一種具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋，包括以下成分：C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Al、Cu、Mo、Ti及Fe。本發(fā)明還提供了所述具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法。本發(fā)明的鋼筋，性能穩(wěn)定，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，同時(shí)具有良好的力學(xué)性能，可廣泛的應(yīng)用于沿海及鹽湖地區(qū)的建筑工程中。
【專利說明】一種具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合金領(lǐng)域，具體涉及一種具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在沿海及近海地區(qū)中服役10-15年后，就普遍出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕破壞的現(xiàn)象，而在鹽湖地區(qū)，僅服役2-3年便會呈現(xiàn)出非常嚴(yán)重的腐蝕破壞的狀態(tài)。其中，作為主要的結(jié)構(gòu)材料，鋼筋的銹蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕的重要因素。鋼筋的銹蝕不僅大大縮短了建筑物的整體壽命,也造成了安全的隱患。因此,鋼筋的耐腐蝕性能成為國內(nèi)外工程界關(guān)注的熱點(diǎn)問題。
[0003]目前采用的耐腐蝕鋼筋主要有涂層鋼筋、不銹鋼筋和合金耐腐蝕鋼筋。其中，涂層鋼筋又分為環(huán)氧涂層鋼筋和金屬鍍層鋼筋，其共同的問題是涂層在運(yùn)輸及施工過程中容易被破壞，失去對基體的保護(hù)作用，反而加劇局部腐蝕，并且涂層還具有影響鋼筋與混凝土的結(jié)合力的缺陷；不銹鋼筋在普通環(huán)境中耐腐蝕效果較好，但在氯離子含量較高的海水中容易發(fā)生點(diǎn)蝕，加之其昂貴的成本和較低的強(qiáng)度使其無法滿足廣泛的工程應(yīng)用的需求;合金耐蝕鋼筋是解決鋼筋腐蝕問題的有效方法，但現(xiàn)有技術(shù)中合金鋼筋的耐腐蝕性能較普通鋼筋提升較為有限。
[0004]日本專利文獻(xiàn)JPH09263886A公開了一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼材，含有
0.005-1.0% 的 C、0 .01-0.35% 的 Si,0.01-1.5% 的 Mn,0.001-0.15% 的 Ρ、0.030% 以下的 S、
1.5-10.0%的N1、1.5-10.0%的Cr,0.05-5.0%的Al，及其他不可避免的雜質(zhì)。還可選擇性的添加Cu、Mo、W、Nb、V、T1、Ta、B、REM、Ca、Zr中的一種或多種。其制備方法為將原料真空熔融后采用常規(guī)方法熱軋、機(jī)械加工為所需尺寸。上述鋼材通過N1-Cr-Al的復(fù)合添加，提高其耐腐蝕性。但是，由于每種元素的量的調(diào)整均可能會在多個(gè)方面對得到的鋼筋的性能產(chǎn)生影響，因此，上述鋼材的效果實(shí)際上并不穩(wěn)定。當(dāng)?shù)玫降匿摬木哂休^好的耐腐蝕性時(shí)，卻不能保證得到的鋼材同時(shí)還具有良好的力學(xué)性能。
[0005]中國專利文獻(xiàn)CN102534390A公開了一種耐腐蝕螺紋鋼筋及其生產(chǎn)方法，所述鋼筋包括 C0.18-0.25%、Si0.40-0.80%、Mn0.30-1.00%、P0.02-0.04%、S≤0.01%、Cr0.45-1.00%、Cu0.05-0.20%、V0.01-0.05%，及余量的鐵和雜質(zhì)。其制備方法包括依次進(jìn)行的電路或轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄、熱軋、冷床空冷、倍尺剪切、平頭工序。上述鋼筋，雖相較于常規(guī)的螺紋鋼筋，其耐腐蝕性有一定的提高，但在耐腐蝕性與力學(xué)性能的綜合性能上仍然有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種耐腐蝕性優(yōu)良且具有良好的力學(xué)性能、綜合性能穩(wěn)定的鋼筋。
[0007]本發(fā)明還提供了所述鋼筋的制備方法。
[0008]本發(fā)明的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋，按重量百分比計(jì)算，包括以下成分:C0.005-0.050% ；Si0.36-0.60% ；Mn0.3-0.6% ；P ( 0.03% ；S ( 0.01% ；Cr7.0-9.0% ；Nil.5-4.0% ；A1 ( 2.0% ；Cu ( 1.0% ；Mo < 0.5% ；Ti ( 0.05% ;余量為 Fe。[0009]需要說明的是，在制備過程中可能存在微量的不可避免的雜質(zhì)，但并不影響本發(fā)明的實(shí)施及技術(shù)效果實(shí)現(xiàn)。
[0010]所述Cr與所述Ni的質(zhì)量比滿足(2.7-8):1，優(yōu)選為(2.7-6):1。
[0011]所述C的重量百分比為0.005-0.010%ο
[0012]所述的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法，包括以下步驟:
[0013]I)脫硫:取鐵礦石溶融為鐵水，加入脫硫劑脫硫；
[0014]2)脫碳、脫磷、脫氧:控制溫度1550-1670°C下冶煉100_150min ；
[0015]3)連鑄:將步驟2)中得到的所述鋼水在保護(hù)氣體下澆鑄，得到連鑄坯；
[0016]4)軋制:在溫度950-1200°C下，對步驟3)中得到的所述連鑄坯軋制為所需尺寸。
[0017]5)冷卻:控制冷床溫度900_950°C，不穿水，冷床空冷。
[0018]進(jìn)一步的，所述步驟I)中，將所述鐵水采用轉(zhuǎn)速為90-110r/min的攪拌槳攪拌，攪拌l_3min后，加入脫硫劑，攪拌反應(yīng)10-15min，靜置5_10min。其中，所述脫硫劑為以9:1
的質(zhì)量比混合的石灰粉與瑩石。
[0019]所述步驟2)具體為:先冶煉至鋼液中碳含量低于0.05%、磷含量低于0.01%,出鋼；再精煉脫碳、精煉脫氧至鋼液 中含氧量為0.002%-0.005%。
[0020]所述出鋼過程中采用保護(hù)氣體以0.5-0.1MPa的壓力攪拌鋼液，出鋼進(jìn)行至1/4時(shí)加入S1、Mn合金元素合金脫氧，加入碳粉和造渣料。
[0021]所述精煉時(shí)加入Cr合金元素后進(jìn)行脫碳，精煉脫氧后，加入Ni合金元素，再加入鈣鐵合金，軟攪拌5min以上；或，
[0022]所述精煉時(shí)加入Cr合金元素后進(jìn)行脫碳，精煉脫氧后，加入Ni合金元素及Al、Cu、Mo, Ti中的一種或多種合金元素，再加入鈣鐵合金，軟攪拌5min以上。
[0023]需要說明的是，所述冶煉、精煉的方式并不唯一，本發(fā)明提供一種具體的實(shí)現(xiàn)方式:先采用轉(zhuǎn)爐冶煉，惰性氣體以0.5-0.1MPa的壓力攪拌鋼液，冶煉至鋼液中碳含量低于0.05%、磷含量低于0.01%,出鋼，出鋼進(jìn)行至1/4時(shí)加入S1、Mn合金元素合金脫氧，加入碳粉和造渣料；再采用RH真空精煉脫碳，所述RH真空精煉時(shí)加入Cr合金元素后進(jìn)行脫碳；采用LF爐外精煉脫氧至鋼液中含氧量為0.002%-0.005%。LF爐外精煉脫氧后，加入Ni合金元素，再加入鈣鐵合金，軟攪拌5min以上；或，LF爐外精煉脫氧后，加入Ni合金元素及Al、Cu, Mo, Ti中的一種或多種合金元素，再加入鈣鐵合金，軟攪拌5min以上。
[0024]所述步驟3)具體為:IS氣下，保持拉還速度為2.6-2.7m/min,連鑄為橫截面150mmX 150mm、長度16m的方還，得到連鑄還。
[0025]所述步驟4)具體為:先將所述連鑄坯加熱至1100-1200°C下粗軋、中軋，再降溫至950-1050°C，精軋。
[0026]在鋼筋中，C是重要的強(qiáng)化元素，通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化等作用顯著提高鋼的強(qiáng)度，但C和Cr具有很強(qiáng)的親和力，可以跟Cr形成一系列復(fù)雜的碳化物，在增加鋼的強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，顯著降低鋼的耐蝕性。另外，C含量過高會降低鋼的塑性和韌性，惡化鋼的焊接性能；
[0027]Si是重要的還原劑和脫氧劑，鋼中加入硅能顯著提高鋼的彈性極限、屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度。硅和鑰、鎢、鉻等結(jié)合，對提高抗腐蝕性和抗氧化性有一定作用，但增加含硅量會降低鋼筋的焊接性能；
[0028]Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑，在鋼中主要起固溶強(qiáng)化作用，是重要的強(qiáng)化元素，同時(shí)也是奧氏體形成元素，錳含量過高會顯著提高鋼的淬透性，降低鋼的塑性和可焊性。在耐腐蝕性能方面，錳的作用不明顯；
[0029]S和P在鋼中易形成有害夾雜物，降低鋼的韌性和塑性。磷對鋼的耐蝕性能有一定益處，部分耐候鋼采用Cu-P系成分設(shè)計(jì)，但其耐蝕性能提高有限，且僅針對大氣腐蝕；
[0030]Cr是提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性的重要元素，在適當(dāng)環(huán)境下促進(jìn)鋼表面形成穩(wěn)定的鈍化膜，從而提高鋼的耐腐蝕性能。但在非氧化性介質(zhì)中Cr的作用不如鑰、鎳，單獨(dú)添加鉻元素不能極大的提高鋼的耐海水腐蝕性能，且容易增加點(diǎn)蝕傾向；
[0031]Ni對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力，且其是奧氏體形成元素，可使鋼具有均勻的奧氏體組織，以改善耐蝕性。但其本身不是有效的抗氧化元素，所以很少單獨(dú)用作耐蝕鋼的合金元素。
[0032]Al鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。但是，含鋁量過大也影響鋼的焊接性能；
[0033]Cu可以提高在非氧化性酸中的耐腐蝕性能，特別是具有耐大氣腐蝕的能力。銅能夠提高強(qiáng)度和韌性，但是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，當(dāng)銅含量較小時(shí)對鋼的焊接性能影響較小，而當(dāng)銅含量較高時(shí)，鋼的塑韌性顯著降低；
[0034]Mo可以普遍提高鋼的抗腐蝕性能，在還原性酸和強(qiáng)氧化性的鹽溶液中都可以使鋼表面發(fā)生鈍化，還能防止鋼在氯化物溶液中發(fā)生點(diǎn)蝕。鑰含量較高(>3%)時(shí)，會使鋼的抗氧化性發(fā)生惡化。組織性能方面，鑰能促進(jìn)晶粒細(xì)化，提高鋼的淬透性和熱強(qiáng)性等；
[0035]Ti是強(qiáng)碳氮化物形成元素，有細(xì)化晶粒組織、析出強(qiáng)化的作用。同時(shí)，由于碳優(yōu)先與鈦結(jié)合生產(chǎn)碳鈦化合物，這樣就避免了含鉻鋼中析出碳化鉻而造成晶界貧鉻，從而有效防止晶間腐蝕；
[0036]本發(fā)明的上述技術(shù)方案，相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0037](1)本發(fā)明的鋼筋，突破常規(guī)低合金耐蝕鋼筋對合金元素用量限制，在C0.005-0.050%、P≤0.03% ；S ≤ 0.01%的條件下，通過Cr、Ni元素含量的合理配比，Cr7.0-9.0%、Nil.5-4.0%，且 2.7 ≤[Cr]/[Ni]≤ 8，優(yōu)選為 2.7 ≤[Cr]/[Ni]≤ 6，使得到的鋼筋不僅具有良好的耐腐蝕性能，且具有較好的力學(xué)性能。經(jīng)試驗(yàn)表明，2.7 ≤ [Cr]/[Ni]≤8下，優(yōu)選為2.K [Cr]/[Ni] ≤6下，Cr作為抗氧化元素與Ni的抗酸堿腐蝕性能共同作用，可得到適用于在沿海、近海的環(huán)境的耐腐蝕性的鋼筋，同時(shí)，在力學(xué)性能方面，適當(dāng)含量的Cr可以提高鋼的強(qiáng)度，但由于Cr是鐵素體形成元素，鉻含量過高會使鋼中鐵素體比例增加，強(qiáng)度下降。而Ni可阻止高溫時(shí)晶粒的增長，保持細(xì)晶粒組織，改善鋼的力學(xué)性能，得到高的強(qiáng)度和良好的淬透性，在該配比下，得到的鋼筋屈服強(qiáng)度≥ 700MPa，抗拉強(qiáng)度≥880MPa，斷后伸長率≥12%，力學(xué)性能較為理想。另外，保持Si0.36-0.60%, Si與Cr結(jié)合，可進(jìn)一步提高鋼筋的抗氧化性及抗腐蝕性能，同時(shí)，在一定程度上提高鋼筋的彈性、韌性，改善鋼筋的塑性。保持Mn0.3-0.6%，可配合Cr、Si進(jìn)一步加強(qiáng)得到的鋼筋的力學(xué)性能。
[0038](2)本發(fā)明的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋，還包括Al、Cu、Mo、Ti中的一種或多種，各元素的復(fù)合作用使鋼筋的耐海水腐蝕性能較普通螺紋鋼筋得到較大提升。當(dāng)Al ≤2.0%、Cu ≤ 1.0%, Mo < 0.5%、Ti ≤ 0.05%時(shí)，對提升鋼筋的綜合性能效果最為理想。
[0039](3)本發(fā)明的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法，通過脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、RH真空精煉、LF爐外精煉，將鋼液中的碳、磷、硫、氧控制在理想范圍內(nèi)，保證了得到的鋼筋具有優(yōu)良的耐腐蝕性與力學(xué)性能。
[0040]另外，本發(fā)明的制備方法通過組織控制在熱軋加空冷的生產(chǎn)工藝下生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度大于700MPa的高強(qiáng)耐蝕螺紋鋼筋。
[0041](4)本發(fā)明的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法，冷卻過程不穿水，保證產(chǎn)品良好的力學(xué)性能。由于合金元素含量較多，極大的增加了鋼材的淬透性，制備過程中如進(jìn)行穿水冷卻，容易得到淬火組織，降低鋼筋塑性和焊接性能。
[0042](5)本發(fā)明的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法，所述LF爐外精煉結(jié)束后喂鈣鐵合金線，可調(diào)整夾雜物成分和形貌，增大得到的鋼筋的變形能力；同時(shí)，進(jìn)行5min以上的軟攪拌，有助于確保大型夾雜物充分上浮，提高鋼液純凈度。
【具體實(shí)施方式】
[0043]實(shí)施例1-8及對比例的各成分,按重量百分比計(jì)算,如下表所示,余量為Fe。
[0044]表1實(shí)施例1-7及對比例1-4成分(％)
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋，其特征在于，按重量百分比計(jì)算，包括以下成分:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋，其特征在于，所述Cr與所述Ni的質(zhì)量比滿足(2.7-8):1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋，其特征在于，所述C的重量百分比為 0.005-0.010%ο
4.根據(jù)以上權(quán)利要求1-3任一所述的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋，其特征在于，屈服強(qiáng)度≥700MPa,抗拉強(qiáng)度≥880MPa,斷后伸長率≥12%，且其耐海水腐蝕性能較普通HRB400提高3倍以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)脫硫:取鐵礦石溶融為鐵水，加入脫硫劑脫硫； 2)脫碳、脫磷、脫氧:控制溫度1550-1670°C下冶煉100_150min； 3)連鑄:將步驟2)中得到的所述鋼水在保護(hù)氣體下澆鑄，得到連鑄坯； 4)軋制:在溫度950-1200°C下，對步驟3)中得到的所述連鑄坯軋制為所需尺寸； 5)冷卻:控制冷床溫度900-950°C，不穿水，冷床空冷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中，將所述鐵水采用轉(zhuǎn)速為90-110r/min的攪拌槳攪拌，攪拌l_3min后，加入脫硫劑，攪拌反應(yīng)10-15min，靜置5-10min
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法，其特征在于，所述脫硫劑為以9:1的質(zhì)量比混合的石灰粉與瑩石。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一所述的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法，其特征在于，所述步驟2)具體為:先冶煉至鋼液中碳含量低于0.05%、磷含量低于0.01%,出鋼；再精煉脫碳、精煉脫氧至鋼液中含氧量為0.002%-0.005%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法，其特征在于，所述出鋼過程中采用保護(hù)氣體以0.5-0.1MPa的壓力攪拌鋼液，出鋼進(jìn)行至1/4時(shí)加入S1、Mn合金元素合金脫氧，加入碳粉和造渣料。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9中所述的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法，其特征在于， 所述精煉時(shí)加入Cr合金元素后進(jìn)行脫碳，精煉脫氧后，加入Ni合金元素，再加入鈣鐵合金，軟攪拌5min以上；或， 所述精煉時(shí)加入Cr合金元素后進(jìn)行脫碳，精煉脫氧后，加入Ni合金元素及Al、Cu、Mo、Ti中的一種或多種合金元素，再加入鈣鐵合金，軟攪拌5min以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求5-10任一所述的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法，其特征在于，所述步驟3)具體為:氬氣下，保持拉坯速度為2.6-2.7m/min，連鑄為橫截面150mm X 150mm、長度16m的方還,得到連鑄還。
12.根據(jù)權(quán)利要求5-11任一所述的具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋的制備方法，其特征在于，所述步驟4)具體為:先將所述連鑄坯加熱至1100-120(TC，粗軋、中軋，再降溫至950-1050°C，精軋。
【文檔編號】C22C33/04GK103789677SQ201410047813
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月11日
【發(fā)明者】張建春, 黃文克, 李陽, 麻晗 申請人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司