CN109295390A

CN109295390A - 一种超高强耐腐蚀钢筋及其生产方法

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Publication number: CN109295390A
Application number: CN201811369282.7A
Authority: CN
Inventors: 张贺佳; 孔超; 王全利; 王雷; 王金星; 王欣
Original assignee: HBIS Co Ltd Chengde Branch
Current assignee: HBIS Co Ltd Chengde Branch
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2019-02-01
Anticipated expiration: 2038-11-16
Also published as: CN109295390B

Abstract

本发明公开了一种超高强耐腐蚀钢筋及其生产方法，所述超高强耐腐蚀钢筋的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.21～0.27%，Si：0.50～0.80%，Mn：1.10～1.30%，V：0.06～0.20%，Nb：0.01～0.02%，N：0.010～0.017%，Als：0.02～0.10%，Ce：0.01～0.07%，Cr：0.20～0.43%，还含有Cu：0.20～0.45%和/或Mo：0.10～0.70%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述生产方法包括铸坯加热、铸坯轧制和轧后保温工序。本发明超高强耐腐蚀钢筋成分设计采用较低含量的贵重合金元素，轧制后的钢筋降温时采用加盖保温罩，得到的产品具有力学性能和耐腐蚀性能好，贵重合金元素含量少的优点。

Description

一种超高强耐腐蚀钢筋及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种超高强耐腐蚀钢筋及其生产方法。

背景技术

相比于普通钢筋，高强钢筋可以节约大量钢材，进而减轻建筑及装备的重量。建筑物重量的减轻，有利于建筑物承压部位寿命的提高和建造更复杂庞大建筑。另外，随着对节能减排的要求越来越高，高强高性能钢筋目前已备受关注。由于高强钢筋一般用于重要建筑或装备，且使用年限较长，势必还要求钢筋要具有一定的耐腐蚀性。

传统钢筋强度的增加，一般采用增碳的方式实现。但是，为了确保钢筋的使用性能，尤其是焊接性能，国家标准对钢筋的碳当量有一定的要求。随着钢筋强度的增加，当钢筋屈服强度超过500MPa后，继续靠简单的增碳已难以实现，必须依靠添加其它合金元素来实现，这势必增加了生产成本。例如，沙钢研究院开发的一种超高强螺纹钢及其生产方法的化学成分为，C：0.28～0.32%，Si：0.40～0.80%，Mn：1.20～1.60%，V：0.18～0.24%，Nb：0.02～0.06%，Ni：0.02～0.10%，N：170～350ppm；可选成分为Ti：0.001～0.02%，Mo：0.01～0.05%，Cu：0.02～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。可知，其成分中含有较高的V、Ni、Mo贵金属元素。以目前的市场价格，仅V元素一项，吨钢成本就相差很多。因此，开发低成本钢筋具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超高强耐腐蚀钢筋及其生产方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种超高强耐腐蚀钢筋，所述超高强耐腐蚀钢筋的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.21～0.27%，Si：0.50～0.80%，Mn：1.10～1.30%，V：0.06～0.20%，Nb：0.01～0.02%，N：0.010～0.017%，Als：0.02～0.10%，Ce：0.01～0.07%，Cr：0.20～0.43%，还含有Cu：0.20～0.45%和/或Mo：0.10～0.70%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所述超高强耐腐蚀钢筋直径≤φ50mm。

本发明所述超高强耐腐蚀钢筋：抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥700MPa，断后延伸率≥13%，最大力伸长率≥9%，96h盐浴实验腐蚀速率≤0.85g/(m²•h)。

本发明还提供了一种超高强耐腐蚀钢筋的生产方法，所述生产方法包括铸坯加热、铸坯轧制和轧后保温工序；所述轧后保温工序，轧后上冷床空冷，当温度降低至660～680℃时加盖保温罩，保温时间≥10min，温降速率≤25℃/min。

本发明所述铸坯加热工序，加热温度为1060～1190℃。

本发明所述铸坯轧制工序，开轧温度为1020～1130℃，终轧温度≥930℃，轧制压缩比≥6。

本发明超高强耐腐蚀钢筋的耐腐蚀实验采用盐雾腐蚀实验，腐蚀时间为96 h。

本发明超高强耐腐蚀钢筋各组分元素的作用及设计思路：

本发明超高强耐腐蚀钢筋各组分元素的作用如下：

C主要是起到固溶强化作用，也是提高钢材强度的主要元素之一，而且属于廉价元素，但是C含量过高会恶化塑性指标。

Si主要起到固溶强化作用，提高钢材强度，增加弹性极限，同时是一种脱氧剂，减少氧化类夹杂物，但是Si含量过高可影响塑性。

Mn主要起到延缓相变时间和降低相变温度的作用，使基体组织获得较细小的珠光体。

V是非常好的强化元素，生成的V（C/N）可以起到沉淀强化的作用。

Nb的C/N化合物析出温度较高，主要起到细晶强化和第二相析出强化的作用。

N元素主要与Al结合，析出温度较高，可起到细化晶粒和析出强化作用。

Als为酸溶铝，主要与N结合，可起到细化晶粒和析出强化作用。

Cr可以使钢筋表面形成钝化膜，具有较好的耐腐蚀性能。

Ce与O有很强的结合能力，可以使钢筋表面形成钝化膜，具有较好的耐腐蚀性能。

Cu可以提高钢筋的耐腐蚀性能，少量添加对力学性能没有影响。

Mo具有较好的耐腐蚀性，尤其是耐Cl^-腐蚀的作用。

本发明超高强耐腐蚀钢筋的设计思路如下：

本发明中V是非常好的强化元素，生成的V（C/N）可以起到沉淀强化的作用。但是，根据合金热力学和动力学原理可知，在非平衡温度状态下，V（C/N）的析出温度主要在600℃左右，且需要一定的时间来完成。常规轧制后的冷床空冷温降较快，大量V元素未能及时析出，主要以固溶形式存在于铁素体中，未能发挥该有的作用。因此，本发明中轧制后的钢筋温度降至660～680℃时采用加盖保温罩，减缓温降速度，以利于V（C/N）的充分析出。

由于V（C/N）的析出温度较低，不能起到细化晶粒的作用。NbC的析出温度较高，可以起到细化晶粒作用，但Nb合金价格较高，不利于控制成本。因此，本发明采用Al和N结合，生成析出温度较高的AlN以细化晶粒。但过高的Al含量会给浇铸带来困难，因此Al要控制在合理范围内。TiN也具有非常好的阻止钢筋高温状态时晶粒的长大，但行业内众所周知，其最大的弊端在于降低钢筋的冲击韧性，力学性能不稳定、波动较大。在较为重要的应用场合，钢中要尽量避免TiN的生成。

研究发现，Ce与Cr相互作用，可以极大的提高常温耐腐蚀性能，对抗高温抗氧化性能也极为显著，同时还有净化钢基体的作用。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明超高强耐腐蚀钢筋成分设计采用较低含量的贵重合金元素，轧制后的钢筋降温时采用加盖保温罩，减缓温降速度，以利于V（C/N）的充分析出，得到的产品具有力学性能和耐腐蚀性能好，贵重合金元素含量少的优点。2、本发明超高强耐腐蚀钢筋抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥700MPa，断后延伸率≥13%，最大力延伸率≥9%，96h盐雾实验腐蚀速率≤85g/(m²•h)。

附图说明

图1为实施例1超高强耐腐蚀钢筋腐蚀后形貌图；

图2为实施例2超高强耐腐蚀钢筋腐蚀后形貌图；

图3为实施例3超高强耐腐蚀钢筋腐蚀后形貌图；

图4为实施例4超高强耐腐蚀钢筋腐蚀后形貌图；

图5为实施例5超高强耐腐蚀钢筋腐蚀后形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例超高强耐腐蚀钢筋直径为41mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例超高强耐腐蚀钢筋的生产方法包括铸坯加热、铸坯轧制和轧后保温工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）铸坯加热工序：钢水经冶炼、连铸后得到连铸坯，铸坯加热温度为1090℃；

（2）铸坯轧制工序：开轧温度为1050℃，终轧温度950℃，轧制压缩比8；

（3）轧后保温工序：轧后上冷床空冷，当温度降低至670℃时加盖保温罩，保温时间20min，温降速率12℃/min。

本实施例超高强耐腐蚀钢筋力学性能及耐腐蚀性指标见表2；钢筋96h盐雾实验腐蚀后形貌图见图1。

实施例2

本实施例超高强耐腐蚀钢筋直径为50mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

（1）铸坯加热工序：钢水经冶炼、连铸后得到连铸坯，铸坯加热温度为1060℃；

（2）铸坯轧制工序：开轧温度为1020℃，终轧温度930℃，轧制压缩比6；

（3）轧后保温工序：轧后上冷床空冷，当温度降低至670℃时加盖保温罩，保温时间10min，温降速率10℃/min。

本实施例超高强耐腐蚀钢筋力学性能及耐腐蚀性指标见表2；钢筋96h盐雾实验腐蚀后形貌图见图2。

实施例3

本实施例超高强耐腐蚀钢筋直径为32mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

（1）铸坯加热工序：钢水经冶炼、连铸后得到连铸坯，铸坯加热温度为1120℃；

（2）铸坯轧制工序：开轧温度为1080℃，终轧温度960℃，轧制压缩比7；

（3）轧后保温工序：轧后上冷床空冷，当温度降低至680℃时加盖保温罩，保温时间25min，温降速率18℃/min。

本实施例超高强耐腐蚀钢筋力学性能及耐腐蚀性指标见表2；钢筋96h盐雾实验腐蚀后形貌图见图3。

实施例4

本实施例超高强耐腐蚀钢筋直径为20mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

（1）铸坯加热工序：钢水经冶炼、连铸后得到连铸坯，铸坯加热温度为1150℃；

（2）铸坯轧制工序：开轧温度为1100℃，终轧温度930℃，轧制压缩比≥9；

（3）轧后保温工序：轧后上冷床空冷，当温度降低至675℃时加盖保温罩，保温时间30min，温降速率25℃/min。

本实施例超高强耐腐蚀钢筋力学性能及耐腐蚀性指标见表2；钢筋96h盐雾实验腐蚀后形貌图见图4。

实施例5

本实施例超高强耐腐蚀钢筋直径为22mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

（1）铸坯加热工序：钢水经冶炼、连铸后得到连铸坯，铸坯加热温度为1190℃；

（2）铸坯轧制工序：开轧温度为1130℃，终轧温度1000℃，轧制压缩比15；

（3）轧后保温工序：轧后上冷床空冷，当温度降低至668℃时加盖保温罩，保温时间60min，温降速率20℃/min。

本实施例超高强耐腐蚀钢筋力学性能及耐腐蚀性指标见表2；钢筋96h盐雾实验腐蚀后形貌图见图5。

表1 实施例1-5超高强耐腐蚀钢筋化学成分组成及其质量百分含量（%）

表1中成分余量为Fe和不可避免的杂质。

表2 实施例1-5超高强耐腐蚀钢筋力学性能及耐腐蚀性

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施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：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种超高强耐腐蚀钢筋，其特征在于，所述超高强耐腐蚀钢筋的化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.21～0.27%，Si：0.50～0.80%，Mn：1.10～1.30%，V：0.06～0.20%，Nb：0.01～0.02%，N：0.010～0.017%，Als：0.02～0.10%，Ce：0.01～0.07%，Cr：0.20～0.43%，还含有Cu：0.20～0.45%和/或Mo：0.10～0.70%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种超高强耐腐蚀钢筋，其特征在于，所述超高强耐腐蚀钢筋直径≤φ50mm。

3.根据权利要求1所述的一种超高强耐腐蚀钢筋，其特征在于，所述超高强耐腐蚀钢筋：抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥700MPa，断后延伸率≥13%，最大力伸长率≥9%，96h盐雾实验腐蚀速率≤0.85g/(m²•h)。

4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种超高强耐腐蚀钢筋的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括铸坯加热、铸坯轧制和轧后保温工序；所述轧后保温工序，轧后上冷床空冷，当温度降低至660～680℃时加盖保温罩，保温时间≥10min，温降速率≤25℃/min。

5.根据权利要求4所述的一种超高强耐腐蚀钢筋的生产方法，其特征在于，所述铸坯加热工序，加热温度为1060～1190℃。

6.根据权利要求4所述的一种超高强耐腐蚀钢筋的生产方法，其特征在于，所述铸坯轧制工序，开轧温度为1020～1130℃，终轧温度≥930℃，轧制压缩比≥6。