專(zhuān)利名稱(chēng)：一種耐氯離子腐蝕抗震棒材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于碳素鋼棒材的制備領(lǐng)域，特別涉及一種耐氯離子腐蝕抗震棒材的制備 方法。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，海洋中有豐富的資源。在當(dāng)今全球糧食、資源、能源供應(yīng)緊 張與人口迅速增長(zhǎng)的矛盾日益突出的情況下，開(kāi)發(fā)利用海洋中豐富的資源，已是歷史發(fā)展 的必然趨勢(shì)。在不斷增長(zhǎng)的生存壓力下，世界各國(guó)正想方設(shè)法尋求改善生活質(zhì)量和可持續(xù) 發(fā)展的策略。沿海國(guó)家紛紛把目光投向了海洋，加緊制定海洋發(fā)展規(guī)劃，大力發(fā)展海洋高新 科技，加強(qiáng)海軍建設(shè)，強(qiáng)化海洋管理，不斷加快海洋資源開(kāi)發(fā)步伐。可以預(yù)見(jiàn)，21世紀(jì)人類(lèi)將 在很大程度上依賴(lài)海洋來(lái)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，研究、開(kāi)發(fā)、利用和保護(hù)海洋將成為21世紀(jì)的 主旋律，海洋必將為人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn)。然而，隨著海洋工程、海洋裝備制造業(yè)以及近海工程的迅猛發(fā)展，人們對(duì)于海洋領(lǐng) 域用建筑棒材提出了更高的要求。首先是海洋中的特殊環(huán)境，在海洋環(huán)境及海洋性氣候中， 存在大量的腐蝕性介質(zhì)氯離子。氯離子由于活性極高、穿透能力極強(qiáng)，對(duì)于鋼鐵、不銹鋼及 大多數(shù)有色金屬有強(qiáng)烈的腐蝕性作用，嚴(yán)重制約金屬結(jié)構(gòu)材料在海洋性環(huán)境中的應(yīng)用。氯 離子的滲透會(huì)極大地加劇鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。其作用過(guò)程如下1.鋼筋的腐蝕由于浸入的水、 氣、氯離子等，鋼筋被腐蝕。即使不中性化，鋼筋表層所含磷分，也會(huì)使鋼筋發(fā)生腐蝕。2.裂 紋的產(chǎn)生由于鋼筋被腐蝕、體積膨脹O. 5倍)，是表面混凝土產(chǎn)生裂紋。3.強(qiáng)度降低腐 蝕物質(zhì)從裂紋處進(jìn)一步浸入，加速鋼筋的腐蝕、體積膨脹，從而降低混凝土強(qiáng)度?？傊g 會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低，從而大大材料的使用壽命。當(dāng)然，這也是對(duì)棒材性能提出的挑戰(zhàn)。當(dāng)前，我國(guó)發(fā)展的耐海水腐蝕用鋼有 IOMnCuUOMnP n6Re、IOCrMoAl、15NiCuP等鋼號(hào)，它們的耐海水腐蝕性均優(yōu)于低碳鋼。面對(duì) 巨大的海洋市場(chǎng)需求和資源的巨大消耗，提高棒材性能，減少建筑用棒材用量，尋找一條減 少資源消耗、環(huán)境友好型、可循環(huán)利用的棒材生產(chǎn)技術(shù)路線(xiàn)，已成為今后我國(guó)建筑用棒材現(xiàn) 代化發(fā)展的思路。另外，必須注意的是，我國(guó)處于地震多發(fā)地區(qū)。按照國(guó)家地震局批準(zhǔn)的地震烈度區(qū) 劃分圖，全國(guó)烈度大于等于7度的區(qū)域面積約占全國(guó)總面積的32.5%，而大于等于6度的震 區(qū)占全國(guó)總面積約60%。如此大面積的地震區(qū)，使得在設(shè)計(jì)建筑物時(shí)不得不考慮其抗震性 能。在地震區(qū)使用的棒材不僅要求具備優(yōu)良的力學(xué)性能，也需要良好的抗震性能。但是，我 國(guó)對(duì)抗震棒材的認(rèn)識(shí)較晚。在1987年出臺(tái)的《地震區(qū)高層結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)規(guī)定》中仍選用了 A3，16Mn和15MnV三種鋼，其中的A3和16Mn鋼由于其較大的時(shí)效敏感性早在70年代已被 提出不應(yīng)該用于地震區(qū)。認(rèn)識(shí)到延性對(duì)于抗震棒材的重要性后，國(guó)家于1991年提出，抗震 結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)符合伸長(zhǎng)率大于20% ；鋼材強(qiáng)屈比為1. 2 1. 8 ；有明顯的屈服平臺(tái)；保持延性 良好的可焊接性能。但是，之后的科研人員的研究表明，這些要求并不充分。由于國(guó)家認(rèn)識(shí) 較晚，對(duì)于抗震棒材的性能規(guī)定不全面，并且抗震鋼生產(chǎn)工藝尚不成熟等原因，造成目前沿海地震區(qū)用棒材的現(xiàn)狀是對(duì)應(yīng)變時(shí)效敏感；棒材的韌脆轉(zhuǎn)變溫度高；碳當(dāng)量高，不利于焊 接；強(qiáng)度提高的同時(shí)塑性難以提高。在20世紀(jì)70年代至80年代初，新西蘭對(duì)抗震應(yīng)變時(shí)效問(wèn)題進(jìn)行試驗(yàn)研究后指 出低碳鋼和C-Mn鋼有較大的時(shí)效敏感性，不應(yīng)用于地震區(qū)建筑結(jié)構(gòu)；之后又提出在鋼中 添加微量的V，Ti，Nb，Al等元素即可抑止應(yīng)變時(shí)效。由于地震時(shí)對(duì)鋼筋混凝土的作用力非 常大，僅僅選用高強(qiáng)度的鋼不利于抗震，故各國(guó)對(duì)沿海地震區(qū)建設(shè)用鋼通常還提出了與延 展性相關(guān)的要求。日本的新抗震設(shè)計(jì)中指出，抗震棒材有必要以適當(dāng)?shù)难有詠?lái)彌補(bǔ)抗震強(qiáng) 度的不足。羅馬尼亞規(guī)定棒材直徑不易大于^mm,受力構(gòu)件應(yīng)采用極限強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度比 大于1. 30且極限應(yīng)變大于18%的鋼材。美國(guó)要求棒材實(shí)際抗拉強(qiáng)度與實(shí)際屈服強(qiáng)度之比 不少于1.25。以色列要求鋼的屈服強(qiáng)度不超過(guò)412Mpa，均勻延伸率不低于8%。日、美共同 大型抗震試驗(yàn)中，棒材的屈服強(qiáng)度多為373 422Mpa，均勻延伸率約10 %，延伸率30 %以 上。CEB歐洲國(guó)際混凝土委員會(huì)1990CEB-FIP模式規(guī)范要求鋼的最大屈服強(qiáng)度不高于強(qiáng)度 等級(jí)規(guī)定的名義強(qiáng)度的30%。因此，為了使棒材同時(shí)具有較高的強(qiáng)度和塑性，我國(guó)國(guó)內(nèi)多利用棒材微合金化作 用達(dá)到目的。目前，高強(qiáng)度棒材的升級(jí)換代主要采用兩條技術(shù)路線(xiàn)一條是微合金化。即在 煉鋼過(guò)程中，加入微量V、Ti、Nb等元素，達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的目的，進(jìn)而提高棒材的 綜合機(jī)械性能，但由于合金元素價(jià)格昂貴，此方法不具成本優(yōu)勢(shì)。另一條路線(xiàn)就是控制軋制 和控制冷卻?？剀埧乩渲饕侵缚販剀堉坪蛙埡罂刂评鋮s。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種耐氯離子腐蝕抗震棒材的制備方法，該方 法工藝簡(jiǎn)單，成本低，在不添加Nb、V、Ti等微合金元素的前提下，使普通碳素鋼棒材σ s達(dá) 到500MPa以上，節(jié)約昂貴的合金元素，制備得到的棒材綜合力學(xué)性能大大提高，得到較好 的強(qiáng)度、韌性，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的一種耐氯離子腐蝕抗震棒材的制備方法，包括(1)將普通碳素鋼棒材經(jīng)無(wú)水乙醇、丙酮清洗后，干燥；(2)設(shè)置粗軋的開(kāi)軋溫度為900 930°C，終軋溫度控制在920 950°C，軋線(xiàn)上設(shè) 有兩個(gè)控溫點(diǎn)，第一個(gè)點(diǎn)設(shè)在粗中軋和加熱爐間(通過(guò)高壓水除麟箱，通過(guò)調(diào)節(jié)水和壓力 的大小來(lái)控制開(kāi)軋溫度，一般的在除鱗箱和粗軋一架之間還應(yīng)配有保溫輥道，來(lái)使鋼坯中 心和表面溫度達(dá)到均衡)，第二個(gè)點(diǎn)設(shè)在預(yù)精軋出口處，，采用可控水冷箱控制終軋溫度；(3)通過(guò)軋后控制冷卻提高鋼材的強(qiáng)度，即得，冷卻工藝參數(shù)為溫度800 900°C， 降溫梯度2 20°C /s，冷卻時(shí)間2 lOmin，降溫方式為水冷。所述步驟(1)中的普通碳素鋼棒材為Q235或Q275。得到棒材后測(cè)試鋼材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度，求出屈強(qiáng)比，檢測(cè)材料的伸長(zhǎng)率和零 度以下的抗彎性能，同時(shí)分析材料處理后的組織變化情況，測(cè)量?jī)?nèi)部晶粒大小。本發(fā)明緊密結(jié)合快速冷卻技術(shù)、連鑄連軋技術(shù)等熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，系統(tǒng)研究了新型 控冷工藝對(duì)棒材力學(xué)性能，諸如應(yīng)變時(shí)效敏感性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度、可焊性等影響規(guī)律。有益效果本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低，在不添加Nb、V、Ti等微合金元素的前提下，使普通碳素鋼棒材σ s達(dá)到500MPa以上，節(jié)約昂貴的合金元素，制備得到的棒材綜合力學(xué)性能大大提 高，得到較好的強(qiáng)度、韌性，具有良好的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定 的范圍。實(shí)施例1取普通碳素鋼Q275(規(guī)格20 X 10 X 2. Omm)若干片，表面用金相砂紙打磨，經(jīng)無(wú)水
乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中備用。鋼材采用快速軋制速度，開(kāi)軋溫度為900°C，冷卻工藝參數(shù)為溫度800°C，降溫梯 度2V /s，冷卻時(shí)間2min，降溫方式為水冷。實(shí)施例2取普通碳素鋼Q275(規(guī)格20 X 10 X 2. Omm)若干片，表面用金相砂紙打磨，經(jīng)無(wú)水
乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中備用。鋼材采用正常軋制速度，開(kāi)軋溫度為900°C，冷卻工藝參數(shù)為溫度900°C，降溫梯 度20°C /s，冷卻時(shí)間lOmin，降溫方式為水冷。實(shí)施例3取普通碳素鋼Q235(規(guī)格20 X 10 X 2. Omm)若干片，表面用金相砂紙打磨，經(jīng)無(wú)水
乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中備用。鋼材采用快速軋制速度，開(kāi)軋溫度為900°C，冷卻工藝參數(shù)為溫度850°C，降溫梯 度10°C /S，冷卻時(shí)間5min，無(wú)冷卻方式。實(shí)施例4取普通碳素鋼Q235(規(guī)格20 X 10 X 2. Omm)若干片，表面用金相砂紙打磨，經(jīng)無(wú)水
乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中備用。鋼材采用快速軋制速度，開(kāi)軋溫度為930°C，冷卻工藝參數(shù)為溫度880°C，降溫梯 度15°C /s，冷卻時(shí)間8min，降溫方式為水冷。表1不同處理?xiàng)l件下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種耐氯離子腐蝕抗震棒材的制備方法，包括(1)將普通碳素鋼棒材經(jīng)無(wú)水乙醇、丙酮清洗后，干燥；(2)設(shè)置粗軋的開(kāi)軋溫度為900 930°C，終軋溫度控制在920 950°C，軋線(xiàn)上設(shè)有兩 個(gè)控溫點(diǎn)，第一個(gè)點(diǎn)設(shè)在粗中軋和加熱爐間，第二個(gè)點(diǎn)設(shè)在預(yù)精軋出口處，，采用可控水冷 箱控制終軋溫度；(3)通過(guò)軋后控制冷卻提高鋼材的強(qiáng)度，即得，冷卻工藝參數(shù)為溫度800 900°C，降溫 梯度2 20°C /s，冷卻時(shí)間2 lOmin，降溫方式為水冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐氯離子腐蝕抗震棒材的制備方法，其特征在于所述 步驟(1)中的普通碳素鋼棒材為Q235或Q275。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐氯離子腐蝕抗震棒材的制備方法，包括(1)將普通碳素鋼棒材經(jīng)無(wú)水乙醇、丙酮清洗后，干燥；(2)設(shè)置粗軋的開(kāi)軋溫度為900～930℃，終軋溫度控制在920～950℃，軋線(xiàn)上設(shè)有兩個(gè)控溫點(diǎn)，第一個(gè)點(diǎn)設(shè)在粗中軋和加熱爐間，第二個(gè)點(diǎn)設(shè)在預(yù)精軋出口處，采用可控水冷箱控制終軋溫度；(3)通過(guò)軋后控制冷卻提高鋼材的強(qiáng)度，即得。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低，在不添加Nb、V、Ti等微合金元素的前提下，使普通碳素鋼棒材σs達(dá)到500MPa以上，節(jié)約昂貴的合金元素，制備得到的棒材綜合力學(xué)性能大大提高，得到較好的強(qiáng)度、韌性，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22C38/00GK102061369SQ20111002545
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者劉衛(wèi)東, 王國(guó)慶, 羅檢, 鐘慶東, 黃建軍 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 南通寶鋼鋼鐵有限公司