屈服强度≥600Mpa的耐腐蚀热轧带肋钢筋及生产方法

摘要

屈服强度≥600Mpa的耐腐蚀热轧带肋钢筋，其组分及重量百分比含量为：C:0.17～0.28%、Si:0.50～0.90%、Mn：0.70～1.50%、P：0.04～009%、S≦0.015%、V：0.08～0.15%、Nb：0.025～0.045%；生产工艺：铁水脱硫；转炉顶底复合吹炼；氩站精练；LF炉精炼；连铸；堆垛冷却至室温；铸坯加热；粗轧及精轧；自然冷却至室温。本发明环氧树脂涂层钢筋相比不存在涂层脱落而造成腐蚀速率加速的缺点；与不锈钢钢筋相比，大量减少了Cr的含量；与普通钢筋相比，其抗Cl离子腐蚀能力是普通钢筋的2倍以上；且在现有400MPa级钢筋工艺线上只加添LF炉精炼即可；吨钢增加不超过30元，就能满足生产。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢筋及其生产方法，具体地属于一种带肋钢筋及其生产方法，尤其适用于通过钒铌微合金强化技术来提高强度的屈服强度≥600Mpa的耐腐蚀热轧带肋钢筋及生产方法。

背景技术

随着国内建筑工程向大型化、大负荷方向的发展，建筑结构的施工效率、节能环保问题引起了普遍关注，对建筑钢筋使用性能的要求越来越高。HRB600耐腐蚀钢筋，是制造重大工程项目、高强度土木建筑工程的原材料。与目前国内建筑行业大量使用的HRB400钢筋相比，HRB600耐腐蚀钢筋在塑性小幅度下降情况下，强度值有很大提高；屈服强度提高了200MPa，抗拉强度提高了190MPa。在工程施工中用它替代HRB400热轧带肋钢筋，可节约钢材28%。它的应用，可大量减少施工的钢筋用量，降低施工难度，提高工程质量，并大幅度提高工程的安全性和使用寿命。

国内外调查数据表明，在土木建筑工程中使用的钢筋腐蚀严重。美国每年的钢铁总腐蚀损失占国民生产总值(GDP)的4.2％。使用在基础设施中的钢筋，其腐蚀破坏的年经济损失就达1500亿美元。日本运输省检查103座混凝土海港码头状况，发现使用20年以上的码头，都有相当大的顺筋锈裂。澳大利亚对62座海岸混凝土结构进行调查，发现海岸混凝土结构的耐久性问题都钢筋的严重锈蚀有关。我国由钢筋腐蚀引起的损失也非常严重, 在对我国华南华东地区27座海港混凝土结构进行的调查中,发现因钢筋锈蚀导致的结构破坏占74％。1981年，对l8座使用7～25年海港钢筋混凝土码头调查的结果表明，钢筋锈蚀或不耐久的占89％。出现锈蚀破坏的时间有的仅为5～10年，这些结构使用寿命基本上都达不到设计基准期要求。由于大气及海洋气氛引起的钢筋锈蚀，使得混凝土结构的破坏，被公认为是导致沿海工程混凝土结构破坏的主要原因。

我国在上世纪60年代，就开始进行钢的耐腐蚀性能研究，至今已开发出高耐候结构钢、铁道车辆用耐大气腐蚀钢、船体结构及海洋平台用钢、集装箱用钢等耐候钢品种。耐候钢板的耐大气腐蚀性比普通钢提高2倍以上。然而建筑用耐腐蚀钢筋，目前在国内外应用很少。

经检索，中国专利申请号为CN200910243828.9的专利文献，公开了《一种耐Clˉ腐蚀的高强度低合金钢筋及生产方法》，但屈服强度为400MPa级，不能满足目前市场的需求。

中国专利申请号为CN200710133597.7的专利文献，公开了《一种含钒高强度耐腐蚀钢筋用钢及其生产工艺》，但屈服强度为400MPa级，不能满足目前市场的需求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的屈服强度为400 MPa级而不能满足市场的发展需求的不足，提供一种热轧态屈服强度在600MPa以上，抗Cl离子腐蚀能力强，且利用目前400MPa级钢筋工艺生产线，还无需添加或改造任何装备的屈服强度≥600Mpa的耐腐蚀热轧带肋钢筋及生产方法。

实现上述目的的措施：

屈服强度≥600Mpa的耐腐蚀热轧带肋钢筋，其组分及重量百分比含量为：C: 0.17～0.28%、Si: 0.50～0.90%、Mn：0.70～1.50%、P：0.04～009%、S≦0.015%、V：0.08～0.15%、Nb：0.025～0.045%，Tb：0.01～1.0％，其余为Fe和杂质元素。

进一步：添加有重量百分比为Mo≤0.5％或B ：0.0001～0.005％或总量控制为不超过1.0%的该两种元素的复合。

生产屈服强度≥600Mpa的耐腐蚀热轧带肋钢筋的方法，其步骤：

1)铁水脱硫：采用喷镁粉脱硫工艺，并控制铁水硫含量[S]≤0.010%；

2)转炉顶底复合吹炼：当出钢量到钢水总重量的1/4时，向钢液中按照21～24公斤/吨钢加入硅锰铁，按照1.3~1.7公斤/吨钢加入碳化硅进行脱氧，脱氧后按吨钢加入1.8~2.5公斤钒铁、0.6~1.0公斤铌铁、0.1～0.3公斤碳粉、10～20公斤铬铁、2.0～18公斤钽铁，以及不超过1公斤/吨钢的铬钼合金，当钢水量出至钢水总重量的3/4时，所要加入的合金及增碳剂必须全部加完；

3) 氩站精练：成分微调并吹入氩气，氩气流量在7~10Nm3/分钟，吹氩时间为3～15分钟；

4) LF炉精炼：向炉内吹入压力为0.5～0.8MPa、流量为7.0～10.0Nm3/Min的氩气，吹氩时间不低于15分钟，加热时间不低于10分钟；

5) 进行连铸：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口进行保护浇注； 中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣； 中包钢水温度控制在1530～1545℃；铸坯拉速控制在1.6～1.8米/分钟；

6) 进行冷却：堆垛冷却至室温；

7) 铸坯加热：控制均热段温度在1150～1300℃，加热时间不低于100分钟；

8) 粗轧及精轧：控制粗轧开轧温度在1050～1150℃；控制精轧终轧温度不超过1100℃；

9)自然冷却至室温。

本发明中各元素及主要工序的作用

C ：作为一种经济型强化元素，溶于基体中，能够起到固溶强化左右，因此不能太低，所以选择C的范围在0.17～0.28%。

Si ：是一种廉价的置换强化元素，可以显著提高钢的强度，但是Si含量过高会影响钢的焊接性能，所以选择Si的范围在0.5～0.9%。

Mn：显著降低钢的相变温度，通过控制轧制过程，细化晶粒，综合提高钢的综合性能，但Mn太高会导致可焊性和焊接热影响区热性恶化，所以选择Mn的范围在0.7～1.5%；

P： 提高钢的耐腐蚀性能元素，但是含量过高将引起偏析而降低材料的塑性，选择P的范围0.04～0.09%。

S：作为有害元素，理论上要求其含量越低越好，但考虑现场生产成本原因，，选择S的范围≦0.015%。

V：是微合金化钢最常用也是最有效的强化元素之一。钒的作用是通过形成VN、V (CN)来影响钢的组织和性能，它主要是在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，细化铁素体晶粒，增加钢的强度。钢中加钒后，强度可增加150 MPa以上。钒的这种效果，对于热轧交货的钢材显得尤为重要。在本发明中，如果钒的含量低于0.12%，会产生强度达不到600MPa级别，如果高于0.15%，则会使钢筋富余量过大而引起合金浪费，故将其控制在0.08～0.15%。

Nb：作为细化晶粒和沉淀强化元素，能够提高钢的强度，但其含量超过一定量的时候其结果不再增加，所以选择Nb的范围在0.025～0.045%。

Cr：提高抗海水腐蚀能力的元素，容易在内锈层进行富集，所以选择Cr≤1.0％；

Cu：提高耐腐蚀能力元素，过高会引起晶间偏聚而导致晶界脆化，所以选择Cu的范围在0.3％～0.6％；

Ni：提高耐腐蚀能力元素，提高钢的强度，其含量过高不仅提高成本，而且容易在氧化皮下富集而引起氧化皮粘附，所以选择Ni的范围在0.1％～0.4％；

Mo：提高耐腐蚀能力元素，但超过一定含量后效果不再增加，故选择Mo≤0.5；

B:   过高会引起晶间偏聚而导致晶界脆化，所以选择B的范围在0.0001～0.005％；

Tb：提高耐腐蚀能力元素，提高钢的强度，其含量过高不仅提高成本，选择范围在0.01～1.0％；

主要工艺的控制理由：本发明利用钒铌微合金化来提高钢筋的强度，添加耐腐蚀元素提高钢材的腐蚀性能，提高基体电位，通过增加LF炉精炼工艺减少钢中夹杂物达到降低腐蚀源。

本发明与现有环氧树脂涂层钢筋相比，无需涂刷环氧树脂涂层，更不存在涂层脱落而造成腐蚀速率加速的缺点；与不锈钢钢筋相比，大量减少添加贵重合金Cr带来的成本压力，只是添加了少量的P、Cu、Ni、Cr微合金元素，且其总含量＜2%来提高耐腐蚀性能；与普通钢筋相比，其抗Cl离子腐蚀能力是普通钢筋的2倍以上，而且在目前400MPa级钢筋工艺生产线上，仅仅只加添LF炉精炼增加，吨钢增加不超过30元，就能满足600MPa级耐腐蚀钢筋的生产。本发明严禁水冷或沾水。

附图说明

附图为本发明的金相组织图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1)铁水脱硫：采用喷镁粉脱硫工艺，并控制铁水硫含量[S]≤0.010%；

2)转炉顶底复合吹炼：当出钢量到钢水总重量的1/4时，向钢液中按照21～24公斤/吨钢加入硅锰铁，按照1.3~1.7公斤/吨钢加入碳化硅进行脱氧，脱氧后按吨钢加入1.8~2.5公斤钒铁、0.6~1.0公斤铌铁、0.1～0.3公斤碳粉、10～20公斤铬铁、2.0～18公斤钽铁，以及不超过1公斤/吨钢的铬钼合金，当钢水量出至钢水总重量的3/4时，所要加入的合金及增碳剂必须全部加完；

3)氩站精练：成分微调并吹入氩气，氩气流量在7~10Nm3/分钟，吹氩时间为3～15分钟；

4)LF炉精炼：向炉内吹入压力为0.5～0.8MPa、流量为7.0～10.0Nm3/Min的氩气，吹氩时间不低于15分钟，加热时间不低于10分钟；

5) 进行连铸：采用大罐长水口和结晶器浸入式水口进行保护浇注； 中包保护渣采用碱性保护渣，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣； 中包钢水温度控制在1530～1545℃；铸坯拉速控制在1.6～1.8米/分钟；

6) 进行冷却：堆垛冷却至室温；

7) 铸坯加热：控制均热段温度在1150～1300℃，加热时间不低于100分钟；

8) 粗轧及精轧：控制粗轧开轧温度在1050～1150℃；控制精轧终轧温度不超过1100℃；

9)自然冷却至室温。

表1 本发明各实施例及对比例的化学成分（wt％)

         表2  本发明各实施例及对比例工艺主要参数控制列表（一)

表2  本发明各实施例及对比例控轧工艺主要参数控制（二)

表3  本发明各实施例及对比例力学性能检验结果对比列表

表3中的腐蚀率试验条件：进行周浸实验，实验溶液为3%NaCl，实验温度45±2℃，相对湿度70±5%，周浸轮转速1圈/60分钟，腐蚀时间分别为216小时（腐蚀率1）和288小时（腐蚀率2）。

从表3可以看出，本发明设计的成分均能满足600Mpa耐腐蚀钢筋性能，其腐蚀率较目前普通600Mpa级钢筋降低了70%以上，且经拉伸试验，断裂在母材上，说明焊接性能良好。

本发明严禁用水冷却或接触到水。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。