CN112458381A - 一种短流程500MPa级耐候抗震钢筋及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种短流程500MPa级耐候抗震钢筋及其制备方法，属于耐候钢筋技术领域。其化学成分质量百分数为：C：0.04‑0.08％、Si：0.6‑0.8％、Mn：0.8‑1.5％、P：0.04‑0.08％、S≤0.005％、V：0.03‑0.05％、Nb：0.01‑0.02％、N：0.03‑0.05％、Cu：0.2‑0.4％、Cr：0.5‑1.1％、Sb：0.01‑0.03％，余量为Fe。采用转炉+连铸+高温开轧+超快速冷却+相变控制冷却工艺，制得钢筋屈服强度Rp0.2≥500MPa，抗拉强度Rm≥630MPa，强屈比≥1.25％，断后伸长率A％≥16％，最大力总伸长率≥9.0％，周浸腐蚀试验条件下，腐蚀速率仅为普通HRB500的0.28％及以下。本发明利用现有短流程的生产装备，通过合理成分设计及生产过程控制，达到同时控制钢筋表面氧化膜及显微组织的效果，提高了耐蚀性能，可生产出经济型耐候钢筋，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于耐候建筑用钢技术领域，特别是涉及一种短流程500MPa级耐候钢筋及其制备方法。
背景技术
钢筋锈蚀引起钢筋混凝土结构的过早破坏已经成为世纪各国普遍关注的一大灾害。据美国报道，仅就桥梁而言，57.5万座钢筋混凝土桥，一半以上出现钢筋腐蚀破坏，钢筋混凝土腐蚀破坏的修复费，一年要2500亿美元，其中桥梁修复费为1550亿美元，是这些桥梁初建费用的4倍。同时由于钢筋易受腐蚀，影响了钢筋混凝土的握裹力，降低了使用性能和建筑使用的寿命，提高了建筑的维护费用。房屋、港口等钢筋混凝土迫切期待低成本高性能耐候钢筋的开发生产。交通部等单位曾对华南地区码头调查的结果，有80％以上均发生严重或较严重的钢筋锈蚀破坏，出现破坏的码头有的距建成的时间仅5-10年，造成了严重经济损失。
我国耐蚀钢筋品种本身的研究开发和推广应用比较落后，截至目前还没有适合中国国情的耐蚀钢筋得到批量应用。面对我国可持续发展的需要和资源相对紧缺现状，市场对于开发短流程耐候抗震钢筋的需求十分迫切。
耐腐蚀钢筋的基本技术条件应该包括以下几个方面：(1)较高的耐腐蚀能力；(2)满足疲劳性能的要求；(3)良好的焊接性能；(4)适当强度塑性配比；(5)适当的抗震性能。合理的化学成分对钢筋性能起着重要的作用，综合考虑各元素在钢中作用，使钢筋不仅能够满足强度和塑性的要求，还需达到耐腐蚀性能的要求。另外合适的工艺路线有助于钢筋获得理想的金相组织，保证强度、抗震、提高耐腐蚀性，从而获得满意的产品质量性能指标。但目前的各生产厂商所用合金配比各不相同，采用的钢铁冶炼、铸造及热处理工艺方法也缺乏一定的合理性。
如中国发明专利201310496370公开了一种低成本高性能耐腐蚀钢筋及其制造方法，合金成分中采用较高的Cr含量，同时采用了铁水预脱硫及炉外精炼，一方面不利于成本的控制，另一方面未达到500MPa的钢筋强度级别，且并未提及均匀延伸率指标，不利于抗震性能评价。
如中国发明专利CN202010028734公开了一种低成本高性能耐腐蚀钢筋及其制造方法，采用了较高的碳含量，不利于焊接，同时该方法结合炉外精炼和控制控冷，不利于现场操作及成本控制。
因此，针对现有“转炉冶炼+连铸+控冷生产”短流程生产过程，开发一种500MPa级耐候抗震钢筋生产工艺，对我国耐候抗震钢筋的工业化发展具有重要的意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种短流程500MPa级耐候钢筋及其制备方法，采用转炉+连铸+高温开轧+超快速冷却+相变控制冷却的技术路线，通过合理的成分设计、制定合理连铸和轧制工艺参数，获得500MPa级耐候抗震钢筋成品。
本发明具体采取的技术方案为：
一种短流程500MPa级耐候抗震钢筋，该钢筋的化学成分按照质量百分数为：C：0.04-0.08％、Si：0.6-0.8％、Mn：0.8-1.5％、P：0.04-0.08％、S≤0.02％、V：0.03-0.05％、Nb：0.01-0.02％、N：0.03-0.05％、Cu：0.2-0.4％、Cr：0.5-1.1％、Sb：0.01-0.0％，余量为Fe。合金元素中作用如下：
C、Si、Mn是强化元素，对于含铬的耐腐蚀钢，由于C与Cr亲和力很强，过高的C含量会降低固溶体中的Cr含量，导致耐蚀性能的降低，本发明中C含量的选为0.04-0.08％，考虑强化作用和焊接作用，Si含量控制在0.6-0.8％、Mn含量控制在0.8-1.5％。
P、Cu：P和Cu结合能够显著增强钢材耐蚀性能，但在钢中易发生严重的偏析现象，本发明中P含量控制在0.04-0.08％。Cu是耐蚀性元素，有助于钢材耐蚀性能的提高，但钢中过多的Cu会引起材料塑性的降低，导致热轧开裂。本发明中，Cu含量控制在0.2-0.4％。
V：0.03-0.05％、Nb：0.01-0.02％、N：0.03-0.05％，三种元素结合，合理配比，能够同时保证钢筋强度、韧性及强屈比。
Cr：Cr是耐蚀性元素，能显著增加钢材耐蚀性能，但Cr是铁素体形成元素，过高的Cr含量会使钢中铁素体含量增加，导致强度下降，出现淬火组织，不利于组织控制。本发明中，Cr含量控制在0.5-1.1％。
一种短流程500MPa级耐候抗震钢筋的制备方法，按照如下化学成分设计方案，采用转炉、连铸、高温开轧、超快速冷却、相变控制冷却工艺生产流程制备500MPa级耐候抗震钢筋成品。
该钢筋采用转炉+连铸+高温开轧+超快速冷却+相变控制冷却工艺生产流程，能够显著加快生产节奏，有利于现场操作及成本控制。
所述化学成分设计方案以质量百分比计为：C：0.04-0.08％、Si：0.6-0.8％、Mn：0.8-1.5％、P：0.04-0.08％、S≤0.005％、V：0.03-0.05％、Nb：0.01-0.02％、N：0.03-0.05％、Cu：0.2-0.4％、Cr：0.5-1.1％、Sb：0.01-0.03％，余量为Fe；
其中，转炉出钢前，在钢包底部预先加入2.0kg/t的氮化锰合金，转炉出钢后，向钢包中喂入1.0kg/t的氮化硅合金包芯线；氮化锰合金比重偏大，氮化硅比重较小，采用上诉综合添加的方式，可以起到强化增氮效果、保证氮含量的作用。
进一步，所述轧钢过程中，加热温度控制在1200±30℃，开轧温度控制在1050±30℃，终轧温度控制在1070±30℃，轧后以500-600℃/s快速冷却至850℃，随后进入保温冷床，冷速控制在1.0-2.0℃/s冷却至400℃。
轧钢加热时采用1200±30℃，保证足够的合金元素Nb和V回溶到基体中，起到后期的析出强化效果，而开轧温度控制在1050±30℃，终轧温度控制在1070±30℃，整体轧制过程在再结晶区完成，避免低温轧制对于轧机功率的要求，轧后迅速快冷至相变前，避免在奥氏体再结晶区停留过长导致的晶粒粗化，同时，相变前控冷在1.0-2.0℃冷却至400℃，更加有利于中低温度下析出物析出，发挥强化作用。
进一步，耐候抗震钢筋成品的屈服强度Rp0.2≥500MPa，抗拉强度Rm≥630MPa，断后伸长率A％≥16％，最大力总伸长率≥9.0％，周浸腐蚀试验条件下，腐蚀速率仅为普通HRB500的0.28％及以下。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
利用现有制备短流程钢筋的装备，通过合理增氮完成钢筋强化及抗震设计，并通过Cu、Cr、Sb合理配比结合超快冷控制、相变冷却控制工艺，达到同时控制钢筋表面氧化膜及显微组织的效果，提高了耐蚀性能，可生产出经济型耐候钢筋，在我国具有十分广阔的推广应用空间。周浸腐蚀试验条件下，腐蚀速率仅为普通HRB500的0.28％及以下。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的实施例1-8及对比例1-8钢筋各组分的重量百分比含量见表1。
表1 实施例1-8及对比例1-8钢筋各组分的重量百分比
实施例1-8采用转炉+连铸+高温开轧+超快速冷却+相变控制冷却工艺生产流程，对比例1-8采用转炉+连铸+普通钢筋生产流程，钢筋规格均为Ф14-32mm。关键生产工艺参数见表2。
表2 实施例1-8与对比例1-8关键生产工艺参数
实施例1-8及对比例1-8的力学性能及耐蚀性能见表3。周浸试验采用初始浓度为(1.0±0.05)*10-2mol/L的NaHSO3溶液，PH在4.4～4.8，采用2.0*102mol/L的NaHSO3溶液作为补给液，试验温度为70±2℃，试验湿度为70±5％RH，循环周期设定为60min，其中浸润时间12min，烘烤后试样表面最高温度为70±10℃，进行干湿交替浸湿试验，通过失重法计算腐蚀速率。
表3 实施例1-8及对比例1-8的力学性能及耐蚀性能
综上可以看出，经实施例1-8和对比例1-8的比对，采用本实施方式的所述生产方法制备得到的耐候抗震钢筋成品屈服强度Rp0.2≥500MPa，抗拉强度Rm≥630MPa，断后伸长率A％≥16％，最大力总伸长率≥9.0％；周浸腐蚀试验条件下，腐蚀速率仅为普通HRB500的0.28％及以下；利用短流程钢筋现有的生产装备，通过合理增氮完成钢筋强化及抗震设计，并通过Cu、Cr、Sb合理配比结合超快冷控制、相变冷却控制，达到同时控制钢筋表面氧化膜及显微组织的效果，提高了耐蚀性能，可生产出经济型耐候钢筋，在我国具有十分广阔的推广应用空间。
最后说明的是，以上实施例和对比实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (4)
1.一种短流程500MPa级耐候抗震钢筋，其特征在于，钢筋的化学成分按照质量百分数为：C：0.04-0.08％、Si：0.6-0.8％、Mn：0.8-1.5％、P：0.04-0.08％、S≤0.005％、V：0.03-0.05％、Nb：0.01-0.02％、N：0.03-0.05％、Cu：0.2-0.4％、Cr：0.5-1.1％、Sb：0.01-0.03％，余量为Fe。
2.一种短流程500MPa级耐候抗震钢筋的制备方法，其特征在于，按照如下化学成分设计方案，采用转炉、连铸、高温开轧、超快速冷却、相变控制冷却工艺生产流程，制备500MPa级耐候抗震钢筋成品；
所述化学成分设计方案以质量百分比计为：C：0.04-0.08％、Si：0.6-0.8％、Mn：0.8-1.5％、P：0.04-0.08％、S≤0.005％、V：0.03-0.05％、Nb：0.01-0.02％、N：0.03-0.05％、Cu：0.2-0.4％、Cr：0.5-1.1％、Sb：0.01-0.03％，余量为Fe；
其中，转炉出钢前，在钢包底部预先加入2.0kg/t的氮化锰合金，转炉出钢三分之一时，向钢包中喂入2.0kg/t的氮化硅合金包芯线。
3.根据权利要求2所述的一种短流程500MPa级耐候抗震钢筋的制备方法，其特征在于，所述轧钢过程中，加热温度控制在1200±30℃，开轧温度控制在1050±30℃，终轧温度控制在1070±30℃，轧钢结束后以500-600℃/s快速冷却至850℃，随后进入保温冷床，冷速控制在1.0-2.0℃/s冷却至400℃。
4.根据权利要求2-3任一项所述的短流程500MPa级耐候抗震钢筋的制备方法，其特征在于，所述耐候抗震钢筋成品屈服强度Rp0.2≥500MPa，抗拉强度Rm≥630MPa，断后伸长率A％≥16％，最大力总伸长率≥9.0％，周浸腐蚀试验条件下，腐蚀速率仅为普通HRB500的0.28％及以下。
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