CN108286025A - 一种耐海洋腐蚀钢筋 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐海洋腐蚀钢筋及其制备方法，按质量比，它包括：C0.10‑0.15％，Si0.50‑1.00％，Mn0.80‑1.50％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr0.70‑1.20％,Cu0.30‑0.50％，Ni0.30‑0.60％，MO0.10‑0.20％，V0.05‑0.08％。本发明钢筋有良好的耐海洋环境腐蚀能力。

Description

一种耐海洋腐蚀钢筋

技术领域

本发明涉及一种耐海洋腐蚀钢筋。

背景技术

在腐蚀严重的海洋地区，普通钢材的平均腐蚀速率约为0.5mm/a。

当前国内一些沿海地区通过向钢筋混凝土结构中加入阻锈液延迟-渗透腐蚀钢筋基体，但阻锈液的化学成分会造成混凝土寿命降低。国内一些大桥在桥墩表面使用了少量的2205双相不锈钢钢筋，因为造价高昂，并未大面积推广使用。还有一些沿海工程，采用镀锌工艺和环氧树脂工艺，但这两种工艺均会发生局部点蚀，当发生局部点蚀时危害性更大。

以氯盐为介质的腐蚀环境，如海洋、沿海地区、盐湖和盐碱地等自然环境以及工业环境和撒化冰盐的道路、桥梁等人为氯盐腐蚀环境，由于氯离子渗透到混凝土内部，破坏钢筋表面钝化膜，导致钢筋腐蚀，并引起混凝土开裂剥落，降低钢筋混凝土结构的使用寿命。氯盐腐蚀已成为主要腐蚀因素。海洋工程装备、基建等基础设施建筑材料长期处于苛刻的海洋环境当中，引发的腐蚀问题非常严重。

此外，在住房建筑中使用海砂，会造成钢筋混凝土结构的过早失效导致安全事故，如果开发一种耐海砂腐蚀钢筋，可以显著提高混凝土构件的安全性并显著降低建筑用沙的使用成本。

发明内容

本发明提供了一种耐海洋腐蚀钢筋，其克服了背景技术中钢筋所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

一种耐海洋腐蚀钢筋，按质量比，它包括：

C 0.10-0.15％，Si 0.50-1.00％，Mn0.80-1.50％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr0.70-1.20％,Cu0.30-0.50％，Ni0.30-0.60％，MO 0.10-0.20％，V0.05-0.08％。

前述的一种耐海洋腐蚀钢筋，其性能为：ReL≥500MPa，Rm≥630，R^Om/R^OeL≥1.25％， R^OeL/ReL≤1.30，A_gt≥9.0，A≥15％。

前述的一种耐海洋腐蚀钢筋，其性能满足GB/T1499.2-2007热轧带肋钢筋要求。

4.根据权利要求1所述的一种耐海洋腐蚀钢筋的制备方法，包括如下步骤：

(1)炼钢、精炼工艺：采用电炉热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、强化供氧脱碳，控制造渣过程，脱磷、去除钢中的有害杂质，达到出钢条件，钢水温度：1630～1650℃，偏心炉底无渣出钢，钢包内合金化；控制好复合脱氧剂和FeV合金加入时机；进入LF精炼工位，吹氩搅拌，脱氧，进一步去除钢中的气体和夹杂物，提高钢的洁净度；

(2)连铸工艺：中间包温度控制：开浇第一、二炉1605-1625℃，连浇炉1575-1615℃，浇注过程中稳定控制好拉速，保证钢水衔接；采用全程氩封保护浇注；

(3)轧钢工艺：执行加热制度，开轧、和终轧温度控制、穿水冷却工艺，确保轧制过程中钢的均热性，防止出现混晶或异常金相组织，同时对铁素体和珠光体形貌及晶粒度进行摸索，寻求最佳冷却转变区域，获得理想的金相组织和晶粒度的匹配，从而保证钢筋通条性能稳定:

终轧速度10-15m/s、穿水流量200-480m³/h、水压≧0.8MPa、出炉温度1050-1180℃、冷床入口温度890-950℃。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1、采用本发明合金生产的各种规格HRB500aE钢筋，其性能满足GB/T1499.2-2007热轧带肋钢筋要求。

2、本发明钢筋耐海洋腐蚀性能良好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为1号钢锈层表面形貌及元素分析

(a:表面锈层形貌；b:表面Cr分布；c：表面Cu分布；d：截面锈层形貌；e：截面Cr 分布；f：截面Cu分布)。

图2为2号钢锈层表面的形貌及元素分析

(a:表面锈层形貌；b:表面Cr分布；c：表面Cu分布；d：截面锈层形貌；e：截面Cr 分布；f：截面Cu分布；g:表面Ni分布；h：截面Ni分布。

具体实施方式

本发明所采用的工艺技术路线：70吨超高功率电炉—LF钢包精炼—出钢脱氧合金化—吹氩处理—4机4流165方坯连铸—蓄热式步进加热炉—18架无扭连轧机组—穿水冷却—精整—打包—入库。

(1)炼钢、精炼工艺：采用电炉热装铁水工艺，铁水和废钢比例各50％，通电熔化、强化供氧脱碳，控制造渣过程，脱磷、去除钢中的有害杂质，达到出钢条件(钢水温度：1630～ 1650℃)，偏心炉底无渣出钢，钢包内合金化。控制好复合脱氧剂和FeV合金加入时机；进入 LF精炼工位，吹氩搅拌，脱氧，进一步去除钢中的气体和夹杂物，提高钢的洁净度，以及成分和温度微调，实现钢水窄成分控制和过热度的精确控制，满足HRB500cE耐腐蚀钢筋的各项技术性能要求。

(2)连铸工艺：中间包温度控制：开浇第一、二炉1605～1625℃，连浇炉1575～1615℃，浇注过程中稳定控制好拉速，保证钢水衔接。采用全程氩封保护浇注、电磁搅拌、结晶器液面自动控制、二冷动态配水、气雾冷却等工艺技术，优化连铸工艺参数，改善铸坯凝固组织，提高铸坯表面质量、消除皮下气泡、缩孔和疏松，生产优质、无缺陷铸坯。

(3)轧钢工艺：严格执行加热制度，开轧、和终轧温度控制、穿水冷却工艺，确保轧制过程中钢的均热性，防止出现混晶或异常金相组织，同时对铁素体和珠光体形貌及晶粒度进行摸索，寻求最佳冷却转变区域，获得理想的金相组织和晶粒度的匹配，从而保证钢筋通条性能稳定。

HRB500E抗震钢筋控轧、控冷工艺参数见表1。

表1

采用合金生产HRB500cE,用了2批次每批次3根钢坯进行生产φ22mm规格HRB500cE钢筋。

钢坯的冶炼严格按技术要求，成分控制在设计范围，特别是S、P控制在理想水平。耐腐蚀钢筋500cE化学成分(熔炼分析)见表2。

表2 HRB500cE抗震钢筋化学成分(％)

钢筋力学性能统计情况见表3所示。从表3可以看出,采用FeV合金生产的各种规格HRB500cE 钢筋，力学性能全部满足GB/T33953-2017标准要求。

表3 FeV合金生产HRB500cE钢筋力学性能

为了分析合金中对钢筋性能的影响。并用力学性能对其化学成分进行回归分析。从表3可以看出,合金中的V对钢筋力学性能的影响非常明显。

2、钢筋时效性的分析

6个批次的微合金化HRB500cE耐腐蚀钢筋时效性能进行了试验,分析结果表明(见表3): 钢筋在强度上都具有低应变时效性,Rel时效后比时效前降低了5～15MPa；Rm降低5～10MPa, 差异不明显:时效后钢筋伸长率提高了4％～5％,时效后的钢筋强屈比和屈屈比将更趋于合理。

表4

耐海洋环境腐蚀钢筋的耐蚀性能评价

表5耐氯离子周期浸润72h腐蚀速率数据

表6耐氯离子周期浸润72h腐蚀速率数据

Cu-Mo-Cr-Ni钢的经过模拟加速工业大气腐蚀后的锈层形貌及锈层元素分布聚集见图1 和图2所示。采用SEM对钢的锈层进行观察，结果发现钢的锈层明显分为附着性非常好的内锈层和宜剥落的外锈层。内锈层比较致密，外锈层相对比较疏松。相比合金钢来说，Q235碳钢则没有比较致密的内锈层，而是多孔的吸附性很差的单层结构，即所谓外锈层，这种结构对于水和大气中的SO2的进入没有障碍，使得腐蚀过程继续进行，而且外锈层的锈层颗粒明显比Cu-Cr-Ni钢的锈层疏松，并伴有比合金钢更多的裂纹和孔洞。

为了分析合金元素对阻碍腐蚀的作用，形成致密锈层的机理。利用电子探针(EPMA)对锈层的表面以及界面进行了元素的半定量分析(面扫描)。Cu-Cr钢的外锈层表面，有明显的 Cr元素富集，富集区域呈现团簇状，见图2，而Cu元素则分布均匀。而在锈层截面，则发现明显的Cu、Cr聚集。Cr元素呈现块状分布，而Cu则以颗粒状和蠕虫状分布，且在内锈层的聚集较多。Cu-Cr-Ni的钢的的元素分布于1号钢的分布相似，所不同的是，2#钢所添加的Ni 元素在表面分布均匀，没有发生明显的富集，而在横截面则含量有所变化，因Ni添加量较少，没有明显的富集。但值得一提的是，对比两种钢的元素富集位置，可以发现，元素Cu、Cr、 Ni的富集之处均在同一位置上，可能某些位置有元素的不同组合。这证实了Cu、Cr、Ni合金元素内锈层的形成机理为元素的聚集形成的致密锈层发挥其阻碍耐蚀性的作用。

铜能显著改变钢的抗大气和海水的腐蚀性能，铜促使钢表面的锈层致密而附着性提高，从而进一步延缓腐蚀，当铜与磷共同加入钢中时作用更加显著。有人认为，Cu的富集的作用可以归纳为阻碍锈层的晶体化、抑制氧的进入、减少修成的导电性、沉积表面有利于，阻碍腐蚀的进行。Cr的主要作用则是改善锈层的结构，配合Cu形成比较致密的氧化层，使得表面钝化，防止粒子氧的进入。

3锈层组成

表7为Cu-Cr-Ni钢锈层的XRD分析表，该锈层的主要成分为Fe₃O₄、α-FeOOH、γ-FeOOH 以及少量的非晶态化合物。从总体上将，Cu-Cr-Ni钢和碳钢的的锈层结构相似，所不同的是， 1#、2#钢的α-FeOOH相对较多，而Fe3O4的含量相对较少。Yamashita等人的研究中提到，含Cr、Cu的耐候钢形成的长期保护性锈层主要由α-FeOOH组成，而短期内形成的则是γ-FeOOH。松岛岩等人在资料中曾提到，Cu可促进α-FeOOH和非晶态的Fe₃O₄、的形成。

表7锈层中不同相结构(XRD)

Mo的主要作用主要是根据Mo-H₂O系的理论电位-PH图，钼在一定的极化电位下可形成具有缓释作用的钼酸根粒子，沉积在钢的基体表面，有助于降低基体的腐蚀速率。而Ni是提高基体稳定性的元素，Ni的添加，可提高基体的自腐蚀电位，增加基体的抗腐蚀能力，降低基体的腐蚀速率。

4结论

1)通过EPMA分析锈层的元素分布情况，发现Cu、Cr的分布呈现出聚集状的分布，Cu元素以内锈层的居多，Cr元素则是内外锈层皆有富集。Cu、Cr、Ni、Mo的配合使用，有助于形成致密的锈层，提高耐工业大气腐蚀用钢的耐蚀性；

2)通过XRD检测锈层，主要由对耐蚀性有力的α-FeOOH相组成，同时含有一定量的四氧化三铁和γ-FeOOH。

3)Ni是提高基体稳定性的元素，Ni的添加，可提高基体的自腐蚀电位，增加基体的抗腐蚀能力，降低基体的腐蚀速率，故从周期浸润等试验结果上看，添加少量Ni元素的成分2提高了基体的耐蚀性。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (4)

1.一种耐海洋腐蚀钢筋，按质量比，它包括：

C 0.10-0.15％，Si 0.50-1.00％，Mn0.80-1.50％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr0.70-1.20％,Cu0.30-0.50％，Ni0.30-0.60％，MO 0.10-0.20％，V0.05-0.08％。

2.根据权利要求1所述的一种耐海洋腐蚀钢筋，其特征在于：钢筋性能满足R_eL≥500MPa，R_m≥630，R^O _m/R^O _eL≥1.25％，R^O _eL/R_eL≤1.30，A_gt≥9.0，A≥15％。

3.根据权利要求1所述的一种耐海洋腐蚀钢筋，其特征在于：钢筋性能满足GB/T1499.2-2007热轧带肋钢筋要求。

4.根据权利要求1所述的一种耐海洋腐蚀钢筋的制备方法，包括如下步骤：

(1)炼钢、精炼工艺：采用电炉热装铁水工艺，调好铁水和废钢比例，通电熔化、强化供氧脱碳，控制造渣过程，脱磷、去除钢中的有害杂质，达到出钢条件，钢水温度：1630～1650℃，偏心炉底无渣出钢，钢包内合金化；控制好复合脱氧剂和FeV合金加入时机；进入LF精炼工位，吹氩搅拌，脱氧，进一步去除钢中的气体和夹杂物，提高钢的洁净度；

(2)连铸工艺：中间包温度控制：开浇第一、二炉1605-1625℃，连浇炉1575-1615℃，浇注过程中稳定控制好拉速，保证钢水衔接；采用全程氩封保护浇注；

(3)轧钢工艺：执行加热制度，开轧、和终轧温度控制、穿水冷却工艺，确保轧制过程中钢的均热性，防止出现混晶或异常金相组织，同时对铁素体和珠光体形貌及晶粒度进行摸索，寻求最佳冷却转变区域，获得理想的金相组织和晶粒度的匹配，从而保证钢筋通条性能稳定:

终轧速度10-15m/s、穿水流量200-480m³/h、水压≧0.8MPa、出炉温度1050-1180℃、冷床入口温度890-950℃。