CN112609135A - 一种耐腐蚀钢筋及其制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀钢筋及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀钢筋及其制备方法，所含化学元素以质量百分数计为：C 0.03‑0.04％、Mn 0.8‑1.2％、Si 0.5‑1.0％、Sb 0.6‑1.3％、S 0.008‑0.015％、P 0.006‑0.01％、Cr 0.05‑0.08％、Cu 0.10‑0.12％、Ni 0.10‑0.14％、Nb 0.02‑0.05％，其余为Fe。本发明提供的耐腐蚀钢筋具有优异的耐腐蚀性能，其制备方法流程简单，成本低，满足工业应用需求。

Description

一种耐腐蚀钢筋及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢筋轧制技术领域，具体为一种耐腐蚀钢筋及其制备方法。
背景技术
随着建筑行业高速发展，市场对钢筋产品需求日益增加，然而钢筋在存储和使用过程当中，容易受到周围环境腐蚀气氛的影响，导致因锈蚀而失效。目前我国建筑物的平均寿命仅为25～30年，低于国家标准规定的50～60年，更远低于西方发达国家，比如美国的建筑平均寿命为74年，英国的建筑平均寿命为132年。为提高建筑物寿命、减少资源浪费，必须从多个方面入手，提高建筑材料耐久性便是其中的重要一环。
目前，很多钢铁企业为了减慢或者防止环境对钢筋材料的腐蚀，通常采用两种措施：一是在钢种冶炼时添加Ni、Cu、Al等提高耐蚀性的合金元素；二是在钢材表面进行相应的防腐措施，例如喷涂耐蚀涂层。上述两种措施都会增加生产工序和生产成本，同时合金元素的添加和涂层的喷涂还会产生多余污染物的排放，造成环境污染。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种耐腐蚀钢筋及其制备方法，所述钢筋具有优异的耐腐蚀性能，其制备方法流程简单，成本低，满足工业应用需求。
本发明首先提供一种耐腐蚀钢筋，所含化学元素以质量百分数计为：
C 0.03-0.04％、Mn 0.8-1.2％、Si 0.5-1.0％、Sb 0.6-1.3％、S 0.008-0.015％、P 0.006-0.01％、Cr 0.05-0.08％、Cu 0.10-0.12％、Ni 0.10-0.14％、Nb 0.02-0.05％，其余为Fe。
优选的，所含化学元素以质量百分数计为：C 0.04％、Mn 1.0％、Si 0.8％、Sb0.8％、S 0.010％、P 0.008％、Cr 0.07％、Cu 0.11％、Ni 0.11％、Nb 0.03％，其余为Fe。
本发明还提供一种所述耐腐蚀钢筋的制备方法，按所述化学元素的质量百分比称取原料，通过铁水脱硫、转炉冶炼、出钢、炉外脱氧、连铸、轧制、冷床空冷，得到耐腐蚀钢筋。
优选的，所述出钢温度为1500-1600℃。
优选的，所述炉外脱氧过程的温度为1600-1700℃。
优选的，所述连铸过程中，连铸的拉速控制在0.8-1.5m/min。
优选的，所述轧制过程包括粗轧、中轧、精轧，所述粗轧前的开轧温度为1100-1200℃。
更为优选的，所述粗轧终轧温度为1050-1150℃。
更为优选的，所述精轧时的温度为900-1050℃。
优选的，所述冷床空冷过程包括：以8-10℃/s的速度冷却到300℃-500℃，最后空冷到室温。
本发明的有益效果是：本发明以Mn、Si、Sb等为主要添加元素，平衡钢材的各项性能，通过添加Cu、Cr和Ni等元素，以提高钢材的耐腐蚀性能，同时合理选择微量合金元素，并优化了各元素的组分含量，从而提升钢筋的综合性能。本发明提供的耐腐蚀钢筋具有优异的耐腐蚀性能，其制备方法流程简单，成本低，满足工业应用需求。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明首先提供一种耐腐蚀钢筋，其所含化学元素以质量百分数计为：
C 0.03-0.04％、Mn 0.8-1.2％、Si 0.5-1.0％、Sb 0.6-1.3％、S 0.008-0.015％、P 0.006-0.01％、Cr 0.05-0.08％、Cu 0.10-0.12％、Ni 0.10-0.14％、Nb 0.02-0.05％，其余为Fe。
优选的，其所含化学元素以质量百分数计为：C 0.04％、Mn 1.0％、Si 0.8％、Sb0.8％、S 0.010％、P 0.008％、Cr 0.07％、Cu 0.11％、Ni 0.11％、Nb 0.03％，其余为Fe。
在本发明中，碳(C)是确保强度的重要元素，若含量过高，除焊接性劣化外，当冷却速率高时易于形成马氏体，若含量过低，则由于制钢工序中将碳含量控制在极低的范围，因此会使合金铁的价格急剧上升，同时还会存在制钢操作性显著降低的问题，本发明限定C含量为0.03-0.04％。
锰(Mn)用于防止因硫(S)所引起的热脆性，但是当其含量过多，则会导致材料韧性和焊接性劣化，本发明限定Mn含量为0.8-1.2％。
硅(Si)用作钢的脱氧剂，当其含量高时，由于当进行电阻焊接时形成基于Mn-Si的非金属夹杂物而造成焊接部韧性劣化，本发明限定Si含量为0.5-1.0％。
含锑(Sb)钢在冷轧及脱碳退火后，在其织构组分中有利于发展二次再结晶的组分，可使钢的组织得到细化并提高韧性，本发明限定Sb含量为0.6-1.3％。
硫(S)与钢中的Mn结合而形成起到腐蚀引发剂作用的非金属夹杂物，是导致热脆性(red shortness)的因素，应尽可能地减少其含量,本发明限定S含量为0.008-0.015％。
磷(P)是一种作为固溶元素存在于钢中的同时，由于引起固溶强化而对提高钢的强度及硬度有利的元素，也容易偏析和使钢的韧性劣化，本发明限定P含量为0.006-0.01％。
铬(Cr)能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，但是当含量过高时，钢的强度和硬度会下降，本发明限定Cr含量为0.05-0.08％。
铜(Cu)能改善钢的抗大气腐蚀性能，尤其是与P配合使用，可以提高钢的强度和屈服比，含量低时，则作用较弱，含量高时，则对热变形加工不利，造成铜脆现象，本发明限定Cu 0.10-0.12％。
镍(Ni)在钢中能够提高强度而不显著降低其韧性，且能够使钢材耐酸、耐碱，对大气和盐都有抗蚀能力。本发明限定Ni含量为0.10-0.14％。
铌(Nb)抑制奥氏体粒的粗大化及其再结晶，所以通过微细化有效提高强度，含量过低，效果会不明显，含量过高，则焊接性会劣化，本发明限定Nb 0.02-0.05％。
本发明还提供一种所述耐腐蚀钢筋的制备方法，按所述化学元素的质量百分比称取原料，通过铁水脱硫、转炉冶炼、出钢、炉外脱氧、连铸、轧制、冷床空冷，得到耐腐蚀钢筋。
优选的，所述出钢温度为1500-1600℃。
优选的，所述炉外脱氧过程的温度为1600-1700℃。
优选的，所述连铸过程中，连铸的拉速控制在0.8-1.5m/min。
优选的，所述轧制过程包括粗轧、中轧、精轧，所述粗轧前的开轧温度为1100-1200℃。
更为优选的，所述粗轧终轧温度为1050-1150℃。
更为优选的，所述精轧时的温度为900-1050℃。
优选的，所述冷床空冷过程包括：以8-10℃/s的速度冷却到300℃-500℃，最后空冷到室温。
上述为本发明的详细阐述，下面为本发明实施例。
实施例1
一种耐腐蚀钢筋，其所含化学元素以质量百分数计为：
C 0.03％、Mn 0.8％、Si 0.5％、Sb 0.6％、S 0.008％、P 0.006％、Cr 0.05％、Cu0.10％、Ni 0.10％、Nb 0.02％，其余为Fe；
制备方法：
按所述化学元素的质量百分比称取原料，通过铁水脱硫、转炉冶炼、出钢、炉外脱氧、连铸、轧制、冷床空冷。其中，所述出钢温度为1500℃，所述炉外脱氧过程温度为1600℃，所述连铸过程的拉速控制在0.8m/min，所述轧制过程包括粗轧、中轧、精轧，所述粗轧前的开轧温度为1100℃，所述粗轧终轧温度为1050℃，所述精轧时的温度为900℃，所述冷床空冷过程是以8℃/s的速度冷却到300℃，最后空冷到室温，得到钢筋。
实施例2
一种耐腐蚀钢筋，其所含化学元素以质量百分数计为：
C 0.04％、Mn 1.2％、Si 1.0％、Sb 1.3％、S 0.015％、P 0.01％、Cr 0.08％、Cu0.12％、Ni 0.14％、Nb 0.05％，其余为Fe。
制备方法：
按所述化学元素的质量百分比称取原料，通过铁水脱硫、转炉冶炼、出钢、炉外脱氧、连铸、轧制、冷床空冷。其中，所述出钢温度为1600℃，所述炉外脱氧过程温度为1700℃，所述连铸过程的拉速控制在1.5m/min，所述轧制过程包括粗轧、中轧、精轧，所述粗轧前的开轧温度为1200℃，所述粗轧终轧温度为1150℃，所述精轧时的温度为1050℃，所述冷床空冷过程是以10℃/s的速度冷却到500℃，最后空冷到室温，得到钢筋。
实施例3
一种耐腐蚀钢筋，其所含化学元素以质量百分数计为：
C 0.04％、Mn 1.0％、Si 0.8％、Sb 0.8％、S 0.010％、P 0.008％、Cr 0.07％、Cu0.11％、Ni 0.11％、Nb 0.03％，其余为Fe。
制备方法：
按所述化学元素的质量百分比称取原料，通过铁水脱硫、转炉冶炼、出钢、炉外脱氧、连铸、轧制、冷床空冷。其中，所述出钢温度为1550℃，所述炉外脱氧过程温度为1650℃，所述连铸过程的拉速控制在1.0m/min，所述轧制过程包括粗轧、中轧、精轧，所述粗轧前的开轧温度为1150℃，所述粗轧终轧温度为1100℃，所述精轧时的温度为1000℃，所述冷床空冷过程是以9℃/s的速度冷却到400℃，最后空冷到室温，得到钢筋。
比较例
一种耐腐蚀钢筋，其所含化学元素以质量百分数计为：
C 0.08％、Mn 0.6％、Si 0.4％、Sb 0.4％、S 0.005％、P 0.003％、Cr 0.03％、Cu0.01％、Ni 0.05％、Nb 0.01％，其余为Fe。
制备方法：
按所述化学元素的质量百分比称取原料，通过铁水脱硫、转炉冶炼、出钢、炉外脱氧、连铸、轧制、冷床空冷。其中，所述出钢温度为1550℃，所述炉外脱氧过程温度为1650℃，所述连铸过程的拉速控制在1.0m/min，所述轧制过程包括粗轧、中轧、精轧，所述粗轧前的开轧温度为1150℃，所述粗轧终轧温度为1100℃，所述精轧时的温度为1000℃，所述冷床空冷过程是以9℃/s的速度冷却到400℃，最后空冷到室温，得到钢筋。
实施例4
将实施例1-3和比较例得到耐腐蚀钢筋进行电化学性能测试，以检测其钢筋的耐腐蚀性能，实验数据见表1。
表1电化学性能测试
测试对象 自腐蚀电位E<sub>corr</sub> 自腐蚀电流密度I<sub>corr</sub>
实施例1 -0.3123V 0.2076μm/cm<sup>2</sup>
实施例2 -0.2915V 0.1637μm/cm<sup>2</sup>
实施例3 -0.2584V 0.1156μm/cm<sup>2</sup>
比较例 -0.4557V 0.6026μm/cm<sup>2</sup>
由表1可以看出，实施例的自腐蚀电位值均高于比较例，说明本发明实施例得到的耐腐蚀钢筋的腐蚀倾向较小，由自腐蚀电流密度可以看出，本发明实施例的耐腐蚀钢筋实际腐蚀速率明显小于比较例，说明具有良好的耐腐蚀性能，其中，实施例3的耐腐蚀钢筋耐腐蚀性能最为优异。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，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 (10)

1.一种耐腐蚀钢筋，其特征在于，所含化学元素以质量百分数计为：
C 0.03-0.04％、Mn 0.8-1.2％、Si 0.5-1.0％、Sb 0.6-1.3％、S 0.008-0.015％、P0.006-0.01％、Cr 0.05-0.08％、Cu 0.10-0.12％、Ni 0.10-0.14％、Nb 0.02-0.05％，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢筋，其特征在于，所含化学元素以质量百分数计为：C0.04％、Mn 1.0％、Si 0.8％、Sb 0.8％、S 0.010％、P 0.008％、Cr 0.07％、Cu 0.11％、Ni0.11％、Nb 0.03％，其余为Fe。
3.一种耐腐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，根据权利要求1所述化学元素的质量百分比称取原料，通过铁水脱硫、转炉冶炼、出钢、炉外脱氧、连铸、轧制、冷床空冷，得到耐腐蚀钢筋。
4.根据权利要求3所述的耐腐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，所述出钢温度为1500-1600℃。
5.根据权利要求3所述的耐腐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，所述炉外脱氧过程的温度为1600-1700℃。
6.根据权利要求3所述的耐腐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，所述连铸过程中，连铸的拉速控制在0.8-1.5m/min。
7.根据权利要求3所述的耐腐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，所述轧制过程包括粗轧、中轧、精轧，所述粗轧前的开轧温度为1100-1200℃。
8.根据权利要求7所述的耐腐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，所述粗轧终轧温度为1050-1150℃。
9.根据权利要求7所述的耐腐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，所述精轧时的温度为900-1050℃。
10.根据权利要求3所述的耐腐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，所述冷床空冷过程包括：以8-10℃/s的速度冷却到300℃-500℃，最后空冷到室温。
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