CN100554478C

CN100554478C - 一种含铌高强度耐腐蚀钢筋用钢及其轧制工艺

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Publication number: CN100554478C
Application number: CNB2007101335996A
Authority: CN
Inventors: 孙维; 郭湛; 完卫国; 陈开智
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2007-09-22
Filing date: 2007-09-22
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2027-09-22
Also published as: CN101144137A

Abstract

本发明公开了一种铌高强度耐腐蚀钢筋用钢及其生产工艺，由以下合金元素按重量百分比(wt%)组成：0.17-0.24%C、0.55-0.75%Si、1.35-1.50%Mn、0.02-0.04%Nb、0.04-0.10%Re，其余为Fe和杂质元素。采用普通钢种的冶炼方法冶炼后连铸成钢坯，轧制工艺参数为：加热温度1100～1200℃，开轧温度1000±50℃，终轧温度900～1100℃；上冷床温度850～950℃。本发明与普通钢筋相比在氯盐、工业大气等环境下具有更好的耐腐蚀性能，另一方面，本发明钢筋的生产成本低、生产工艺简单。

Description

一种含铌高强度耐腐蚀钢筋用钢及其轧制工艺

技术领域

本发明属于高强度耐腐蚀钢及其生产工艺，特别涉及用于钢筋的高强度耐腐蚀钢及其生产工艺。

背景技术

随着科学技术的发展，环境保护要求给工程材料提出了更高的要求，所以钢筋的耐腐蚀性能已成为工业化国家的主要研究课题，提高钢筋的使用寿命的各种耐腐蚀钢筋、耐侯钢筋正在不断得到应用，通过在钢筋中加入耐腐蚀元素或采用涂层、阻锈剂等方式，研制、生产出不同强度级别的耐侯钢筋和在特殊场合使用的耐腐蚀钢筋。

对于高强度钢筋，国标GB1499-1998中有规定，其屈服强度可达400MPa、500MPa级，目前以生产400MPa级为主，其主要成分的重量百分浓度为：C≤0.25％，Si≤0.80％，Mn≤1.60％，P、S≤0.045％，Ceq≤0.55％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15，根据需要，钢中还可加入V、Nb、Ti等元素。

济南钢铁公司研究了主要成分的重量百分浓度为C＝0.10-0.12％，Cr＝0-0.78％，Ni＝0.32-0.67％，Mo＝0-0.52％，V＝0-0.06％，Cu＝0.30-0.36％的低碳高强度耐腐蚀钢筋(《特殊钢》2004年第6期)，但钢中含有较高的Cr、Cu、Ni、Mo等合金元素，不仅提高了生产成本，同时也增加了生产的难度。

关于耐蚀钢可分为耐大气腐蚀钢即耐候钢和耐海水腐蚀钢，目前我国有集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台及化工石油设备等耐蚀钢相关的标准，如：GB/T 4171-2000，高耐候结构钢，GB/T 18982-2003集装箱用耐腐蚀钢板及钢带，宝钢企业标准Q/BQB 340-2003耐腐蚀结构用热连轧钢板及钢带等。耐候钢一般是向钢中添加一定量的Cu、P等耐蚀元素，主要有Cu-P、Cu-P-Cr-Ni两个系列，有295MPa、345MPa、390MPa三个强度级别。而国内目前生产的耐海水腐蚀钢基本上是引进国外成熟的钢种牌号，主要有：美国Cu-P-Ni系列的Mariner钢，日本Cr-Cu-Mo系列的Mariloy钢等。但耐蚀钢中的Cu元素会引起钢的“热脆”，降低钢材的热加工性能，在加热、轧制的过程中若工艺参数控制不当将会在钢材表面产生网状裂纹即龟裂；P在钢中将提高钢的脆性转变温度，使钢材易产生“冷脆”，降低钢材的塑韧性，特别是降低钢材的低温冲击韧性，并恶化钢材的焊接性能。近年来，为了使耐蚀钢在保证良好耐蚀性能的同时具有所需的高强度，国内外的研究人员进行了大量的生产工艺方面的改进。如法国推出了牌号为APS20A耐海水腐蚀钢(Cr₄Al)的新生产工艺，该工艺是在冶炼时将钢水含碳量严格控制在0.12％以下，摒弃了向钢水中添加Cu、P的冶炼工艺，而是向钢水中添加0.70～1.00％的Al合金元素，以及3.9～4.3％的Cr合金元素。虽然采用该工艺生产的耐蚀钢克服了Cu、P耐蚀钢强度低的不足，但是该工艺所要求的苛刻的工艺参数以及较高的生产成本使其在推广应用方面受到了一定的限制。

中国专利200610098398.2，发明名称为“一种耐蚀碳素结构钢的生产工艺”，申请日为2006年12月18日。该发明涉及一种添加稀土的耐腐蚀碳素结构钢，由以下合金元素按重量百分比(wt％)组成：C≤0.21％；Si≤0.35％；0.80~1.20％Mn；0.015％~0.035P％，Re≤0.07％，其余为Fe和杂质元素，3.5≥Re/S≥2.0，[O]_固溶为50～80ppm。该发明利用稀土元素使钢中硫化物夹杂进行变性，形成稀土硫化物，使夹杂物由条片状变为球状，其点蚀诱发敏感性下降，从而使钢材的耐蚀性提高。耐腐蚀碳素结构钢的蚀坑扩展速度平均水平比同级别的普通碳素结构钢减低15％。与Cu-P、Cu-P-Cr-Ni、Cr-Cu-Mo系耐蚀钢相比，该发明能降低成本，提高韧性及焊接性能，但耐蚀性能不足。

随着我国建筑行业的蓬勃发展，对钢筋的性能尤其是耐腐蚀性能的要求越来越高，用于钢筋的高强度耐腐蚀钢的开发已迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低耐腐蚀性能较高的高强度耐腐蚀钢筋用钢及其轧制工艺。

本发明解决技术问题的技术方案为：一种含铌高强度耐腐蚀钢筋用钢，由以下合金元素按重量百分比(wt％)组成：0.17-0.24％C、0.55-0.75％Si、1.35-1.50％Mn、0.02-0.04％Nb、0.04-0.10％RE，其余为Fe和杂质元素。

所用RE为混合稀土，其中铈重量百分比(wt％)＞45％

一种含铌高强度耐腐蚀钢筋用钢的轧制工艺，加热温度1100～1200℃，开轧温度1000±50℃，终轧温度900～1100℃，上冷床温度850～950℃。

本发明钢是利用生产普通钢筋所需原料、设备以及冶炼常规生产工艺，在冶炼时采用已知方法，把钢中的C、Mn分别调整到0.17～0.24％C、1.35-1.50％Mn，把钢中的P、S降至0.030％以下，按常规操作方式向钢水中添加几种已知的合金元素，并采用控制冷却工艺进行轧制。

本发明钢种只需按上述成分范围，在转炉、电炉或其它冶炼炉中按常规冶炼工艺即可实现，并能在普通棒材轧机上采用普通轧制工艺以及控制冷却的条件下生产出高强度耐腐蚀钢筋。

所用稀土为混合稀土，其中铈＞45％，RE价格便宜且具有良好的耐腐蚀能力。Re具有良好耐蚀性能的原因有：(1)RE净化了钢水质量，使钢水中O、S含量大大降低，减少了钢中夹杂总量；(2)RE可将钢水中腐蚀速率大的夹杂(如MnS)变性为腐蚀速率小的稀土夹杂，降低钢基体内部微区域电化学腐蚀，并能球化MnS，提高锈层与钢基体的钉扎作用。(3)RE加入到含P钢中，可使P的宏观偏析减少。

采用Nb、RE的组合也有效的发挥了各元素的作用。Nb在钢中以置换溶质原子存在，Nb原子比铁原子尺寸大，易在位错线上偏聚，对位错攀移产生强烈的拖曳作用，使再结晶形核受到抑制，对再结晶具有强烈的阻止作用，提高了奥氏体的再结晶温度，从而达到细化奥氏体晶粒的目的，晶粒细化不仅能提高钢材的强韧性，改善钢材的综合力学性能；而且可提高腐蚀初期的腐蚀速率，并加速稳定锈层α-2FeOOH形成的动力学，从而提高钢材的耐腐蚀性能。另外，Nb在铁元素中的溶解度大于在锈层中的溶解度，并可提高钢基体的电化学电位。因此，Nb、RE的组合可提高钢的耐腐蚀性能。

控制冷却技术即通过对冷却工艺参数(加热温度、开轧温度、终轧温度、上冷床温度等)的合理控制，为钢的相变做好准备，并通过控制相变过程的冷却速度，在钢材表面获得一层较为细小的晶粒组织，从而提高和改善钢材的综合力学性能以及耐腐蚀性能。

用这种钢采用控冷技术生产出的热轧钢筋性能可达到下列要求：屈服强度Rel(Rp0.2)≥400MPa，抗拉强度Rm≥570MPa，伸长率A％≥14％。而且与普通钢筋相比在氯盐、工业大气等环境下具有更好的耐腐蚀性能。使用本发明高强度耐腐蚀钢筋用钢可提高建筑结构钢材的耐腐蚀性，提高其使用的耐久性和安全性。另一方面，本发明钢筋的生产成本低、生产工艺简单。因此具有良好的市场前景。

具体实施方式

实施例1-3均采用中频炉冶炼，在ф300mm棒材轧机上轧制，钢筋规格φ16mm。

盐雾试验是模拟材料在沿海氯离子污染的大气环境中的腐蚀行为，周浸试验是模拟材料在含SO₂的工业大气环境下的腐蚀行为。采用相对腐蚀速率来比较本发明钢与对比钢(HRB400)在这两种试验条件下的耐腐蚀能力，相对腐蚀率＝本发明钢的腐蚀率/对比钢(HRB400)的腐蚀率，腐蚀率采用失重法计算。相对腐蚀率越低表明耐腐蚀能力越强，

表1：盐雾试验和周浸试验的条件

	盐雾试验	周浸试验
	盐雾试验	周浸试验	试验设备	FQY010型盐雾箱	F1-65型周浸试验机
试验标准	GB10125-97	TB/T2375-93	试验设备	FQY010型盐雾箱	F1-65型周浸试验机
试验标准	GB10125-97	TB/T2375-93	腐蚀介质	5％NaCl	0.01MNaHSO<sub>3</sub>，3L/天补加0.02MNaHSO<sub>3</sub>
PH值	6.5～7.2	4.4～4.8	腐蚀介质	5％NaCl	0.01MNaHSO<sub>3</sub>，3L/天补加0.02MNaHSO<sub>3</sub>
PH值	6.5～7.2	4.4～4.8	温度(℃)	35±2	45±2
相对湿度，％		60～80	温度(℃)	35±2	45±2
相对湿度，％		60～80	时间(h)	96	96

注：周浸试验循环周期为60min，其中浸润时间为12±1.5min。

实施例1：

将钢水中的各种元素重量成份分别调整为：C＝0.2％、Si＝0.61％、Mn＝1.49％、Nb＝0.037％、RE＝0.077％，P＝0.025％，S＝0.014％，RE为混合稀土，其中铈＝47％，在轧制工序中，加热温度为1160-1190℃，开轧温度为990-1030℃，终轧温度为970-1100℃；在冷却工序中，上冷床温度为890-940℃。

实施例2：

将钢水中的各种元素重量成份分别调整为：C＝0.23％、Si＝0.61％、Mn＝1.5％、Nb＝0.031％、RE＝0.045％，P＝0.024％，S＝0.014％，RE为混合稀土，其中铈＝49％，在轧制工序中，加热温度为1140-1170℃，开轧温度为990-1010℃，终轧温度为960-1100℃；在冷却工序中，上冷床温度为880-920℃。

实施例3：

将钢水中的各种元素重量成份分别调整为：C＝0.24％、Si＝0.56％、Mn＝1.38％、Nb＝0.03％、RE＝0.061％，P＝0.026％，S＝0.016％，RE为混合稀土，其中铈＝51.2％，在轧制工序中，加热温度为1140-1160℃，开轧温度为980-1010℃，终轧温度为960-1000℃；在冷却工序中，上冷床温度为880-920℃。

实施例1-3耐腐蚀性能、力学性能见表2。

	实施例1	实施例2	实施例3
	实施例1	实施例2	实施例3	盐雾试验	50	60	58
周浸试验	54	64	50	盐雾试验	50	60	58
周浸试验	54	64	50	Rel，MPa	455/460/455	460/464/461	450/460/464
Rm，MPa	640/646/650	646/650/644	650/656/660	Rel，MPa	455/460/455	460/464/461	450/460/464
Rm，MPa	640/646/650	646/650/644	650/656/660	A，％	19/20/20	20/20/19	20/19/19

试验结果表明实施例1-3所制备的钢在氯盐环境、含SO₂的工业大气环境下比HRB400钢具有更高的耐腐蚀能力。

Claims

1、一种含铌高强度耐腐蚀钢筋用钢，其特征在于：由以下合金元素按重量百分比(wt％)组成：0.17-0.24％C、0.55-0.75％Si、1.35-1.50％Mn、0.02-0.04％Nb、0.04-0.10％RE，其余为Fe和杂质元素；

所述的RE为混合稀土，其中铈的重量百分比(wt％)＞45％。

其轧制工艺为：加热温度1100～1200℃，开轧温度1000±50℃，终轧温度900～1100℃，上冷床温度850～950℃。