高强度耐候钢组织性能与腐蚀行为研究

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全世界每年在大气中使用的钢材由于腐蚀造成巨大的经济损失,耐候钢开始被人们关注并广泛发展起来。铁路行业高速重载的发展要求,对耐候钢的强度要求不断提高,耐候钢在提高耐腐蚀性能的同时进一步提高强度就显得尤为重要。本文针对高强度耐候钢进行了合金成分设计,奥氏体连续冷却相变研究,实验室轧制工艺研究,以及不同环境下的耐腐蚀性能研究,主要工作及研究结果如下:(1)设计出高强度耐候钢Q500NH、Q550NQR1的化学成分,成分以低C、低P、S为基础,添加Cu、Cr、Ni耐腐蚀元素,复合添加Nb、Ti微合金。利用Formastor-F Ⅱ全自动相变仪及DIL805变形相变仪测定Q550NQR1在未变形及变形条件下的临界相变点,并绘制了静态CCT以及动态CCT曲线。结果表明:耐候钢Q550NQR1在变形条件下更容易发生铁素体和珠光体相变。与经过变形相比,未变形条件下更容易获得马氏体及全贝氏体组织。(2)在实验室Φ450热轧机组进行高强度耐候钢Q500NH、Q550NQR1的轧制实验,确定了合理的轧制参数。耐候钢轧制过程采用两阶段控制轧制,二次开轧温度在850~880℃,轧后水冷,Q500NH的终冷温度在590~650℃,Q550NQR1的终冷温度在580~610℃,综合力学性能优良,达到要求。(3)通过ZQFS-12000Z型的周期浸润腐蚀试验箱,利用0.01mol/L的NaHSO3溶液模拟工业大气中环境,腐蚀实验结果表明:高强度耐候钢Q500NH、Q550NQR1在加速腐蚀72h的相对腐蚀速率分别为44.5%、40.1%,满足标准≤5%要求。耐候钢的腐蚀速率变化呈现出两阶段腐蚀特征,实验钢腐蚀产物后期主要为γ-FeOOH及α-FeOOH。耐腐蚀元素的添加并未明显改变实验钢腐蚀产物的类型,而是主要改变腐蚀产物的相对含量及结构形貌,耐候钢中的稳定相α-FeOOH含量较多。(4)利用NaCl溶液模拟海洋大气环境,结果表明:耐候钢在海洋大气中的腐蚀速率略高于工业大气环境,实验钢腐蚀速率曲线主要分为三个阶段,腐蚀速率经历了先增加后较小,最后趋于稳定的过程。锈层截面元素分布表现为某一腐蚀时间下耐腐蚀元素的局部富集。腐蚀产物主要为γ-FeOOH、α-FeOOH及中间态的FeOx(OH)3-2x,耐候钢中的稳定相α-FeOOH含量较多。(5)在1780热连轧生产线对高强度耐候钢Q500NH、Q550NQR1进行工业试生产,并对试生产耐候钢进行拉伸试验、冲击试验、180°弯曲试验及周期浸润腐蚀实验,工业试生产耐候钢具有良好的力学性能,Q500NH的耐大气腐蚀指数Ⅰ为6.37,Q550NQR1的相对腐蚀速率为39.3%,腐蚀性能优良。目前已实现高强度耐候钢Q500NH、Q550NQR1工业化批量生产。
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