CN106555123A

CN106555123A - 一种耐腐蚀高强屈比抗震钢筋及其生产方法

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Publication number: CN106555123A
Application number: CN201610945338.3A
Authority: CN
Inventors: 李阳; 张建春; 左龙飞; 麻晗
Original assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2036-10-26
Also published as: CN106555123B

Abstract

本发明提供了一种耐腐蚀高强屈比抗震钢筋及其生产方法。该螺纹钢筋包含如下组分(wt％)：基本成分：C 0.06～0.10％，Si 0.60～0.80％，Mn 0.60～1.00％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr 3.20～3.50％，Al 0.70～0.90％,Mo 0.35～0.45％，Ni0.70～0.90％；可选成分：V 0.01～0.06％，Nb 0.01～0.030％，中的任意一种或两种的组合；其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的优点在于，钢筋的耐海水腐蚀性能较好，相对普通螺纹钢筋可提高3倍以上，同时具备高的伸长率和强屈比，强屈比达到1.50以上，抗震性能优异。

Description

一种耐腐蚀高强屈比抗震钢筋及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种耐腐蚀高强屈比抗震钢筋及其生产方法，属于钢铁冶金和轧钢领域。

背景技术

随着建筑、桥梁、机械、压力容器等各类工程结构朝大型化、多功能、高参数等方向的发展，高强度高等级大厚度钢板的市场需求量逐渐增加，同时对厚板的质量性能要求也越来越高，如低温韧性、抗层状撕裂性能、成型和焊接性能等。而制约厚板生产和性能稳定的一个重要原因是随着厚度的增加，韧性变差，尤其是60mm以上钢板心部韧性明显降低，无法满足高质量工程结构的技术要求。为此，宽厚板生产厂家一般通过提高板坯厚度，从而提高厚板的轧制压缩比(如≥4)来保证其心部性能，增加了生产难度和成本。

目前，有许多提高厚板低温韧性的专利，如专利CN105256117A、CN105063485A等均采用常规的TMCP工艺(一次加热和控轧控冷)来获得优异的低温韧性，如专利CN105420468A、CN105177445A、CN105112815A、CN105102656A等采用了常规TMCP工艺和后续热处理相结合的方式以获得良好的低温韧性。综合来看，厚板的现有生产技术主要采用一次加热和控轧控冷的工艺路线。但是这种工艺路线很难保证厚板厚度方向的性能稳定，如60mm以上钢板心部与其他厚度位置处相比，组织晶粒尺寸更为粗大且韧性更差。

随着钢筋混凝土结构的广泛运用，由钢筋腐蚀造成混凝土结构过早失效的案例屡见不鲜，造成严重的经济损失。尤其在严酷的海洋环境下，钢筋的腐蚀更是一大技术难题，目前较好的耐海水腐蚀钢筋为不锈钢钢筋，但其成本高，大部分工程难以承受高昂的造价，通过添加合金元素提高普通钢筋本身的耐腐蚀性能，尤其是耐海水腐蚀性能可进一步增加建筑工程寿命，同时仅少量增加成本，是一种有效的提升工程寿命的手段。

近来国内外对耐海水腐蚀钢进行了大量研究和开发，但均有一定的局限性，难以达到耐蚀性能和应用推广相结合，无法达到既能保证钢筋的强塑性、抗震性能，又能具备较高的耐腐蚀性能。如中国专利CN102605255A公开了一种400MPa的钢筋，其组分及含量为：C0.1％-0.25％，Si 0.5％-0.90％，Mn 0.7％-1.5％，P 0.04％-0.09％，S≤0.015％，Cu0.3％-0.6％，Ni 0.1％-0.4％，Cr≤0.1％，V 0.03％-0.08％，余为Fe及不可避免的杂质，其中添加了较高的Cu元素，虽然有利于提高耐蚀性能，但其易导致热裂问题，且其耐蚀性能也未提高到理想程度，美国专利1141403公开的具有优异机械性能和腐蚀性能的低碳钢及其制造方法，含Cr 1.0～13.0％，Si 0.5～2.0％，未指出其耐腐蚀性能提高的量化指标，且其断后延伸率为7％，钢筋塑性较差。

发明内容

本发明旨在提供一种耐腐蚀高强屈比抗震钢筋及其生产方法，显微组织以铁素体和贝氏体为主，通过Cr、Ni、Mo、Al等元素复合作用，调控组织中两相比，同时通过产生钝化膜提高其耐海水腐蚀性能，达到强塑性、抗震性能和耐海水腐蚀性能的综合兼顾，并控制钢材成本。

为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种耐腐蚀高强屈比抗震钢筋的化学组成按照重量百分比计算包括：C 0.06～0.10％，Si 0.60～0.80％，Mn 0.60～1.00％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr 3.20～3.50％，Al0.70～0.90％，Mo 0.35～0.45％，Ni 0.70～0.90％；可选V 0.01～0.6％，Nb 0.01～0.030％中的任意一种或两种的组合；其中，Al、Ni含量比为1:1；其余为Fe和不可避免的杂质。

上述耐腐蚀高强屈比抗震钢筋的生产方法，包括依次进行的以下步骤：电炉或转炉冶炼、LF-RH精炼、小方坯连铸连轧、冷床冷却；轧制过程中，加热温度1050-1100℃，开轧温度920-960℃，经6架粗轧、6架中轧，精轧前经一段水冷，精轧温度控制在870-930℃，精轧后不穿水，上冷床温度为880-950℃。

采用上述生产方法生产的钢筋抗拉强度≥700MPa，下屈服强度≥400MPa，断后伸长率≥18％，最大力总伸长率≥9％，强屈比≥1.50，显微组织为铁素体和贝氏体。

Al是钢中常用的脱氧剂，本发明中铝主要通过在基体表面与空气间形成致密的Al₂O₃薄膜，同时固溶在基体中的Al会提高基体的电极电位，使钢材的耐腐蚀性大为提高，其同时对力学性能有一定影响，添加量过高会降低其焊接性能，本发明中添加量控制在0.70-0.90％，镍具有提高钢材自腐蚀电位，增强耐腐蚀性能的作用，但其合金成本较高，同时Ni为奥氏体稳定化元素，对双向组织有较大影响，本发明中Ni添加量控制在0.70-0.90％。本发明成分关键还在在于控制Al和Ni含量比为1:1，以控制组织中两相比，达到组织和耐蚀性能的兼顾，从而实现高的强屈比和高的耐腐蚀性能，经过上述工序生产的耐腐蚀钢筋抗拉强度≥700MPa，下屈服强度≥400MPa，断后伸长率≥16％，最大力总伸长率大于等于9％，强屈比≥1.50，显微组织为铁素体和贝氏体，耐蚀性能相较于普通HRB400E钢筋提升3倍以上。

本发明中其它组分的机理及作用：

C是钢材中最基本的强化元素，C含量每增加0.01％，钢的抗拉强度约增加10MPa，但过量的C会降低钢筋的塑性和可焊性。另外，C含量过高会降低钢的塑性和韧性，恶化钢的焊接性能。为保证钢种良好的耐蚀性能，本发明中C含量的范围选为0.06～0.10％。

Si是铁素体强化元素，能够通过固溶强化提高铁素体的强度，Si也是重要的脱氧剂，有助于降低钢中的氧含量，减少夹杂物。在本发明中，Si含量范围选为0.60～0.80％。

Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，在钢中主要起固溶强化作用，是重要的强韧元素，同时也是奥氏体形成元素，锰含量过高会显著提高钢的淬透性，降低钢的塑性和可焊性。本发明中Mn含量的范围选为0.6～1.0％。

S和P在炼钢过程中为有害杂质元素，在钢中易形成有害夹杂物，降低钢的韧性和塑性。且磷易在晶界处偏聚，增加钢的脆性，因此本发明中采用极低的S和P含量，均控制在0.01％范围内。

Cr有利于提高钢筋的耐腐蚀能力，同时可以提高强度，Cr的添加提高了奥氏体的稳定性，可以阻止热轧时晶粒的长大，是提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性的重要元素，在适当环境下促进钢表面形成稳定的钝化膜，从而提高钢的耐腐蚀性能。本发明中Cr含量的范围选为3.2～3.5％。

V是一种微合金化元素，能够析出V(C，N)化合物，阻止奥氏体和铁素体晶粒长大，具有较强的析出强化和细晶强化作用，可以显著提高钢的强度，从而弥补碳含量低造成强度不足的缺陷。本发明中V含量的范围选为0.01～0.06％。

Mo可以普遍提高钢的抗腐蚀性能，在还原性酸和强氧化性的盐溶液中都可以使钢表面发生钝化，还能防止钢在氯化物溶液中发生点蚀。钼含量较高(>3％)时，会使钢的抗氧化性发生恶化。本发明中Mo含量的范围选为0.35-0.45％。

Nb是一种微合金化元素，其析出相具有较高的溶解析出温度，有效阻止奥氏体晶粒长大，具有较强的细晶强化效果，可以显著提高钢的强度，但添加量较高细晶作用增加不明显，同时增加成本。本发明中Nb含量的范围选为0.01～0.03％。

与现有技术相比较，本发明至少具有以下有益效果：通过Cr、Ni、Mo、Al等元素复合作用，调控组织中两相比，通过产生钝化膜提高其耐海水腐蚀性能，达到强塑性、抗震性能和耐海水腐蚀性能的综合兼顾，耐海水腐蚀性能相对普通螺纹钢筋可提高3倍以上，强屈比达到1.50以上，抗震性能优异

具体实施方式

以下结合若干实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明有任何限制。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施中所作的任何变动都将落在权利要求书的范围内。

实施例1-3及对比例的各成分，按重量百分比计算，如下表所示，余量为Fe。

表1实施例1-3及对比例成分(wt.％)

	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	Al	V	Nb	P	S
												对比例	0.240	0.560	1.450	-	-	-	-	0.015	-	0.0069	0.0071
实施例1	0.08	0.78	0.65	3.20	0.80	0.40	0.80	0.03	-	0.0078	0.0035
												实施例2	0.07	0.70	0.60	3.30	0.90	0.45	0.90	-	0.02	0.0066	0.0071
实施例3	0.06	0.65	0.60	3.45	0.95	0.45	0.95	-	0.02	0.0058	0.0086

实施例1

本实施例的钢筋，各组分如表1所示，其制备方法为：

经过铁水预脱硫，将铁水、废钢等加入转炉后进行顶底复吹冶炼，冶炼至钢液中碳含量低于0.05％、磷含量低于0.01％出钢，出钢进行至1/4时加入Si、Mn合金元素进行合金脱氧，加入碳粉和造渣料；在LF炉精炼脱氧至钢液中含氧量为0.002％～0.005％；脱氧后加入其余合金元素进行合金化，送RH精炼。小方坯连铸时采用保护浇注，防止漏钢。连铸坯在加热炉加热温度1080℃，开轧温度960℃，经6架粗轧、6架中轧，精轧前经一段水冷，精轧温度控制在930℃，精轧后不穿水，上冷床温度为920℃。在冷床上自然冷却至室温，精整剪切即获得∮25mm螺纹钢筋。

实施例2

本实施例的钢筋，各组分如表1所示，其制备方法为：

经过铁水预脱硫，将铁水、废钢等加入转炉后进行顶底复吹冶炼，冶炼至钢液中碳含量低于0.05％、磷含量低于0.01％出钢，出钢进行至1/4时加入Si、Mn合金元素进行合金脱氧，加入碳粉和造渣料；在LF炉精炼脱氧至钢液中含氧量为0.002％～0.005％；脱氧后加入其余合金元素进行合金化，送RH精炼。小方坯连铸时采用保护浇注，防止漏钢。连铸坯在加热炉加热温度1060℃，开轧温度940℃，经6架粗轧、6架中轧，精轧前经一段水冷，精轧温度控制在880℃，精轧后不穿水，上冷床温度为890℃。在冷床上自然冷却至室温，精整剪切即获得∮25mm螺纹钢筋。

实施例3

本实施例的钢筋，各组分如表1所示，其制备方法为：

经过铁水预脱硫，将铁水、废钢等加入转炉后进行顶底复吹冶炼，冶炼至钢液中碳含量低于0.05％、磷含量低于0.01％出钢，出钢进行至1/4时加入Si、Mn合金元素进行合金脱氧，加入碳粉和造渣料；在LF炉精炼脱氧至钢液中含氧量为0.002％～0.005％；脱氧后加入其余合金元素进行合金化，送RH精炼。小方坯连铸时采用保护浇注，防止漏钢。连铸坯在加热炉加热温度1070℃，开轧温度940℃，经6架粗轧、6架中轧，精轧前经一段水冷，精轧温度控制在890℃，精轧后不穿水，上冷床温度为900℃。在冷床上自然冷却至室温，精整剪切即获得∮25mm螺纹钢筋。

对比例

本对比例的钢筋为普通HRB400，各组分如表1所示，其制备方法为：

转炉冶炼，采用顶底复吹进行脱碳、脱磷，出钢过程中采用保护气体以0.5MPa的压力搅拌钢液，出钢进行至1/4时加入硅铁、硅锰合金进行脱氧合金化，底吹氩时间≥5min，冶炼后采用保护浇注，连铸成150mm×150mm小方坯；方坯在加热炉中均热段加热温度为1150℃，采用连续式棒线材轧机进行单线轧制，轧制规格为∮25mm，开轧温度1040℃，经经6架粗轧、6架中轧，精轧温度为980℃，精轧后不穿水，上冷床温度为1000℃，在冷床上自然冷却至室温，精整剪切即获得螺纹钢筋。

效果实验例

为证明本发明的效果，取实施例1-3及对比例中制的钢筋进行以下实验：

1、实验方法

1.1力学性能测试：参照《GB1499.2-2007钢筋混凝土用钢第二部分：热轧带肋钢筋》进行。

测定钢筋的屈服强度(R0.2)、抗拉强度(Rm)、断后伸长率(A)、最大力总伸长率(Agt)。

1.2耐蚀性能测试

1.2.1周浸腐蚀试验：参照2012年5月中国钢铁工业协会提出，由钢铁研究总院和冶金工业信息标准研究院等单位起草的《钢筋在氯离子环境中腐蚀试验方法征求意见稿》进行。

试样为∮18mm×50mm的圆柱；试验溶液为初始浓度为(0.34±0.009)mol·L-1(质量分数为2.0％±0.05％)的氯化钠溶液。具体试验条件为：

温度：45℃±2℃；湿度：70％±10％RH；溶液PH值：6.5～7.2；试验时间：360h；每一循环周期：60min±5min，其中浸润时间：12min±2min；烘烤后试样表面最高温度：70℃±10℃。

1.2.2盐雾腐蚀试验：参照《GBT10125-1997人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行。

试样为3mm×20mm×40mm的样片；试验溶液为(50±5)g·L-1(质量分数为5.0％±0.5％)的氯化钠溶液。具体试验条件为：

温度：35℃±2℃；溶液PH值：6.5～7.2；试验时间：360h

2、实验结果

表2实施例1-3及对比例的钢筋的力学性能

表2中相对腐蚀速率均以对比例为参照，并设对比例的腐蚀速率为1。由表2可以看出，采用本发明设计成分和制备方法生产的400MPa级钢筋的耐蚀性能较普通HRB400钢筋均提高了3倍以上，同时其强屈比在1.50以上，断后伸长率在18％以上，最大力总伸长率在9％以上，实现了优异的耐蚀性能和力学性能。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims

1.一种耐腐蚀高强屈比抗震钢筋，其特征在于，钢筋的化学组成按照重量百分比计算包括：C 0.06～0.10％，Si 0.60～0.80％，Mn 0.60～1.00％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr3.20～3.50％，Al 0.70～0.90％，Mo 0.35～0.45％，Ni 0.70～0.90％；可选V 0.01～0.6％，Nb 0.01～0.030％中的任意一种或两种的组合；其中，Al、Ni含量比为1:1；其余为Fe和不可避免的杂质。

2.一种耐腐蚀高强屈比抗震钢筋的生产方法，包括依次进行的以下步骤：电炉或转炉冶炼、LF-RH精炼、小方坯连铸连轧、冷床冷却，其特征在于，轧制过程中，加热温度1050-1100℃，开轧温度920-960℃，经6架粗轧、6架中轧，精轧前经一段水冷，精轧温度控制在870-930℃，精轧后不穿水，上冷床温度为880-950℃。

3.根据权利要求2所述的耐腐蚀高强屈比抗震钢筋的生产方法，其特征在于：生产的钢筋抗拉强度≥700MPa，下屈服强度≥400MPa，断后伸长率≥18％，最大力总伸长率≥9％，强屈比≥1.50，显微组织为铁素体和贝氏体。