一种耐酸性土壤腐蚀耐磨的接地网合金材料

摘要

本实发明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。与现有技术比较，本发明的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，耐磨性能良好，且导电性能更加，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。

说明书

技术领域

本发明属于电网耐磨耐腐蚀金属材料技术领域，特别涉及一种耐酸性土壤腐蚀耐磨的接地网合金材料。

背景技术

在综合接地系统，通常采用纯铜棒或铜包钢等金属接地极。采用金属接地极，虽然可以降低综合接地系统的接地电阻，但由于存在金属腐蚀问题，铜的腐蚀速率在土壤中的典型值为0.19mm/年，铝的腐蚀速率在土壤中的典型值为0.55mm/年，铅的腐蚀速率在土壤中的典型值为0.42mm/年，钢的腐蚀速率在土壤中的典型值为0.66mm/年，会影响接地极的寿命。上述金属腐蚀率数据为均匀腐蚀，若发生点蚀，金属的腐蚀率更大，使用寿命会严重减少。

多年来，我国由接地问题引起的电力系统事故时有发生，每次事故造成的直接经济损失大约在数十万元到几百万元之间，由电力系统事故造成的停电所带来的间接经济损失更大。在我国的接地工程中，镀锌钢一直是主要的接地材料。很多地区，由于土壤的腐蚀性强，使得钢接地网出现腐蚀甚至断裂，接地电阻升高，在短路故障或雷击时，容易造成电气设备的损坏或危机人身安全。在腐蚀性较强的土壤中，接地网的1-2年就有可能损坏。因此在这些地区，防腐蚀已成为接地网建设的首要问题。采用镀锌钢存在一些不足：一是为了防止腐蚀引起的事故，镀锌钢加大截面积是一种常用的方法，但是存在浪费材料严重，又增加了施工难度，并且在强腐蚀地区无法防止局部腐蚀引起的断裂；二是，针对镀锌钢耐腐蚀性差的问题，有关规范要求接地网需要定期开挖检查，或者定期改造、重建，这既影响了发变电站的正常运行，又大大增加了工程投入，而且很多接地网建于建筑物下面，造成地网开挖、改造的巨大困难。

国际上普遍采用铜接地网或铜接地装置，基本没有接地网的腐蚀问题。实际应用中反应出一些问题：如铜材料价格昂贵，难以被广泛使用，仅在一些重点工程或特殊工程中应用；由于昂贵，经常发生被偷盗事故，可能引发更大的接地事故发生；对土壤和地下水存在污染；还有在酸性环境下耐蚀性较差。

电力系统接地装置一般由水平接地极、垂直接地极和接地引线组成。铝合金是接地材料的一种，通常被用来作为接地引线。铝在自然环境条件下表面会生成一层致密的氧化膜，氧化膜能够阻止阳极反应，使铝不发生腐蚀。在酸性土壤中，铝的氧化膜溶解于土壤中，发生均匀腐蚀。在中碱性土壤中，铝的腐蚀发生在氧化膜破损处，主要表现为局部腐蚀，严重的甚至穿孔。铝腐蚀造成接地引线变细，接地电阻升高，在遭受雷电或短路时引起事故，无法保证电网安全运行。因此提高接地材料耐腐蚀性，保证电力系统接地性能的稳定性，延长接地网的使用寿命，降低电网运营成本，是电力系统安全经济生产所迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供一种耐酸性土壤腐蚀的接地网耐蚀合金材料，这种材料的成分设计更为合理、所添加之耐蚀元素更符合电化学腐蚀抑制原理。

实现上述目的采取的技术方案是：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。

本发明的耐酸性土壤腐蚀的接地网耐蚀合金材料，也可以含有下述重量百分比成分中的至少一种：Ir：0.000001~0.000003%、Ru：0.0000003~0.000005%、Rh：0.0000002~0.000006%。

本发明中上述各合金元素的作用及其耐蚀机理如下：合金材料中的碳：主要作用是提高合金材料强度，碳的含量过高使渗碳体碳化铁含量增加，一方面对合金的焊接不利，另一方面碳化铁和基体合金产生电偶腐蚀，使合金整体耐蚀性能下降，为了避免碳的不利影响，因此，本发明的碳含量应控制在0. 1~0. 25%之内。

合金材料中的磷：P虽然是杂质元素，但对抗酸性土壤腐蚀性能有利元素，具有提高钢在接地网环境下耐均匀腐蚀以及耐点蚀的作用，其在腐蚀过程中形成PO43-，起到阴极性缓蚀剂的作用。但是，当P的含量越低，对刚的生产成本越高，同时需要先进的生产工艺。因此，本发明将磷的含量控制在0.06~0.08%之内，不会使钢的焊接性能降低，同时降低了成本，能够在钢表面形成均匀的锈层从而抑制腐蚀，并起到阴极性缓蚀剂的作用。

合金材料中的硫：硫是合金冶炼中不或缺的元素，硫对合金的焊接性强度不利，但是当P含量低于0.012%时会导致钢的成本急剧增加，同时先进的生产工艺。因此，本发明将硫的含量控制在0.012~0.015%。

合金材料中的硅：硅是脱氧和保证钢的强度，硅的含量过低不能保障最低强度，过高影响焊接性能。因此，本申请的硅含量应控制在1.2~1.8%之内。

合金材料中的锰：锰与硅一样，作用是脱氧和强度所需元素，同时会提高钢的耐磨性能，锰可以减弱合金因硫引起的脆性，改善钢的加工性能。锰的含量过高会使晶粒粗化，容易使钢产生白点。因此，本申请的锰含量应控制在0.1~0.18%之内，使合金材料的耐磨性能达到最佳。

合金材料中的银：银性质稳定，是耐蚀元素，不易受酸碱的腐蚀，质软富有延展性，导电率高，主要作用是提高合金耐均匀腐蚀的性能，其在钢的表面形成致密的化物薄膜，使基体与腐蚀环境隔离，从而抑制了腐蚀的进行。且会显著降低阳极活性，同时提高合金的导电性能，但铜的含量过高会增加成本，因此，本申请将银的含量应控制在0.000001~0.00006之内。

合金材料中的钨：是有色合金的强度、硬度、耐磨性能良好，同时化学性质稳定，钨的化学性质很稳定，常温时不跟空气和水反应，不加热时，任何浓度的盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸以及王水对钨都不起作用，由于这种特性，能够显著提高合金的耐腐蚀性能。即使钢板腐蚀，产生的锈中生成WO₄^2-，由于该WO₄^2-的存在，抑制氯化物离子侵入钢板表面，在钢板表面的阳极部等pH下降的部位处产生难溶性的FeWO₄，该FeWO₄的存在，也抑制氯化物离子侵入钢板表面，通过抑制氯化物离子侵入钢板表面，有效地抑制钢板的腐蚀。因此，本申请将钨的含量控制在0.03~0.09%。

合金材料中的锡：锡的化学性质很稳定，用来提高合金的耐腐蚀性能，在常温下不易被氧气氧化，所以它经常保持银闪闪的光泽，且锡无毒，不会污染土壤。因此，本申请将锡的含量控制在0.6~0.8%。

 合金材料中的钒：细化晶粒作用强，可提高钢的强度和韧性，减小过热敏感性，提高热稳定性，钒在空气中250℃以下是稳定的，有良好的可塑性、可锻性。在钢板表面的阳极部等pH下降的部位处产生难溶性的有2＋、3＋、4＋、5＋等多种价态，五价钒有氧化性，低价钒有还原性。对稀硫酸、稀盐酸、稀磷酸保持相对稳定。因此，本申请将钒的含量控制在0.2~0.5%。

    合金材料中的铱：铱的化学性质很稳定。是最耐腐蚀的金属，铱对酸的化学稳定性极高，不溶于酸，只有海绵状的铱才会缓慢地溶于热王水中，如果是致密状态的铱，即使是沸腾的王水，也不能腐蚀铱；稍受熔融的氢氧化钠、氢氧化钾和重铬酸钠的侵蚀。一般的腐蚀剂都不能腐蚀铱。在钢板表面的阳极部等pH下降的部位处产生难溶性的有2＋、4＋、6＋多种价态，有效地抑制钢板的腐蚀。微量的铱能够提高合金热电性能良好、高温抗氧化、耐腐蚀性能。因此，本申请将铱的含量控制在0.000001~0.000003。

    合金材料中的钌：化学性质很稳定，在温度达100℃时，对普通的酸包括王水在内均有抗御力，对氢氟酸和磷酸也有抗御力，钌主要是提高合金的耐腐性能。因此，本申请将钌的含量控制在0.0000003~0.000005%。

合金材料中的铑：铑是质极硬，耐磨，也有相当的延展性。能够提高合金的硬度、耐磨性能及耐腐蚀性能，在钢板表面的阳极部等pH下降的部位处产生难溶性的有2＋、4＋、6＋多种价态，有效地抑制钢板的腐蚀。因此，本申请将钌的含量控制在0.0000002~0.000006%。

与现有技术比较，本发明的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，耐磨性能良好，且导电性能更加，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。

具体实施方式

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。

本发明的耐酸性土壤腐蚀的接地网耐蚀合金材料，也可以含有下述重量百分比成分中的至少一种：Ir：0.000001~0.000003%、Ru：0.0000003~0.000005%、Rh：0.0000002~0.000006%。

优选的，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：0.000003~0.00005%、W：0.04~0.06%、Sn：0.6~0.8%、V：0.3~0.4%、其余为铁。

本发明的耐酸性土壤腐蚀的接地网耐蚀合金材料，也可以含有下述重量百分比成分中的至少一种：Ir：0.000001~0.000003%、Ru：0.0000003~0.000005%、Rh：0.0000002~0.000006%。

实施例一

本发明的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%、P：0.06%、S：0.012%、Si：1.2%、Mn：0.1%、Ag：0.000001%、W：0.03%、Sn：0.6%、V：0.2%、Ir：0.000001%、其余为铁。

实施例二

本发明的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：0.25%、P：0.08%、S：0.015%、Si：1.8%、Mn：0.18%、Ag：0.00006%、W：0.09%、Sn：0.8%、V：0.5%、Ru：0.000005%、其余为铁。

实施例三

本发明的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：0.2%、P：0.07%、S：0.013%、Si：1.5%、Mn：0.14%、Ag：0.0000035%、W：0.06%、Sn：0.7%、V：0.25%、Ir：0.000002%、其余为铁。

实施例四

本发明的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：0.2%、P：0.07%、S：0.013%、Si：1.5%、Mn：0.14%、Ag：0.0000035%、W：0.06%、Sn：0.7%、V：0.25%、Ir：0.000002%、Ru：0.0000004%其余为铁。

实施例五

本发明的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：0.2%、P：0.07%、S：0.013%、Si：1.5%、Mn：0.14%、Ag：0.0000035%、W：0.06%、Sn：0.7%、V：0.25%、Ir：0.000002%、Ru：0.0000004%、Rh：0.0000004%、其余为铁。

将上述实施例1-5的耐酸性土壤腐蚀的接地网耐蚀合金材料产品使用常规方法在沿海地区进行耐土壤腐蚀性能测试得测试结果如表1所示：

表1:600天土壤腐蚀平均速率表