耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法

摘要

本发明涉及耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢及生产方法。其化学成分及重量百分比为：C 0.10～0.30％、Mn 0.80～1.80％、Si 0.10～0.245％、P 0.022～0.15％、S≤0.02％、镧系元素0.01～0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。其步骤：冶炼；转炉精炼：控制其精炼时间在15～45分钟；在转炉精炼开始后20～30分钟内加入A1块；连铸：浇铸温度在1570～1585℃并搅拌；将铸坯加热到1150～1300℃；轧制：控制开轧温度在1120～1250℃，控制终轧温度在850～980℃。本发明在湖泊、河流等淡水中使用耐淡水腐蚀性能好，并能重复使用，其生产工艺简单。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢板桩用钢及其生产方法，具体属于耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。

背景技术

钢板桩作为一种新型环保建筑钢材，在国外广泛应用于码头、堤防护岸、挡土墙、船坞、断流、建桥围堰等工程中。钢板桩的基本结构：一是钢制板桩，二是两边系接头结构，三是在地里或水中构成墙壁。由于它的特殊结构，因而具有独特的优点：高强度、轻型、隔水性能好；耐久性强，使用寿命达到20-50年；可重复使用，一般可使用3-5次；环保效果显著，在施工中可大大减少取土量和混凝土的使用量，有效保护土地资源；具有较强的救灾抢险的功能，尤其是在防洪、塌方、塌陷、流沙的抢险救灾中，见效特别快；施工简单，工期缩短，建设费用较省。

当钢板桩在湖泊、河流等淡水中使用时，将面临淡水腐蚀的问题。我国是一个淡水资源短缺的国家，但目前淡水水体受到的污染程度之深、范围之广，已经成为众多环境问题中的一个突出问题。全国七大水系普遍受到污染，城市内湖中氮、磷污染较重，水质普遍较差，污染淡水水体已成为我国一种典型而普遍的水环境。淡水水体是金属材料服役的重要场所，淡水水体遭受污染后，服役环境发生改变，必然带来金属材料腐蚀行为与规律的变化。大量工业废水和生活污水排人河道及湖泊，使地表水系遭到严重污染，生态环境恶化，水体中酸、碱、盐及某些有机物等腐蚀性强的污染物质增加，加快了金属材料的腐蚀速度，因此，有必要开发一种耐淡水腐蚀热轧U型钢板桩，以减少由于淡水腐蚀所带来的损失。

在公开的标准BS EN 1993-5：2007、美标A 572/A 572M-07、JIS A 5528：2006和中国国家标准GB/T 20933-2007没有提到淡水腐蚀的问题。在本发明前，国内外所公开的专利均没有涉及到淡水腐蚀的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述在此技术领域用钢存在的不足，提供一种在湖泊、河流等淡水中使用，耐久性强，使用寿命长，并能重复使用的具有耐淡水腐蚀性能的热轧U型钢板桩用钢及其生产方法。

实现上述目的的技术措施：

耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.10～0.30％、Mn0.80～1.80％、Si 0.10～0.245％、P 0.022～0.15％、S≤0.02％、镧系元素0.01～0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。

其在于：P的重量百分比为0.03～0.1％。

其在于：镧系元素的重量百分比为0.02～0.12％。

生产耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1645～1660℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在15～45分钟；在转炉精炼开始后20～30分钟内，按照5～10公斤/吨钢加入Al块；

3)进行连铸：控制浇铸温度在1570～1585℃，并电磁搅拌始终；

4)将连铸坯加热到1150～1300℃；

5)进行轧制：控制开轧温度在1120～1250℃，控制终轧温度在850～980℃。

本发明中各合金元素的作用及机理：

C：C是决定钢强度的主要元素，是形成珠光体的主要物质，碳化物在钢中的形态和多少决定钢的硬度和强度，即随着C含量的增加钢的强度、硬度增加，而钢的塑性和韧性下降。所以C含量不宜太高，而碳是提高强度最有效的元素，C含量不宜过低。因此，将C含量控制在0.10～0.30％范围内。

Mn：Mn主要固溶于铁素体中以提高材料的强度，其又是良好的脱氧剂和脱硫剂，含有一定量的锰可以消除或减弱钢因硫引起的脆性，从而改善钢的加工性能。但当锰含量较高时，有使钢晶粒粗化的倾向，冶炼浇铸和轧后冷却不当时，容易使钢产生白点，因此Mn含量不易太高。故Mn含量控制在0.8～1.8％范围内。

Si：Si在钢中不形成碳化物，是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中，显著提高钢的弹性极限，故Si含量不宜过高，故将其控制在0.10～0.245％范围内。

P：P是对抗淡水腐蚀性能有利元素，P是阳极去极化剂，钢中加入P后可以促进钢的均匀溶解，有助于在钢表面形成均匀的a-FeOOH锈层，阻止进一步腐蚀。此外P能够提高低温脆性转变温度，使钢的低温冲击性能大幅下降，因此含量不宜过高，故将P含量控制0.022～0.15％范围内。

S：S是强烈的裂纹敏感性元素，因而应尽可能的低，S含量过高，会形成大量的MnS，MnS在钢液凝固时易在晶界析出，在热轧时被轧成带状夹杂，降低了钢材的延展性及韧性，因此S含量越低越好，S含量控制在≤0.020％。

镧系元素：稀土元素有夹杂物变性和净化钢质的作用，变性后夹杂物特别是稀土硫化物，在腐蚀过程中发生水解，改变钢质表面微区PH值，对腐蚀有抑制作用，稀土含量超过一定值才有作用，所以其含量不宜过低，但稀土含量过高会大量增加钢中第二相数量，对力学性能有不利影响，故将镧系元素含量控制0.010～0.15％范围内。

研究结果表明：磷和稀土是耐蚀性作用十分突出的合金元素，在淡水腐蚀的条件下，钢中的磷是阳极去极化剂，稀土元素是阴极沉淀型缓蚀剂。合金元素P和镧系元素同时加入后，能够促进钢表面稳定腐蚀产物的形成，使内锈层更加致密化，从而提高钢的耐腐蚀性能。

此外，磷在钢中起到固溶强化的作用，提高钢的强度。在钢中加入稀土可以净化钢液和控制夹杂物的形态，使之球化，从而提高钢的塑性及耐蚀性能。合金元素P和镧系元素的同时加入，使钢的综合性能得到提高。

本发明耐淡水腐蚀性能好，在湖泊、河流等淡水中使用，耐久性强，使用寿命长，即可达20～50年，并能重复使用，其生产工艺简单，利于推广。

具体实施方式

实施例1

耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.10％、Mn 0.80％、Si 0.10％、P 0.022％、S≤0.02％、镧系元素0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1645～1650℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在15分钟；在转炉精炼开始后20分钟时，按照5公斤/吨钢一次性加入Al块；

3)进行连铸：控制浇铸温度在1570～1575℃，并电磁搅拌始终；

4)将连铸坯加热到1150～1170℃；

5)进行轧制：控制开轧温度在1120～1130℃，控制终轧温度在850～860℃。

实施例2

耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.18％、Mn 0.95％、Si 0.14％、P 0.03％、S≤0.02％、镧系元素0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1650～1655℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在20分钟；在转炉精炼开始后25分钟时，按照6.5公斤/吨钢一次性加入Al块；

3)进行连铸：控制浇铸温度在1572～1578℃，并电磁搅拌始终；

4)将连铸坯加热到1185～1190℃；

5)进行轧制：控制开轧温度在1150～1165℃，控制终轧温度在880～890℃。

实施例3

耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.23％、Mn 1.2％、Si 0.18％、P 0.10％、S≤0.02％、镧系元素0.08％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1655～1660℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在32分钟；在转炉精炼开始后28分钟时，按照7.5公斤/吨钢一次性加入Al块；

3)进行连铸：控制浇铸温度在1575～1580℃，并电磁搅拌始终；

4)将连铸坯加热到1195～1230℃；

5)进行轧制：控制开轧温度在1180～1195℃，控制终轧温度在900～910℃。

实施例4

耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.26％、Mn 1.5％、Si 0.21％、P 0.12％、S≤0.02％、镧系元素0.12％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1650～1655℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在40分钟；在转炉精炼开始后26分钟时，按照8.5公斤/吨钢一次性加入Al块；

3)进行连铸：控制浇铸温度在1580～1585℃，并电磁搅拌始终；

4)将连铸坯加热到1235～1260℃；

5)进行轧制：控制开轧温度在1200～1225℃，控制终轧温度在920～945℃。

实施例5

耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.30％、Mn 1.80％、Si 0.245％、P 0.15％、S≤0.02％、镧系元素0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种生产耐淡水腐蚀的热轧U型钢板桩用钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼：控制其出钢温度在1655～1660℃；

2)进行转炉精炼：控制其精炼时间在45分钟；在转炉精炼开始后30分钟时，按照10公斤/吨钢一次性加入Al块；

3)进行连铸：控制浇铸温度在1580～1585℃，并电磁搅拌始终；

4)将连铸坯加热到1280～1300℃；

5)进行轧制：控制开轧温度在1235～1250℃，控制终轧温度在965～980℃。

上述实施例进行耐淡水腐蚀的试验情况：

为周浸试验，其浸试条件见表1，试验溶液见表2，周浸及力学性能检测试验结果见表3。

表1周浸试验条件

  试验设备  试验标准  时间(h)  F1-65型周浸试验机  TB/T2375-93  96

其是在模拟材料在淡水中的腐蚀行为，采用腐蚀速度来表征耐腐蚀能力，腐蚀速度采用失重法计算，腐蚀速度越低，其耐腐蚀能力越强。

注：试验循环周期为60分钟，其中浸润时间12±1.5分钟。

表2试验溶液情况

  pH  溶解氧/  (mg·L^-1)  COD/  (mg·L^-1)  TN/  (mg·L^-1)  TP/  (mg·L^-1)  电导率/  (μs·m ^-1)  水质类  型  7.8～8.1  4.1～4.5  21～28  3.9～5.2  0.6～1.2  2.33×10²  劣五类

表3：产品的力学性能及周浸试验结果

  项目  实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5  周浸时间(h)  80  78  82  81  79  腐蚀速度vf(g·m^-2·h^-1)  0.085  0.061  0.052  0.083  0.064

  项目  实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5  R_m(MPa)  480  410  440  470  465  A(％)  32  38  35  36  37