一种低碳高Cr高N强耐腐蚀性用钢及其生产方法

摘要

本发明公开了一种低碳高Cr高N强耐腐蚀性用钢及其生产方法，属于耐腐蚀用钢生产技术领域。钢的化学成分及质量百分比为：C：0.01%-0.08%、Si：0.1%-0.5%、Mn：0.5%-1.0%、P：≤0.02%、S：≤0.01%、Cr：6.0%-13.0%、N：0.02%-0.05%，余量为Fe及不可避免杂质。采用采用转炉冶炼-精炼-连铸-加热-控轧-控冷工艺生产生产的低碳高Cr高N耐腐蚀用钢，具有优异的耐氯离子腐蚀和耐工业大气腐蚀性能，耐腐蚀性能与Q235碳钢相比，为碳钢的3-5倍。适用于海洋环境、沼泽地等恶劣条件下要求超高强、耐久性设计要求的混凝土结构使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种低碳高Cr高N强耐腐蚀性用钢及其生产方法，属于耐腐蚀用钢及其生产技术控制领域。该钢具有优异的耐氯离子腐蚀性能、超高强度、优良塑韧性等力学性能，适用于海洋环境、沼泽地环境等较为恶劣环境条件下的混凝土结构用钢。

背景技术

混净土钢筋是我国目前一种应用最普遍的一种钢铁材料，每年国内消耗大量的带肋钢筋。随着钢筋用处的不同，钢筋的腐蚀程度以及耐久度显现出明显的劣势，例如目前国内普遍使用的不经过处理的海沙，造成了普通钢筋的使用寿命远远低于正常水平，每年国内由于腐蚀造成的钢筋造成的损失数不胜数。另外，我国在沿海地区以及海洋工程、沼泽地工程等自然环境分厂恶劣的环境条件下使用普通钢筋已经无法满足其使用寿命的要求，严重制约了混净土结构的耐久性，开发强耐腐蚀性用混凝土用钢筋迫在眉睫。

目前在防腐方面的主要的保护性措施有添加防腐层、添加防腐剂、使用图层钢筋等，该类措施有很大的缺点：1）在腐蚀环境下，特别是在氯离子腐蚀环境下，若防腐层出现缺陷或由于外力造成的表面开裂，会加速腐蚀，严重影响钢筋的使用寿命；2）为了阻碍腐蚀，改善表面涂层的厚度，一定程度上延缓了腐蚀，但成本增加、表面对涂层与基体结合度不够会影响整体混凝土结构的牢固性。另一种方法是使用不锈钢钢筋，采用该种方法非常有效，但成本过高，无法大规模使用。

我国耐腐蚀钢筋方面的发展尚在初期发展阶段，如何通过耐蚀性元素的合理匹配、根据应用环境的不同选择来开发出不同级别耐蚀性的钢种，非常重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种低碳高Cr高N强耐腐蚀性用钢及其生产方法，该钢种具有优异的耐氯离子腐蚀性能和超高强度、高塑韧性，成本远低于不锈钢钢筋，适用于应用在复杂海洋环境要求超高强度、高塑韧性的建筑类产品。

本发明所采用的技术方案是：低碳高Cr高N强耐腐蚀性用钢的化学成分及质量百分比为：C：0.01%-0.08%、Si：0.1%-0.5%、Mn：0.5%-1.0%、P：≤0.02%、S：≤0.01%、Cr：6.0%-13.0%、N：0.02%-0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质。无需加入其他如V、Nb等强碳化物形成微合金元素。

低碳高Cr高N强耐腐蚀性用钢的生产方法，包括如下步骤：

采用转炉冶炼-精炼-连铸-加热-控轧-控冷工艺生产，其中加热温度为1100℃-1200℃、开轧温度950℃-1000℃、中轧后精轧前采用强穿水冷却，冷却至精轧温度800℃-850℃，上冷床温度≦800℃，以细化晶粒，防止晶粒长大。

采用本方法生产的钢的显微结构为板条马氏体+少量残余奥氏体。

采用以上方法得到屈服强度Rp0.2≥800Mpa、抗拉强度Rm≥1200Mpa、延伸率≥10%、残余奥氏体含量为3%-7%、耐蚀性能为Q235碳钢3-5倍的低碳高Cr高N高强度高塑韧性能的钢筋混凝土耐腐蚀用钢。

本发明是以普通的超低碳钢为基础，在普通碳钢的基础上添加一定含量的铬元素，铬是既具有强烈的钝化元素，又具有较强的淬透性，铬元素的添加可以使得该钢种在特殊的冷却工艺下获得马氏体组织，又提高钢基体的钝化能力，降低腐蚀速率。碳化物是在腐蚀过程中可以作为腐蚀源，加速钢铁腐蚀，在较低的碳含量条件下，可以适当的减少腐蚀速率。同样，钢种S含量的设定是为了减少夹杂物，降低腐蚀源，降低钢基体的腐蚀速率，提高使用寿命。

本发明的有益效果是：1）开发出除不锈钢以外，利用超低碳、高Cr、高N的耐氯离子腐蚀性能非常优良的混凝土用钢筋；2）开发出具有超高强度级别高塑韧性能的建筑、桥梁等湿润环境条件下的建筑用钢；3）与新型的低温开轧+低温精轧+超快冷工艺有效的融合，使得耐腐蚀用钢具有超细晶组织，提高了晶粒的耐腐蚀性能及力学性能指标。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的高Cr高N钢500X显微组织照片；

图2为本发明实施例提供的高Cr高N钢与Q235碳钢极化曲线对比图；

图3为本发明实施例提供的高Cr高N钢与Q235碳钢阻抗谱对比图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明：

实施例1：

表1 低碳高Cr高N强耐腐蚀性用钢化学成分，余量为Fe及不可避免杂质。

采用转炉冶炼-LF炉精炼-连铸-加热-控轧-控冷工艺生产的强耐腐蚀性用钢的生产方法为：

成分1：加热炉温度为1170℃、开轧温度950℃、精轧温度850℃，轧后采用穿水至500℃空冷至室温； 

成分2：加热炉温度为1150℃、开轧温度960℃、精轧温度830℃，轧后采用空冷至室温； 

成分3：加热炉温度为1130℃、开轧温度970℃、精轧温度840℃，轧后采用穿水至490℃空冷至室温；

成分4：加热炉温度为1180℃、开轧温度990℃、精轧温度810℃，轧后采用空冷至室温；

成分5：对比用碳钢采用该温度范围内的工艺生产即可。

力学性能见表2所示，金相组织见图1所示。

以实施例中成分2与对比钢种成分5说明本发明：

表2实施例1中成分1力学性能

耐氯离子腐蚀性能检测通过2%NaCl溶液、电化学极化曲线与阻抗谱进行说明：

周期浸润实验条件为：

溶液：2%NaCl溶液；

补给液：蒸馏水；

湿度：70±5%RH；

试验温度：45±2℃；

周浸轮转速：1圈60min、其中进入溶液时间为12min；

实验时间为：72H

实验结果见表3所示，耐蚀性能为Q235碳钢的3.5倍，极化曲线的自腐蚀电位远高于Q235碳钢自腐蚀电位，阻抗谱的阻抗远大于Q235碳钢。

表3实施例1周期浸润实验结果

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。