CN108774711B

CN108774711B - 一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋及其生产方法

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Publication number: CN108774711B
Application number: CN201810569411.0A
Authority: CN
Inventors: 郭湛; 于同仁; 汪开忠; 吴坚; 宋祖峰; 杨应东; 陈开智; 赵海燕; 黄社清; 张步海; 张晓瑞; 尹德福
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2019-10-01
Anticipated expiration: 2038-06-05
Also published as: CN108774711A

Abstract

本发明提供了一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋及其生产方法，含有以下重量百分比的化学成分：C 0.06‑0.13％，Si 0.50‑0.70％，Mn 1.35‑1.55％，P≤0.030％、S≤0.010％，V 0.075‑0.095％，Cr 0.8‑1.3％，Cu 0.25‑0.45％，Ni 0.25‑0.45％，Als 0.010％～0.030％，Ca 0.0015～0.0035％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。与现有技术相比，本发明生产的钢屈服强度R_eL≥500MPa，抗拉强度R_m≥630MPa，断后伸长率A≥15％；其耐海水腐蚀性能是普通钢筋的2倍。

Description

一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋及其生产方法

技术领域

本发明属于耐蚀钢及其生产工艺技术领域，尤其涉及一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋及其生产方法。

背景技术

大量港口码头、跨海大桥、交通枢纽等基础设施的建设将集中在沿海岸线地区，海水、海风中富集的氯离子Cl^-会渗透到混凝土内部，破坏钢筋表面钝化膜，导致钢筋锈蚀并引起混凝土顺筋开裂，严重影响钢筋混凝土结构的使用寿命。

我国长期以来多使用强度等级较低的335MPa钢筋，而欧美发达国家早已使用500MPa及以上强度级别钢筋。钢筋强度由335MPa提高到400MPa，能节约钢材12％～14％，由400MPa提高到500MPa，又能节约钢材10～12％。随着我国《钢铁产业调整和振兴规划》、《关于进一步推广应用高强钢筋的指导意见》等相关政策出台，大力发展、应用500MPa级高强钢筋具有显著的经济效益，对促进我国钢铁、建筑业的发展具有重要意义。

近年来，为了提高钢筋的耐海水腐蚀性能，国内外多采用向钢筋中添加耐蚀元素Cr、Ni、Cu等耐蚀元素的方法。中国专利申请号201410104201.6公开了“一种500MPa级耐腐蚀含Cr钢筋及其轧制工艺”，其成分按重量百分比为：0.05～0.12％C、8～10％Cr、0.1～0.3％Cu、0.1～0.15％Ni、1～1.5％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，该钢筋耐蚀性能是普通钢筋的4-6倍，但Cr含量高，导致生产成本高而难以大量推广应用。中国专利申请号201510286425.86公开了“一种HRB500抗震耐腐蚀钢筋”，其成分按重量百分比为：0.01～0.08％C、0.10～0.25％Si、0.20～0.70％Mn、0.01～0.04％Ni、0.01～0.04％Cr、0.02～0.03％Nb、0.04～0.07％V、P≤0.03％、S≤0.02％、RE≤0.05％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。该钢筋主要利用廉价的红土镍矿资源替代部分铁矿石资源，但耐蚀性能明显不足。中国专利申请号201610340629.X公开了”一种耐蚀钢筋及其生产方法”，其化学成分：0.15～0.23％C、0.30～0.65％Si、0.90～1.60％Mn、P≤0.030％、S≤0.020％、1.40～2.50％Cr、0.20～0.40％Cu、0.010～0.025％Ti、N≤0.015％、O≤0.0020％。该钢筋的耐蚀性能是普通钢筋的3～5倍，但采用属于淘汰落后产能、能耗高的感应电炉冶炼，不适合大工业生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋，成本低，适合大工业生产。

本发明还提供了一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋的生产方法，产工艺稳定、可靠，适合大工业生产，钢筋屈服强度R_eL≥500MPa，抗拉强度R_m≥630MPa，断后伸长率A≥15％，有良好的弯曲、焊接性能，耐海水腐蚀能力约为普通HRB400钢筋的2倍。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供的一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋，含有以下重量百分比的化学成分：

C 0.06-0.13％，Si 0.50-0.70％，Mn 1.35-1.55％，P≤0.030％、S≤0.010％，V0.075-0.095％，Cr 0.8-1.3％，Cu 0.25-0.45％，Ni 0.25-0.45％，Als 0.010％～0.030％，Ca 0.0015～0.0035％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

各元素的作用如下：

C易与Fe形成原电池，从而发生电化学腐蚀，不利于提高钢的耐蚀性能；另外，C还会造成钢材的晶间局部缺Cr，降低钢材抗晶间腐蚀的能力，点蚀的倾向增加。本发明的C含量在0.06-0.13％。

Cr在低合金钢中适量加入能在钢表面形成一层致密的钝化膜，提高钢在腐蚀介质中的腐蚀电位，改善钢的耐蚀性能。另外，含Cr钢的腐蚀产物中α-FeOOH的含量高于不含C的钢,α-FeOOH是一种绝缘的非活性物质，能进一步提高钢的耐蚀性能。一般Cr≥0.7％即能发挥作用，本发明Cr含量在Cr 0.8-1.3％。

Cu易在钢表面及锈层中富集，富集的Cu一方面促使钢阳极钝化，另一方面形成具有保护作用的锈层，且在锈层与基体间还形成以CuO为主要成分的阻挡层，提高钢耐蚀性能。但超过0.5％的Cu对钢耐蚀性能的提高影响不显著，且钢的冶炼困难。本发明Cu含量在0.25-0.45％。

Ni使耐候钢的自腐蚀电位正移，增加钢的抗腐蚀能力。同时，Ni元素易聚集在锈层中，能促进保护性锈层的生成，有效抵御Cl-等的侵蚀，提高钢的耐蚀性能。本发明Ni含量在0.25-0.45％。

微量的Ca加入耐候钢中，形成的CaO、CaS溶解于钢表面电解液膜中，提高其碱性，促使锈层转化成致密的α-FeOOH保护层，提高钢的耐蚀性能。本发明这Ca含量为0.0015～0.0035％。

本发明提供的一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋的生产方法，生产方法流程为：

铁水预处理→转炉冶炼→吹氩站→LF炉精炼→弱吹操作→150方坯连铸→连续棒材轧机轧制。

进一步的，所述铁水预处理，经脱硫预处理，脱硫目标值：S≤0.005％。

进一步的，所述转炉冶炼：按照质量比铁水：废钢＝64±2：10±2的稳定装入制度，铜板、镍板随废钢一起加入转炉，从而保证铜、镍的高收得率；转炉终点C要求0.03～0.05％；挡渣出钢，出钢时间要求大于2.5分钟，出钢1/5钢水时，加入5kg/t的低硅精炼渣和5kg/t的石灰，出钢1/3时，加入合金，顺序为：低碳FeMn→FeSi→低碳FeCr→VN(16)合金，出钢3/4时，按0.5kg/t加入铝饼，出钢结束后根据下渣量，向钢渣面均匀抛洒适量铝粒。

进一步的，所述吹氩站：根据定氧结果，喂铝线，使得出站Als含量在0.010％～0.020％。

进一步的，所述LF炉精炼：首先采用200L/min的氩量吹通，再调小到80～120L/min，用7～8档化渣12分钟，根据渣的状况加入5.5kg/t精炼渣，化渣过程中根据渣的情况每隔1～2分钟添加铝粒和CaSi粉以调整渣成分，直至形成白渣；根据钢样结果通过向渣面加铝粒的方式调整Als成分至0.010％～0.030％范围，喂硅钙线调整Ca成分至0.0015～0.0035％范围，最后微调化学成分至目标范围。

进一步的，所述弱吹操作，具体为：弱吹时间15～25分钟，25～40L/min的极小氩量，保证钢液面不裸露。渣面微微波动，成分、温度均匀。

进一步的，所述150方坯连铸：采用全程保护浇铸，一次冷却水流量100～130m³/h，二次冷却比水量1.0～1.4l/kg。

进一步的，所述连续棒材轧机轧制，采用TMCP热机轧制工艺，具体为：

加热温度控制在1180～1230℃；出钢温度控制在950～1000℃；进精轧机温度控制在≤880℃。

与现有技术相比，本发明钢种需按设计的成分范围，采用铁水预处理脱硫，减轻转炉脱硫负担，减少MnS等夹杂形成的原电池数量，降低电化学腐蚀倾向；采用转炉冶炼并合金化，向钢中加入所需的耐蚀性合金元素；采用吹氩搅拌、LF炉精炼并成分微调，促进钢水成分的均匀性并符合成分要求，促使钢中的夹杂物上浮去除；采用弱吹操作，进一步均匀钢水成分、排除夹杂物，减少微小原电池的数量，保证钢的耐蚀性能；采用150方坯连铸机将钢水连铸成150方坯，最后经棒材轧机TMCP热机轧制，即可生产出500MPa级耐海水腐蚀钢筋，其力学性能可达到下列要求：屈服强度R_eL≥500MPa，抗拉强度R_m≥630MPa，断后伸长率A≥15％；其耐海水腐蚀性能是普通钢筋的2倍。

具体实施方式

实施例1(炉号1610)

一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋，含有以下重量百分比的化学成分：

C 0.08％，Si 0.61％，Mn 1.46％，P 0.014％，S 0.005％，Cr 0.95％，Ni 0.40％，Cu 0.40％，V 0.082％，Als 0.015％，Ca 0.0018％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

上述钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋的生产方法铁水预处理→转炉冶炼→吹氩站→LF炉精炼→弱吹操作→150方坯连铸→连续棒材轧机轧制，规格φ20mm。

具体的，铁水预处理：铁水预处理脱硫目标S≤0.005％。

转炉冶炼：转炉初炼，预处理铁水64±2吨、废钢10±2吨，铜板、镍板各240±10kg随废钢一起加入转炉，转炉终点C要求0.03～0.05％；挡渣出钢，出钢时间要求大于2.5分钟，出钢约1/5钢水时，加入5kg/t的低硅精炼渣和5kg/t的石灰，出钢约1/3时，加入合金，顺序为：低碳FeMn→FeSi→低碳FeCr→VN(16)合金，出钢约3/4时，按0.5kg/t加入铝饼，出钢结束后根据下渣量，向钢渣面均匀抛洒适量铝粒。

吹氩站：根根据定氧结果，喂铝线，使得出站Als含量在0.010％～0.020％。

LF炉精炼：首先采用大氩量吹通，再调小到80～120L/min，用7～8档化渣12分钟，根据渣的状况加入5.5kg/t精炼渣，化渣过程中根据渣的情况每隔1～2分钟添加若干铝粒和CaSi粉以调整渣成分，直至形成白渣；根据钢样结果通过向渣面加铝粒的方式调整Als成分至0.010％～0.016％范围，喂硅钙线调整Ca成分至0.0015～0.0025％范围，在LF炉中把钢中的S降至0.010％以下，最后微调化学成分至目标范围。

弱吹操作：弱吹时间15～25分钟，25～40L/min的极小氩量，保证钢液面不裸露，渣面微微波动，成分、温度均匀。

150方坯连铸：采用全程保护浇铸，一次冷却水流量100～130m³/h，二次冷却比水量1.0～1.4l/kg。

连续棒材轧机轧制：棒材轧机TMCP热机轧制，冷床自然冷却，堆垛自然冷却。

其中TMCP热机轧制工艺各段温度如下：

①加热温度控制在1200℃；

②出钢温度控制在960℃；

③进精轧机温度控制在850℃。

实施例2(炉号1611)

C 0.06％，Si 0.67％，Mn 1.52％，P 0.018％，S 0.006％，Cr 1.25％，Ni 0.35％，Cu 0.32％，V 0.094％，Als 0.026％，Ca 0.0022％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

生产方法同实施例1，其中TMCP热机轧制工艺各段温度如下：

①加热温度控制在1220℃；

②出钢温度控制在985℃；

③进精轧机温度控制在≤865℃。

实施例3(炉号1612)

0.13％C，Si 0.55％，Mn 1.35％，P 0.029％，S 0.008％，Cr 1.16％，Ni 0.27％，Cu 0.25％，V 0.076％，Als 0.021％，Ca 0.0033％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

生产方法同实施例1。其中TMCP热机轧制工艺各段温度如下：

①加热温度控制在1215℃；

②出钢温度控制在975℃；

③进精轧机温度控制在≤860℃。

上述实施例1-3制备得到的钢筋取样，同时取HRB400普通钢筋试样，熔炼化学成分见表1，力学性能与工艺性能见表2，周浸试验结果见表3。

表1本发明钢及对比钢种HRB400的熔炼成分％，余量为Fe和不可避免的杂质

表2本发明钢的力学性能与工艺性能

其中：R_eL为屈服强度；R_m为抗拉强度；A,为5d标距下的断后延伸率(d为钢筋公称直径)。

冷弯d＝5a(d为钢筋弯心直径，a为钢筋公称直径)，弯曲180°；反弯d＝6a，先正弯90°，再反弯20°。

周浸腐蚀试验的试验溶液为3.5％的NaCl溶液；溶液温度为35±2℃，干燥温度为45±2℃，湿度为30±2℃。每一循环周期为60±5min，其中浸润12±2℃，暴露48±2℃。试验周期2、3、6、9、12天；每个周期内取平行试样3组。

耐蚀钢筋的平均腐蚀率在2.21～2.66g/(m²·h)，相对HRB400普通钢筋的相对腐蚀率为45.39～49.59％。

相对腐蚀率＝耐蚀钢筋的腐蚀率/对比钢筋(HRB400)的腐蚀率×100％。

表3周浸腐蚀试验的平均腐蚀速率及相对腐蚀率

本发明生产的500MPa级耐海水腐蚀高强钢筋，屈服强度R_eL≥500MPa，抗拉强度R_m≥630MPa，伸长率A≥15％，耐海水腐蚀能力为HRB400普通钢筋的2倍以上。

Claims

1.一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋，其特征在于，所述钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋含有以下重量百分比的化学成分：

C 0.06-0.13％，Si 0.50-0.70％，Mn 1.35-1.55％，P≤0.030％、S≤0.010％，V0.075-0.095％，Cr 0.8-1.3％，Cu 0.25-0.45％，Ni 0.25-0.45％，Als 0.010％～0.030％，Ca 0.0015～0.0035％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

所述的钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋的生产方法，流程为：铁水预处理→转炉冶炼→吹氩站→LF炉精炼→弱吹操作→150方坯连铸→连续棒材轧机轧制；

所述连续棒材轧机轧制，采用TMCP热机轧制工艺，具体为：

加热温度控制在1180～1230℃；出钢温度控制在950～1000℃；进精轧机温度控制在≤880℃；

所述铁水预处理，经脱硫预处理，脱硫目标值：S≤0.005％；

所述转炉冶炼：按照质量比铁水：废钢＝64±2：10±2的稳定装入制度，铜板、镍板随废钢一起加入转炉，从而保证铜、镍的高收得率；转炉终点C要求0.03～0.05％；挡渣出钢，出钢时间要求大于2.5分钟，出钢1/5钢水时，加入5kg/t的低硅精炼渣和5kg/t的石灰，出钢1/3时，加入合金，顺序为：低碳FeMn→FeSi→低碳FeCr→VN16合金，出钢3/4时，按0.5kg/t加入铝饼，出钢结束后根据下渣量，向钢渣面均匀抛洒适量铝粒；

所述吹氩站：根据定氧结果，喂铝线，使得出站Als含量在0.010％～0.020％；

所述LF炉精炼：首先采用200L/min的氩量吹通，再调小到80～120L/min，用7～8档化渣12分钟，根据渣的状况加入5.5kg/t精炼渣，化渣过程中根据渣的情况每隔1～2分钟添加铝粒和CaSi粉以调整渣成分，直至形成白渣；根据钢样结果通过向渣面加铝粒的方式调整Als成分至0.010％～0.030％范围，喂硅钙线调整Ca成分至0.0015～0.0035％范围，最后微调化学成分至目标范围；

所述弱吹操作，具体为：弱吹时间15～25分钟，25～40L/min的极小氩量，保证钢液面不裸露；

所述150方坯连铸：采用全程保护浇铸，一次冷却水流量100～130m³/h，二次冷却比水量1.0～1.4L/kg。