CN101709434A - 一种耐Clˉ腐蚀的高强度低合金钢筋及生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐Cl-腐蚀的高强度低合金钢筋及生产方法，属于钢筋技术领域。基本合金体系中合金元素重量百分含量为：C：0.08％～0.25％、Si：0.35％～1.1％、Mn：0.7％～2.0％、P：0.05％～0.10％，S：0.010％，Cr：0.30％～1.60％、Cu：0.2％～0.80％，Ni：0.2％～1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质元素，根据钢筋性能要求可同时微量添加一种或几种微合金元素V、Nb、Ti、B等，其总量控制在0.01～0.5％范围。优点在于，成本经济、合理，钢筋的耐Cl-腐蚀性能明显优于碳钢。其性能指标达到GB1499-2007中400MPa级钢筋的要求，焊接性能和机械连接性能良好，适用于海洋环境条件下、具有耐久性设计要求的混凝土结构使用。
Description
技术领域
本发明属于钢筋技术领域，特别涉及一种耐Cl-腐蚀的高强度低合金钢筋及生产方法，具有优良耐Cl-腐蚀性能，其性能指标达到GB1499-2007的要求，适用于海洋环境条件下、具有耐久性设计要求的混凝土结构使用。
背景技术
钢筋混凝土是一种经济、方便使用的建筑材料。然而，其腐蚀劣化直接影响着建筑物的耐久性。其中，以Cl-腐蚀破坏最为严重。我国大陆海岸线长1.84万公里，大规模的基础建设多集中在沿海地区，尤其是海洋工程如码头、护坡和防护堤等由于氯离子引起的钢筋锈蚀破坏问题十分突出。同时，近年来沿海地区逐渐出现河砂匮乏的情况，使用不经技术处理的海砂的现象日趋严重。国内外的工程经验教训表明，海水、海风和海雾中的氯离子和不合理的使用海砂，严重影响混凝土结构耐久性。
为此，海洋环境下混凝土结构需要进行防护。根据耐久性等级要求，目前海港工程、临海建筑的防腐措施有以下几种：1、增加保护层厚度。2、添加钢筋阻锈剂。3、采用涂层钢筋，包括使用环氧树脂涂层钢筋和热浸镀锌钢筋。4、对钢筋进行阴极保护。5、使用耐腐蚀钢筋，如不锈钢钢筋。
上述方法可归纳为两大类，一是延缓初始腐蚀，即阻碍Cl-到达钢筋表面，二是延长钢筋的活化腐蚀时间，即初始腐蚀到安全服役寿命终止的时间。
增加保护层厚度和致密性对结构承重不利，成本也同样需要考虑。环氧涂层和镀锌钢筋在运输过程中容易破损致使局部腐蚀加剧。而且在高Cl-浓度条件下，涂层钢筋容易分层，加速钢筋腐蚀。现有的不锈钢钢筋添加了大量的合金元素Cr、Ni，含铬量一般不低于12％，高的甚至达到18％，其材料价格高昂，不能普遍使用。
针对大量的沿海建设需求和国家大力推广使用400MPa级高强钢筋的趋势，需要研发一种耐Cl-腐蚀的、成本经济合理的高强度低合金钢筋。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐Cl-腐蚀的高强度低合金钢筋及生产方法，具有优良耐Cl-腐蚀性能、成本经济合理。其成本低于环氧涂层钢筋和不锈钢钢筋，耐Cl-腐蚀性能优于碳钢。不仅如此，其强度和塑性达到GB1499-2007中400MPa级钢筋的性能指标要求，焊接性能和机械连接性能良好。在混凝土结构设计中可直接使用。
本发明的钢筋的基本合金成份按重量百分比计量(Wt％)：
C：0.08～0.25、Si：0.35～1.1、Mn：0.7～2.0、Cu：0.20～0.80、Cr：0.30～1.6、Ni：0.20～1.0、P：0.05～0.10、S：＜0.010，余量为Fe和不可避免的杂质元素。根据钢筋性能要求可同时微量添加一种或几种微合金元素V、Nb、Ti、B等，其总量控制在0.01～0.5％范围。
本发明钢的生产方法是：钢在热轧中采用细晶粒钢生产工艺：开轧温度900～950℃，控轧温度在820℃～880℃，轧后控冷温度在600℃～750℃的温度范围，细化晶粒，所生产钢筋的力学性能达到GB1499-2007中400MPa级钢筋的各项指标。
本发明所述的上述合金体系以普通碳锰钢为基础，炼钢工艺成熟稳定。钢中S含量小于0.010％，其目的在于减少夹杂物，降低腐蚀源。P含量0.05～0.10％，其目的在于考虑成本优先的情况下，利用Cu-P复合，提高基体电位，在这种情况下可减少添加其他耐腐蚀合金元素，形成以Cu-P为主的合金系。本发明所述的合金成分中Cu的添加量不易超过0.80％，以免增加Cu脆的风险。P的添加量同样需要限制，上限不超过0.10，以避免P偏析而降低材料的塑性。耐腐蚀性合金元素Cr、Ni等添加均采用微量控制，Cr元素和Cu元素容易在内锈层富集，Ni元素在锈层中均匀分布，有助于提高钢基体的稳定性，提高钢的自腐蚀电位。而且Cu和Ni复合作用可以增大锈层的阻抗。添加Ni等可有效控制钢的局部腐蚀。在添加Cr、Ni的合金体系中应降低P的含量，使其控制在0.05％以内，减小P偏析带来的问题。
根据实际需要，在上述成分体系基础上还可以添加V、Nb、Ti、B等合金元素，以改善钢筋的强度和韧性。这些元素可单个添加或复合添加，其总量控制在0.01～0.5％范围。
近年来的研究表明：晶粒细化不仅可以提高材料强韧性，还可以使腐蚀更均匀、锈层均匀致密。为此，含有上述成分的钢在轧制过程中采用了细晶粒钢生产工艺控制技术，可生产出满足400MPa级要求的钢筋，其在Cl-环境中腐蚀性能优于碳钢。
本发明的优点在于，成本经济、合理，钢筋的耐Cl-腐蚀性能明显优于碳钢。其性能指标达到GB1499-2007中400MPa级钢筋的要求，焊接性能和机械连接性能良好，适用于海洋环境条件下、具有耐久性设计要求的混凝土结构使用。
附图说明
图1为本发明实施例1中0#对比钢和2#、6#、9#试验钢在不同浓度NaCl溶液中的平均腐蚀速率。
具体实施方式
实施例1
表1所述的成分经炼钢、连铸、热连轧，轧制工艺采用细晶粒钢生产工艺(开轧温度900～950℃，控轧温度在850℃±30℃，轧后控冷温度不低于600℃)，轧制成φ16mm的螺纹钢筋，其力学性能见表2。为了测试本发明所述钢筋的耐Cl-腐蚀性能，以普通碳钢作为对比钢种，进行了如下实验：
表1
表2：试验钢力学性能
参照TB/T 2375-93铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法，对实验溶液浓度、PH值和加速腐蚀时间进行设定。试验条件如下：
试验溶液：NaCl溶液+饱和Ca(OH)2
溶液中NaCl浓度分别为1.5％、1.75％、2.5％、3.5％
补给溶液：试验温度：45±2℃
相对湿度：70±5％RH
周浸轮转速：1圈/60分种
试验时间：72h
加速腐蚀实验结果见表3、表4和图1。
表3：试验钢平均腐蚀速率
表4：试验钢相对腐蚀速率
如表4的数据所述，试验钢的相对腐蚀速率均小于碳钢。在溶液中NaCl浓度为3.5％时，8#试验钢的相对腐蚀速率是碳钢的24.5％。
实施例2
采用表5所述成分，经炼钢、连铸、热连轧，轧制工艺采用细晶粒钢生产工艺(开轧温度900～950℃，控轧温度在850℃±30℃，轧后控冷温度在600℃～750℃范围内，轧制成φ20mm的螺纹钢筋，其力学性能见表6。采用实施例1中的试验方法进行测试试验钢的耐Cl-腐蚀性能，试验钢和对比钢的平均腐蚀率见表7。
表5：试验钢成份
| 试验钢编号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | Ni | Nb | 说明 |
| 0# | 0.23 | 0.36 | 0.74 | 0.017 | 0.042 | 0.020 | 0.015 | / | ＜0.005 | 对比钢 |
| 11# | 0.19 | 0.64 | 1.12 | 0.068 | 0.008 | 0.060 | 0.32 | 0.050 | 0.028 | 试验钢 |
表6：轧制成φ20mm螺纹钢筋的力学性能
表7：
如表7的数据所述，在溶液中NaCl浓度为2.5％时，试验钢的耐Cl-腐蚀性能优于碳钢，相对腐蚀速率是碳钢的59％。
对实施例1和实施例2中的钢筋进行焊接型式检验，焊后进行拉伸，全部断在母材，表明本发明所涉及的耐Cl-腐蚀高强度低合金钢筋焊接性能良好。
对实施例1和实施例2中的钢筋进行机械连接试验，未见异常现象，说明本发明所涉及的耐Cl-腐蚀高强度低合金钢筋对现有的滚轧剥肋直螺纹接头加工形式具有良好的适应性。
Claims (2)
1.一种耐Cl-腐蚀的高强度低合金钢筋，其特征在于，基本合金成分按重量百分比计量为：C：0.08～0.25、Si：0.35～1.1、Mn：0.7～2.0、Cu：0.20～0.80、Cr：0.30～1.6、Ni：0.20～1.0、P：0.05～0.10、S：≤0.010，余量为Fe和不可避免的杂质元素；或者，同时另加微合金元素V、Nb、Ti、B中的微量添加一种或几种；微合金元素总量控制在0.01～0.5％范围。
2.一种生产权利要求1所述钢筋的方法，其特征在于，采用的成分为：
C：0.08～0.25、Si：0.35～1.1、Mn：0.7～2.0、Cu：0.20～0.80、Cr：0.30～1.6、Ni：0.20～1.0、P：0.05～0.10、S：≤0.010，余量为Fe和不可避免的杂质元素；或者，同时另加微合金元素V、Nb、Ti、B中的微量添加一种或几种；微合金元素总量控制在0.01～0.5％范围；
钢在热轧中采用细晶粒钢生产工艺：开轧温度900～950℃，控轧温度在820℃～880℃，轧后控冷温度在600℃～750℃范围，细化晶粒，所生产钢筋的力学性能达到GB1499-2007中400MPa级钢筋的各项指标。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100519 |