CN103849820B - 高强度耐腐蚀含Cr钢筋的轧制工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐腐蚀含Cr钢筋及其轧制工艺，该钢筋的组分按重量百分比为：0.05～0.12%C、1～3%Cr、0.1～0.3%Cu、0.1～0.15%Ni、0.5～1%Mn、N≤0.015%、P≤0.03%、S≤0.035%、0.2～0.5%Si，其余为Fe及不可避免的杂质。该钢筋的轧制工艺为轧制时的加热炉温度为1050～1150℃，开轧温度为900～1000℃，终轧温度为900～1050℃，上冷床温度为850～950℃。本发明可按常规工艺冶炼，通过轧制工艺控制钢的相变，在钢材表面获得一层晶粒细小的组织，达到同时改善钢材力学性能和耐蚀性能的目的；生产的钢筋屈服强度Rel≥400MPa、抗拉强度Rm≥540MPa、伸长率A%≥16%；耐蚀性能是普通HR400钢筋的2～3倍。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度耐腐蚀含Cr钢筋及其轧制工艺，属于钢铁冶金技术领域。
背景技术
钢筋是现代建筑的基础性材料，广泛用于房屋、桥梁、道路等工程建设，其性能直接影响着混凝土构件的寿命和安全性。目前，我国正处在城镇化高速发展阶段，房地产和基础设施建设蓬勃发展，钢筋的产量和消费量均居世界第一，2012年我国粗钢产量超过7.16亿吨，其中钢筋产量超过1.75亿吨。钢筋的冶炼生产需要消耗大量能源且对环境保护带来负面影响，随着我国环保压力的增大，通过增加钢筋强度和耐蚀性能，从而减少用钢量和延长使用寿命以达到节能减排效果的技术，越来越受到冶金科技工作者和政府行业的关注。
20世纪90年代以前，西欧、北美和日本就已经较多地使用高强度钢筋，采用高强度钢筋能明显降低用钢量和人工成本并显著改善工程质量，具有良好的社会效益和经济效益，而我国长期以来混凝土结构主导钢筋的强度为335Mpa，随着行业规范的颁布，强度为400MPa的Ⅲ级钢筋才逐渐被使用，这比国外整整低了一个强度等级，造成资源、能源的严重浪费；钢筋腐蚀会严重降低钢筋的使用寿命，导致混凝土结构过早失效。2010年我国因腐蚀而造成的直接经济损失就高达1.2万亿人民币，占当年GDP的3%。由于耐蚀性能钢筋能有效延长混凝土结构的寿命并降低后期维护成本，因此，迫切需要开发一种兼具高强度、耐蚀性能且易于推广的钢筋。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种高强度耐腐蚀含Cr钢筋，该钢筋的屈服强度大于400MPa、耐蚀性能优良且具有良好的力学性能、疲劳性能以及焊接性能。
本发明的另一个目的在于提供上述高强度耐腐蚀钢筋的轧制工艺。
为实现上述第一个目的，本发明采用的技术方案为：
一种高强度耐腐蚀含Cr钢筋，该钢筋的组分按重量百分比为：
0.05～0.12%C、1～3%Cr、0.1～0.3%Cu、0.1～0.15%Ni、0.5～1%Mn、N≤0.015%、P≤0.03%、S≤0.035%、0.2～0.5%Si，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述钢筋的组分按重量百分比为：
0.08～0.10%C、2～3%Cr、0.2～0.3%Cu、0.12～0.15%Ni、0.8～1%Mn、N≤0.010%、P≤0.025%、S≤0.025%、0.2～0.4%Si，其余为Fe及不可避免的杂质。
为实现上述第二个目的，本发明采用的技术方案为：
一种高强度耐腐蚀含Cr钢筋的轧制工艺，轧制时的加热炉温度为1050～1150℃，开轧温度为900～1000℃，终轧温度为900～1050℃，上冷床温度为850～950℃。
本发明的钢筋的各组分作用如下：
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：0.05～0.12%。
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1～3%。
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0.1～0.3%。
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%。
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0.03%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0.035%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0.2～0.5%。
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0.015以内。
本发明将钢中C、Cr、Cu、Ni、Si、Mn、P、S、N组分含量分别调整为0.05～0.12%C、1～3%Cr、0.1～0.3%Cu、0.1～0.15%Ni、0.2～0.5%Si、0.5～1%Mn、P≤0.03%、S≤0.035%、N≤0.015%，在转炉、电炉或其它冶炼炉中按照常规工艺冶炼，在普通棒材轧机上采用控制冷却工艺即通过选择合适的加热温度、开轧温度、终轧温度和上冷床温度进行轧制，可以控制钢的相变，在钢材表面获得一层晶粒细小的组织，达到同时改善钢材力学性能和耐蚀性能的目的。
本发明生产的热轧钢筋性能可达到下列要求：屈服强度Rel≥400MPa、抗拉强度Rm≥540MPa、伸长率A%≥16%；耐蚀性能是普通HRB400钢筋的2～3倍（本发明的钢筋的腐蚀速率为400～520μm/year，普通HRB400钢筋的腐蚀速率为1114.7～1200.4μm/year）。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的实施例1～10和对比例1～2的钢筋各组分的重量百分比含量见表1。实施例1～10均采用50Kg真空感应炉冶炼，在Ф300mm棒材轧机上轧制，钢筋规格Ф16mm。对比例1、对比例2均为工业生产的普通HRB400钢筋。
盐雾腐蚀试验在Q-fog循环腐蚀箱中进行，试验时间为672小时，温度为35℃，腐蚀介质采用浓度为5%的NaCl溶液。
各实施例及对比例的轧制工艺的主要工艺参数见表2、力学及耐蚀性能见表3。
表1各实施例及对比例中各组分的重量百分比含量
| 示例 | C | Cr | Cu | Mn | P | S | Si | N |
| 实施例1 | 0.05 | 1.0 | 0.10 | 0.61 | 0.012 | 0.012 | 0.21 | 0.010 |
| 实施例2 | 0.10 | 1.5 | 0.11 | 0.50 | 0.030 | 0.015 | 0.23 | 0.007 |
| 实施例3 | 0.11 | 2.0 | 0.15 | 0.72 | 0.011 | 0.011 | 0.20 | 0.005 |
| 实施例4 | 0.06 | 1.8 | 0.25 | 0.87 | 0.012 | 0.010 | 0.31 | 0.015 |
| 实施例5 | 0.07 | 2.2 | 0.18 | 0.65 | 0.014 | 0.035 | 0.25 | 0.012 |
| 实施例6 | 0.08 | 2.8 | 0.30 | 1.00 | 0.020 | 0.013 | 0.22 | 0.011 |
| 实施例7 | 0.05 | 2.6 | 0.25 | 0.86 | 0.016 | 0.018 | 0.50 | 0.008 |
| 实施例8 | 0.08 | 3.0 | 0.27 | 0.95 | 0.017 | 0.020 | 0.34 | 0.014 |
| 实施例9 | 0.09 | 2.7 | 0.22 | 0.97 | 0.015 | 0.011 | 0.40 | 0.012 |
| 实施例10 | 0.12 | 1.4 | 0.20 | 0.84 | 0.010 | 0.014 | 0.28 | 0.013 |
| 对比例1 | 0.19 | 0.01 | 0.05 | 0.83 | 0.012 | 0.009 | 0.69 | 0.012 |
| 对比例2 | 0.23 | 0.85 | 0.12 | 0.48 | 0.028 | 0.007 | 0.54 | 0.015 |
表2各实施例及对比例的轧制工艺的主要工艺参数
表3各实施例及对比例的力学及耐蚀性能
试验结果表明，通过本发明的轧制工艺加工的钢筋力学性能优于普通400MPa级钢筋，且耐蚀性能是常规400MPa钢筋的2～3倍。
Claims (1)
1.一种高强度耐腐蚀含Cr钢筋的轧制工艺，其特征在于：所述钢筋的组分按重量百分比为：0.08～0.10％C、2～3％Cr、0.2～0.3％Cu、0.12～0.15％Ni、0.8～1％Mn、N≤0.010％、P≤0.025％、S≤0.025％、0.2～0.4％Si，其余为Fe及不可避免的杂质；
轧制时的加热炉温度为1050～1150℃，开轧温度为900～1000℃，终轧温度为900～1050℃，上冷床温度为850～950℃。
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