一种耐酸性土壤腐蚀埋地结构用钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种耐酸性土壤腐蚀埋地结构用钢及其制造方法。钢中含有C：0.02％～0.07％、Si：0.05％～0.25％、Mn：0.20％～0.90％、Nb：0.01％～0.03％、Ti：0.01％～0.03％、Cr：2.5％～3.9％、Cu：0.50％～0.70％、Sb：0.03％～0.10％、Mo：0.30％～0.50％、Ni：0.25％～0.45％、Al：0.01％～0.04％、P≤0.015％、S≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。铸坯下线缓冷时间≥72h；加热至1220～1250℃，随后进行两阶段控制轧制，粗轧终轧温度1080～1120℃，精轧开轧温度1020～1060℃，精轧终轧温度880～940℃，精轧总压下率≥65％，冷速10～30℃/s，750～800℃卷取；钢板强韧性和耐酸性土壤腐蚀性良好。

【技术实现步骤摘要】
一种耐酸性土壤腐蚀埋地结构用钢及其制造方法
本专利技术属于金属材料领域，具体涉及良好强韧性及耐土壤腐蚀性的埋地结构用钢。
技术介绍
埋地结构是指修筑在地下的建筑物和构筑物，如桥涵、管廊、巷道、隧道及人防工程等等，目前主要建筑形式主要有钢筋混凝土结构和装配式钢制结构两种，相比较于传统现浇混凝土结构，装配式钢制结构具有工程造价低、施工难度低、施工速度快、抗变形能力及耐久性长等优势，并且钢结构可以回收利用、利用率高，装配式钢制结构今后将逐渐代替钢筋混凝土结构成为未来埋地结构工程的主流。埋地结构用钢在铺设过程中必然会接触土壤介质，进而发生土壤腐蚀。土壤腐蚀是指金属在土壤环境中所发生的腐蚀。土壤是由气相、液相和固相所构成的一个复杂系统，其中还生存很多土壤微生物。影响土壤腐蚀的因素有很多，如孔隙度、PH值、电阻率、含氧率、水分、温度等等、各种因素交互作用，所以土壤腐蚀是一个十分复杂的腐蚀问题，钢板在土壤中的腐蚀条件比暴露在大气中更加严苛、复杂。土壤腐蚀对钢结构危害极大，极易造成地下管道泄漏，地下建筑结构损毁，给国家造成巨大的经济损失。目前，国内外耐蚀钢主要集中在耐大气腐蚀、耐海水腐蚀等方面研究，针对钢板在土壤腐蚀方面研究较少，对工业化生产兼具良好强韧性及耐土壤腐蚀性结构用钢的成熟技术实属空白。现代工业针对钢的土壤腐蚀的防护措施一般是在金属表面镀锌或进行刷涂防腐涂料，钢板本身并不具有防土壤腐蚀性能。一旦防腐涂层脱落，金属在土壤中会加速腐蚀，导致钢结构失效，并且防护涂层对土壤会产生污染，破坏生态环境。综上所述，有必要针对钢板在不同的土壤环境的腐蚀问题进入深入研究。因此，开发出质量稳定强韧性和耐土壤腐蚀性能兼备的埋地结构用钢，不仅可以提高不同埋地土壤环境下钢结构的使用寿命，还可以占领地下综合管廊、桥涵等国家新兴重点工程的国内市场。由于我国地域辽阔，土壤资源丰富、类型繁多，世界罕见。土壤类型与气候环境关系密切。例如东南热带气候地区的红土壤为酸性土壤、西部高原干旱地区的棕色土壤为碱性土壤，中部平原地区的褐色土壤为中性土壤，滨海地区的土壤为盐渍土壤。这些埋地结构用钢必然会经过不同类型的土壤介质，而不同的土壤介质环境对于埋地结构用钢腐蚀影响也各不同相同。申请号为201610787178.4的“耐酸性土壤腐蚀钢及其制备方法”专利技术专利，涉及一种耐酸性土壤腐蚀钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.174％～0.182％，Si：0.51％～0.55％，Mn：1.43％～1.63％，P≤0.008％，S≤0.002％，Nb：0.018％～0.024％，Ti：0.029％～0.032％，V：0.032％～0.045％，W：0.06％～0.12％，Mg：0.0081％～0.0093％，Sn：0.08％～0.13％，其余为Fe及不可避免的夹杂。该专利技术提供的耐酸性土壤腐蚀钢及其制备方法，具有良好的耐酸性土壤腐蚀性能。该专利技术专利中含有贵重金属W、Mg，稀土元素Sn，不仅合金成本高，且冶炼困难。另一方面该专利虽然介绍了耐酸性土壤钢种的制备方法，却没有体现钢板的力学性能及耐土壤腐蚀性能，不能用于埋地结构工程使用。申请号为201310624214.1的“一种耐酸性土壤腐蚀耐磨的接地网合金材料”专利技术专利，公开了一种耐酸性土壤腐蚀的接地网耐蚀合金材料，其重量百分比成分为：C：0.1％～0.25％、P：0.06％～0.08％、S：0.012％～0.015％、Si：1.2％～1.8％、Mn：0.1％～0.18％、Ag：0.000001％～0.00006％、W：0.03％～0.09％、Sn：0.6％～0.8％、V：0.2％～0.5％、其余为铁。该专利技术专利耐酸性土壤腐蚀的接地网耐蚀合金材料与纯铜加入百分比的铜相比，在不加入铜的情况下，通过加入导电性好的微量银，成本比纯铜或加入百分比的铜更低，且导电性能更加优良，耐酸耐腐蚀性能更好，且不会对土壤造成污染，合金具有更好的耐腐蚀性。该专利技术专利含有贵重金属元素Ag、W，稀土元素Sn、Ir、Ru、Rh等合金元素，合金成本高，冶炼困难，不适用大生产。且该专利只介绍了产品的化学成分，却没有体现产品的制造工艺及力学性能，不适合于制作地下管廊结构件。王森，骆鸿，李志忠等在《材料保护》，2012，Vol.45，No.2，P70～73发表的论文“陕西土壤模拟液中3种典型接地金属材料的腐蚀行为”，采用失重法(外加电流浸泡)、电化学测试、扫描电镜(SEM)和x射线衍射(XRD)研究了其在陕西中部土壤模拟液中的腐蚀行为和电化学规律，并没有介绍金属材料的制造方法。以上文献中所公开的专利都是涉及一种耐酸性土壤腐蚀的输电用接地网金属材料，化学成分中含有稀土元素较多、冶炼困难，合金成本较高，且接地网用钢对力学性能要求不高，因而也无法满足诸如桥涵、管廊等埋地钢结构产品使用要求。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种耐酸性土壤腐蚀的埋地结构用钢及其制造方法。通过化学成分和生产工艺的优化，在保证钢板强韧性、耐蚀性、高的钢板表面质量、节约成本前提下，开发出具有优良塑性、低温韧性、低屈强比及优异的耐酸性土壤蚀的埋地结构用钢，可用于酸性土壤地区地下管廊、桥涵、管道等埋地结构工程。具体的技术方案是：本专利技术提供一种耐酸性土壤腐蚀的埋地结构用钢及其制造方法，其特征在于，化学成分按重量百分比为C：0.02％～0.07％、Si：0.05％～0.25％、Mn：0.20％～0.90％、Nb：0.01％～0.03％、Ti：0.01％～0.03％、Cr：2.5％～3.9％、Cu：0.50％～0.70％、Sb：0.03％～0.10％、Mo：0.30％～0.50％、Ni：0.25％～0.45％、Al：0.01％～0.04％、P≤0.015％、S≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。本专利技术所以选择以上合金元素种类及其含量是因为：C对钢的强度、韧性和焊接性能影响很大，同时对钢种的耐腐蚀性能也有影响；碳低，韧性和焊接性能、耐腐蚀性能都得以改善；但是碳低于0.020％则强度低，冶炼及焊接难度大；碳高于0.070％，则会生成珠光体组织，对耐土壤腐蚀性能不利，且使强度、延伸率和韧性下降；因此本专利技术将C含量限定在0.020％～0.070％。Si可以起到固溶强化作用，提高钢的强度，Si还可以提高钢的耐腐蚀性能，但是Si含量太高会降低钢的韧性，对焊接性能也不利。因此，本专利技术将钢中Si含量限定在0.05％～0.25％。Mn在钢中可以形成置换固溶体，起到较强的固溶强化作用，使屈服强度和抗拉强度线性增加，该元素含量在一定的范围内增加钢强度的同时几乎不降低钢的塑性和韧性；但锰含量太高可使钢的碳当量增加，并且会降低钢的耐土壤腐蚀性能。因此，在本专利技术钢种中根据强度的需要添加Mn的合适区间为0.20％～0.90％。P是合金元素中提高钢板耐腐蚀性能最有效的合金元素之一，当P与Cu联合加入钢中时，显示出更好的复合效应；但是，P恶化钢的焊接性能，恶化钢的塑性、韧性，特别是剧烈降低低温冲击韧性；还易于发生局部偏析，形成带状组织。因此在本专利技术中，P含量控制在P≤0.015％。S是对钢种耐腐蚀性最有害的元素，降低硫含量，对钢种的耐酸性土壤腐蚀、抗H2S等腐蚀性能都具有良好作用；同时，硫高也对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐酸性土壤腐蚀埋地结构用钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.02％～0.07％、Si：0.05％～0.25％、Mn：0.20％～0.90％、Nb：0.01％～0.03％、Ti：0.01％～0.03％、Cr：2.5％～3.9％、Cu：0.50％～0.70％、Sb：0.03％～0.10％、Mo：0.30％～0.50％、Ni：0.25％～0.45％、Al：0.01％～0.04％、P≤0.015％、S≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种耐酸性土壤腐蚀埋地结构用钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.02％～0.07％、Si：0.05％～0.25％、Mn：0.20％～0.90％、Nb：0.01％～0.03％、Ti：0.01％～0.03％、Cr：2.5％～3.9％、Cu：0.50％～0.70％、Sb：0.03％～0.10％、Mo：0.30％～0.50％、Ni：0.25％～0.45％、Al：0.01％～0.04％、P≤0.015％、S≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。2.一种如权利要求1所述的耐酸性土壤腐蚀埋地结构用钢的制造方法，钢板...

【专利技术属性】
技术研发人员：林田子，侯华兴，张涛，高磊，杨颖，张哲，徐海健，纪汶伯，李琳，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21