CN102330026B - 高强度耐腐蚀抗震钢及其制备方法 - Google Patents

高强度耐腐蚀抗震钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高强度耐腐蚀抗震钢及其制备方法，在炼钢炉中进行常规顶底复合吹炼、造渣等冶炼后，在出钢过程中依次向钢包中加入复合脱氧剂、硅锰合金、硅铁、中碳铬铁、铌铁及钒氮合金，进行脱氧合金化处理，出完钢对钢水软吹氩4～5分钟后，浇铸成钢坯；将钢坯在1080～1120℃温度下加热后，控制开轧温度为960～1010℃，进行粗轧和中轧，中轧后进入精轧前进行控冷，控制终轧温度为870～960℃进行终轧，之后快速水冷使钢材温度降至640～680℃，再自然空冷至室温，即获得高强度耐腐蚀抗震钢。显著改善了钢材的耐腐蚀性能，其腐蚀率仅是现有工艺生产的400MPa钢筋的1/5～1/4，而且晶粒细小，铁素体晶粒达9.5-11.5级，工艺力学性能优异，其成本比同类产品降低20元/t钢以上。

Description

高强度耐腐蚀抗震钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度耐腐蚀抗震钢及其制备方法，属于建筑用钢制造技术领域。
背景技术
随着我国建筑行业的迅猛发展，对建筑用热轧带肋钢筋的质量要求也越来越高。热轧带肋钢筋是混凝土结构的骨架材料，在结构中承载着各种应力，有时还在一定的腐蚀环境下使用，因此不仅要求钢筋具有较高的强度和工艺性能，而且在一定的使用场合下还要求具有较高的功能性，如抗震性能、耐蚀性能等。目前因钢筋锈蚀而使钢筋混凝土结构过早受到破坏的问题，已受到世界各国的普遍关注。根据1998年的调查，美国有57.5万座钢筋混凝土桥，其中有一半以上因为出现钢筋腐蚀而遭到破坏，其中有40%的桥梁出现承载力不足，必须进行修复和加固处理，而对其进行修复的经费预算则高达1550亿美元(为建桥费用的4倍)。欧洲、澳大利亚、海湾国家等，都有以氯盐为主的钢筋腐蚀破坏问题，其中英国修复费为每年50亿英镑。中国地域广阔，许多地方的建筑由于钢筋易受腐蚀，影响了钢筋混凝土的握裹力，降低了使用性能和建筑使用寿命，增加了建筑维护费用。
钢筋腐蚀带来的巨大损失，已经引起各界广泛重视，人们纷纷开展建筑结构的抗腐蚀性能研究。为了解决钢筋腐蚀，国外陆续出现了不锈钢筋、镀锌钢筋、环氧涂层钢筋、阴极保护法、阻锈剂等防腐技术，并制定了相关标准，这在一定程度上延缓了钢筋腐蚀开始的时间，但存在成本高、施工困难或防腐蚀效果不可确定等缺点。
目前中国建筑正向高层、大跨度的方向发展，在注重提高钢筋强度和塑韧性的同时，也更加注重钢筋的抗震性能、耐蚀性能等功能，面对我国可持续发展的需要和资源相对紧缺的现实，开发低成本耐蚀抗震钢就显得尤为重要和迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐腐蚀性强、晶粒细小、强度高、抗震性能好、成本低的高强度耐腐蚀抗震钢及其制备方法。
本发明提供的高强度耐腐蚀抗震钢具有下列质量含量的化学成分：
C： 0.08～0.13wt％        Si：0.30～0.50 wt％
Mn：0.60～0.90 wt％       Cr：0.40～0.70 wt%
V： 0.015～0.025 wt％     Nb：0.008～0.020 wt%
S≤0.040 wt%              P≤0.045 wt%           
其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明提供的高强度耐腐蚀抗震钢的制备方法包括：炼钢、轧钢两个部份，在钢水转炉冶炼后，通过出钢渣洗、浇铸控制，以及轧钢控轧控冷等多项工艺技术的集成、创新，开发出低成本的高强度耐腐蚀抗震钢。其中：在LD炼钢转炉进行常规顶底复合吹炼、造渣等冶炼后，在出钢过程中依次向钢包中加入复合脱氧剂、硅锰合金、硅铁、中碳铬铁、铌铁及钒氮合金，进行脱氧合金化处理，出完钢对钢水软吹氩4～5分钟后，浇铸成钢坯；将钢坯在1080～1120℃温度下加热后，控制开轧温度为960～1010℃，进行粗轧和中轧，中轧后进入精轧前进行控冷，控制终轧温度为870～960℃进行终轧，之后快速水冷使钢材温度降至640～680℃，再自然空冷至室温，即获得高强度耐腐蚀抗震钢。
本发明提供的高强度耐腐蚀抗震钢的生产方法为下列工艺步骤：
A、按常规将铁水、废钢、生铁及造渣剂加入炼钢转炉内，进行常规顶底复合吹炼，并按常规造渣，控制终点碳含量为0.03～0.06 wt%，出钢温度1680℃，并在出钢前，向钢包底部加入石灰、萤石，加入量为石灰2～3 kg/t钢、萤石0.4～0.6 kg/t钢，之后出钢；
B、出钢过程中，当钢包钢水量达到或大于1/5时，进行脱氧合金化处理，即向钢包中依次加入复合脱氧剂、硅锰合金、硅铁、中碳铬铁、铌铁、钒氮合金，并在钢包钢水量达到3/4时加完所述各合金，各合金的加入量为：
复合脱氧剂               0.8～1.0  kg/t钢，
硅锰合金                 9.0～12.5 kg/t钢，
硅铁                     3.0～4.2  kg/t钢，
中碳铬铁                 7.5～8.8  kg/t钢，
钒氮合金                0.15～0.25 kg/t钢，
铌铁                    0.15～0.25 kg/t钢；
出钢过程中，保持钢包钢水全程底吹氩，之后钢水送氩站吹氩4～5分钟后，向钢包内加入钢水覆盖剂，加入量为1.0～1.2 kg/t钢；
C、将步骤B的钢水放入连铸中间包中，控制中间包钢水温度为1530～1540℃，连铸过程中，控制拉速为2.6～2.7m/min，二冷段水量为1.5～1.8L/kg，得钢坯；
D、将步骤C的钢坯在1080～1120℃温度下，加热60～80分钟后，在开轧温度为960～1010℃，轧制速度为0.9～1.4m/s的条件下，粗轧6个道次，共轧制50～60秒；在轧制速度为3.5～3.9m/s的条件下，中轧5～6个道次，共轧制55～70秒；在冷却水量为50～100m3/h的条件下，水冷2～4秒；在速度为10.0～15.0m/s的条件下，精轧2～5个道次，共轧制40～55秒，控制终轧温度为870～960℃，得到钢材；
E、将步骤D所得钢材在冷却水量为300～380 m3/h、冷却水压力为2.5～3.4MPa的条件下，快速冷却 2.0～4.0秒，使钢材温度降为640℃～680℃，之后自然空冷至室温，即获得400MPa级高强度耐腐蚀抗震钢，该钢的化学成份为：
C： 0.08～0.13 wt％       Si：0.30～0.50 wt％
Mn：0.60～0.90 wt％       Cr：0.40～0.70 wt%
V： 0.015～0.025 wt％     Nb：0.008～0.020 wt%
S≤0.040 wt%              P≤0.045 wt%           
其余为Fe及不可避免的不纯物。
所述步骤B的复合脱氧剂、硅锰合金、硅铁、中碳铬铁、铌铁、钒氮合金，均为市购产品。
所述钢水覆盖剂为市购产品。
本发明具有下列优点和效果：采用上述方案，即在钢中加入铬后，钢表面形成了致密的氧化膜，从而提高了钢的钝化耐腐蚀能力，同时加入微合金元素Nb、V，能充分发挥微合金沉淀析出的强化作用，同时改善钢的焊接、时效等性能，在工艺方法中，通过精轧前的控冷以及终轧后的快速水冷手段，有利于发挥细晶强化和相变强化作用。本发明工艺显著改善了钢材的耐腐蚀性能，其腐蚀率仅是现有工艺生产的400MPa钢筋的1/5～1/4，而且晶粒细小，铁素体晶粒达9.5-11.5级，工艺力学性能优异，完全满足GB1499.2-2007 HRB400E抗震钢筋性能要求，而成本比同类产品降低20元/t钢 以上，且工艺适用性及控制性较强，可广泛用于各类建筑工程，有利于提高建筑结构的使用寿命。
本发明提供的高强度耐腐蚀抗震钢的力学性能见表1。
本发明钢材产品与现有技术生产的400MPa级带肋钢筋相比，其性能见表2。 
表1  
Figure 955526DEST_PATH_IMAGE001
表2
Figure 403651DEST_PATH_IMAGE002
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
A、按常规将铁水、废钢、生铁及造渣剂加入LD炼钢转炉内，进行常规顶底复合吹炼，并按常规造渣，控制终点碳含量为0.03 wt%，出钢温度为1680 ℃，并在出钢前，向钢包底部加入石灰、萤石，加入量控制为石灰3kg/t钢、萤石0.4 kg/t钢,之后出钢；
B、出钢过程中，当钢包钢水量达到1/5时，进行脱氧合金化处理，即向钢包中依次加入复合脱氧剂、硅锰合金、硅铁、中碳铬铁、铌铁、钒氮合金，并在钢包钢水量达到3/4时加完所述各合金，各合金的加入量为：
复合脱氧剂               0.8 kg/t钢，
硅锰合金                 9.0 kg/t钢，
硅铁                     3.0 kg/t钢，
中碳铬铁                 7.5 kg/t钢，
钒氮合金                0.15 kg/t钢，
铌铁                    0.15 kg/t钢；
出钢过程中，保持钢包钢水全程底吹氩，之后钢水送氩站吹氩处理4分钟，以进一步促进钢水成分、温度均匀及夹杂物上浮排除，改善钢水洁净度，吹氩结束后，向钢包内加入钢包覆盖剂，加入量控制为1.0 kg/t钢；
C、将步骤B的钢水放入连铸中间包内，控制中间包钢水温度为1530℃进行连铸，连铸过程中，控制拉速为2.6m/min，控制二冷段水量为1.5L/kg，以浇铸成断面为150mm×150mm的钢坯；
D、将步骤C的钢坯在1120℃温度下，加热60分钟后，在开轧温度为1010℃，轧制速度为1.4m/s的条件下，粗轧6个道次，共轧制50秒；之后在轧制速度为3.9m/s的条件下，中轧6个道次，共轧制70秒；之后在冷却水量为50m3/h的条件下，进行精轧前的控冷，控冷时间为2秒；最后在速度为15.0m/s的条件下，精轧5个道次，共轧制55秒，控制终轧(精轧)温度为960℃；
E、将步骤D所得钢材在冷却水量为300m3/h、冷却水压力为2.5MPa的条件下，快速冷却2.0秒，使钢材温度(控冷终止温度)降为680℃，之后自然空冷至室温，即获得400MPa级高强度耐腐蚀抗震钢，该钢的化学成份为：
C： 0.08 wt％        Si：0.30 wt％
Mn：0.60 wt％        Cr：0.40 wt%
V： 0.015 wt％       Nb：0.008 wt%
S： 0.032 wt%        P： 0.028 wt%           
其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例1钢筋耐蚀性及工艺力学性能见表3。
表3
Figure 664868DEST_PATH_IMAGE003
实施例2
A、按常规将铁水、废钢、生铁及造渣剂加入LD炼钢转炉内，进行常规顶底复合吹炼，并按常规造渣，控制终点碳含量为0.06 wt%，出钢温度为1680 ℃，并在出钢前，向钢包底部加入石灰、萤石，加入量控制为石灰2kg/t钢、萤石0.6 kg/t钢，；
B、出钢过程中，当钢包钢水量达到或大于1/5时，进行脱氧合金化处理，即向钢包中依次加入复合脱氧剂、硅锰合金、硅铁、中碳铬铁、铌铁、钒氮合金，并在钢包钢水量达到3/4时加完所述各合金，各合金的加入量为：
复合脱氧剂               0.9 kg/t钢，
硅锰合金                 11.0 kg/t钢，
硅铁                     3.7 kg/t钢，
中碳铬铁                 8.4 kg/t钢，
钒氮合金                0.20 kg/t钢，
铌铁                    0.20 kg/t钢；
出钢过程中，保持钢包钢水全程底吹氩，之后钢水送氩站吹氩处理4分钟，以进一步促进钢水成分、温度均匀及夹杂物上浮排除，改善钢水洁净度，吹氩结束后，向钢包内加入钢包覆盖剂，加入量控制为1.1 kg/t钢；
C、将步骤B的钢水放入连铸中间包内，控制中间包钢水温度为1540℃进行连铸，连铸过程中，控制拉速为2.7m/min，二冷段水量为1.6L/kg，以浇铸成断面为150mm×150mm的钢坯；
D、将步骤C的钢坯在1100℃温度下，加热75分钟后，在开轧温度为990℃，轧制速度为1.2m/s的条件下，粗轧6个道次，共轧制55秒；之后在轧制速度为3.7m/s的条件下，中轧5个道次，共轧制65秒；之后在冷却水量为80m3/h的条件下，进行精轧前的控冷，控冷时间为4秒；最后在速度为12.5m/s的条件下，精轧5个道次，共轧制55秒，控制终轧(精轧)温度为920℃；
E、将步骤D所得钢材在冷却水量为350m3/h、冷却水压力为3.0MPa的条件下，快速冷却 4.0秒，使钢材温度(控冷终止温度)降为660℃，之后自然空冷至室温，即获得400MPa级高强度耐腐蚀抗震钢，该钢的化学成份为：
C： 0.10 wt％        Si：0.40 wt％
Mn：0.77 wt％        Cr：0.58 wt%
V： 0.020 wt％       Nb：0.014 wt%
S： 0.026 wt%        P： 0.029 wt%           
其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例2的钢筋耐蚀性及工艺力学性能见表4。
表4
Figure 458380DEST_PATH_IMAGE004
实施例3
A、按常规将铁水、废钢、生铁及造渣剂加入LD炼钢转炉内，进行常规顶底复合吹炼，并按常规造渣，控制终点碳含量为0.05 wt%，出钢温度为1680 ℃，并在出钢前，向钢包底部加入石灰、萤石，加入量控制为石灰3kg/t钢、萤石0.5 kg/t钢；
B、出钢过程中，当钢包钢水量达到或大于1/5时，进行脱氧合金化处理，即向钢包中依次加入复合脱氧剂、硅锰合金、硅铁、中碳铬铁、铌铁、钒氮合金，并在钢包钢水量达到3/4时加完所述各合金，各合金的加入量为：
复合脱氧剂               1.0  kg/t钢，
硅锰合金                 12.5 kg/t钢，
硅铁                     4.2  kg/t钢，
中碳铬铁                 8.8  kg/t钢，
钒氮合金                 0.25 kg/t钢，
铌铁                     0.25 kg/t钢；
出钢过程中，保持钢包钢水全程底吹氩，之后钢水送氩站吹氩处理4分钟，以进一步促进钢水成分、温度均匀及夹杂物上浮排除，改善钢水洁净度，吹氩结束后，向钢包内加入钢包覆盖剂，加入量控制为1.2 kg/t钢；
C、将步骤B的钢水放入连铸中间包内，控制中间包钢水温度为1535℃进行连铸，连铸过程中，控制拉速为2.6m/min，二冷段水量为1.5L/kg，以浇铸成断面为150mm×150mm的钢坯；
D、将步骤C的钢坯在1080℃温度下，加热80分钟后，在开轧温度为990℃，轧制速度为0.9m/s的条件下，粗轧6个道次，共轧制60秒；之后在轧制速度为3.5m/s的条件下，中轧5个道次，共轧制55秒；之后在冷却水量为100m3/h的条件下，进行精轧前的控冷，控冷时间为4秒；最后在速度为10.0m/s的条件下，精轧2个道次，共轧制40秒，控制终轧(精轧)温度为870℃；
E、将步骤D所得钢材在冷却水量为380 m3/h、冷却水压力为3.4MPa的条件下，快速冷却4.0秒，使钢材温度(控冷终止温度)降为640℃，之后自然空冷至室温，即获得400MPa级高强度耐腐蚀抗震钢，该钢的化学成份为：
C： 0.13 wt％       Si： 0.50 wt％
Mn：0.90 wt％       Cr： 0.70 wt%
V： 0.025 wt％      Nb： 0.02 wt%
S： 0.026 wt%       P：  0.038 wt%            
其余为Fe及不可避免的不纯物。
实施例3的钢筋耐蚀性及工艺力学性能见表5。
表5
Figure 576378DEST_PATH_IMAGE005

Claims (2)

1.一种高强度耐腐蚀抗震钢的制备方法，其特征在于经过下列工艺步骤：
A、按常规将铁水、废钢、生铁及造渣剂加入炼钢转炉内，进行常规顶底复合吹炼，并按常规造渣，控制终点碳含量为0.03～0.06 wt%，出钢温度1680℃，并在出钢前，向钢包底部加入石灰、萤石，加入量为石灰2～3 kg/t钢、萤石0.4～0.6 kg/t钢，之后出钢；
B、出钢过程中，当钢包钢水量达到或大于1/5时，进行脱氧合金化处理，即向钢包中依次加入复合脱氧剂、硅锰合金、硅铁、中碳铬铁、铌铁、钒氮合金，并在钢包钢水量达到3/4时加完所述各合金，各合金的加入量为：
复合脱氧剂               0.8～1.0  kg/t钢，
硅锰合金                 9.0～12.5 kg/t钢，
硅铁                     3.0～4.2  kg/t钢，
中碳铬铁                 7.5～8.8  kg/t钢，
钒氮合金                0.15～0.25 kg/t钢，
铌铁                    0.15～0.25 kg/t钢；
出钢过程中，保持钢包钢水全程底吹氩，之后钢水送氩站吹氩4～5分钟后，向钢包内加入钢水覆盖剂，加入量为1.0～1.2 kg/t钢；
C、将步骤B的钢水放入连铸中间包中，控制中间包钢水温度为1530～1540℃，连铸过程中，控制拉速为2.6～2.7m/min，二冷段水量为1.5～1.8L/kg，得钢坯；
D、将步骤C的钢坯在1080～1120℃温度下，加热60～80分钟后，在开轧温度为960～1010℃，轧制速度为0.9～1.4m/s的条件下，粗轧6个道次，共轧制50～60秒；在轧制速度为3.5～3.9m/s的条件下，中轧5～6个道次，共轧制55～70秒；在冷却水量为50～100m3/h的条件下，水冷2～4秒；在速度为10.0～15.0m/s的条件下，精轧2～5个道次，共轧制40～55秒，控制终轧温度为870～960℃，得到钢材；
E、将步骤D所得钢材在冷却水量为300～380 m3/h、冷却水压力为2.5～3.4MPa的条件下，快速冷却 2.0～4.0秒，使钢材温度降为640℃～680℃，之后自然空冷至室温，即获得400MPa级高强度耐腐蚀抗震钢，该钢的化学成份为：
C： 0.08～0.13 wt％       Si：0.30～0.50 wt％
Mn：0.60～0.90 wt％       Cr：0.40～0.70 wt%
V： 0.015～0.025 wt％     Nb：0.008～0.020 wt%
S≤0.040 wt%              P≤0.045 wt%           
其余为Fe及不可避免的不纯物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤B的复合脱氧剂、硅锰合金、硅铁、中碳铬铁、铌铁、钒氮合金、钢水覆盖剂均为市购产品。
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