CN103556058A - 低成本高性能耐腐蚀钢筋及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低成本高性能耐腐蚀钢筋及其制造方法，具有下述质量含量的化学成分：C：0.06～0.10wt%、Cr：3～8wt%、Cu：0.5～1wt%、Mn：0.5～1.5wt%、N：0.01～0.02wt%、P≤0.03wt%、S≤0.035wt%、Si：0.2～0.5wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。其制造方法包括铁水脱硫预处理、电炉或顶底复吹转炉冶炼、炉外精炼、连铸、铸坯加热、轧制以及冷床空冷。本发明钢耐蚀性能优良、成本更低，力学性能、疲劳性能以及焊接性能良好。

Description

低成本高性能耐腐蚀钢筋及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种低成本高性能耐腐蚀钢筋及其制造方法。

背景技术

钢筋在混凝土结构中起着骨架作用，广泛用于房屋、桥梁、公路等现代建筑，使用过程中不仅承受着各种力的作用还会遭受周围环境的腐蚀，资料表明腐蚀是造成钢筋失效进而导致混凝土结构开裂、剥落的主要原因，严重降低了建筑物的安全性和使用寿命，造成极大地浪费和安全隐患。钢筋腐蚀造成混凝土结构过早失效已成为世界各国共同面对的一大灾害。

为应对钢筋腐蚀造成的安全隐患和经济损失，国内外冶金工作者纷纷开展钢筋耐腐蚀研究，陆续开发出不锈钢钢筋、镀锌钢筋、环氧树脂涂层钢筋等钢种。但目前各种耐蚀钢筋都存在自身难以克服缺点，如：不锈钢钢筋虽然具有优良的耐腐蚀性，但因价格昂贵极大地限制了其推广应用；镀锌钢筋表面镀锌层腐蚀快、耐蚀性提升有限且焊接困难；环氧树脂涂层钢筋，虽然价格相对低廉，但对施工要求严格，如果涂层在施工过程损坏，反而会加快钢筋的腐蚀。因此，需要一种耐蚀性能优良、稳定，成本更低、利于大规模推广使用的钢筋。

我国正处在城镇化的快速发展时期，对钢筋需求量巨大，低成本高性能耐腐蚀钢筋的生产和应用对建设资源节约型社会意义重大。通过采用合金化，提升钢筋自身耐蚀性能和机械性能是最稳定、最经济、最有效的途径，是开发低成本高性能耐腐蚀钢筋的发展方向。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种耐蚀性能优良、成本更低，力学性能、疲劳性能以及焊接性能良好的低成本高性能耐腐蚀钢筋。

本发明还提供一种上述耐腐蚀钢筋的制造方法。

本发明低成本高性能耐腐蚀钢筋，具有下述质量含量的化学成分：

C：0.06～0.10wt%、Cr：3～8wt%、Cu：0.5～1wt%、Mn：0.5～1.5wt%、N：0.01～0.02wt%、P≤0.03wt%、S≤0.035wt%、Si：0.2～0.5wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选的，具有下述质量含量的化学成分：

C：0.06～0.09wt%、Cr：4～6wt%、Cu：0.5～1wt%、Mn：0.6～1wt%、N：0.01～0.02wt%、P≤0.03wt%、S≤0.035wt%、Si：0.2～0.5wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。

所述低成本高性能耐腐蚀钢筋的制造方法，包括铁水脱硫预处理、电炉或顶底复吹转炉冶炼、炉外精炼、连铸、铸坯加热、轧制以及冷床空冷，其中，

所述铁水脱硫预处理步骤中，采用铁水罐搅拌脱硫，控制进入电炉或转炉的铁水硫含量[S]≤0.015%；

所述电炉或顶底复吹转炉冶炼步骤中，终点碳含量控制在0.01%～0.04%，出钢温度控制在1680±15℃；

所述连铸步骤中，控制连铸中间包钢液温度控制在1530～1540℃，拉坯速度控制在1.2～1.8m/min；采用堆垛自然冷却；

所述铸坯加热步骤中：所述铸坯的加热温度为1150～1200℃，加热时间为100～120min；

所述轧制步骤中，控制开轧温度在1000～1150℃，终轧温度在950～1000℃。

本发明钢成分分析如下：

C是钢中重要的强化元素，在钢中形成固溶体组织，提高钢的强度，含碳量越高，钢的强度、硬度越高，但塑性、韧性会随之降低。对于含铬的耐腐蚀钢，由于C与Cr亲和力很强，过高的C含量会降低固溶体中的Cr含量，导致耐蚀性能的降低，因此本发明中C含量的范围选为：0.06～0.10wt%。

Cr是耐蚀性元素，能显著增加钢材耐蚀性能，但Cr是铁素体形成元素，过高的Cr含量会使钢中铁素体含量增加，导致强度下降，出现淬火组织，不利于组织控制。本发明中，Cr含量控制在3～8wt%。

Cu是耐蚀性元素，有助于钢材耐蚀性能的提高，但其钢中过多的Cu会引起材料塑性的降低，导致热轧开裂。本发明中，Cu含量控制在0.5～1wt%。

Mn是强化元素，能显著增强钢的强度，且与S的亲和力强，通过生产硫化物夹杂减低S的危害，但过高的Mn会降低钢材的塑性。本发明中，Mn含量控制在0.5～1.5wt%。

P能提高钢的强度、硬度和耐蚀性能，但在钢中偏析严重，会显著降低钢材力学性能，本发明中P含量控制在0.03wt%以内。

S容易引起热脆，在轧制过程中导致裂纹的产生，同时钢中MnS夹杂还会成为腐蚀的起源，严重降低钢材耐蚀性能，因此本发明中S含量控制在0.035wt%以内。

Si是强化元素，通过固溶强化提高钢的强度，同时Si能有效脱氧并减少钢中夹杂物。本发明中Si含量范围控制在0.2～0.5wt%。

N具有固溶强化作用，能有效提高钢的强度和硬度，但过高的N含量会严重恶化钢的韧性，并导致缺口敏感性增加。本发明中N含量控制在0.01～0.02wt%。

进一步的，制造方法中，控制进入电炉或转炉的铁水硫含量[S]≤0.015%是为了降低钢中硫含量，过高会引起热脆，在轧制过程中导致裂纹的产生，并且生成的MnS夹杂还会成为腐蚀的起源，严重降低钢材耐蚀性能；终点碳含量控制在0.01%～0.04%，是为了控制钢中合适的C含量，过高会严重降低钢的塑性和韧性，并且对于含铬耐腐蚀钢，由于C与Cr具有很强的亲和力，过高的C含量会降低固溶体中的Cr含量，导致耐蚀性能的降低过低会导致钢的强度和硬度偏低；出钢温度控制在1680±15℃是为了满足各工序温度要求，过高会导致钢中C含量偏低，且浪费热量过低会造成后续工序处理时间不足；控制连铸中间包钢液温度控制在1530～1540℃是为了连铸顺行，过高钢液经过结晶器时温度偏高，容易拉漏，过低会导致中间包或结晶器内出现结块，造成连铸困难；拉坯速度控制在1.2～1.8m/min是为了连铸顺行过高会拉漏钢坯过低会导致铸坯缺陷增加；控制开轧温度在1000～1150℃，终轧温度在950～1000℃是为了满足生产设备和钢材性能要求，过高会导致出现异常组织，恶化力学性能，过低会增加轧制难度和钢材内应力，对生产设备运行及钢材性能不利。

有益效果：

通过控制钢中合适的Cr和Cu含量，获得本发明低成本高性能耐腐蚀钢筋，其与现有耐蚀钢筋如不锈钢钢筋、镀锌钢筋、环氧树脂涂层钢筋相比，本发明具有优良、稳定的耐蚀性能、良好的性价比，利于大规模推广，盐雾腐蚀试验数据表明，本发明的耐蚀性能是普通钢筋的4～5倍，而成本仅为普通钢筋的1.25倍，力学性能、焊接性能等均优于普通钢筋，完全满足GB/T1499.2-2007的要求。

本发明提供的低成本高性能耐蚀钢筋与普通HRB400钢筋性能对比见表1。

表1

具体实施方式

本发明实施例及比较例的钢成分见表2

对比1为工业生产的普通HRB400钢筋；对比2为工业生产的普通耐腐蚀螺纹钢筋。

本发明工艺流程为：铁水脱硫预处理→电炉或顶底复吹转炉冶炼→炉外精炼→连铸→铸坯加热→轧制→冷床空冷→定尺剪切→入库，具体为；

A、铁水脱硫预处理，采用铁水罐搅拌脱硫，控制进入电炉或转炉的铁水硫含量[S]≤0.015%；

B、将步骤A的铁水送往电炉或顶底复吹转炉与废钢、造渣料等一起进行常规冶炼，终点碳含量控制在0.01%～0.04%，出钢温度控制在1680±15℃；出钢过程中，钢包全程吹氩，出钢完毕后加入钢水覆盖剂并吹氩5min，促进夹杂物上浮去除；

C、将步骤B的钢水送往LF精炼炉中，进行测温、取样、成分微调；对钢液喂钙线调整夹杂物类型，改善钢材性能；LF炉全程低吹氩，促进夹杂物上浮去除。

D、将步骤C的钢液送往连铸中间包，中间包钢液温度控制在1530～1540℃，采用保护浇注；拉坯速度控制在1.2～1.8m/min；连铸方坯横截面尺寸为200×200mm²，采用堆垛自然冷却。

E、将步骤D的钢坯在1150～1200℃温度下，加热100～120min；控制开轧温度在1000～1150℃，终轧温度在950～1000℃；得到的钢材在步进齿条式冷床上自然空冷，即得本发明钢筋，后续还可根据需要进行定尺剪切、入库。

本发明实施例及比较例的主要工艺参数见表3

本发明实施例及比较例的钢性能见表4：

本发明采用常规工艺和设备，通过控制钢中合适化学成分，生产出一种耐蚀性能和力学性能优良的低成本高性能耐蚀钢筋，其耐蚀性能为常规HRB400钢筋的4倍以上，力学性能全面优于常规HRB400钢筋，且使用方法与常规螺纹钢筋完全相同。

Claims (3)

1.一种低成本高性能耐腐蚀钢筋，其特征在于，具有下述质量含量的化学成分：

C：0.06～0.10wt%、Cr：3～8wt%、Cu：0.5～1wt%、Mn：0.5～1.5wt%、N：0.01～0.02wt%、P≤0.03wt%、S≤0.035wt%、Si：0.2～0.5wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的低成本高性能耐腐蚀钢筋，其特征在于，具有下述质量含量的化学成分：

C：0.06～0.09wt%、Cr：4～6wt%、Cu：0.5～1wt%、Mn：0.6～1wt%、N：0.01～0.02wt%、P≤0.03wt%、S≤0.035wt%、Si：0.2～0.5wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。

3.如权利要求1或2所述的低成本高性能耐腐蚀钢筋的制造方法，其特征在于，包括铁水脱硫预处理、电炉或顶底复吹转炉冶炼、炉外精炼、连铸、铸坯加热、轧制以及冷床空冷，其中，

所述铁水脱硫预处理步骤中，采用铁水罐搅拌脱硫，控制进入电炉或转炉的铁水硫含量[S]≤0.015%；

所述电炉或顶底复吹转炉冶炼步骤中，终点碳含量控制在0.01%～0.04%，出钢温度控制在1680±15℃；

所述连铸步骤中，控制连铸中间包钢液温度控制在1530～1540℃，拉坯速度控制在1.2～1.8m/min；采用堆垛自然冷却；

所述铸坯加热步骤中：所述铸坯的加热温度为1150～1200℃，加热时间为100～120min；

所述轧制步骤中，控制开轧温度在1000～1150℃，终轧温度在950～1000℃。