【鋼種】3CR12 的性能特點 及 3CR12不銹鋼的應用
獲得今年ISSF最佳技術金獎項目的3CR12不銹鋼是什么？ 2024年國際不銹鋼論壇（ISSF）頒發(fā)的最佳技術金獎獲得項目為阿賽里諾克斯旗下的南非哥倫布廠。獲獎原因：助力Betram公司開發(fā)防止全球（鄉(xiāng)村）衛(wèi)生危機的高效衛(wèi)生系統(tǒng)“Amalooloo”。“Amalooloo”衛(wèi)生系統(tǒng)的所有部件均采用304不銹鋼緊固件和防盜螺栓固定在一起，以確保結構穩(wěn)定牢固，其門、門框和金屬飾件均使用3CR12不銹鋼制作。
3CR12不銹鋼 簡介
歐洲標準EN1.4003；中國GB T 3280-2007：00Cr12 太鋼T4003
3CR12是南非哥倫布廠于上世紀80年代開發(fā)的一種新型可焊接低碳鐵素體不銹鋼。產品的主要特點是保證耐濕環(huán)境條件下，有一定的耐磨性，較厚產品的焊接性能得到改善，但表面光潔度和色澤處理難度大。由于南非礦產豐富，該鋼種非常適用于井下濕熱環(huán)境，用于制作礦山和礦井裝置的漏斗、鏈條，沿海地區(qū)的送變電鐵塔用該產品制作，壽命可延長到20年以上，也可以制作橋梁的結構件，但表面最好涂上油漆。
3CR12經常用于代替涂層碳鋼、耐候鋼和鋁材。具有鐵素體不銹鋼的優(yōu)點，如強度，腐蝕性和耐磨性，可焊接，可成型，耐用性很好，可實現更低維護性。
表1 ：3CR12 化學成分
注： 為改善鋼材性能，可以加入Nb、V等微量元素，但這些合金的加入量綜合不應超過0.015%。
3CR12最初不銹鋼應用領域，是在腐蝕/摩擦環(huán)境下，僅限應用于礦井下操作設備加工制造中。目前，在國際標準中還可以應用于以下領域：
- 1、煤炭及有色金屬開采和加工設備。
- 2、制糖加工設備。
- 3、散裝運煤和鐵礦石運輸設備。
- 4、公共汽車、客運車輛、長途客車的車架、底盤、底座、框架。
- 5、鐵軌圍欄和護欄等
3CR12應用——制糖工業(yè)
材料的腐蝕和磨損嚴重以及成本問題一直困擾著制糖工業(yè)。1980至1981年，南非把3CR12用在制糖工業(yè)，并在很多國家的以甘蔗和甜菜為原料的制糖工業(yè)中很多設備上得到推廣應用。3CR12優(yōu)良的耐腐蝕磨損性能和低成本使其在制糖工廠的甘蔗運輸車、散流器、蔗渣收集器和鍋爐等得到應用。制糖工業(yè)在收割季進行季節(jié)性檢修維護，生產階段的停產檢修維護會造成成本增加。
南非一家年產200萬噸蔗糖的制糖廠，大量使用3CR12制造的設備，經對比，3CR12比碳鋼性能要好。例如，用碳鋼制造的甘蔗運輸車最多使用10年就需要更換，而1985年投入使用的3CR12甘蔗運輸車到2003年仍正常使用。采用6mm厚度的3CR12制造的滑槽內襯服役15年后仍狀態(tài)良好。糖漿混合裝置，下層儲罐1988年更換成3CR12，上層儲罐1989年換成3CR12，在2003年進行的厚度測量中發(fā)現，無明顯厚度損失。與采用碳鋼相比，采用3CR12可以降低材料厚度，并且需要很少的處理和涂層就可以獲得更長的使用壽命，因此3CR12是制糖工業(yè)的高性價比材料。
圖1 1985年投入使用的3CR12甘蔗運輸車經18年使用后厚度減薄不到1mm，并仍保持光亮，而碳鋼最多只能用10年
圖2 碳鋼和3CR12制造的加熱器蓋的表面狀況對比
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| （a）3CR12 | (b) 碳鋼 |
圖3 碳鋼和3CR12制造的散流器檢修井蓋
圖4 3CR12的框架和碳鋼制造的網篩
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| （a）3CR12 | （b）碳鋼 |
圖5 離心機上3CR12和碳鋼制造的金屬格柵
圖6 3CR12制作的離心機內壁
圖 7 散流器屋頂內壁
3CR12不銹鋼圍欄
1990年7月在海角格拉鮑的阿姆斯科地區(qū)安裝圍欄，該地區(qū)距海岸線16千米，該區(qū)域屬于潮濕的山區(qū)。圍欄采用冷軋2B表面的3CR12制造，總長度約35千米。圍欄的設計壽命為25年，2003年3月19日檢查時發(fā)現圍欄雖有著色但狀態(tài)良好。圍欄完全不需要維護并且與周圍環(huán)境融為一體。最初輿論曾認為選擇光亮的圍欄與周圍的環(huán)境不相符。在檢查前不久一場草原火災襲擊了該地區(qū)但對3CR12圍欄并無影響。如果當初圍欄選擇傳統(tǒng)的鍍鋅碳鋼線材網制造，那么火焰會破壞鍍鋅層從而使碳鋼直接暴露在空氣中。
圖1 山區(qū)3CR12圍欄
3CR12混凝土鋼筋
鋼筋混凝土廣泛應用于建筑物和工業(yè)車間、隧道和其他各類的公路設施。在所有鐵路和公路的橋梁中直觀可見的是高速公路交互式立交橋和立交橋。
鋼筋混凝土依靠混凝土的保護來防止鋼筋的腐蝕，隨著時間的推移，空氣中的二氧化碳擴散到混凝土中，在有水蒸氣存在的條件下會中和混凝土的堿性，從而降低了混凝土對鋼筋的保護。碳酸化過程通常很慢，最終當混凝土的pH值達到7時，鐵鹽變得可溶，鋼筋就開始腐蝕。海洋或工業(yè)環(huán)境中的氯離子會加速混凝土的降解，氯離子非常小，可以穿透多數混凝土，一旦他們與鋼筋接觸，腐蝕就開始發(fā)生。腐蝕產物會造成混凝土的剝離和斷裂。
沿海海港和橋梁的鋼筋混凝土的預期壽命是100年，因此腐蝕問題變成突出的問題。應對腐蝕問題，鋼筋可采用涂層碳鋼和昂貴的不銹鋼如304，316等。
常用的涂層碳鋼鋼筋是熱鍍鋅鋼筋。然而在中等或高的氯離子濃度下，熱鍍鋅鋼筋并不能發(fā)揮作用。實驗室研究表明環(huán)氧樹脂涂層能有效地保護碳鋼鋼筋，但前提條件是涂層完整。經過五年的各種對比試驗表明，不銹鋼和3CR12在嚴重腐蝕環(huán)境中，具有良好的耐蝕性。在海洋或苛刻的工業(yè)環(huán)境中，長期免維護，預期使用壽命超過50年的鋼筋混凝土結構最好選用耐蝕鋼筋。使用3CR12或其他不銹鋼鋼筋建造的建筑結構，具有較長的壽命期并且可最大限度的降低因腐蝕問題造成的損失。在海洋或工業(yè)環(huán)境中，3CR12鋼筋混凝土結構與碳鋼鋼筋混凝土結構相比，整個壽命周期成本方面更具經濟優(yōu)勢。
涂漆3CR12的應用
3CR12容易變色并形成一層黑色的腐蝕層，對3CR12進行涂漆處理是出于美學或提高耐蝕性的考慮。3CR12涂漆后的耐蝕性與表面漆被破壞后的耐蝕性一樣好。
圖2 油漆涂層3CR12郵箱
圖3 Richards Bay服役超過20年的配電箱
圖4 開普敦威爾地產的涂漆柵欄
3CR12在水工業(yè)中的應用
1979年，3CR12 被引入并被廣泛應用到水環(huán)境中。3CR12可經受住一般的腐蝕，耐蝕性取決于材料表面形成的的鈍化膜。
3CR12已經成功的應用于如管道、水罐、冷卻塔X型網格、沉降池、牲畜飲水槽等。
80年代早期，3CR12就被成功應用于城市污水的凈化系統(tǒng)。由于其良好的耐濕磨和腐蝕性，證明其是碳鋼良好的替代品。通常用于制造的充氣機的涂層碳鋼在89/90年成功被3CR12所取代。污水處理典型的應用有圍堰擋板、浮渣板、泄水閘、浮渣槽、格欄、樓梯臺面。
米德爾斯堡市污水處理廠浮選式濃縮池咋1989年投入使用，濃縮池的直徑為8米，高度為3.6米，由6mm和10mm厚經酸洗鈍化的3CR12板材建成。2003年外觀仍保持如新。
圖 5 1989年在米德爾斯堡市建的浮選式濃縮池
在碰碰車游樂場的應用
80年代早期迪拜海濱娛樂場的碰碰車運營者需要面臨非常嚴重的維護問題。
使用碳鋼制造的碰碰車地面持續(xù)發(fā)生腐蝕，腐蝕通常發(fā)生在夜間或旅游淡季。表面的氧化層會被碰碰車粉化并脫落，繼而污染了電動碰碰車從而增加了維護和維修費用。
采用規(guī)格為6*1000*2000mm的3CR12鋼板取代碳鋼作為碰碰車游樂場地面的材料，鋼板用螺栓固定在地面上，經過20多年的使用，2003年7月檢查時，地面仍保持光亮平滑，并且碰碰車維護費用降低了近80%。
圖6 3CR12建造的碰碰車娛樂場地面
