CN101818306A - 耐碱性土壤腐蚀的热轧u型钢板桩用钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢及生产方法。其化学成分及重量百分比：C 0.15～0.26％、Mn 0.8～1.4％、Si 0.10～0.6％、S≤0.020％、P≤0.02％、Cu 0.2～0.5％、Ni 0.1～0.25％，其余为Fe及不可避免的杂质；其步骤：转炉冶炼及精炼：控制终渣碱度R在2～5；连铸：控制长水口插入结晶器深度在100～300毫米；将连铸坯加热到1050～1150℃；轧制：开轧温度1020～1100℃，在铜的熔点温度1083℃以下轧制。本发明浇铸时不会产生钢水翻滚及卷渣现象，产品耐碱性土壤腐蚀性能优良，满足热轧钢板桩在碱性土壤中使用时耐蚀性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢板桩用钢及其生产方法，具体属于耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。
背景技术
钢板在土壤中的腐蚀属于最重要的腐蚀问题之一，土壤可以说是最复杂的腐蚀介质，不同土壤的含盐量、吸水性、微生物活动等理化性质差别很大，它是由一个气、液、固三相物质构成的复杂系统。钢板桩由于它的特殊结构，具有独特的优点：高强度、轻型、隔水性能好；耐久性强，使用寿命达到20-50年；可重复使用，一般可使用3-5次；环保效果显著，在施工中可大大减少取土量和混凝土的使用量，有效保护土地资源；具有较强的救灾抢险的功能，尤其是在防洪、塌方、塌陷、流沙的抢险救灾中，见效特别快；施工简单，工期缩短，建设费用较省。
正是钢板桩具有如此多的独特功能和优势，因而它广泛用于挡土、挡沙墙等；在抗洪抢险上，可用于防洪、防塌方、防塌陷、防流沙等。因此，钢板桩在施工过程中，将面临土壤腐蚀的问题，由于我国地域辽阔，土壤类型较多，主要有酸性土壤、中性土壤及碱性土壤，我国东北、华北和宁夏一带为盐渍化土壤组合或与碱土伴生，其土壤具有较高的含盐量，属于碱性土壤。对地下的钢铁材料构件腐蚀性强，因此有必要研制一种耐碱性土壤腐蚀的热轧钢板桩。
在公开的标准BS EN 1993-5：2007、美标A 572/A 572M-07、JIS A 5528：2006和中国国家标准GB/T 20933-2007中关于热轧钢板桩没有提到碱性土壤腐蚀的问题。在本发明前，国内外所公开的专利均没有涉及到热轧钢板桩耐碱性土壤腐蚀的问题
发明内容
本发明的目的在于解决上述在此技术领域用钢存在的不足，提供一种通过成分设计合理及生产工艺的优化，耐碱性土壤腐蚀性能优良，并能重复使用、在浇铸时钢水不会产生翻滚及卷渣现象的具有耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。
实现上述目的的技术措施：
耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.15～0.26％、Mn 0.8～1.4％、Si 0.10～0.6％、S≤0.020％、P≤0.02％、Cu 0.2～0.5％、Ni 0.1～0.25％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其在于：Ni与Cu按照Ni∶Cu＝1∶2添加。
一种生产耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：
1)在转炉进行冶炼并精炼：控制终渣碱度R在2～5之间；
2)进行连铸：在浇铸时为防止钢水产生翻滚及卷渣现象，控制长水口插入结晶器深度在100～300毫米；
3)将连铸坯加热到1050～1150℃；
4)进行轧制：控制开轧温度在1020～1100℃，控制轧制温度在铜的熔点温度1083℃以下轧制。
其在于：长水口插入结晶器深度最佳在150～200毫米。
本发明中各合金元素的作用及机理：
C：C是提高强度最经济有效的合金元素，但C含量过高对钢的焊接性能不利，并且会促进珠光体转变，降低钢的耐碱性土壤腐蚀性能。因此，将C含量控制在0.15～0.26％范围内。
Mn：Mn主要固溶于铁素体中以提高材料的强度，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一定量的锰可以消除或减弱钢因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能。但当锰含量较高时，有使钢晶粒粗化的倾向，冶炼浇铸和轧后冷却不当时，容易使钢产生白点，因此Mn含量不易太高。故Mn含量控制在0.8～1.4％范围内。
Si：Si在钢中不形成碳化物，是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中，显著提高钢的弹性极限，故Si含量不宜过高，控制在0.10～0.60％范围内。
P：P是对抗碱性土壤腐蚀性能有利元素，P是阳极去极化剂，钢中加入P后可以促进钢的均匀溶解，有助于在钢表面形成均匀的a-FeOOH锈层，阻止进一步腐蚀。但是P在钢中容易造成偏析恶化焊接性、显著降低钢的低温冲击韧性、提高脆性转变温度，故将P含量控制P≤0.02％。
S：S是强烈的裂纹敏感性元素，因而应尽可能的低，S含量过高，会形成大量的MnS，MnS在钢液凝固时易在晶界析出，在热轧时被轧成带状夹杂，降低了钢材的延展性及韧性，因此S含量越低越好，S含量控制在≤0.020％。
Cu：Cu是提高耐腐蚀性能的主要合金元素，钢中含有一定量的铜，能有效提高钢的耐腐蚀性能，同时，Cu通过固溶强化能提高钢的强度。但是Cu含量过高会产生铜脆现象，而且当铜含量达到一定的量再增加含量其耐蚀性并非大幅提高，况且，铜含量过高会影响其焊接性能。故将Cu含量控制0.2％～0.5％范围内。
Ni：Ni是提高耐腐蚀性能的合金元素，同时Ni固溶于钢中，钢中加入Ni元素富集于靠近基体的金属锈层中，形成致密、粘附性强、接近于非晶态的稳定锈层。此种锈层能够阻碍腐蚀性介质向基体渗透，使钢的耐蚀性增加，Ni能够显著改善钢的低温韧性。此外含铜钢中加入一定量的Ni可以使晶间产生熔点较高的CuNi化合物，防止产生“铜脆”现象，为达到最佳效果，镍铜含量比按照1∶2添加。故将Ni含量控制0.1～0.25％范围内。
本发明浇铸时不会产生钢水翻滚及卷渣现象，产品耐碱性土壤腐蚀性能优良，满足热轧钢板桩在碱性土壤中使用时耐蚀性能要求，并能重复打桩使用，其生产工艺简单，利于推广。
具体实施方式
实施例1
耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.15％、Mn0.8％、Si 0.10％、S 0.020％、P 0.0195％、Cu 0.2％、Ni 0.1％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：
1)在转炉进行冶炼并精炼：控制的终渣碱度R为2；
2)进行连铸：在浇铸时为防止钢水产生翻滚及卷渣现象，控制长水口插入结晶器深度在100毫米；
3)将连铸坯加热到1050～1060℃；
4)进行轧制：控制开轧温度在1020～1030℃，轧制温度在铜的熔点温度1083℃以下的1082℃轧制。
实施例2
耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.175％、Mn0.91％、Si 0.19％、S 0.0195％、P 0.0192％、Cu 0.28％、Ni 0.14％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：
1)在转炉进行冶炼并精炼：控制的终渣碱度R为2.9；
2)进行连铸：在浇铸时为防止钢水产生翻滚及卷渣现象，控制长水口插入结晶器深度在150毫米；
3)将连铸坯加热到1065～1080℃；
4)进行轧制：控制开轧温度在1035～1050℃，轧制温度在铜的熔点温度1083℃以下的1080℃轧制。
实施例3
耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.21％、Mn 1.1％、Si 0.296％、S 0.0192％、P 0.0192％、Cu 0.36％、Ni 0.18％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：
1)在转炉进行冶炼并精炼：控制的终渣碱度R为3.8；
2)进行连铸：在浇铸时为防止钢水产生翻滚及卷渣现象，控制长水口插入结晶器深度在200毫米；
3)将连铸坯加热到1095～1105℃；
4)进行轧制：控制开轧温度在1055～1070℃，轧制温度在铜的熔点温度1083℃以下的1075℃轧制。
实施例4
耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.239％、Mn 1.23％、Si 0.42％、S 0.0191％、P 0.019％、Cu 0.44％、Ni 0.22％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：
1)在转炉进行冶炼并精炼：控制的终渣碱度R为3.8；
2)进行连铸：在浇铸时为防止钢水产生翻滚及卷渣现象，控制长水口插入结晶器深度在250毫米；
3)将连铸坯加热到1115～1125℃；
4)进行轧制：控制开轧温度在1075～1085℃，轧制温度在铜的熔点温度1083℃以下的1082℃轧制。
实施例5
耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.26％、Mn 1.4％、Si 0.6％、S 0.0195％、P 0.0193％、Cu 0.5％、Ni 0.25％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：
1)在转炉进行冶炼并精炼：控制的终渣碱度R为5.0；
2)进行连铸：在浇铸时为防止钢水产生翻滚及卷渣现象，控制长水口插入结晶器深度在300毫米；
3)将连铸坯加热到1140～1150℃；
4)进行轧制：控制开轧温度在1090～1100℃，轧制温度在铜的熔点温度1083℃以下的1081℃轧制。
试验结果：
周浸试验溶液见表1，其是在模拟材料在碱性土壤中的腐蚀行为，采用腐蚀速度来表征耐腐蚀能力，腐蚀速度采用失重法计算，腐蚀速度越低，其耐腐蚀能力越强，其结果见表2。
表1周浸试验溶液情况
| pH | Cl-/％ | SO2- 4/％ | 温度(℃) | 周浸转速(圈/分钟) |
| 9 | 5.79 | 0.17 | 42±2 | 1/60 |
表2：产品周浸及力学性能试验结果
Claims (4)
1.耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.15～0.26％、Mn 0.8～1.4％、Si 0.10～0.6％、S≤0.020％、P≤0.02％、Cu 0.2～0.5％、Ni 0.1～0.25％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其特征在于：Ni与Cu按照Ni∶Cu＝1∶2添加。
3.一种生产权利要求1所述的耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：
1)在转炉进行冶炼并精炼：控制终渣碱度R在2～5之间；
2)进行连铸：并控制长水口插入结晶器深度在100～300毫米；
3)将连铸坯加热到1050～1150℃；
4)进行轧制：控制开轧温度在1020～1100℃，控制轧制温度在铜的熔点温度1083℃以下轧制。
4.如权利要求3所述的生产耐碱性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其特征在于：长水口插入结晶器深度在150～200毫米。
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