CN109023042A - 500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋及其制造方法，其中，500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋，其以重量百分比计化学成分含量为：C：0.15～0.20％，Si：0.20～0.60％，Mn：0.95～2.0％，Cu：0.10～12.0％，Cr：0.20～2.50％，Ni：0.0～2.0％，V：0.0～2.8％，RE：0.0～2.0％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。该钢筋具有如下优点：钢筋的耐腐蚀性好，进一步提高了钢筋的强度和使用寿命。

Description

500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋及其制造方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋和500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋的制造方法。
背景技术
有大量的钢筋混凝土结构是应用于以氯盐为主要介质的腐蚀环境，如海洋、盐湖、盐碱地等自然氯盐腐蚀环境以及撒化冰盐的道路、桥梁等人为氯盐腐蚀环境，在这样的环境中，会造成混凝土用钢筋腐蚀，腐蚀因素很多，腐蚀的机理也不尽相同，一般分为电化学腐蚀、化学腐蚀和应力腐蚀三种形式。混凝土用钢筋经过氯离子腐蚀后，会造成混凝土开裂，降低钢筋与混凝土的握裹粘结力。
钢筋腐蚀后体积会增加2～10倍，对周围混凝土产生压力，将使混凝土沿钢筋方向开裂，进而使保护层成片脱落，而裂缝与保护层的剥落又会进一步导致更剧烈的腐蚀，改变结构受力状态和降低结构的耐久性。在氯离子环境中，钢筋经过腐蚀后，表面会形成疏松的氯化物和氧化物等腐蚀产物，钢筋表面上形成一层疏松隔离层，从而降低了钢筋与混凝土之间的粘结作用；钢筋腐蚀后就会膨胀，混凝土对钢筋的约束作用逐渐减弱；钢筋腐蚀后表面的肋将逐渐变小，严重腐蚀后钢筋与混凝土之间的机械咬合作用就会消失。钢筋混凝土结构中钢筋和混凝土是共同作用、相互传递应力的，当受力机理破坏后，就会加快混凝土裂缝的扩展。
钢筋的耐腐蚀性已成为工业化国家主要研究的课题，高寿命的各种耐腐蚀钢筋、耐候钢筋的使用范围日趋扩大，为了解决混凝土中钢筋的腐蚀问题和市场发展趋势，迫切需要开发高强度耐腐蚀钢筋。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋和500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋的制造方法。
本发明提供一种500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋，其以重量百分比计化学成分含量为：C：0.15～0.20％，Si：0.20～0.60％，Mn：0.95～2.0％，Cu：0.10～12.0％，Cr：0.20～2.50％，Ni：0.0～2.0％，V：0.0～2.8％，RE：0.0～2.0％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
本发明还提供一种上述钢筋的制造方法，包括：铁水脱硫：采用KR法脱硫，脱硫剂是以石灰石为主，再配入少许萤石、铝为助熔剂；复吹转炉冶炼：采用单渣操作，终渣碱度按3.0控制，转炉采用低拉碳工艺，转炉终点控制目标C不大于0.06％，出钢温度控制不小于1630℃；LF精炼：采用锰铁、金属锰、低碳铬铁、钼铁、镍板合金化，终脱氧采用有铝脱氧；连铸：钢水在保护气体下浇铸，拉速控制在2.3～2.5m/min，连铸二冷配水采用弱冷冷却，并且以恒拉速得到连铸坯，铸坯加热温度控制在1100～1200℃，钢坯出炉温度1050～1150℃，开轧温度950～1050℃，终轧温度900～950℃，钢坯每道次变形量为11～20％，总变形量为11～35％。
进一步地，所述LF精炼中，对钢液加入变性剂。
进一步地，所述连铸过程中，轧制冷却过程不能穿水。
相对于现有技术，按照本发明提供的方法制备的500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋具有如下优点：钢筋的耐腐蚀性好，进一步提高了钢筋的强度和使用寿命。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋金相组织照片。
具体实施方式
本发明公开了一种500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋及其制造方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明提供一种500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋，其以重量百分比计化学成分含量为：C：0.15～0.20％，Si：0.20～0.60％，Mn：0.95～2.0％，Cu：0.10～12.0％，Cr：0.20～2.50％，Ni：0.0～2.0％，V：0.0～2.8％，RE：0.0～2.0％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
轧制后该钢筋的屈服强度Rp0.2≥500MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，延伸率A≥16％，强屈比Rm 0/ReL 0≥1.25，屈标比ReL 0/ReL≤1.30。由于提高钢的抗氧化能力的最有效合金元素是铬、硅和铝，但钢中硅、铝的质量分数较多时钢材变脆，因此在耐氯离子腐蚀钢筋中，加入Cr元素，使钢能在钢的表面形成一层完整的、致密而稳定的氧化保护膜，从而提高了钢的抗氧化能力。硅可提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低，又能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比，含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性，起到耐腐蚀的作用。镍可提高钢的强度而不显著降低其韧性，降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性，改善钢的加工性和可焊性，提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。钒有很强热强性，能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。相应的，本发明还提供一种上述钢筋的制造方法，包括：铁水脱硫：采用KR法脱硫，脱硫剂是以石灰石为主，再配入少许萤石、铝为助熔剂；复吹转炉冶炼：采用单渣操作，终渣碱度按3.0控制，转炉采用低拉碳工艺，转炉终点控制目标C不大于0.06％，出钢温度控制不小于1630℃；LF精炼：采用锰铁、金属锰、低碳铬铁、钼铁、镍板合金化，终脱氧采用有铝脱氧；连铸：钢水在保护气体下浇铸，拉速控制在2.3～2.5m/min，连铸二冷配水采用弱冷冷却，并且以恒拉速得到连铸坯，铸坯加热温度控制在1100～1200℃，钢坯出炉温度1050～1150℃，开轧温度950～1050℃，终轧温度900～950℃，钢坯每道次变形量为11～20％，总变形量为11～35％。
进一步地，所述LF精炼中，对钢液加入变性剂。
进一步地，所述连铸过程中，轧制冷却过程不能穿水。
铁水脱硫采用KR法脱硫，脱硫剂是以石灰石为主，再配入少许萤石、铝为助熔剂。转炉采用复吹转炉冶炼，采用单渣操作，终渣碱度按3.0控制，为保证较低的出钢磷、合适的出钢温度和相对稳定的出钢碳，转炉采用低拉碳工艺，转炉终点控制目标C不大于0.06％，出钢温度控制不小于1630℃。精炼采用锰铁、金属锰、低碳铬铁、钼铁、镍板合金化，终脱氧采用有铝脱氧。钢中非金属夹杂物对钢的耐腐蚀性能的影响比较大，LF精炼需对钢液加入一些变性剂，在这种耐大气腐蚀钢筋的生产中加入稀土合金使非金属夹杂物变性球化，消除或减小了它们对钢性质的不利影响，从而净化钢质，减少夹杂总量，使夹杂物与钢基体接触面之间的腐蚀减少。非金属夹杂物数量越多，颗粒较大对钢会产生恶劣影响，所以必须将将钢中腐蚀速率大的夹杂(MnS)变性为腐蚀速率小的夹杂，从而降低钢基体内部微区域电化学腐蚀。连铸钢水在保护气体下浇铸，拉速控制在2.3～2.5m/min，由于合金的加入，连铸二冷配水采用弱冷冷却，防止铸坯出现表面裂纹、内部缺陷，同时尽量保证恒拉速得到连铸坯。
铸坯加热温度控制在1100～1200℃，钢坯出炉温度1050～1150℃，开轧温度950～1050℃，终轧温度900～950℃，钢坯每道次变形量为11～20％，总变形量为11～35％。为保证产品良好的力学性能，轧制冷却过程不得穿水，主要是由于合金元素含量较多，极大的增加了钢材的淬透性，制备过程中如进行穿水冷却，容易得到淬火组织，降低钢筋塑性和焊接性能。
相对于现有技术，按照本发明提供的方法制备的500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋具有如下优点：钢筋的耐腐蚀性好，进一步提高了钢筋的强度和使用寿命。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1
本实例中500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋的化学成分如表1所示。该钢筋的主要制备工艺为：铁水脱硫—转炉—LF精炼—连铸—轧制。铁水脱硫：脱硫前扒除高炉渣，以提高脱硫效率；取铁矿石熔融为铁水，铁水采用KR法脱硫，即将所述铁水采用转速为90r/min的搅拌桨搅拌，搅拌2min后，加入脱硫剂，脱硫剂为9：1的质量比混合的石灰粉与萤石，搅拌反应10min，静置5min。铁水脱硫静置后扒除脱硫渣，稳定脱硫效果，防止脱硫渣进入转炉造成转炉回硫，保证钢中硫含量控制在0.01％以下。转炉：采用顶底复吹进行脱碳、脱磷，1650℃下冶炼至钢液中碳含量低于0.05％、磷含量低于0.01％出钢，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、硅锰合金脱氧，加入碳粉和造渣料，出钢时防止大量下渣，同时，所述保护气体压力随出钢量逐渐减小。精炼：采用LF炉外精炼，1575℃下脱氧至钢液中含氧量为0.002％，加入锰铁、镍板及铬铁、钒的合金元素，精炼结束后喂钙铁合金线，同时保证软吹时间不小于10min。连铸：尽量保证恒拉速进行拉钢，拉速控制在2.3m/min，铸坯断面为150mm×150mm，铸坯长度为11.5m。轧制：具体轧制工艺如表2所示，将连铸坯加热至1200℃，出炉测温1200℃左右，高压水除鳞后进行轧制，轧制温度1050±20℃，经粗轧、中轧后，控制终轧温度950±20℃，轧制过程中对钢筋不能进行穿水，然后上冷床，进入精整、打捆工序。
下线后对钢筋检验力学性能，金相组织图片如图1所示，力学性能结果如表3所示，检测方法参照《GB1499.2-2007钢筋混凝土用钢第二部分：热轧带肋钢筋》进行。参照国标《GB/T33953-2017钢筋混凝土用耐蚀钢筋》中弯曲和反向弯曲试验方法规定进行检验，正向弯曲将钢筋弯曲180°后，观察钢筋表面，未发现明显肉眼可见的裂纹。反向弯曲是将钢筋正向弯曲90°，然后在100±20℃的加热炉中保温30min，经自然冷却后进行反向弯曲试验，再向反向弯曲20°，试验结束后观察钢筋表面，为发现明显肉眼可见的裂纹。
耐蚀性能测试：周浸腐蚀试验参照YB/T4368-2014《钢筋在氯离子环境中腐蚀试验方法》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(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；试验时间：168h；每一循环周期；60min±2min；其中浸润时间：12min±2min；烘烤后试样表面最高温度：70℃±10℃，耐腐蚀试验结果如表4所示。
表1 500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋的化学成分
表2 500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋的轧制工艺
工艺方案 出炉温度/℃ 开轧温度/℃ 入精轧温度/℃ 终轧温度/℃
工艺前 1200±20 1050±20 1050±20 950±20
表3 500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋的力学性能结果
编号 Rp0.2/MPa Rm/MPa A％ Z％ Rm 0/ReL 0 ReL 0/ReL
1-1 529 729 26.0 69 1.38 1.06
1-2 520 721 24.5 64 1.39 1.04
1-3 525 719 24.0 66 1.37 1.05
1-4 531 730 26.0 65 1.38 1.03
表4耐腐蚀试验结果
编号 腐蚀速率(g/m2·h) 相对腐蚀速率
HRB400 4.897 1.00
比对试样1 2.964 0.61
由上述内容可知，本发明提供的方法制备的500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋具有如下优点：钢筋的耐腐蚀性好，进一步提高了钢筋的强度和使用寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋，其特征在于，以重量百分比计化学成分含量为：C：0.15～0.20％，Si：0.20～0.60％，Mn：0.95～2.0％，Cu：0.10～12.0％，Cr：0.20～2.50％，Ni：0.0～2.0％，V：0.0～2.8％，RE：0.0～2.0％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
2.权利要求1所述的500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋的制造方法，其特征在于，包括：
铁水脱硫：采用KR法脱硫，脱硫剂是以石灰石为主，再配入少许萤石、铝为助熔剂；
复吹转炉冶炼：采用单渣操作，终渣碱度按3.0控制，转炉采用低拉碳工艺，转炉终点控制目标C不大于0.06％，出钢温度控制不小于1630℃；
LF精炼：采用锰铁、金属锰、低碳铬铁、钼铁、镍板合金化，终脱氧采用有铝脱氧；
连铸：钢水在保护气体下浇铸，拉速控制在2.3～2.5m/min，连铸二冷配水采用弱冷冷却，并且以恒拉速得到连铸坯，铸坯加热温度控制在1100～1200℃，钢坯出炉温度1050～1150℃，开轧温度950～1050℃，终轧温度900～950℃，钢坯每道次变形量为11～20％，总变形量为11～35％。
3.根据权利要求2所述的500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋的制造方法，其特征在于，所述LF精炼中，在钢液中加入变性剂。
4.根据权利要求2所述的500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋的制造方法，其特征在于，所述连铸过程中，轧制冷却过程不能穿水。
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