CN117051326A

CN117051326A - 一种海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋及其制备方法

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Publication number: CN117051326A
Application number: CN202311165493.XA
Authority: CN
Inventors: 武会宾; 张志慧; 张鹏程; 毛新平
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2023-09-11
Filing date: 2023-09-11
Publication date: 2023-11-14
Anticipated expiration: 2043-09-11
Also published as: CN117051326B

Abstract

本发明提供了一种海洋建筑结构用Cr‑Al系高耐蚀钢筋及其制备方法，涉及海洋建筑结构用钢筋制造技术领域，所述高耐蚀钢筋以质量百分比计有C≤0.04％，Cr 8.5～9.5％，Al 0.5～1.5％，Mo 0.2～0.4％，Mn 0.8～1.2％，Si 0.2～0.4％，P≤0.008％，S≤0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质；制备方法为：S1、按既定的元素质量百分比进行冶炼；S2、LF‑RH精炼；S3、连铸控轧；S4、控温冷却。制备的钢筋具有优异的耐氯离子腐蚀性能，较普通HRB400钢筋的相对腐蚀速率低于10％，其临界氯离子浓度是HRB400的10～17倍。在满足使用性能的同时造价较低，在高盐等严酷海洋环境建筑结构中具有广阔的应用前景。

Description

一种海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑结构用钢筋制造技术领域，尤其涉及在高温、高湿、高盐等严酷海洋环境建筑结构用钢筋。

背景技术

随着陆地资源的不断消耗，海洋将成为矿产、能源和食品资源的主要供应基地。目前我国正在加快建设海洋强国，钢筋混凝土结构是基础设施建设中应用最为广泛的结构形式，制定和实施海洋发展战略对基建用钢筋性能的要求也越来越高。海洋的特定环境因素对建筑结构提出很多特殊要求，现有普通钢筋尚不能完全满足海洋建筑结构的服役需求，特别是在南海区域的高盐雾、高湿热、强辐射等严酷环境下，钢筋混凝土结构的耐久性问题更为突出。

钢筋锈蚀被认为是导致混凝土结构提前破坏而达不到预期耐久性的首要原因。针对钢筋锈蚀问题，科研人员提出使用阴极保护、表面改性处理、镀层保护等防护措施和技术，但以上技术衍生出施工困难、易老化失效、维护成本高等一系列问题。因此，综合考虑使用性能及生产和维护成本，提高钢筋基体的耐蚀能力是解决问题的根本途径。不锈钢筋的耐腐蚀性能较好，但在C l-含量较高的环境中容易发生点蚀导致结构失效；并且，其高昂的成本和较低的强度使其无法满足广泛的海洋建筑结构的需求。合金耐蚀钢筋是解决钢筋腐蚀问题的有效方法，但现有技术中合金钢筋的耐腐蚀性能较普通钢筋提升较为有限，部分满足服役性能要求的钢筋又因含有大量Ni、Mo等昂贵元素存在成本较高而难以大面积应用的问题。

开发和应用海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋可以满足建设海洋强国的重大需求，在保证建筑结构安全的基础上降低建设企业的成本，对延长建筑物的使用寿命和减少维护成本以及促进相关产业的节能减排具有重要的实际意义。

因此，为克服现有技术的不足，有必要研究一种海洋建筑结构用Cr-A l系高耐蚀钢筋及其制备方法来解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

本发明旨在提供一种海洋建筑结构用Cr-A l系高耐蚀钢筋及其制备方法，通过添加中Cr和A l、Mo等元素，设计开发出高耐蚀钢筋，在满足严酷海洋环境建筑结构用钢使用性能的条件下尽可能缩减成本。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种海洋建筑结构用Cr-A l系高耐蚀钢筋，所述高耐蚀钢筋各成分的质量百分比为：C≤0.04％，Cr 8.5～9.5％，A l 0.5～1.5％，Mo0.2～0.4％，Mn 0.8～1.2％，Si 0.2～0.4％，P≤0.008％，S≤0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质；

本发明中，所述海洋建筑结构用Cr-A l系高耐蚀钢筋的屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥540MPa，断后伸长率A≥16％。依据GB/T33953-2017中对钢筋耐腐蚀性能要求，按照YB/T 4367对高耐蚀钢筋进行检验，试验溶液采用高于标准的初始浓度为3.50％的氯化钠溶液(YB/T 4367规定的质量分数为2.00％±0.05％)，溶液温度为45℃±2℃，湿度为70％RH±10％RH，循环周期为60min±5min(其中浸润时间为12min±2min)。所述的海洋建筑结构用Cr-A l系高耐蚀钢筋的耐腐蚀性能与GB/T 1499.2-2018中HRB400牌号比照，相对腐蚀速率低于10％，低于GB/T 34206-2017中相对腐蚀速率低于20％的要求，显著低于GB/T33953-2017中70％的要求。在碱度为pH＝13.0±0.2的典型混凝土中，所述的海洋建筑结构用Cr-A l系高耐蚀钢筋的临界氯离子浓度为3.00～3.40mo l/L，显著高于HRB400的0.2～0.3mo l/L，其抗氯离子能力是普通钢筋HRB400的10～17倍。

另一方面，本发明提供一种海洋建筑结构用Cr-A l系高耐蚀钢筋的制备方法，用于制备如上任一所述的海洋建筑结构用Cr-A l系高耐蚀钢筋。所述制备方法包括以下步骤：

S1、按既定的元素质量百分比进行冶炼；

S2、LF-RH精炼；

S3、连铸控轧；

S4、控温冷却；

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S1的具体过程包括：经过铁水预脱硫，将铁水、废钢及生铁加入转炉进行常规顶底复合吹炼；出钢时采用渣洗及全程底吹氩，并向钢包中加入脱氧剂、高碳锰铁、硅铁和铬铁等完成初步脱氧合金化以提高效率；出钢温度为1600～1650℃。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S2的具体过程包括：LF炉的钢包中以80～120L/min的氩气流量进行全程底吹，加入钢中需要的合金元素Cr、Mn、Al和Mo，保证钢包内合金溶解及均匀化，将各元素含量控制在所需范围内，出钢温度为1550～1600℃；在RH炉中加入微碳铬铁合金以对钢水进一步合金化调控，并进行脱气脱碳，将各元素含量控制到合适范围内；当真空度小于2mbar时进行净循环处理5min以上，出钢温度控制在1560～1600℃。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S3的具体过程包括：将所述RH炉精炼工序的出钢钢水在无碳保护渣或者超低碳保护渣的保护浇注条件下通过连铸机浇注成连铸坯。连铸过程中温度控制在1520～1560℃，为了利于连续浇注，拉速控制在2.2～2.6m/min。轧制过程包括粗轧和精轧，将连铸所得钢坯在加热炉中进行加热，加热温度为1100～1200℃，为了合金元素得到充分回溶，加热时间控制在1～2h。轧制过程中粗轧温度980～1100℃，精轧温度850～950℃，轧制速度为12～15m/s，而后轧制成直径为12～32mm的直条螺纹钢筋。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S4的具体过程包括：将轧制而成的直条螺纹钢筋在冷床上进行自然冷却，上冷床温度为830～920℃。

与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：本发明的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋具有优异的抗氯离子腐蚀性能，与普通HRB400钢筋的相对腐蚀速率低于10％；在碱度为pH＝13.0±0.2的典型混凝土中，其抗氯离子能力是普通钢筋HRB400的10倍以上；与不锈钢筋等其他耐蚀钢筋相比，造价成本较低，是兼具耐蚀性和经济性良好的海洋建筑结构用耐蚀钢筋。

专利局网站上2018年5月公布了一条申请号为CN201610945338.3，名称为一种耐腐蚀高强屈比抗震钢筋及其生产方法的发明专利，其基本成分为：C 0.06～0.10％，Cr 3.2～3.5％，Al0.70～0.90％，Mo 0.35～0.45％，Ni 0.70～0.90％，Mn 0.60～1.00％，Si0.60～0.80％，P、S≤0.01％，另外加了0.01～0.06％的V或0.01～0.03％的Nb。与该对比文件相比，1、本发明和对比文件的成分区别主要是本发明C含量更低，不含有Ni、V和Nb等贵金属元素。Cr含量越高，钢的钝化能力越强，更易在钢表面形成致密的氧化膜。随着Cr含量增加，钢的耐腐蚀性能也明显增强。但是，Cr与C结合后耐蚀作用得到大幅衰减，Cr提高耐蚀能力的作用随含碳量增加而会有所降低，因此本发明的C含量更低。为了降低成本，不含有Ni、V和Nb等贵金属元素，适当降低了Mo含量。2、钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构中最显著的劣化因素之一。氯离子能穿透混凝土保护层，到达钢筋表面。当钢筋表面混凝土中的氯离子浓度达到一个临界值(临界氯离子浓度)时，保护钢筋免受腐蚀的被动层被破坏，从而引发腐蚀。引发后，腐蚀传播较快，导致混凝土保护层的纵向开裂、分层或剥落，最终导致结构破坏。临界氯离子浓度是钢筋钝化状态被破坏的需要达到的氯离子浓度，它是判断钢筋会不会发生腐蚀和表征钢筋耐蚀性能的重要参数。本发明虽然Cr含量高于对比文件的3.2～3.5％，但耐蚀性能有显著的提升。对比文件虽然指出耐海水腐蚀性能相对普螺纹钢筋可提供3倍，但其缺乏对钢筋临界氯离子浓度的这一重要的量化指标。3、钢筋混凝土结构特别是高盐等严酷海洋环境建筑结构，氯离子的来源范围广，混凝土结构服役中会不可避免的存在持续的氯离子积累，混凝土结构中的氯离子浓度会越来越大。因此，此严酷的服役环境对钢筋提出更高的耐蚀要求。本发明的钢筋具有较高的临界氯离子浓度(比普通螺纹钢高10-17倍)可以延长钢筋的开始锈蚀时间从而延长工程寿命。即便钢筋发生锈蚀，与普通HRB400钢筋的相对腐蚀速率低于10％，相比对比文件耐蚀能力也得到了大幅提升。学者用“五倍定律〞来说明钢筋混凝土结构耐久性的重要性，特别是设计对耐久性问题的重要性。设计时，对新建工程在钢筋防护方面，每节省1美元，那么发现钢筋锈蚀时采取措施多追加5美元，混凝土开裂时多追加维护费用25美元，严重破坏时多追加维护费用125美元。本发明的铬含量虽然高于对比文件的3.2～3.5％，但更持久的钢筋材料不仅会延长使用寿命，而且会大幅降低修缮成本甚至免于修缮。从整个钢筋混凝土服役寿命角度来看，这种有效的提升工程寿命和降低修缮成本的手段大幅降低了整个工程成本。4、Al在腐蚀的过程中会形成电化学稳定性更高的Al2O3，生成的Al2O3、Al(OH)3有效地延长了钢筋的钝化时间，有效阻止腐蚀的进一步发生。典型的耐海水腐蚀钢10CrMoAl中的Al能与空气中的氧化学反应生成Al 2O3从而行成保护膜，既防腐又耐腐。鉴于海洋建筑结构的服役环境，特别在高盐和受海水侵蚀等严酷海洋环境，本发明相比于对比文件，适当的提高Al含量来进行Cr-Al有机匹配来满足海洋建筑结构严酷海洋环境的性能要求。

本发明与现有其他常规技术相比：

本发明充分利用微合金化设计理念的优点，通过添加中Cr和Al、Mo等元素，制备的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋兼具良好的综合力学性能和耐氯离子腐蚀性能。钢筋的屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥540MPa，断后伸长率A≥15％。与GB/T 1499.2-2018中HRB400牌号比照，相对腐蚀速率低于10％。在碱度为pH＝13.0±0.2的典型混凝土中，临界氯离子浓度为3.00～3.40mo l/L，显著高于HRB400的0.2～0.3mo l/L，其抗氯离子能力是普通钢筋HRB400的10～17倍，十分适用于高盐等严酷海洋环境建筑结构用钢筋的制备。

本发明采用合适的冶炼、精炼、连铸控轧、控温冷却工艺生产钢筋，钢筋的钢质纯净、表面缺陷少、组织细化、加工性能好；钢筋的生产工艺简单合理、可稳定生产，具有较高的产品合格率和积极的社会效益。

本发明中的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋，在满足使用要求的同时，兼具可持续和经济性的优势，能够有效节省成本从而带来更大的经济效益。

附图说明

图1海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋组织形貌图(a-实施例1，b-实施例2)

图2海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋交流阻抗谱图(a-实施例1，b-实施例2)。

图3为本发明工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案和优点更加清晰，下面结合图表对本发明的具体实施例进行详细描述。应当指出，本说明书中提及的任一特征描述均可被其他等效或类似的替代特征描述加以替换，除非特别描述，否则任一特征描述仅是整个系列等效或具有类似目的特征描述的个例。所述的实施例仅用以解释和帮助理解本发明，并不用于具体限定本发明。

本发明运用低碳中铬微合金化原理设计钢种成分，采用转炉冶炼-精炼-连铸连轧工艺制备成型，并加以合适的控温冷却工艺使钢筋具有良好的力学性能和耐蚀性能。

一种海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋，所述高耐蚀钢筋各成分的质量百分比为：C≤0.04％，Cr 8.5～9.5％，Al 0.5～1.5％，Mo0.2～0.4％，Mn 0.8～1.2％，Si 0.2～0.4％，P≤0.008％，S≤0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质；

上述海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋的制备方法，步骤包括：

步骤1、按上述海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋的设计成分进行冶炼；

步骤2、对钢水进行LF-RH精炼，在LF炉加入钢中需要的合金元素Cr、Mn、A l和Mo，在RH炉中加入微碳铬铁合金以对钢水进一步合金化调控，并进行脱气脱碳，保证钢包内合金溶解及均匀化，将各元素含量控制在所需范围内，出钢温度为1550～1600℃。

步骤3、连铸工艺包括：温度控制在1520～1560℃，拉速控制在2.2～2.6m/min；粗轧工艺包括：对钢坯以不低于1100℃的加热温度进行加热，后保温1～2h，粗轧开轧温度控制在980～1100℃之间；精轧工艺包括：精轧开轧温度控制在850～950℃，轧制速度为12～15m/s，而后轧制成直径为12～32mm的直条螺纹钢筋。

步骤4、轧后钢筋需进行控温冷却。综合考虑性能指标要求，将轧制而成的直条螺纹钢筋在冷床上进行自然冷却，上冷床温度为830～920℃。

制备的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋，其屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥540MPa，断后伸长率A≥16％。耐腐蚀性能与GB/T1499.2-2018中HRB400牌号比照，相对腐蚀速率低于10％，低于GB/T34206-2017中相对腐蚀速率低于20％的要求，显著低于GB/T33953-2017中70％的要求。在碱度为pH＝13.0±0.2的典型混凝土中，其抗氯离子能力是普通钢筋HRB400的10～17倍。

本发明的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋中各合金成分的作用机理如下：

C：C是钢材的基本元素，影响钢的综合性能。当钢中含C量过高时，C原子会在晶界上以碳化物的形式析出，这虽然会提高抗拉强度和屈服强度，但会降低延伸率和冲击塑性进而对钢的塑性和塑性产生不利影响。同时，晶界形成的碳化物也会对在耐蚀性能产生不利影响。当在晶界形成网状的碳化物时，这些碳化物会使钢的内部形成化学电池，从而产生电化学腐蚀，会诱使晶间腐蚀的发生。而且，基体中的碳含量较高会消耗基体中的Cr，造成晶间局部缺Cr从而降低合金化的效果，钢的抗敏化态晶间腐蚀性能恶化，增加点蚀倾向，使得材料抗腐蚀能力降低。因此，为了提高基体合金元素的利用效率，在开发耐蚀性钢种的过程中要严格控制基体中C含量保持在较低水平。

Cr：Cr是不锈钢的重要组成元素，因提升耐蚀能力显著而广泛应用于耐蚀钢的设计开发。由于Cr的存在，合金钢可以在介质中形成稳定的氧化膜从而产生钝化现象。Cr含量越高，钢的钝化能力越强，更易在钢表面形成致密的氧化膜。随着Cr含量增加，钢的耐腐蚀性能也明显增强。Cr元素的存在会改性腐蚀产物，腐蚀产物中形成Cr的氧化物或氢氧化物可保护基体金属不受介质侵蚀。Cr含量提高利于细化腐蚀产物中α-FeOOH，锈层/金属界面的α-FeOOH能有效抑制腐蚀性阴离子，特别是C l-的侵入；Cr的氧化物或氢氧化物具有阳离子选择性，能进一步抑制腐蚀性阴离子特别是C l^-的侵入。Cr元素的添加不仅能有效提升耐蚀性能，而且能显著增强钢的抗硫化、抗氧化能力。但是，Cr与C结合后耐蚀作用得到大幅衰减，Cr提高耐蚀能力的作用随含碳量增加而会有所降低。

Al：A l先于Fe发生氧化还原反应，生成的Al 2O3、Al(OH)3有效地延长了钢筋的钝化时间。Al在大气腐蚀的过程中优先于Fe被氧化，形成电化学稳定性更高的Al2O3，有效阻止腐蚀的进一步发生。典型的耐海水腐蚀钢10CrMoAl中的Al能与空气中的氧化学反应生成Al2O3从而行成保护膜，既防腐又耐腐。

Mo：Mo元素是提高耐点蚀能力的重要元素，尤其在酸性环境中Mo提高点蚀能力尤为突出。同时，含Mo合金钢腐蚀后会生成不溶性盐，稳定地富集在腐蚀产物膜中，以及促进非晶态氧化膜形成进而抑制点蚀。Mo含量过低，提高钢的耐点蚀性能效果不明显；Mo含量过高，钢的耐点蚀性能提高，但会增加成本。Mo元素能有效提高钢的抗大气腐蚀能力，当钢中含0.4-0.5％Mo时，在大气环境下可使钢的腐蚀率降低50％以上。

P和S：从力学性能角度来看，P和S是有害元素。P使钢的塑性、韧性降低；易导致调质回火脆性、冷脆，使热加工性和焊接性变坏。从大气腐蚀角度看，P是阳极去极化剂，能加速钢的均匀溶解和Fe²⁺的氧化速度，进而显著提高耐候钢的耐蚀性。但考虑到P带来钢的脆化问题，将P含量控制不宜过高。S的存在会增加冷热裂纹敏感性，降低抗氢脆能力。此外，P和S易形成成分偏析，含P、S元素的夹杂物会诱发点蚀等局部腐蚀，很容易导致容器发生穿孔。所以，需要尽可能降低其在钢中的含量。

不可避免的杂质元素主要指O、H和Pb、Sn、As、Sb、Bi等有害元素。

本发明通过添加中Cr和Al、Mo等元素，设计开发出中Cr微合金化耐蚀钢筋，在满足海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋使用性能的条件下尽可能缩减成本。

本发明提供一种海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋制造方法，本方法各实施例制备步骤包括：炼钢、LF-RH精炼、连铸控轧、控温冷却。

实施例1、2，具体包括以下步骤：

步骤1、按表1中的成分进行冶炼，出钢温度为1600～1650℃，优选出钢温度为1640℃。

步骤2、LF炉的钢包中以80～120L/min的氩气流量进行全程底吹，优选100L/min，出钢温度为1600～1650℃，优选1620℃；在RH炉中当真空度小于2mbar时进行净循环处理5min以上，优选6min，出钢温度控制在1560～1600℃，优选1580℃。此步骤要保证钢包内合金溶解及均匀化，将各元素含量控制在所需范围内。

步骤3、采用无碳保护渣或者超低碳保护渣将钢水通过连铸机浇注成连铸坯，温度控制在1520～1560℃，优选1540℃，拉速控制在2.2～2.6m/min，优选2.4m/min。将连铸所得钢坯在加热炉中进行加热，加热温度为1100～1200℃，优选1150℃，加热时间控制在1～2h，优选1.5h。轧制过程中粗轧温度980～1100℃，优选1050℃，精轧温度850～950℃，优选890℃，轧制速度控制在12～15m/s，优选13m/s。

步骤4、对轧后钢筋需进行控温冷却处理。综合考虑性能指标要求，将轧制而成的直条螺纹钢筋在冷床上进行自然冷却，上冷床温度为830～920℃，优选870℃。

对实施例1和2进行耐蚀性测试，依据GB/T 33953-2017中对钢筋耐腐蚀性能要求，按照YB/T 4367对高耐蚀钢筋进行检验，试验条件如表2所示，其中试验溶液采用高于标准的初始浓度为3.50％的氯化钠溶液(YB/T 4367规定的质量分数为2.00％±0.05％)。所述的海洋建筑结构用Cr-A l系高耐蚀钢筋的耐腐蚀性能与GB/T 1499.2-2018中HRB400牌号比照，相对腐蚀速率低于10％，低于GB/T 34206-2017中相对腐蚀速率低于20％的要求，显著低于GB/T 33953-2017中70％的要求。在碱度为pH＝13.0±0.2的典型混凝土中，实施例1和2的临界氯离子浓度为分别为3.22mo l/L和3.30mo l/L，显著高于HRB400的0.23mo l/L，两者的抗氯离子腐蚀能力是普通钢筋HRB400的14倍以上。

根据上述实施方法的海洋建筑结构用Cr-A l系高耐蚀钢筋其强度、塑性和耐蚀性测试结果如表3所示。

由试验结果可知，实施例1和2的综合力学性能良好。通过对本发明的实施例1和实施例2所制备的海洋建筑结构用Cr-A l系高耐蚀钢筋组织形貌图进行分析，由图1a和1b可知，实施例1和2的组织均为贝氏体+铁素体，两者组织均匀，无明显夹杂物。图2a和2b分别为实施例1、2和HRB400在3.5％NaC l中性水溶液浸泡2.0h后测得的交流阻抗谱曲线，实施例1的Cr含量在所设计成分范围的下限处，A l含量接近上限，实施例2中Cr含量在上限处，A l含量接近下限，结果显示两者耐C l-腐蚀性能良好，且耐蚀性随Cr、A l含量的增加有所增强。

实施例3和4，具体包括以下步骤：

步骤1、实施例3和4采用相同的元素成分钢种，按表4中的成分进行冶炼，优选出钢温度为1640℃。

步骤2、LF炉的钢包中以80～120L/min的氩气流量进行全程底吹，优选100L/min，出钢温度为1600～1650℃，优选1620℃；在RH炉中当真空度小于2mbar时进行净循环处理5min以上，优选6min，出钢温度控制在1560～1600℃，优选1600℃。此步骤要保证钢包内合金溶解及均匀化，将各元素含量控制在所需范围内。

步骤3、采用无碳保护渣或者超低碳保护渣将钢水通过连铸机浇注成连铸坯，温度控制在1520～1560℃，优选1540℃，拉速控制在2.2～2.6m/min，优选2.4m/min。将连铸所得钢坯在加热炉中进行加热，加热温度为1100～1200℃，优选1150℃，加热时间控制在1～2h，优选1.5h。轧制过程中粗轧温度控制在980～1100℃，实例3粗轧开轧温度控制在1000℃，实施例4粗轧开轧温度控制在1100℃。轧制速度控制在12～15m/s，优选13m/s。实施例3精轧开轧温度控制在850℃，实施例4开轧温度控制在920℃。

步骤4、对轧后钢筋进行控温冷却处理。综合考虑性能指标要求，将轧制而成的直条螺纹钢筋在冷床上进行自然冷却，上冷床温度控制在830～920℃，实施例3上冷床温度为830℃，实施例4上冷床温度为900℃。

对实施例3和4进行耐蚀性测试，依据GB/T 33953-2017中对钢筋耐腐蚀性能要求，按照YB/T 4367对高耐蚀钢筋进行检验，试验条件如表2所示，其中试验溶液采用高于标准的初始浓度为3.50％的氯化钠溶液(YB/T 4367规定的质量分数为2.00％±0.05％)。所述的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋的耐腐蚀性能与GB/T 1499.2-2018中HRB400牌号比照，相对腐蚀速率低于10％，低于GB/T 34206-2017中相对腐蚀速率低于20％的要求，显著低于GB/T 33953-2017中70％的要求。在碱度为pH＝13.0±0.2的典型混凝土中，所述的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋的临界氯离子浓度为3.00～3.40mo l/L，显著高于HRB400的0.2～0.3mo l/L，其抗氯离子能力是普通钢筋HRB400的10～17倍。

根据上述实施方法的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋其强度、塑性和耐蚀性测试结果如表5所示。

由试验结果可知，实施例3和4的综合力学性能良好。实施例3和4的组织均为贝氏体+素体，两者组织均匀且无明显夹杂物，与图1所示相同。实施例3的轧制温度控制在所设计工艺范围的下限处，实施例4的轧制温度接近所设计工艺范围的上限，结果显示实施例3和4交流阻抗谱图与图2所示相近，两者耐氯离子腐蚀性能良好。

综上所述，在本发明所设计的成分范围和工艺范围内，方案能够达到预计的效果。

表1实施例1和2元素成分(wt％)

表2实施例1和2试验条件参数

表3实施例1和2力学性能和耐蚀性能

表4实施例3和4元素成分(wt％)

表5实施例3和4力学性能和耐蚀性能

Claims

1.一种海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋，其特征在于各成分的质量百分比为：C≤0.04％，Cr 8.5～9.5％，Al 0.5～1.5％，Mo0.2～0.4％，Mn 0.8～1.2％，Si 0.2～0.4％，P≤0.008％，S≤0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋，其特征在于所述钢筋性能指标为：屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥540MPa，断后伸长率A≥16％。

3.根据权利要求1或2所述的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋，其特征在于所述钢筋耐腐蚀性能指标为：依据GB/T 33953-2017中对钢筋耐腐蚀性能要求，按照YB/T 4367对高耐蚀钢筋进行检验，试验溶液采用高于标准的初始浓度为3.50％的氯化钠溶液、YB/T4367规定的质量分数为2.00％±0.05％，溶液温度为45℃±2℃，湿度为70％RH±10％RH，循环周期为60min±5min，其中浸润时间为12min±2min；所述的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋的耐腐蚀性能较GB/T 1499.2-2018中HR400牌号相对腐蚀速率低于10％。

4.根据权利要求1或2所述的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋，其特征在于所述钢筋耐腐蚀性能指标为：在碱度为pH＝13.0±0.2的典型混凝土中，所述的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋的临界氯离子浓度为3.00～3.40mol/L，其抗氯离子能力是普通钢筋HRB400的10～17倍。

5.一种如权利要求1或2所述的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按既定的元素质量百分比进行冶炼；

S2、LF-RH精炼；

S3、连铸控轧；

S4、控温冷却。

6.根据权利要求5所述的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，所述S1的具体过程包括：经过铁水预脱硫，将铁水、废钢及生铁加入转炉进行常规顶底复合吹炼；出钢时采用渣洗及全程底吹氩，并向钢包中加入脱氧剂、高碳锰铁、硅铁和铬铁完成初步脱氧合金化以提高效率；出钢温度为1600～1650℃。

7.根据权利要求5所述的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，所述S2的具体过程包括：LF炉的钢包中以80～120L/min的氩气流量进行全程底吹，加入钢中需要的合金元素Cr、Mn、Al和Mo，保证钢包内合金熔解及均匀化，将各元素含量控制在所需范围内，出钢温度为1550～1600℃；在RH炉中加入微碳铬铁合金以对钢水进一步合金化调控，并进行脱气脱碳，将各元素含量控制到合适范围内；当真空度小于2mbar时进行净循环处理5min以上，出钢温度控制在1560～1600℃。

8.根据权利要求5所述的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，所述S3的具体过程包括：将所述RH炉精炼工序的出钢钢水在无碳保护渣或者超低碳保护渣的保护浇注条件下通过连铸机浇注成连铸坯；连铸过程中温度控制在1520～1560℃，拉速控制在2.2～2.6m/min；轧制过程包括粗轧和精轧，将连铸所得钢坯在加热炉中进行加热，加热温度为1100～1200℃，为了合金元素得到充分回溶，加热时间控制在1～2h；轧制过程中粗轧温度980～1100℃，精轧温度850～950℃，轧制速度为12～15m/s，而后轧制成直径为12～32mm的直条螺纹钢筋。

9.根据权利要求5所述的海洋建筑结构用Cr-Al系高耐蚀钢筋的制备方法，其特征在于，所述S4的具体过程包括：将轧制而成的直条螺纹钢筋在冷床上进行自然冷却，上冷床温度为830～920℃。