方法
技术领域
[0001] 本
发明属于耐蚀钢及其生产工艺技术领域,尤其涉及一种
钢筋混凝土用经济型500MPa 级耐
海水腐蚀钢筋及其生产方法。
背景技术
[0002] 大量港口码头、跨海大桥、交通枢纽等
基础设施的建设将集中在沿海岸线地区,海水、 海
风中富集的氯离子Cl-会渗透到混凝土内部,破坏钢筋表面
钝化膜,导致钢筋锈蚀并引起混 凝土顺筋开裂,严重影响钢筋混凝土结构的使用寿命。
[0003] 我国长期以来多使用强度等级较低的335MPa钢筋,而欧美发达国家早已使用500MPa及 以上强度级别钢筋。钢筋强度由335MPa提高到400MPa,能节约钢材12%~14%,由400MPa提 高到500MPa,又能节约钢材10~12%。随着我国《钢
铁产业调整和振兴规划》、《关于进一 步推广应用高强钢筋的指导意见》等相关政策出台,大
力发展、应用500MPa级高强钢筋具有 显著的经济效益,对促进我国钢铁、建筑业的发展具有重要意义。
[0004] 近年来,为了提高钢筋的耐海水腐蚀性能,国内外多采用向钢筋中添加耐蚀元素Cr、Ni、 Cu等耐蚀元素的方法。中国
专利申请号201410104201.6公开了“一种500MPa级耐腐蚀含 Cr钢筋及其
轧制工艺”,其成分按重量百分比为:0.05~0.12%C、8~10%Cr、0.1~0.3%Cu、 0.1~0.15%Ni、1~1.5%Mn、N≤0.015%、P≤0.03%、S≤0.035%、0.2~0.5%Si,其余为Fe及 不可避免的杂质,该钢筋耐蚀性能是普通钢筋的4-6倍,但Cr含量高,导致生产成本高而难 以大量推广应用。中国专利申请号201510286425.86公开了“一种HRB500抗震耐腐蚀钢筋”, 其成分按重量百分比为:0.01~0.08%C、0.10~0.25%Si、0.20~
0.70%Mn、0.01~0.04%Ni、 0.01~0.04%Cr、0.02~0.03%Nb、0.04~0.07%V、P≤
0.03%、S≤0.02%、RE≤0.05%;余量为 Fe和不可避免的微量杂质。该钢筋主要利用廉价的红土镍矿资源替代部分铁
矿石资源,但耐 蚀性能明显不足。中国专利申请号
201610340629.X公开了”一种耐蚀钢筋及其生产方法”, 其化学成分:0.15~0.23%C、0.30~0.65%Si、0.90~1.60%Mn、P≤0.030%、S≤0.020%、1.40~ 2.50%Cr、0.20~0.40%Cu、0.010~0.025%Ti、N≤0.015%、O≤0.0020%。该钢筋的耐蚀性能 是普通钢筋的3~5倍,但采用属于淘汰落后产能、能耗高的感应电炉
冶炼,不适合大工业生 产。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋,成本低,适 合大工业生产。
[0006] 本发明还提供了一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋的生产方法,产工艺 稳定、可靠,适合大工业生产,钢筋
屈服强度ReL≥500MPa,
抗拉强度Rm≥630MPa,断后伸长 率A≥15%,有良好的弯曲、
焊接性能,耐海水腐蚀能力约为普通HRB400钢筋的2倍。
[0007] 本发明具体技术方案如下:
[0008] 本发明提供的一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋,含有以下重量百分比 的化学成分:
[0009] C 0.06-0.13%,Si 0.50-0.70%,Mn 1.35-1.55%,P≤0.030%、S≤0.010%,V 0.075-0.095%, Cr 0.8-1.3%,Cu 0.25-0.45%,Ni 0.25-0.45%,Als 0.010%~
0.030%,Ca 0.0015~0.0035%, 其余为Fe和不可避免的杂质元素。
[0010] 各元素的作用如下:
[0011] C易与Fe形成原
电池,从而发生电化学腐蚀,不利于提高钢的耐蚀性能;另外,C还会 造成钢材的晶间局部缺Cr,降低钢材抗
晶间腐蚀的能力,
点蚀的倾向增加。本发明的C含量 在0.06-0.13%。
[0012] Cr在低
合金钢中适量加入能在钢表面形成一层致密的钝化膜,提高钢在腐蚀介质中的腐 蚀电位,改善钢的耐蚀性能。另外,含Cr钢的腐蚀产物中α-FeOOH的含量高于不含C的 钢,α-FeOOH是一种绝缘的非活性物质,能进一步提高钢的耐蚀性能。一般Cr≥0.7%即能发 挥作用,本发明Cr含量在Cr 0.8-1.3%。
[0013] Cu易在钢表面及锈层中富集,富集的Cu一方面促使钢
阳极钝化,另一方面形成具有保 护作用的锈层,且在锈层与基体间还形成以CuO为主要成分的阻挡层,提高钢耐蚀性能。但 超过0.5%的Cu对钢耐蚀性能的提高影响不显著,且钢的冶炼困难。本发明Cu含量在 0.25-0.45%。
[0014] Ni使
耐候钢的自腐蚀电位正移,增加钢的抗腐蚀能力。同时,Ni元素易聚集在锈层中, 能促进保护性锈层的生成,有效抵御Cl-等的侵蚀,提高钢的耐蚀性能。本发明Ni含量在 0.25-0.45%。
[0015] 微量的Ca加入耐候钢中,形成的CaO、CaS溶解于钢表面
电解液膜中,提高其
碱性,促 使锈层转
化成致密的α-FeOOH保护层,提高钢的耐蚀性能。本发明这Ca含量为0.0015~ 0.0035%。
[0016] 本发明提供的一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋的生产方法,生产方法 流程为:
[0017] 铁水预处理→转炉冶炼→吹氩站→LF炉精炼→弱吹操作→150方坯
连铸→连续棒材
轧机 轧制。
[0018] 进一步的,所述铁水预处理,经
脱硫预处理,脱硫目标值:S≤0.005%。
[0019] 进一步的,所述转炉冶炼:按照
质量比铁水:废钢=64±2:10±2的稳定装入制度,
铜 板、镍板随废钢一起加入转炉,从而保证铜、镍的高收得率;转炉终点C要求0.03~0.05%; 挡渣出钢,出钢时间要求大于2.5分钟,出钢1/5
钢水时,加入5kg/t的低
硅精炼渣和5kg/t 的石灰,出钢1/3时,加入合金,顺序为:低
碳FeMn→FeSi→低碳FeCr→VN(16)合金,出 钢3/4时,按0.5kg/t加入
铝饼,出钢结束后根据下渣量,向钢渣面均匀抛洒适量
铝粒。
[0020] 进一步的,所述吹氩站:根据定
氧结果,喂铝线,使得出站Als含量在0.010%~0.020%。
[0021] 进一步的,所述LF炉精炼:首先采用200L/min的氩量吹通,再调小到80~120L/min, 用7~8档化渣12分钟,根据渣的状况加入5.5kg/t精炼渣,化渣过程中根据渣的情况每隔 1~2分钟添加铝粒和CaSi粉以调整渣成分,直至形成白渣;根据钢样结果通过向渣面加铝 粒的方式调整Als成分至0.010%~0.030%范围,喂硅
钙线调整Ca成分至0.0015~0.0035% 范围,最后微调化学成分至目标范围。
[0022] 进一步的,所述弱吹操作,具体为:弱吹时间15~25分钟,25~40L/min的极小氩量, 保证钢液面不裸露。渣面微
微波动,成分、
温度均匀。
[0023] 进一步的,所述150方坯连铸:采用全程保护浇铸,一次
冷却水流量100~130m3/h,二 次冷却比水量1.0~1.4l/kg。
[0024] 进一步的,所述连续棒材轧机轧制,采用TMCP
热机轧制工艺,具体为:
[0025] 加热
温度控制在1180~1230℃;出钢温度控制在950~1000℃;进精轧机温度控制在≤ 880℃。
[0026] 与
现有技术相比,本发明钢种需按设计的成分范围,采用铁水预处理脱硫,减轻转炉脱 硫负担,减少MnS等夹杂形成的
原电池数量,降低电化学腐蚀倾向;采用转炉冶炼并合金化, 向钢中加入所需的耐蚀性
合金元素;采用吹氩搅拌、LF炉精炼并成分微调,促进钢水成分的 均匀性并符合成分要求,促使钢中的夹杂物上浮去除;采用弱吹操作,进一步均匀钢水成分、 排除夹杂物,减少微小原电池的数量,保证钢的耐蚀性能;采用150方坯
连铸机将钢水连铸 成150方坯,最后经棒材轧机TMCP热机轧制,即可生产出500MPa级耐海水腐蚀钢筋,其力 学性能可达到下列要求:屈服强度ReL≥500MPa,抗拉强度Rm≥630MPa,断后伸长率A≥15%; 其耐海水腐蚀性能是普通钢筋的2倍。
具体实施方式
[0028] 一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋,含有以下重量百分比的化学成分:
[0029] C 0.08%,Si 0.61%,Mn 1.46%,P 0.014%,S 0.005%,Cr 0.95%,Ni 0.40%,Cu 0.40%, V 0.082%,Als 0.015%,Ca 0.0018%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。
[0030] 上述钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋的生产方法铁水预处理→转炉冶炼 →吹氩站→LF炉精炼→弱吹操作→150方坯连铸→连续棒材轧机轧制,规格φ20mm。
[0031] 具体的,铁水预处理:铁水预处理脱硫目标S≤0.005%。
[0032] 转炉冶炼:转炉初炼,预处理铁水64±2吨、废钢10±2吨,铜板、镍板各240±10kg 随废钢一起加入转炉,转炉终点C要求0.03~0.05%;挡渣出钢,出钢时间要求大于2.5分 钟,出钢约1/5钢水时,加入5kg/t的低硅精炼渣和5kg/t的石灰,出钢约1/3时,加入合 金,顺序为:低碳FeMn→FeSi→低碳FeCr→VN(16)合金,出钢约3/4时,按0.5kg/t加入 铝饼,出钢结束后根据下渣量,向钢渣面均匀抛洒适量铝粒。
[0033] 吹氩站:根根据定氧结果,喂铝线,使得出站Als含量在0.010%~0.020%。
[0034] LF炉精炼:首先采用大氩量吹通,再调小到80~120L/min,用7~8档化渣12分钟,根 据渣的状况加入5.5kg/t精炼渣,化渣过程中根据渣的情况每隔1~2分钟添加若干铝粒和 CaSi粉以调整渣成分,直至形成白渣;根据钢样结果通过向渣面加铝粒的方式调整Als成分 至0.010%~0.016%范围,喂硅钙线调整Ca成分至0.0015~0.0025%范围,在LF炉中把钢中 的S降至0.010%以下,最后微调化学成分至目标范围。
[0035] 弱吹操作:弱吹时间15~25分钟,25~40L/min的极小氩量,保证钢液面不裸露,渣面 微微
波动,成分、温度均匀。
[0036] 150方坯连铸:采用全程保护浇铸,一次
冷却水流量100~130m3/h,二次冷却比水量1.0~ 1.4l/kg。
[0037] 连续棒材轧机轧制:棒材轧机TMCP热机轧制,
冷床自然冷却,堆垛自然冷却。
[0038] 其中TMCP热机轧制工艺各段温度如下:
[0039] ①加热温度控制在1200℃;
[0040] ②出钢温度控制在960℃;
[0041] ③进精轧机温度控制在850℃。
[0042] 实施例2(炉号1611)
[0043] 一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋,含有以下重量百分比的化学成分:
[0044] C 0.06%,Si 0.67%,Mn 1.52%,P 0.018%,S 0.006%,Cr 1.25%,Ni 0.35%,Cu 0.32%, V 0.094%,Als 0.026%,Ca 0.0022%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。
[0045] 生产方法同实施例1,其中TMCP热机轧制工艺各段温度如下:
[0046] ①加热温度控制在1220℃;
[0047] ②出钢温度控制在985℃;
[0048] ③进精轧机温度控制在≤865℃。
[0049] 实施例3(炉号1612)
[0050] 一种钢筋混凝土用经济型500MPa级耐海水腐蚀钢筋,含有以下重量百分比的化学成分:
[0051] 0.13%C,Si 0.55%,Mn 1.35%,P 0.029%,S 0.008%,Cr 1.16%,Ni 0.27%,Cu 0.25%, V 0.076%,Als 0.021%,Ca 0.0033%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。
[0052] 生产方法同实施例1。其中TMCP热机轧制工艺各段温度如下:
[0053] ①加热温度控制在1215℃;
[0054] ②出钢温度控制在975℃;
[0055] ③进精轧机温度控制在≤860℃。
[0056] 上述实施例1-3制备得到的钢筋取样,同时取HRB400普通钢筋试样,熔炼化学成分见表 1,力学性能与工艺性能见表2,周浸试验结果见表3。
[0057] 表1本发明钢及对比钢种HRB400的熔炼成分%,余量为Fe和不可避免的杂质[0058]
[0059] 表2本发明钢的力学性能与工艺性能
[0060]
[0061]
[0062] 其中:ReL为屈服强度;Rm为抗拉强度;A,为5d标距下的断后延伸率(d为钢筋公称直径)。
[0063] 冷弯d=5a(d为钢筋弯心直径,a为钢筋公称直径),弯曲180°;反弯d=6a,先正弯90°, 再反弯20°。
[0064] 周浸腐蚀试验的试验溶液为3.5%的NaCl溶液;溶液温度为35±2℃,干燥温度为45±2℃, 湿度为30±2℃。每一循环周期为60±5min,其中浸润12±2℃,暴露48±2℃。试验周期2、 3、6、9、12天;每个周期内取平行试样3组。
[0065] 耐蚀钢筋的平均腐蚀率在2.21~2.66g/(m2·h),相对HRB400普通钢筋的相对腐蚀率为 45.39~49.59%。
[0066] 相对腐蚀率=耐蚀钢筋的腐蚀率/对比钢筋(HRB400)的腐蚀率×100%。
[0067] 表3周浸腐蚀试验的平均腐蚀速率及相对腐蚀率
[0068]
[0069] 本发明生产的500MPa级耐海水腐蚀高强钢筋,屈服强度ReL≥500MPa,抗拉强度Rm≥ 630MPa,伸长率A≥15%,耐海水腐蚀能力为HRB400普通钢筋的2倍以上。