CN101838773A - 耐酸性土壤腐蚀的热轧u型钢板桩用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于耐酸性土壤的热轧U型钢板桩用钢及生产方法。其组分及重量百分比：C 0.13～0.28％、Mn 0.6～1.5％、Si 0.10～0.6％、S≤0.020％、P≤0.02％、Cr 0.5～1.2％、Mo 0.15～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质；其步骤：冶炼：采用[Al]＜0.005％脱氧，开始出炉时一次性加入石灰，渣层厚度6-15mm；连铸：浇注温度1570℃～1580℃，过热度15～35℃，拉速1.0～2.0米/分钟，保护渣厚度2～5毫米；将连铸坯先预热到300℃，再加热到1150℃～1300℃；保温10～30分钟；轧制：开轧温度1100℃～1250℃，终轧温度850℃～920℃。

Description

耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢板桩用钢及其生产方法，具体属于耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。

背景技术

钢板桩的基本结构：一是钢制板桩，二是两边系接头结构，三是在土壤中或水中构成墙壁。由于它的特殊结构，因而具有独特的优点：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。此外，钢板桩能处理并解决挖掘过程中出现的一系列问题；使用钢板桩能提供必要的安全性，而且(救灾抢险的)时效性较强；能降低对空间的要求；不受天气条件的制约；在使用钢板桩的过程中，能简化检查材料或系统性能的复杂程序；保证其适应性，互换性良好。

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，我国南方是脱硅富铝化作用明显的酸性土壤。土壤的腐蚀性随不同土类和土壤的理化性质而变化。它与土壤中气、液、固三相物质有着密切的联系，并随着气候的变化而变化。一般来说，对地下的钢铁材料构件，酸性土壤的腐蚀性比中、碱性土壤的腐蚀性强，因此有必要研制一种耐酸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酸性土壤腐蚀的问题。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酸性土壤腐蚀的问题

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，耐酸性土壤腐蚀性能优良，并能重复使用的具有耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。

实现上述目的的技术措施：

耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.13～0.28％、Mn 0.6～1.5％、Si 0.10～0.6％、S≤0.020％、P≤0.02％、Cr 0.5～1.2％、Mo 0.15～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质。

其在于：Cr的重量百分比为0.6～1.0％。

其在于：Mo的重量百分比为0.2～0.3％。

一种生产耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：采用重量百分比为[Al]＜0.005％的脱氧工艺；开始出炉时按10-30公斤/吨钢一次性加入石灰进行混冲，并控制液渣层的厚度在6-15毫米；

2)进行连铸：控制浇注温度为1570℃～1580℃，连铸过热度控制在15～35℃，拉速1.0～2.0米/分钟，其液面保护渣厚度控制在2～5毫米，结晶器和二冷段冷却水量按照低碳钢要求进行控制即可；

3)将连铸坯加热：先将连铸坯预热到300℃，控制升温速度为2～3℃/分钟；再将预热后的连铸坯加热到1150℃～1300℃，控制升温速度为5～8℃/分钟；

4)保温：在1150℃～1300℃温度条件下保温10～30分钟；

5)进行轧制：控制开轧温度在1100℃～1250℃，控制终轧温度在850℃～920℃。

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，降低钢的耐酸性土壤腐蚀性能。因此将C含量控制在0.13～0.28％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0.6～1.5％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含量尽不宜过高，控制在0.10～0.60％范围内。

P：P是对抗酸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％。

Cr：Cr是提高耐腐蚀性能的合金元素，同时Cr固溶于钢中，钢中加入Cr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，故将Cr含量控制0.5～1.2％范围内。

Mo：Mo能够增加钢的淬透性，显著提高钢的强度。同时，Mo也能显著提高钢的耐腐蚀能力。但过高的Mo会使钢的低温韧性显著恶化。过量的Mo也会在钢焊接时形成马氏体，导致焊接接头脆性的增加，故将Mo含量控制0.15～0.3％范围内。

本发明耐酸性土壤腐蚀性能优良，满足热轧钢板桩在酸性土壤中使用时耐蚀性能要求，并能重复使用，其生产工艺简单，利于推广。

具体实施方式

实施例1

耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.13％、Mn0.6％、Si 0.10％、S0.02％、P0.02％、Cr 0.5％、Mo 0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：采用重量百分比为[Al]＜0.005％的脱氧工艺，开始出炉时按10公斤/吨钢一次性加入石灰进行混冲，液面渣厚度为6毫米；

2)进行连铸：控制浇注温度为1570℃～1575℃，连铸过热度控制在15℃，拉速1.0米/分钟，其液面保护渣厚度控制在2毫米，结晶器和二冷段冷却水量按照低碳钢要求进行控制即可；

3)将连铸坯加热：先将连铸坯预热到300℃，控制升温速度为2℃/分钟；再将预热后的连铸坯加热到1150℃～1160℃，控制升温速度为5℃/分钟；

4)保温：在1150℃～1160℃温度条件下保温10分钟。

5)进行轧制：控制开轧温度在1100℃～1110℃，控制终轧温度在850℃。

实施例2

耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.172％、Mn0.85％、Si 0.21％、S0.0198％、P0.0196％、Cr 0.6％、Mo 0.185％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：采用重量百分比为[Al]＜0.005％的脱氧工艺，开始出炉时按15公斤/吨钢一次性加入石灰进行混冲，液面渣厚度为8毫米；

2)进行连铸：控制浇注温度为1576℃～1580℃，连铸过热度控制在20℃，拉速1.5米/分钟，其液面保护渣厚度控制在3毫米，结晶器和二冷段冷却水量按照低碳钢要求进行控制即可；

3)将连铸坯加热：先将连铸坯预热到300℃，控制升温速度为2.5℃/分钟；再将预热后的连铸坯加热到1190℃～1200℃，控制升温速度为6℃/分钟；

4)保温：在1190℃～1200℃温度条件下保温15分钟；

5)进行轧制：控制开轧温度在1140℃～1150℃，控制终轧温度在870℃。

实施例3

耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.21％、Mn1.25％、Si 0.35％、S0.0195％、P0.0194％、Cr 0.81％、Mo 0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：采用重量百分比为[Al]＜0.005％的脱氧工艺，开始出炉时按20公斤/吨钢一次性加入石灰进行混冲，液面钢渣厚度为10毫米；

2)进行连铸：控制浇注温度为1575℃～1580℃，连铸过热度控制在28℃，拉速2.0米/分钟，其液面保护渣厚度控制在4.0毫米，结晶器和二冷段冷却水量按照低碳钢要求进行控制即可；

3)将连铸坯加热：先将连铸坯预热到300℃，控制升温速度为3.0℃/分钟；再将预热后的连铸坯加热到1220℃～1230℃，控制升温速度为7℃/分钟；

4)保温：在1220℃～1230℃温度条件下保温20分钟；

5)进行轧制：控制开轧温度在1175℃～1185℃，控制终轧温度在885℃。

实施例4

耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.245％、Mn1.33％、Si 0.46％、S0.0196％、P0.0196％、Cr1.0％、Mo 0.25％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：采用重量百分比为[Al]＜0.005％的脱氧工艺，开始出炉时按25公斤/吨钢一次性加入石灰进行混冲，液面钢渣厚度为12毫米；

2)进行连铸：控制浇注温度为1570℃～1580℃，连铸过热度控制在30℃，拉速1.5米/分钟，其液面保护渣厚度控制在4.5毫米，结晶器和二冷段冷却水量按照低碳钢要求进行控制即可；

3)将连铸坯加热：先将连铸坯预热到300℃，控制升温速度为2.5℃/分钟；再将预热后的连铸坯加热到1250℃～1260℃，控制升温速度为7.5℃/分钟；

4)保温：在1250℃～1260℃温度条件下保温25分钟；

5)进行轧制：控制开轧温度在1205℃～1215℃，控制终轧温度在900℃。

实施例5

耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.28％、Mn1.5％、Si 0.6％、S0.0196％、P0.0194％、Cr1.2％、Mo 0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：采用重量百分比为[Al]＜0.005％的脱氧工艺，开始出炉时按30公斤/吨钢一次性加入石灰进行混冲，液面钢渣厚度为15毫米；

2)进行连铸：控制浇注温度为1570℃～1580℃，连铸过热度控制在30℃，拉速2.0米/分钟，其液面保护渣厚度控制在5.0毫米，结晶器和二冷段冷却水量按照低碳钢要求进行控制即可；

3)将连铸坯加热：先将连铸坯预热到300℃，控制升温速度为3℃/分钟；再将预热后的连铸坯加热到1290℃～1300℃，控制升温速度为8℃/分钟；

4)保温：在1290℃～1300℃温度条件下保温30分钟；

5)进行轧制：控制开轧温度在1240℃～1250℃，控制终轧温度在920℃。

上述实施例经腐蚀液的浸泡及检测的耐腐蚀情况：试验条件见表1，试验后其力学性能检测见表2。

表1周浸试验溶液情况

pH	Cl-/％	SO2- 4/％	HCO- 3/％	温度(℃)	周浸转速(圈/分钟)
						4-6	0.0084	0.0054	0.0010	42±2	1/60

表2本发明经294个小时浸蚀检测结果

Claims (4)

1.耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.13～0.28％、Mn 0.6～1.5％、Si 0.10～0.6％、S≤0.020％、P≤0.02％、Cr 0.5～1.2％、Mo 0.15～0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其特征在于：Cr的重量百分比为0.6～1.0％。

3.如权利要求1所述的耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其特征在于：Mo的重量百分比为0.2～0.3％。

4.一种生产权利要求1所述的耐酸性土壤腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：采用重量百分比为[Al]＜0.005％的脱氧工艺；开始出炉时按10-30公斤/吨钢一次性加入石灰进行混冲，并控制渣层厚度在6-15毫米；

2)进行连铸：控制浇注温度为1570℃～1580℃，连铸过热度控制在15～35℃，拉速1.0～2.0米/分钟，其液面保护渣厚度控制在2～5毫米，结晶器和二冷段冷却水量按照低碳钢要求进行控制即可；

3)将连铸坯加热：先将连铸坯预热到300℃，控制升温速度为2～3℃/分钟；再将预热后的连铸坯加热到1150℃～1300℃，控制升温速度为5～8℃/分钟；

4)保温：在1150℃～1300℃温度条件下保温10～30分钟；

5)进行轧制：控制开轧温度在1100℃～1250℃，控制终轧温度在850℃～920℃。