【钢种】3CR12 的性能特点及3CR12不锈钢的应用简介

【钢种】3CR12 的性能特点及3CR12不锈钢的应用简介

今年荣获国际射联最佳技术项目金奖的3CR12不锈钢是什么？

2021年国际不锈钢论坛（ISSF）最佳技术金奖的获得者是旗下的南非哥伦布工厂。获奖理由是：“它帮助公司开发了一套高效的卫生系统，以防止全球（农村）卫生危机。”卫生系统的所有部件都用304不锈钢紧固件和防盗螺栓紧固在一起，确保结构稳定牢固。它的门、门框和金属饰条均采用3CR12不锈钢制成。

3CR12不锈钢介绍

欧洲标准EN1.4003

中国 GB T 3280-2007：太钢 T4003

3CR12是20世纪80年代南非哥伦布工厂开发的一种新型可焊接低碳铁素体不锈钢，产品的主要特点是在潮湿环境条件下具有一定的耐磨性，较厚产品的焊接性能有所提高，但表面光洁度和颜色处理较困难。由于南非矿产资源丰富，该类型钢非常适合地下湿热环境使用，用于制作矿井和矿山设备的漏斗、链条等。沿海地区的输变电塔均采用该产品制造，使用寿命可延长到20年以上。也可用于制作桥梁结构件，但表面最好涂漆。

3CR12常用于替代涂层碳钢、耐候钢和铝，具有铁素体不锈钢的强度、耐腐蚀、耐磨性、可焊性、成形性、耐久性好、维护成本低等优点。

表1：3CR12的化学成分

注：为改善钢的性能，可添加微量Nb、V等合金元素，但添加量总计不得超过0.015%。

3CR12不锈钢最初的应用领域在腐蚀/摩擦环境，仅限于矿山地下作业设备的加工制造，目前按照国际标准还可应用于以下领域：

1、煤炭及有色金属开采、加工设备。

2.糖加工设备。

3、散煤、铁矿石运输设备。

4、客车、客车、长途客车的车架、底盘、底座、骨架。

5、铁路栅栏、护栏等。

3CR12 应用 - 制糖行业

制糖工业一直受到材料腐蚀磨损严重和成本问题的困扰。1980年至1981年，南非在制糖工业中使用3CR12，目前已在许多以甘蔗、甜菜为原料的国家制糖工业设备中推广应用。3CR12优异的耐腐蚀耐磨性能和低成本使其在糖厂的甘蔗运输车辆、扩散器、甘蔗渣收集器和锅炉等设备中得到应用。制糖工业在收获季节进行季节性维护，生产阶段的停工维护会增加成本。

南非一家年产甘蔗200万吨的糖厂，大量使用3CR12材质的设备。经过比较，3CR12比碳钢性能更佳。例如，碳钢材质的甘蔗运输车最多使用10年后需更换，而1985年投入使用的3CR12甘蔗运输车，到2003年仍在正常使用，用6mm厚3CR12材质制成的溜槽内衬，服役15年后仍完好无损。糖浆搅拌装置，下槽于1988年用3CR12更换，上槽于1989年用3CR12更换，在2003年进行的厚度测量中发现，没有明显的厚度损失。与碳钢相比，使用3CR12可以减少材料厚度，并且需要较少的处理和涂层，以获得更长的使用寿命。因此，3CR12对于制糖行业来说是一种经济高效的材料。

图1 1985年投入使用的3CR12甘蔗运输车，经过18年使用，厚度损失不到1毫米，依然光亮，而碳钢最多只能使用10年。

图2 碳钢与3CR12材质加热器盖表面状况对比

（a）3CR12（b）碳钢

图3 碳钢和3CR12材质扩散器检查井盖

图4 3CR12框架及碳钢筛网

（a）3CR12（b）碳钢

图5 离心机上由3CR12和碳钢制成的金属格栅

图6 3CR12材质离心机内壁

图7 扩散器顶盖内壁

3CR12不锈钢栅栏

该围栏于 1990 年 7 月安装在距离海岸线 16 公里的格拉鲍角 Amsko 地区，位于潮湿的山区。围栏由 3CR12 制成，表面为冷轧 2B，总长度约为 35 公里。围栏的设计使用寿命为 25 年，于 2003 年 3 月 19 日接受检查，结果发现尽管有色斑，但状况良好。该围栏完全免维护，与周围环境融为一体。最初，公众的看法是，选择闪亮的围栏与周围环境不一致。检查前不久，一场草原大火袭击了该地区，但对 3CR12 围栏没有影响。如果围栏由传统的镀锌碳钢丝网制成，火焰会破坏镀锌并使碳钢直接暴露在空气中。

图1 3CR12山区围栏

3CR12 混凝土钢筋

钢筋混凝土广泛用于建筑物、工业厂房、隧道等各类公路设施，铁路桥梁和公路桥梁中最显眼的当属公路立交桥和天桥。

钢筋混凝土依靠混凝土的保护来防止钢筋腐蚀。随着时间的推移，空气中的二氧化碳会扩散到混凝土中，并在水蒸气的存在下中和混凝土的碱性，从而降低混凝土对钢筋的保护作用。碳化过程通常很缓慢，最终当混凝土的pH值达到7时，铁盐会变得可溶，钢筋开始腐蚀。海洋或工业环境中的氯离子会加速混凝土的劣化。氯离子非常小，可以渗透到大多数混凝土中。一旦它们与钢筋接触，就会开始腐蚀。腐蚀产物会导致混凝土剥落和破裂。

沿海港口、桥梁钢筋混凝土的预期使用年限为100年，因此腐蚀问题就显得尤为突出。为解决腐蚀问题，钢筋可采用涂层碳钢和价格昂贵的不锈钢，如304、316等。

最常用的涂层碳钢钢筋是热镀锌钢筋。然而，热镀锌钢筋在中等或高氯离子浓度下效果不佳。实验室研究表明，环氧涂层可以有效保护碳钢钢筋，但前提是涂层完好。经过五年的各种对比试验，不锈钢和3CR12在严重腐蚀环境中均具有良好的耐腐蚀性能。在海洋或恶劣的工业环境中，长期免维护的钢筋混凝土结构最好使用耐腐蚀钢材，预期使用寿命超过50年。用3CR12或其他不锈钢钢筋建造的建筑结构使用寿命长，可以最大程度地减少腐蚀问题造成的损失。在海洋或工业环境中，与碳钢钢筋混凝土结构相比，3CR12钢筋混凝土结构在总生命周期成本方面更具有经济优势。

3CR12 涂料的应用

3CR12容易变色，形成黑色的腐蚀层。3CR12为了美观或为提高耐腐蚀性能而涂漆。涂漆后的3CR12的耐腐蚀性能与表面漆层损坏后的耐腐蚀性能一样好。

图2 油漆涂层3CR12邮箱

图3 已使用超过20年的Bay配电箱

图 4 开普敦 Well 的彩绘围栏

3CR12在水工业中的应用

1979年，3CR12问世，并广泛应用于水环境中。3CR12可以耐一般腐蚀，耐腐蚀性能取决于材料表面形成的钝化膜。

3CR12已成功应用于管道、水箱、冷却塔格栅、沉淀池、牲畜饮水槽等。

20 世纪 80 年代初，3CR12 成功应用于市政污水净化系统。由于其良好的耐湿磨损和腐蚀性能，它被证明是碳钢的良好替代品。曝气器制造中常用的涂层碳钢在 1989/1990 年被 3CR12 成功取代。污水处理中的典型应用是围堰挡板、浮渣板、水闸、浮渣槽、格栅、楼梯顶部。

米德尔斯堡污水处理厂的浮选浓缩机于1989年投入使用，浓缩机直径8米，高3.6米，采用6mm和10mm厚的3CR12板材制成，经酸洗钝化处理，2003年外观依然完好如新。

图 5：1989 年在米德尔斯堡建造的浮选浓密机

碰碰车游乐场中的应用

20 世纪 80 年代初，迪拜码头赌场的碰碰车运营商面临着严重的维护问题。

碳钢材质的碰碰车地板不断受到腐蚀，通常发生在夜间或淡季，表面氧化层会被碰碰车磨成粉状并脱落，进而污染电动碰碰车，增加维护和维修成本。

采用规格为6*1000*的3CR12钢板替代碳钢作为碰碰车游乐场地板材料，钢板用螺栓固定在地面上，经过20多年的使用，2003年7月检查时地面依然光亮平整，碰碰车维护费用降低近80%。

图6 3CR12搭建的碰碰车游乐场地板