陈学群等：经济型耐腐蚀钢中氧作用的研究 961· 耐候钢及耐海水腐蚀钢等工程用耐蚀钢大多添 通过不同铝量脱氧或添加少量氧化铁来获得不同 加有Cr、Ni、Mo等较贵重元素，价格较高，一定程 氧质量分数的试验用钢.S、P等杂质元素均按中 度上限制了其推广应用-习相比耐海水腐蚀钢，耐 限控制.在830~1050℃温度区间进行轧制.在轧 候钢的研究相对比较成熟，除注重开发高强度及复 制钢带的中部取样进行成分与金相组织分析，用 杂环境下应用的新钢种外习，对经济型耐候钢也提 氧氨仪进行全氧测量 出了强烈需求向从20世纪30年代开始，国内外就 1.2机械性能与冷弯试验 合金元素对结构钢耐海水腐蚀性能的影响开展大量 在轧制钢带的中部取样，按照船用钢规范要 研究-，并开发出一系列适合海洋各个区带的耐海 求进行常规机械性能与冷弯性能试验， 水腐蚀钢，但应用量却极少，即使是近年来成功应 1.3腐蚀试验 用于油船货油舱的耐腐蚀钢31)，其较高的成本价 每种试验钢选用三个平行试样，试样的尺寸 格也很难推广到其他船舶及海洋工程用钢领域 为100mm×50mm×(4~5)mm,通过周浸试验比较 20世纪70年代，国家有关部门对海军不同来 腐蚀性能，试验按TB/T2375执行.试验采用LF- 源的舰船船体钢的腐蚀状况进行了大规模的勘验调 65A轮浸试验箱，溶液为3%（质量分数）NaCl.温 查和研究，发现耐蚀性最好的是原美国在二战期间 度为45℃，相对湿度为70%，干湿交替周期为1h 建造的登陆舰用钢，甚至超过了前苏联的Cr-Ni系 试验结束后，利用M291220型蚀孔测量仪测定点 船体钢，成分分析表明它仅仅是脱氧很差的沸腾钢. 蚀深度，每个试验面选取5个较深的蚀坑，以平均 同时期，广东汕头造船厂用O9MnNb钢建造的一艘 值作为平均点蚀深度，以最大值作为最大点蚀深 客货两用轮“汕澳一号”也表现出很好的耐蚀效果， 度测量 原冶金部组织实船勘验和研究，发现船体钢酸溶 2结果与分析 铝较低，结合夹杂物分析可确定该钢是脱氧较弱的 镇静钢.曹国良等6刀通过室内挂片试验进一步验 2.1炼钢试验结果与冶金分析 证沸腾钢的耐点蚀性能明显优于镇静钢 本研究以武钢生产的工业纯铁为原料，先后 基于现代连铸工艺只能生产镇静钢，本文以 进行了两轮炼钢及后续性能试验.第一轮炼钢选 B级碳素船体钢为试验钢种，通过控制脱氧程度 出化学成分符合规范要求的5炉试验钢.第二轮 来研究钢中的氧含量对镇静钢机械性能及耐蚀性 为验证及扩大试验，选出了19炉试验钢.两轮试 能的影响，考察在连铸许可条件下较高氧的镇静 验钢的编号按氧质量分数的高低排序，化学成分 钢工程应用可能性和氧对钢耐蚀性能的影响机 如表1所示.表中的第一行为中国船级社CCS规 理，为开发弱脱氧经济型耐蚀钢奠定理论基础. 范中B级钢成分要求；篇幅所限，两轮试验用钢仅 给出成分变化范围，可看出，均符合船级社规范要 1 试验材料与方法 求.浇注的钢锭最终轧成宽210mm、厚7~8mm的 1.1炼钢试验与分析方法 板带. 按照B级钢的成分，采用50kg真空感应炉， 目前连铸工艺生产的钢坯，当钢水中的氧的 表1试验用钢的化学成分（质量分数） Table 1 Component of experimental steels(mass fraction) Test steels C Si Mn P 0 CCS(B) ≤021 ≤0.50 ≥0.60 ≤0.035 ≤0.035 1-1-1.5 0.069-0.204 0.18-028 0.66-0.75 0.013-0.032 0.008-0.019 0.0015-0.0061 2-1-2-19 0.061-0.151 0.01-0.30 0.66-1.12 0.011-0.031 0.0048-0.018 0.0022-0.0062 质量分数超过(60~70)×10时，就会出现皮下气 范围为(27~33)×10，第二轮为(16~24)×10，波 泡，因此本研究的试验钢，其氧控制在连铸生产的 动都很小.试验用钢的组织均为铁素体加珠光体， 许可范围内，最高为62×106 含碳量较高的钢板截面呈明显的带状组织.晶粒 炼钢试验时S、P含量是按中限控制的，分析 度一般为9.5~11级，仅一炉为8级 结果表明，试验钢的S、P含量大多在中限，极个别 2.2试验钢的力学性能试验结果 炉次偏高或偏低.第一轮试验钢中N的质量分数 由于精炼工艺的广泛采用，当前钢中S、P、耐候钢及耐海水腐蚀钢等工程用耐蚀钢大多添 加有 Cr、Ni、Mo 等较贵重元素，价格较高，一定程 度上限制了其推广应用[1−2] . 相比耐海水腐蚀钢，耐 候钢的研究相对比较成熟，除注重开发高强度及复 杂环境下应用的新钢种外[3−5] ，对经济型耐候钢也提 出了强烈需求[6] . 从 20 世纪 30 年代开始，国内外就 合金元素对结构钢耐海水腐蚀性能的影响开展大量 研究[7−12] ，并开发出一系列适合海洋各个区带的耐海 水腐蚀钢[1] ，但应用量却极少，即使是近年来成功应 用于油船货油舱的耐腐蚀钢[13−14] ，其较高的成本价 格也很难推广到其他船舶及海洋工程用钢领域. 20 世纪 70 年代，国家有关部门对海军不同来 源的舰船船体钢的腐蚀状况进行了大规模的勘验调 查和研究，发现耐蚀性最好的是原美国在二战期间 建造的登陆舰用钢，甚至超过了前苏联的 Cr–Ni 系 船体钢，成分分析表明它仅仅是脱氧很差的沸腾钢. 同时期，广东汕头造船厂用 09MnNb 钢建造的一艘 客货两用轮“汕澳一号”也表现出很好的耐蚀效果， 原冶金部组织实船勘验和研究[15] ，发现船体钢酸溶 铝较低，结合夹杂物分析可确定该钢是脱氧较弱的 镇静钢. 曹国良等[16−17] 通过室内挂片试验进一步验 证沸腾钢的耐点蚀性能明显优于镇静钢. 基于现代连铸工艺只能生产镇静钢，本文以 B 级碳素船体钢为试验钢种，通过控制脱氧程度 来研究钢中的氧含量对镇静钢机械性能及耐蚀性 能的影响，考察在连铸许可条件下较高氧的镇静 钢工程应用可能性和氧对钢耐蚀性能的影响机 理，为开发弱脱氧经济型耐蚀钢奠定理论基础. 1    试验材料与方法 1.1    炼钢试验与分析方法 按照 B 级钢的成分，采用 50 kg 真空感应炉， 通过不同铝量脱氧或添加少量氧化铁来获得不同 氧质量分数的试验用钢. S、P 等杂质元素均按中 限控制. 在 830～1050 ℃ 温度区间进行轧制. 在轧 制钢带的中部取样进行成分与金相组织分析，用 氧氮仪进行全氧测量. 1.2    机械性能与冷弯试验 在轧制钢带的中部取样，按照船用钢规范要 求进行常规机械性能与冷弯性能试验. 1.3    腐蚀试验 每种试验钢选用三个平行试样，试样的尺寸 为 100 mm×50 mm×(4～5) mm，通过周浸试验比较 腐蚀性能，试验按 TB/T2375 执行. 试验采用 LF– 65A 轮浸试验箱，溶液为 3%（质量分数）NaCl，温 度为 45 ℃，相对湿度为 70%，干湿交替周期为 1 h. 试验结束后，利用 M291220 型蚀孔测量仪测定点 蚀深度，每个试验面选取 5 个较深的蚀坑，以平均 值作为平均点蚀深度，以最大值作为最大点蚀深 度测量. 2    结果与分析 2.1    炼钢试验结果与冶金分析 本研究以武钢生产的工业纯铁为原料，先后 进行了两轮炼钢及后续性能试验. 第一轮炼钢选 出化学成分符合规范要求的 5 炉试验钢. 第二轮 为验证及扩大试验，选出了 19 炉试验钢. 两轮试 验钢的编号按氧质量分数的高低排序，化学成分 如表 1 所示. 表中的第一行为中国船级社 CCS 规 范中 B 级钢成分要求；篇幅所限，两轮试验用钢仅 给出成分变化范围，可看出，均符合船级社规范要 求. 浇注的钢锭最终轧成宽 210 mm、厚 7～8 mm 的 板带. 目前连铸工艺生产的钢坯，当钢水中的氧的 质量分数超过 (60～70)×10−6 时，就会出现皮下气 泡，因此本研究的试验钢，其氧控制在连铸生产的 许可范围内，最高为 62×10−6 . 炼钢试验时 S、P 含量是按中限控制的，分析 结果表明，试验钢的 S、P 含量大多在中限，极个别 炉次偏高或偏低. 第一轮试验钢中 N 的质量分数 范围为 (27～33)×10−6，第二轮为 (16～24)×10−6，波 动都很小. 试验用钢的组织均为铁素体加珠光体， 含碳量较高的钢板截面呈明显的带状组织. 晶粒 度一般为 9.5～11 级，仅一炉为 8 级. 2.2    试验钢的力学性能试验结果 由于精炼工艺的广泛采用 ，当前钢中 S、 P、 表 1 试验用钢的化学成分 (质量分数) Table 1  Component of experimental steels (mass fraction) % Test steels C Si Mn P S O CCS(B) ≤0.21 ≤0.50 ≥0.60 ≤0.035 ≤0.035 1-1–1-5 0.069–0.204 0.18–0.28 0.66–0.75 0.013–0.032 0.008–0.019 0.0015–0.0061 2-1–2-19 0.061–0.151 0.01–0.30 0.66–1.12 0.011–0.031 0.0048–0.018 0.0022–0.0062 陈学群等： 经济型耐腐蚀钢中氧作用的研究 · 961 ·