CN106801188A - 具有优异腐蚀性能的400Mpa级建筑用钢及生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有优异腐蚀性能的400Mpa级建筑用钢及生产方法，属于建筑腐蚀用钢生产领域。该钢成分重量百分数为：C：0.05‑0.3％，Si：0.2‑0.6％，Mn：1.2‑1.6％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr：0‑1.9％，Cu：0.25‑1％，Ni：0.4‑1％，Mo：0.1‑0.5％，N：0.01‑0.02％，余量为Fe。采用真空冶炼‑低温轧制‑控轧控冷的生产方法，通过精选的多组成分优化与工艺优化，得到一种优异腐蚀性能的建筑用钢。优点在于，优异的耐腐蚀性能可用于海洋环境、沼泽地等恶劣条件下要求超高强、耐久性设计要求的混凝土结构使用；创新点在于优化选择了最佳的铬等合金元素，使得400Mpa级建筑用钢具有优异的腐蚀性能。

Description

具有优异腐蚀性能的400Mpa级建筑用钢及生产方法
技术领域
本发明属于耐腐蚀用钢及其生产技术控制领域，特别是涉一种具有优异腐蚀性能的400Mpa级建筑用钢及生产方法，。
背景技术
混净土等建筑用钢等是我国目前一种应用最普遍的一种钢铁材料。随着钢的用处不同，普通钢的腐蚀程度以及耐久度显现出明显的劣势。我国在沿海地区以及海洋工程、沼泽地工程等自然环境非常恶劣的环境条件下使用普通建筑用钢已经无法满足其使用寿命的要求。国内目前的建筑用材均采用的是海沙，其富含大量的氯离子，在混净土中长期侵蚀钢基体，可以使得钢的寿命大大降低。因此，开发低成本的强耐腐蚀性用混凝土用钢筋尤为重要。
国外耐海水腐蚀用钢主要有Ni-Cu-P系、Cu-Cr系和Cr-AL系。美国的Mariner钢为Ni-Cu-P系，在海水飞溅区的耐蚀性比碳钢提高一倍，但因钢中含磷量较高，低温冲击性能和焊接性较差，主要用于钢桩等非焊接结果。日本的MariloyG钢为Cu-Cr-Mo-Si系，对于飞溅区和全浸区海水均有良好的耐蚀性，腐蚀速率约为碳钢的1/3，由于磷含量低，焊接性能很好。法国的Cr-Al系低合金钢APS20A兼具良好的耐大气和耐海水腐蚀性能，在全浸区海水中的耐蚀性比碳钢提高一倍以上。
从以上背景技术可以看出，铬作为一种耐蚀元素，可以提高耐腐蚀钢的腐蚀性能是共有的常识，同时配以铜等合金元素可以提高耐腐蚀性能也是本领域的共有常识。然而，在建筑用钢领域，由于其使用环境的不同、对抗震性能的要求不同，添加耐腐蚀元素的不同、多少等对其的性能及成本影响极大，特别是焊接性能。因此，如何选择耐腐蚀元素、以及耐腐蚀元素的含量多少、如何配套使用合适的控轧控冷工艺是本领域的难题。本发明从生产实践出发，经过多次反复的对不同元素进行配比，通过锈层分析、物相检测等，甄选出一种或多种成分体系的建筑用钢，其耐腐蚀性能大大提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优异腐蚀性能的400Mpa级建筑用钢及生产方法，通过一定的成分添加与多组成分优化后，其耐工业大气与耐海洋大气腐蚀性能得到一定程度的提高与改善。
本发明的400Mpa级建筑用钢成分重量百分数为：C：0.05-0.3％，Si：0.2-0.6％，Mn：1.2-1.6％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr：0-1.9％，Cu：0.25-1％，Ni：0.4-1％，Mo：0.1-0.5％，N：0.01-0.02％，余量为Fe。
本发明400Mpa级建筑用钢同时成分中可含有一种或几种一定含量的铜、镍、钼等耐腐蚀合金元素，其总量范围不超过5wt％。其优化后的铬含量范围为0.4％-1.5wt％，碳含量范围0.05-0.2wt％；
本发明的400Mpa级建筑用钢的组织为铁素体+马氏体或铁素体+珠光体。
本发明400Mpa级建筑用钢能够满足性能指标要求。
在建筑用钢中，C是重要的元素，是钢强度提高的重要元素，但碳含量过高，易于形成更多的腐蚀电池，加速腐蚀；C含量过低，易于造成强度达不到目标级别，因此，碳含量的范围为0.05-0.3wt％，优化后范围为0.05-0.2wt％；
Cr是主要的钝化元素，它在钢表面形成氧化铬等保护性的钝化膜，钝化膜的破坏与溶液成分、温度、PH值等有关，但研究发现，在低铬含量的钢种，Cr含量的添加并非越大越好，在一定的范围，同时配以一定含量的Cu/P/Mo等元素，可以发挥钝化膜的最大作用，因此，Cr含量范围0-1.9wt％，优化后的范围为0.4％-1.5wt％。
Cu是较好的抗大气腐蚀与抗氯离子腐蚀的元素，其余P元素配合使用可以使得耐腐蚀性能大大提高，当Cu含量较小时，对焊接性能的影响较小，铜含量较大时，在热加工过程中易于出现Cu脆。
Mo是良好的抗点蚀元素，同时Mo的添加可以显著提高钢的强度。耐点蚀方面，Mo的耐点蚀能力是Cr元素的2-4倍。
Ni可以显著提高钢基体的自腐蚀点位，又能稳定奥氏体，使得奥氏体更加均匀，但添加量过高会过高的增加钢的生产成本。
稀土元素的添加可以显著提高钢的耐腐蚀性能。
进一步的可以根据不同元素的作用以及合金的成本等因素，综合考虑，Cr/Mo/Cu/Ni/稀土等合金元素的含量不超过5％为宜。经大量试验证明：1)400Mpa级建筑用钢Cu/Ni比＜2：1，优选的范围为Cu/Ni为1：1。根据不同的环境，可选用不同的Cu/Ni比。2)Cr是钝化膜的主要形成元素，根据不同的使用环境，Cr的使用含量不同，最优选的Cr含量区间0.8％-1.2wt％，同时Cu-P-Ni-Mo可以大大提高腐蚀性能。
本发明的400Mpa级建筑用钢的生产采用真空冶炼-低温轧制-控轧控冷的生产方法，通过精选的多组成分优化与工艺优化，得到一种优异腐蚀性能的建筑用钢。工艺及控制的技术参数如下：
1)首先进行铁水脱硫预处理、顶底富吹转炉冶炼、LF炉精炼、全保护连铸，方坯尺寸为150*150mm；
控制转炉终点为0.01％-0.05％，出钢温度控制在1650-1695℃；连铸过程中控制连铸中间包液控制温度1540±10℃，拉速控制为1.8m/min-2.2m/min；
2)加热：加热炉加热，充分奥氏体化，合金元素充分固溶，固溶温度为1200℃±20℃；
3)轧制及控制冷却：采用连续轧制，轧制间采用控轧控冷，控制轧制温度在两相区范围内，控制轧制温度区间范围为800℃-900℃，控冷范围为轧制后的奥氏体区内快冷，控冷温度区间为650-750℃，使得钢坯迅速降温至铁素体区间，组织转变以空冷方式进行。
具有优异腐蚀性能的400Mpa建筑用钢及其生产方法，其主要的控制思路为:1)通过优化铬元素的含量，同时一定比例的配以铜、磷、钼、镍等耐腐蚀元素，可以使得耐腐蚀性能得到极大的提高。2)铬是能显著提高钢基体耐腐蚀性能的主要元素，它的添加配合其他合金元素可以使得钢中锈层致密，形成铬的羟基氧化物、氧化膜以及羟基铁的氧化物等阻碍腐蚀进行的物质。3)本发明的创新点在于优化选择了最佳的铬等合金元素，使得400Mpa级建筑用钢具有优异的腐蚀性能。
本发明的优点在于，优异的耐腐蚀性能可用于海洋环境、沼泽地等恶劣条件下要求超高强、耐久性设计要求的混凝土结构使用；创新点在于优化选择了最佳的铬等合金元素，使得400Mpa级建筑用钢具有优异的腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的建筑用钢500X显微组织照片图。
图2为本发明实施例提供的一种成分建筑用钢的显微照片图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
一种具有优异腐蚀性能的400Mpa级建筑用钢的化学成分及质量百分比为：
成分1该钢种成分C：0.14％，Si：0.4％，Mn：1.4％，P:0.015，S:0.01，Cr：0.8％，Cu：0.6％，Ni：0.6％，N：0.01％，Mo：0.15％，余量为Fe。
成分2该钢种成分C：0.05％，Si：0.5％，Mn：1.5％，P:0.015，S:0.01，Cr：1.45％，Cu：1.0％，Ni：1.0％，N：0.02％，Mo：0.4％，余量为Fe。
成分3该钢种成分C：0.10％，Si：0.4％，Mn：1.3％，P:0.015，S:0.01，Cr：1.0％，Cu：0.5％，Ni：1.0％，N：0.01％，Mo：0.4％，余量为Fe。
生产工艺为：首先进行铁水脱硫预处理、顶底富吹转炉冶炼、LF炉精炼、全保护连铸，方坯尺寸为150*150mm；
控制转炉终点为0.03％，出钢温度控制在1695℃；连铸过程中控制连铸中间包液控制温度1540℃，拉速控制为2.0m/min；充分奥氏体化，合金元素充分固溶，固溶温度为1200℃；之后采用连续轧制，轧制间采用控轧控冷，控制轧制温度在两相区范围内，控制轧制温度区间范围为850℃，控冷范围为轧制后的奥氏体区内，空冷温度680℃，使得钢坯迅速降温至铁素体区间。
耐蚀性能通过周期浸润试验机在2％NaCl中性溶液中腐蚀72小时，实验温度为45℃、湿度为70％，结果显示其腐蚀性能均满足碳钢70％性能要求。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种具有优异腐蚀性能的400Mpa级建筑用钢，其特征在于，成分重量百分数为：C：0.05-0.3％，Si：0.2-0.6％，Mn：1.2-1.6％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr：0-1.9％，Cu：0.25-1％，Ni：0.4-1％，Mo：0.1-0.5％，N：0.01-0.02％，余量为Fe；
钢组织为铁素体+马氏体或铁素体+珠光体。
2.权利要求1所述的400Mpa级建筑用钢，其特征在于，Cr：含量范围为0.4％-1.5wt％，C含量范围0.05-0.2wt％。
3.一种权利要求1所述的400Mpa级建筑用钢的生产方法，其特征在于，生产工艺及控制的技术参数如下：
(1)首先进行铁水脱硫预处理、顶底富吹转炉冶炼、LF炉精炼、全保护连铸，方坯尺寸为150*150mm；
控制转炉终点为0.01％-0.05％，出钢温度控制在1650-1695℃；连铸过程中控制连铸中间包液控制温度1540±10℃，拉速控制为1.8m/min-2.2m/min；
(2)加热：加热炉加热，奥氏体化，合金元素固溶，固溶温度为1200℃±20℃；
(3)轧制及控制冷却：采用连续轧制，轧制间采用控轧控冷，控制轧制温度在两相区范围内，控制轧制温度区间范围为800℃-900℃，控冷范围为轧制后的奥氏体区内快冷，控冷温度区间为650-750℃，使得钢坯迅速降温至铁素体区间，组织转变以空冷方式进行。
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