Cr、Ni類，2表示Cu、P(Cr、Ni、RE)類，3表示Cu、P、Ti(RE)類，4表示Cu、P、V(RE)類。

本標(biāo)準(zhǔn)對RE值做出了明確規(guī)定，這里RE值為成品鋼材中的稀土含量。當(dāng)S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.010%時(shí)，可保證具有一定的稀土殘余量。成品鋼材的稀土元素含量與表5中規(guī)定含量的允許上偏差為0，允許下偏差-0.004 0%。

表5 TB/T 1979—2014中常用耐候鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

2.3 T/CSM 12—2020《稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼》

本標(biāo)準(zhǔn)于2020年6月發(fā)布并實(shí)施。我國擁有豐富的稀土資源，通過添加少量的稀土元素，調(diào)整夾雜物電極電位，降低點(diǎn)蝕傾向，在金屬材料的基體表面形成致密穩(wěn)定的氧化保護(hù)層，能有效提高材料的耐大氣腐蝕性能，由此，提出了稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼的尺寸、外形、重量及允許偏差、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、包裝、標(biāo)志及質(zhì)量證明書。在附錄中提出了改善耐大氣腐蝕性能鋼材的附加信息、耐大氣腐蝕性要求、鋼鐵中釔的分析方法等內(nèi)容。適用于車輛、橋梁、集裝箱、建筑、塔架和其他結(jié)構(gòu)用具有耐大氣腐蝕性能的熱軋鋼板和鋼帶、型鋼和長材。

本標(biāo)準(zhǔn)對稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行了分類，包括稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼Ⅰ類：Q235RE、Q355RE和稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼Ⅱ類(高耐候)：Q355GNH及稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼Ⅱ類(焊接耐候)：Q235NHRE、Q355NHRE、Q390NHRE、Q420NHRE、Q460NHRE、Q500NHRE、Q550NHRE。本標(biāo)準(zhǔn)是國際上首個(gè)對稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行明確規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。提出了兩類稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼，一類是在普碳鋼或低合金鋼的基礎(chǔ)上，通過添加少量稀土元素，在金屬基體表面形成致密穩(wěn)定的氧化保護(hù)層，與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比耐大氣腐蝕性能大幅度提高；另一類是在傳統(tǒng)耐候鋼基礎(chǔ)上，通過添加少量稀土元素，可適當(dāng)減少合金元素Cu、P、Cr、Ni等的含量，在金屬基體表面形成致密穩(wěn)定的氧化保護(hù)層，仍滿足耐大氣腐蝕性能要求。表6為T/CSM 12—2020中常用耐候鋼的化學(xué)成分。

表6 T/CSM 12—2020中常用耐候鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

3 結(jié)束語

根據(jù)耐候鋼的適用范圍，耐候鋼的研制應(yīng)以低成本、高性能、綠色化為基本路線。《稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布標(biāo)志著稀土耐候結(jié)構(gòu)鋼作為新一代的先進(jìn)鋼鐵材料正式進(jìn)入公眾視野。隨著耐候鋼構(gòu)件服役時(shí)間的延長，對其耐蝕性能的要求也越來越高。根據(jù)不同的使用環(huán)境和條件，有針對性地進(jìn)行新型耐候鋼的研發(fā)，充分利用我國現(xiàn)有的豐富資源，不斷完善和優(yōu)化現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。