CN111961986A - 一种高强度耐腐蚀钢筋及其制造方法 - Google Patents

一种高强度耐腐蚀钢筋及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐腐蚀钢筋，以质量百分比计，其原料及配比如下：C：0.11～0.21％；Si：0.33～0.79％；P：0.01～0.03％；S：0.01～0.03％；Mn：0.28～1.58％；V：0.18～0.42％；Nb：0.27～0.63％；Ti：0.36～0.84％；Mo：0.54～1.26％；Ce：0.54～1.26％；Cr：0.11～0.56％；Fe:余量。本发明还公开了一种高强度耐腐蚀钢筋的制备方法，包括以下步骤：冶炼、精炼、热轧和表面处理。本发明提供的一种高强度耐腐蚀钢筋及其制造方法，钢筋具有高强度和优异的耐腐蚀性能，可应用于海港码头、沿海及跨海桥梁、水工建筑、海洋平台等建筑中。

Description

一种高强度耐腐蚀钢筋及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种高强度耐腐蚀钢筋及其制造方法，属于建筑用钢技术领域。
背景技术
钢筋混凝土结构是土木工程中常见的结构形式，钢筋用来承受拉力，混凝土用来承受压力，具有坚固、耐久、防火性能好和成本低等优点，是我国基础设施的主导结构，被广泛应用于房屋、水利、公路、铁路、大坝、桥梁等相关领域中。
然而，长期以来，混凝土结构面临着使用性能差、耐久性低、服务寿命短等难题，没有发挥出令人满意的预期效果。在诸多引起混凝土结构过早破坏的原因中，钢筋腐蚀是导致混凝土结构过早破坏的主要原因，其次是寒冷天气的冻结效应和侵蚀环境的物理作用。
在我国东南沿海以及广大的盐湖地区，海水及空气中都含有较高的盐分，氯盐侵入后导致钢筋锈蚀引起的混凝土结构破坏，是一种较为普遍的病害。海港码头、沿海及跨海桥梁、水工建筑、海洋平台等混凝土结构尤为严重。在这些结构中，以梁、柱的腐蚀损伤更为突出。
钢筋的腐蚀一方面降低了钢筋的力学性能，另一方面使得保护层瞬筋胀裂、剥落，降低了钢筋与混凝土的粘结性能。当混凝土结构发生如梁顺筋锈胀、柱顺筋锈胀等劣化现象后，对结构的安全性能和适用性能的影响是不言而喻的。对此，期望开发出一种新型高强度、高强耐腐蚀钢筋及其制备方法来解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种高强度耐腐蚀钢筋，该钢筋具有高强度和优异的耐腐蚀性能，可应用于海港码头、沿海及跨海桥梁、水工建筑、海洋平台等建筑中。
同时，本发明提供一种高强度耐腐蚀钢筋的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高强度耐腐蚀钢筋，以质量百分比计，其原料及配比如下：
Figure BDA0002651183790000021
本发明中，V、Nb、Ti、Ce和Mo的质量比例为：V:Nb:Ti:Ce:Mo＝1:(0.8～2):2:(2.43～3.7):(1.59～4)。
一种高强度耐腐蚀钢筋的制造方法：包括以下步骤：
S1:冶炼：用电炉将废钢和铁水加热到1640～1680℃，使其完全熔化，得到钢水；
S2:精炼：将S1中得到的钢水转移到精炼炉中，并升温到1650～1750℃后将按质量比配好的C、Si、V、Nb、Ti、Ce、Mo、Mn和Cr元素加入精炼炉中精炼，得到精炼钢水；
S3：连铸：控制浇铸温度为1520～1540℃，拉速为2.2～3.5m/min，连铸得到钢坯；
S4：加热：采用步进式加热炉加热，炉内分预热段、加热段和均热段，钢坯在炉筋管传动下前移，均匀加热，逐步升温；各段温度为：预热段：650～950℃、加热段：950～1100℃、均热段：1100～1180℃。
S5：轧制：钢坯出炉并水除鳞后连续轧制，经粗轧、中轧、预精轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1050～1100℃，进预精轧温度控制在900～950℃，进精轧温度控制在800～850℃；同时保证精轧总减面率≥45％；本发明中的开轧温度即为粗轧和中轧温度，粗轧和中轧温度均为1050～1100℃；
S6：表面处理：精轧后钢筋表面雾冷至550～600℃，返温后上冷床温度780～800℃，得到高强度耐腐蚀钢筋。
进一步的，获得的高强度耐腐蚀钢筋内，在晶界形成VNbTiCeMo金属间化合物保护层。
进一步的，所述金属间化合物保护层用于预防活性离子的进入继而耐腐蚀。
进一步的，所述活性离子包括Cl-、OH-、SO4 2-中的任意一种或几种。
进一步的，所述高强度耐腐蚀钢筋的抗拉强度大于600MPa；屈服强度大于480MPa；延伸率大于27％，屈强比大于0.80％，72小时盐雾腐蚀试验的相对腐蚀程度小于25％。
本发明具有如下有益效果：
(1)高强度：钢筋的强度是其应用中重要的力学性能指标。在本发明中，通过V、Nb、Ti、Ce、Mo元素配比的精炼及浇铸控制和喷雾快速冷却，使铸坯在凝固过程中晶界处形成V、Nb、Ti、Ce、Mo的偏析。随后热轧过程中，在压力和温度双重作用下促使晶界处大量偏析的V、Nb、Ti、Ce、Mo发生相互作用，形成VNbTiCeMo中间化合物。其中VNbTiCeMo中间化合物的形成一方面可以阻止晶粒长大，形成细小晶粒进而提高钢筋强度；另一方面VNbTiCeMo中间化合物属于金属间化合物，其具有优异的强韧性，在晶界大量形成可以大幅提高钢筋的强度。
(2)优异的耐腐蚀性能：钢筋的耐蚀程度决定着钢筋的性能和使用寿命。本发明通过特定的制备工艺，通过精炼、浇铸结合轧制和表面处理使钢筋形成晶界VNbTiCeMo中间化合物包裹的结构。其中晶界VNbTiCeMo中间化合物比较致密能有效预防活性离子的进入，进而有效提高钢筋耐腐蚀性能，于此同时，VNbTiCeMo中间化合物具有较高化学电位，在受到电化学腐蚀过程中，能够作为牺牲阳极，起到保护基体组织作用，进而提高钢筋的耐腐蚀性能。
(3)制备方法：本发明采用冶炼、精炼、热轧、表面处理工艺。在此过程中，精炼结合热轧能够给VNbTiCeMo的形成提供成分、压力和温度条件。
综上所述，本发明提出了一种高强度耐腐蚀钢筋及其制造方法，该钢筋相对于现有材料相比具备高强度和优异的耐腐蚀性能的优点。
附图说明
图1为本发明的高强度耐腐蚀钢筋的组织图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种高强度耐腐蚀钢筋，包括以下质量百分比(wt.％)的各组分：
Figure BDA0002651183790000051
本实施例中，V、Nb、Ti、Ce和Mo的质量比例为：V:Nb:Ti:Ce:Mo＝1:2:2:3:4。
一种高强度耐腐蚀钢筋的制备方法，具体步骤如下：
S1:冶炼：用电炉将废钢和铁水加热到1640℃，使其完全熔化，得到钢水；
S2:精炼：将S1中得到的钢水转移到精炼炉中，并升温到1650℃后将按质量比配好的C、Si、V、Nb、Ti、Ce、Mo、Mn和Cr元素加入精炼炉中精炼，得到精炼钢水；
S3：连铸：控制浇铸温度为1520℃，拉速为3.5m/min，连铸得到钢坯；
S4：加热：采用步进式加热炉加热，炉内分预热段、加热段和均热段，钢坯在炉筋管传动下前移，均匀加热，逐步升温；各段温度为：预热段：650℃、加热段：950℃、均热段：1100℃。
S5：轧制：钢坯出炉并水除鳞后连续轧制，经粗轧、中轧、预精轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1050℃，进预精轧温度控制在900℃，进精轧温度控制在800℃；同时保证精轧总减面率为45％；
S6：表面处理：精轧后钢筋表面雾冷至550℃，返温后上冷床温度780℃，得到高强度耐腐蚀钢筋。
实施例2：
一种高强度耐腐蚀钢筋，包括以下质量百分比(wt.％)的各组分：
Figure BDA0002651183790000061
Figure BDA0002651183790000071
本实施例中，V、Nb、Ti、Ce和Mo的质量比例为：V:Nb:Ti:Ce:Mo＝1:0.8:2:3.7:1.59。
一种高强度耐腐蚀钢筋的制备方法，具体步骤如下：
S1:冶炼：用电炉将废钢和铁水加热到1660℃，使其完全熔化，得到钢水；
S2:精炼：将S1中得到的钢水转移到精炼炉中，并升温到1700℃后将按质量比配好的C、Si、V、Nb、Ti、Ce、Mo、Mn和Cr元素加入精炼炉中精炼，得到精炼钢水；
S3：连铸：控制浇铸温度为1530℃，拉速为2.9m/min，连铸得到钢坯；
S4：加热：采用步进式加热炉加热，炉内分预热段、加热段和均热段，钢坯在炉筋管传动下前移，均匀加热，逐步升温；各段温度为：预热段：850℃、加热段：1000℃、均热段：1160℃。
S5：轧制：钢坯出炉并水除鳞后连续轧制，经粗轧、中轧、预精轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1080℃，进预精轧温度控制在920℃，进精轧温度控制在820℃；同时保证精轧总减面率为50％；
S6：表面处理：精轧后钢筋表面雾冷至580℃，返温后上冷床温度790℃，得到高强度耐腐蚀钢筋。
实施例3：
一种高强度耐腐蚀钢筋，包括以下质量百分比(wt.％)的各组分：
Figure BDA0002651183790000081
本实施例中，V、Nb、Ti、Ce和Mo的质量比例为：V:Nb:Ti:Ce:Mo＝1:1.5:2:2.43:3。
一种高强度耐腐蚀钢筋的制备方法，具体步骤如下：
S1:冶炼：用电炉将废钢和铁水加热到1680℃，使其完全熔化，得到钢水；
S2:精炼：将S1中得到的钢水转移到精炼炉中，并升温到1750℃后将按质量比配好的C、Si、V、Nb、Ti、Ce、Mo、Mn和Cr元素加入精炼炉中精炼，得到精炼钢水；
S3：连铸：控制浇铸温度为1540℃，拉速为2.2m/min，连铸得到钢坯；
S4：加热：采用步进式加热炉加热，炉内分预热段、加热段和均热段，钢坯在炉筋管传动下前移，均匀加热，逐步升温；各段温度为：预热段：950℃、加热段：1100℃、均热段：1180℃。
S5：轧制：钢坯出炉并水除鳞后连续轧制，经粗轧、中轧、预精轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1100℃，进预精轧温度控制在950℃，进精轧温度控制在850℃；同时保证精轧总减面率为55％；
S6：表面处理：精轧后钢筋表面雾冷至600℃，返温后上冷床温度800℃，得到高强度耐腐蚀钢筋。
对比例1：
同实施例1，区别仅在于，所述钢筋加入元素V、Nb、Ti、Ce、Mo质量比例为：V:Nb:Ti:Ce:Mo＝1:1:1:1:1，其他组分含量及制备方法不变。
对比例2：
同实施例1，区别仅在于，所述制备方法S5中轧温度控制在1000℃，进预精轧温度控制在850℃，进精轧温度控制在750℃，同时精轧总减面率为40％，其他制备方法不变。
对比例3：
日本高强钢筋，牌号：SM490-FR。
对比例4：
国产钢筋，牌号：HRB400E。
力学性能测试表明本发明的高强度耐腐蚀钢筋具备优异的力学性能。
耐腐蚀测试根据GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》的方法，进行72小时盐雾试验，结果表明本发明的高强度耐腐蚀钢筋具备优异的耐腐蚀性能。
上述实施例1-3以及对比例1～4的检测结果见表1。
表1钢筋的力学性能以及耐腐蚀测试结果表
Figure BDA0002651183790000101
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种高强度耐腐蚀钢筋，其特征在于：以质量百分比计，其原料及配比如下：
Figure FDA0002651183780000011
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀钢筋的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1:冶炼：用电炉将废钢和铁水加热到1640～1680℃，使其完全熔化，得到钢水；
S2:精炼：将S1中得到的钢水转移到精炼炉中，并升温到1650～1750℃后将按质量比配好的C、Si、V、Nb、Ti、Ce、Mo、Mn和Cr元素加入精炼炉中精炼，得到精炼钢水；
S3：连铸：控制浇铸温度为1520～1540℃，拉速为2.2～3.5m/min，连铸得到钢坯；
S4：加热：采用步进式加热炉加热，炉内分预热段、加热段和均热段，钢坯在炉筋管传动下前移，均匀加热，逐步升温；各段温度为：预热段：650～950℃、加热段：950～1100℃、均热段：1100～1180℃。
S5：轧制：钢坯出炉并水除鳞后连续轧制，经粗轧、中轧、预精轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1050～1100℃，进预精轧温度控制在900～950℃，进精轧温度控制在800～850℃；同时保证精轧总减面率≥45％；
S6：表面处理：精轧后钢筋表面雾冷至550～600℃，返温后上冷床温度780～800℃，得到高强度耐腐蚀钢筋。
3.根据权利要求2所述的一种高强度耐腐蚀钢筋的制备方法，其特征在于：获得的高强度耐腐蚀钢筋内，在晶界形成VNbTiCeMo金属间化合物保护层。
4.根据权利要求3所述的一种高强度耐腐蚀钢筋的制备方法，其特征在于：所述金属间化合物保护层用于预防活性离子的进入，继而耐腐蚀。
5.根据权利要求4所述的一种高强度耐腐蚀钢筋的制备方法，其特征在于：所述活性离子包括Cl-、OH-、SO4 2-中的任意一种或几种。
6.根据权利要求2所述的一种高强度耐腐蚀钢筋的制备方法，其特征在于：所述高强度耐腐蚀钢筋的抗拉强度大于600MPa；屈服强度大于480MPa；延伸率大于27％，屈强比大于0.80％，72小时盐雾腐蚀试验的相对腐蚀程度小于25％。
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