CN111088459A

CN111088459A - 一种高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢

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Publication number: CN111088459A
Application number: CN201911419081.8A
Authority: CN
Inventors: 芦永明
Original assignee: Xinghua Ruida Building Materials Machinery Co Ltd
Current assignee: Xinghua Ruida Building Materials Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-05-01

Abstract

本发明提供一种高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，其成分重量百分比为：C：≤0.04%，Si：0.5‑1.0%，Mn：0.5‑2.5%，P：≤0.02%，S：≤0.02%，Cr：19.0‑22.0%，Ni：4.0‑6.0%，Mo：0.3‑0.8%，Cu：1.5‑2.5%，N：0.25‑0.35%，O：≤0.003%，W：0.1‑0.5%，Nb：0.005‑0.015%，B：0.001‑0.005%，Ba：0.001‑0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明合理设计各化学成分的重量配比，利用N实现部分Ni在不锈钢中的作用，从而降低Ni的用量，降低生产成本；同时，加入W、B、Ba等元素，使双相不锈钢具有高强度、高耐晶间腐蚀性能、耐氯化物应力腐蚀性能和良好的焊接性能，应用于桥桩建设中，可提高桥梁的建造强度和耐腐蚀性能，显著延长不锈钢制品的使用寿命。

Description

一种高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢

技术领域

本发明涉及不锈钢领域，尤其涉及一种高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢。

背景技术

海洋工程或跨海、跨江大桥建设工程中，都会用到不锈钢棒材、管材等零配件，在海洋环境中，氯离子对不锈钢材料的腐蚀最为严重，导致常规的普碳钢无法应用于苛刻的海洋腐蚀环境。双相不锈钢兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，其塑性、韧性更高，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性及高导热系数；与奥氏体不锈钢相比，其强度更高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀能力有明显提高，因此，奥氏体-铁素体双相不锈钢广泛应用于海洋工程或桥梁工程中。

通过提高不锈钢中Cr和Ni的含量，能够提高双相不锈钢的性能，但是，Cr和Ni的价格偏高，提高其含量会导致不锈钢生产成本增加，不利于双相不锈钢推广应用。同时，随着国家海洋工程和桥梁工程的不断发展，对海洋环境中应用的不锈钢材料的性能提出了更高的要求。如应用于桥桩中的不锈钢，不仅需要具备高强度、较高的焊接性能，还需要具有强耐海洋腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，在不增加不锈钢生产成本的同时，提高其强度和耐腐蚀性能。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，其成分重量百分比为：C：≤0.04%，Si：0.5-1.0%，Mn：0.5-2.5%，P：≤0.02%，S：≤0.02%，Cr：19.0-22.0%，Ni：4.0-6.0%，Mo：0.3-0.8%，Cu：1.5-2.5%，N：0.25-0.35%，O：≤0.003%，W：0.1-0.5%，Nb：0.005-0.015%，B：0.001-0.005%，Ba：0.001-0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质。

优选地，所述的C含量为0.01%-0.03%。

优选地，所述的Cr含量为20.0-21.0%。

优选地，所述的Ni含量为4.5-5.0%。

优选地，所述的Mo含量为0.3-0.5%。

优选地，所述的N含量为0.28-0.35%。

优选地，所述的W含量为0.1-0.3%。

优选地，所述的Si含量为0.5-0.8%。

优选地，所述的Cu含量为1.8-2.4%。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明合理设计各化学成分的重量配比，利用N实现部分Ni在不锈钢中的作用，从而降低Ni的用量，降低生产成本；同时，加入W、B、Ba等元素，使双相不锈钢具有高强度、高耐晶间腐蚀性能、耐氯化物应力腐蚀性能和良好的焊接性能，应用于桥桩建设中，可提高桥桩的建造强度和耐腐蚀性能，显著延长设备或配件的使用寿命。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

本发明提供一种高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，其成分重量百分比为：C：≤0.04%，Si：0.5-1.0%，Mn：0.5-2.5%，P：≤0.02%，S：≤0.02%，Cr：19.0-22.0%，Ni：4.0-6.0%，Mo：0.3-0.8%，Cu：1.5-2.5%，N：0.25-0.35%，O：≤0.003%，W：0.1-0.5%，Nb：0.005-0.015%，B：0.001-0.005%，Ba：0.001-0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质。

C是对钢的强度、硬度、韧性及耐磨性至关重要的元素，C溶解在钢中形成间隙固溶体，起到固溶强化的作用，另外，C与其他强碳化物形成元素形成碳化物析出时，起到沉淀强化的作用，可显著提高钢的强度、硬度、塑性和韧性；但是C含量过高容易导致钢的耐腐蚀性能下降，增加钢的冷脆性和实效敏感性，因此，本发明将C含量控制在0.04%及以下，保证不锈钢的硬度、强度、塑性、韧性和耐磨性，避免对不锈钢的耐腐蚀性能造成不利影响。

Si作为还原剂和脱氧剂，能够提高不锈钢的抗拉强度，Si与Mo或Cr等结合，有提高钢的耐腐蚀性能和抗氧化性能的作用；但是，Si含量增加会降低钢的韧性、塑性以及焊接性能，本发明中Si含量为0.5-1.0%，提高不锈钢的抗拉强度，增强其耐腐蚀性能和抗氧化性能，避免降低其韧性、塑性及焊接性能。

Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，其与Fe形成固溶体，能提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时Mn又是碳化物形成元素，起到提高钢的强度的作用；Mn含量较高时，会导致钢的耐腐蚀和抗氧化性能降低，本发明中Mn含量为0.5-2.5%，保证不锈钢硬度、强度的前提下，避免对其耐腐蚀、抗氧化性能产生影响。

一般情况下，S元素、P元素是不锈钢中的有害元素，S降低不锈钢的延展性、韧性、焊接性能以及耐腐蚀性能，一般要求钢中S含量小于0.055%；P增加不锈钢的冷脆性，使得焊接性能变坏，塑性降低，一般要求钢中P含量小于0.045%；本发明将P含量控制在0.02%及以下，S含量0.02%及以下，避免其含量过多对不锈钢性能产生不利影响。

Cr是主要铁素体形成元素，Cr与氧结合能生成耐腐蚀的Cr2O3钝化膜，是钢保持耐蚀性的基本元素之一，Cr含量增加可提高钢的钝化膜修复能力，改善钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力，在大气环境中，Cr含量在12%以上的铁-铬合金就可自钝化，在氧化性介质中Cr含量在17%以上就可钝化；本发明中Cr含量为19.0-22.0%，提高不锈钢保持耐腐蚀性能、抗氧化性能。

Ni是主要奥氏体形成元素，能够减缓不锈钢在海洋环境中的腐蚀现象，在提高钢的强度的同时，对钢的韧性、塑性及其他工艺性能的损害较小；由于Ni是较为稀缺的资源，本发明中Ni含量为4.0-6.0%，在控制制造成本的前提下，使得不锈钢具有高强度和耐腐蚀性能。

Mo是碳化物形成元素，在不锈钢中加入Mo后形成的碳化物极其稳定，能够耐氧化性酸介质腐蚀，耐点蚀及耐晶间腐蚀性能好；Mo还能提高钢的硬度和强度，但是，随着Mo含量的增多，会导致钢的韧性下降，还会使制造成本增加，本发明中Mo含量为0.3-0.8%，不锈钢具有较好的耐氧化性酸介质腐蚀、耐点蚀及耐晶间腐蚀性能。

Cu元素可以改善不锈钢的耐腐蚀能力，但是其效果有限，没有Ni和Cr的作用明显，还可以提高不锈钢的深冲性能和抗拉强度，本发明中Cu含量为1.5-2.5%，提高不锈钢的耐腐蚀性能、深冲性能和朗拉强度。

N是强奥氏体形成元素，N元素加入不锈钢中，在不影响钢的塑性和韧性的情况下提高钢的强度，并可部分代替不锈钢中的Ni，使得生产成本降低；但是其对不锈钢的时效开裂影响较大，本发明中N含量为0.25-0.35%，能够代替部分Ni在不锈钢中的作用，提高不锈钢的强度，降低生产成本。

O元素导致不锈钢接触角增大，耐腐蚀性能下降，本发明的不锈钢采用脱氧工艺，将O含量降到0.003%及以下，避免其对不锈钢的耐腐蚀性能造成影响。

W元素与C元素可形成碳化钨，碳化钨具有很高的硬度和耐磨性，本发明W含量为0.1-0.5%，其与C元素形成高硬度、高耐磨的碳化钨，有效提高钢的硬度和耐磨性，延长不锈钢制品的使用寿命，降低更换或维修成本。

Nb是强碳化物形成元素，可以防止晶间腐蚀，提高钢的高温强度，提高钢的耐晶间腐蚀性能，本发明中Nb含量为0.005-0.015%，可以有效提高不锈钢的耐晶间腐蚀性能。

本发明的不锈钢加入0.001-0.005%的B元素，不锈钢中加入微量的B就可以改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

本发明的不锈钢还加入0.001-0.005%的Ba元素，提高不锈钢的脱硫、脱氧能力，降低不锈钢中的S、O含量，提高不锈钢的耐腐蚀性能。

优选地，本发明实施例2的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢中C含量为0.01%-0.03%。

优选地，本发明实施例3的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢中Cr含量为20.0-21.0%。

优选地，本发明实施例4的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢中Ni含量为4.5-5.0%。

优选地，本发明实施例5的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢中Mo含量为0.3-0.5%。

优选地，本发明实施例6的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢中N含量为0.28-0.35%。

优选地，本发明实施例7的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢中W含量为0.1-0.3%。

优选地，本发明实施例8的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢中Si含量为0.5-0.8%。

优选地，本发明实施例9的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢中Cu含量为1.8-2.4%。

综上所述，本发明提供一种高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，合理设计各化学成分的重量配比，利用N实现部分Ni在不锈钢中的作用，从而降低Ni的用量，降低生产成本；同时，加入W、B、Ba等元素，使双相不锈钢具有高强度、高耐晶间腐蚀性能、耐氯化物应力腐蚀性能和良好的焊接性能，应用于桥桩建设中，可提高桥桩的建造强度和耐腐蚀性能，显著延长设备或配件的使用寿命。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，其特征在于：其成分重量百分比为：C：≤0.04%，Si：0.5-1.0%，Mn：0.5-2.5%，P：≤0.02%，S：≤0.02%，Cr：19.0-22.0%，Ni：4.0-6.0%，Mo：0.3-0.8%，Cu：1.5-2.5%，N：0.25-0.35%，O：≤0.003%，W：0.1-0.5%，Nb：0.005-0.015%，B：0.001-0.005%，Ba：0.001-0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，其特征在于：所述的C含量为0.01%-0.03%。

3.如权利要求1所述的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，其特征在于：所述的Cr含量为20.0-21.0%。

4.如权利要求1所述的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，其特征在于：所述的Ni含量为4.5-5.0%。

5.如权利要求1所述的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，其特征在于：所述的Mo含量为0.3-0.5%。

6.如权利要求1所述的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，其特征在于：所述的N含量为0.28-0.35%。

7.如权利要求1所述的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，其特征在于：所述的W含量为0.1-0.3%。

8.如权利要求1所述的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，其特征在于：所述的Si含量为0.5-0.8%。

9.如权利要求1所述的高强度耐腐蚀桥桩用不锈钢，其特征在于：所述的Cu含量为1.8-2.4%。