本發(fā)明屬于高強(qiáng)耐蝕鋼及其生產(chǎn)工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混凝土用400mpa級耐氯離子腐蝕高強(qiáng)鋼筋及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

目前，大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于以氯鹽為主要介質(zhì)的腐蝕環(huán)境，如沿海、鹽湖、鹽堿地等自然氯鹽腐蝕環(huán)境以及撒化冰鹽的道路、橋梁等人為氯鹽腐蝕環(huán)境，由于氯離子cl^-能滲透到混凝土內(nèi)部，破壞鋼筋表面鈍化膜，導(dǎo)致鋼筋腐蝕并引起混凝土順筋開裂，降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

為了減緩鋼筋銹蝕、延長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)壽命，目前一般采用以下幾種防腐措施：(1)增加混凝土保護(hù)層厚度；(2)在混凝土中添加鋼筋阻銹劑；(3)采用涂層鋼筋，如非金屬涂層的環(huán)氧樹脂鋼筋和金屬涂層的熱浸鍍鋅鋼筋；(4)鋼筋陰極保護(hù)；(5)使用不銹鋼鋼筋。

但在實(shí)際應(yīng)用中存在一些問題：(1)增加混凝土保護(hù)層厚度將增加建筑的重量及結(jié)構(gòu)的承重，建筑成本進(jìn)一步增加；(2)拌制混凝土?xí)r摻加鋼筋阻銹劑會(huì)降低混凝土強(qiáng)度；(3)環(huán)氧樹脂涂層在5年后會(huì)老化、失去保護(hù)效果，且在運(yùn)輸與施工過程中容易破壞涂層，破壞部位反而加劇局部腐蝕；表面的鍍鋅涂層在使用一段時(shí)間后也會(huì)被腐蝕掉，而且在高cl^-濃度條件下，鍍鋅鋼筋容易分層，加速鋼筋腐蝕；(4)陰極保護(hù)只能保護(hù)陽極附近較小范圍內(nèi)的鋼筋,且存在陽極壽命不穩(wěn)定的問題；(5)不銹鋼鋼筋添加了大量的合金元素cr、ni，含cr量一般不低于12％，cr+ni總含量在20％左右，生產(chǎn)成本高而難以大量推廣應(yīng)用。

近年來，為了提高鋼筋混凝土用熱軋鋼筋母材本身的耐蝕性能，國內(nèi)外采用添加耐蝕元素cr、ni、cu等生產(chǎn)耐蝕鋼筋。中國專利申請?zhí)?01310496370.4“低成本高性能耐腐蝕鋼筋及其制造方法”，公開日是2014年2月5日，公開的鋼筋成分：0.06～0.10wt％c、3～8wt％cr、0.5～1％wtcu、0.5～1.5wt％mn、0.01～0.02wt％n、≤0.03wt％p、≤0.035wt％s、0.2～0.5wt％si，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)。中國專利申請?zhí)?01410047813.6“一種具有高耐腐蝕性的高強(qiáng)鋼筋及其制備方法”，公開日2014年5月14日，公開的鋼筋成分：0.005-0.050％c、0.36-0.60％si，0.3-0.6％mn、p≤0.03％、s≤0.01％、7.0-9.0％cr、1.5-4.0％ni、≤2.0％al、≤1.0％cu、＜0.5％mo、≤0.05％ti，余量為fe。上述鋼筋雖具有一定的耐蝕性能，但cr、ni元素的含量仍較高，造成企業(yè)生產(chǎn)成本較高以及合金資源的消耗。中國專利申請?zhí)?01410362103.2“一種耐海洋氣候腐蝕鋼筋”，公開日2014年10月22日，公開的鋼筋成分：c：0.2～0.25％、si：0.35～0.55％，mn：1.0～1.35％、p：0.01％～0.04％、s：0.005％～0.03％、cu：0.05～0.30％、ni：0.04～0.25％、cr：0.05～0.3％，余為fe。及不可避免的雜質(zhì)：滿足ceq不超過0.54％。由于含碳量較高，該鋼筋的耐蝕性能不足，與對比鋼相比，耐蝕能力的提高不到1倍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土用400mpa級耐氯離子腐蝕高強(qiáng)鋼筋，通過向鋼筋母材中少量添加cr、ni以及稀土re等耐蝕合金元素，生產(chǎn)成本低，適合大量推廣應(yīng)用。

本發(fā)明還提供了一種混凝土用400mpa級耐氯離子腐蝕高強(qiáng)鋼筋的生產(chǎn)方法，采用熱機(jī)軋制tmcp工藝，在鋼筋表面形成致密的內(nèi)銹層以及細(xì)晶組織，能有效阻止cl^-對鋼筋基體的侵蝕，達(dá)到提高鋼筋母材的耐cl^-腐蝕能力以及綜合力學(xué)性能，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定、可靠。

本發(fā)明提供的一種混凝土用400mpa級耐氯離子腐蝕高強(qiáng)鋼筋，含有以下重量百分比的元素：

0.05-0.15％c，0.40-0.60％si，0.80-1.40％mn，≤0.045％p，≤0.010％s，0.50-0.90％cr，0.26-0.40％ni，0.020-0.035％re，≤0.40％cu，0.01-0.05％v，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)元素。

本發(fā)明中合金元素的作用如下：

cr可以在鋼表面內(nèi)銹層和鋼基體之間形成一層致密完整的氧化膜，可以細(xì)化銹層中α-feooh的晶粒，能有效抑制腐蝕性陰離子、特別是cl^-離子的侵入。

cu是耐候鋼中提高耐腐蝕性能的主要元素。無論是海洋大氣環(huán)境、工業(yè)大氣環(huán)境還是其他的大氣環(huán)境，加入cu元素的鋼種都具有比普通的碳素鋼更優(yōu)越的耐腐蝕性能。cu含量為0.1％～0.2％可使腐蝕速度顯著減小，含量增加到0.25％可使鋼的耐海洋大氣腐蝕能力提高一倍多，但超過0.5％的cu對鋼耐蝕性能的提高影響不顯著，且鋼的冶煉困難。

ni含量在一定范圍內(nèi)時(shí)，可以降低耐候鋼的自腐蝕電位，使耐候鋼的自腐蝕電位正移，增加穩(wěn)定性。同時(shí)，ni元素容易積聚在銹層中，可以在一定程度上抵御cl^-的侵蝕，促進(jìn)保護(hù)性銹層的生成，從而降低鋼的腐蝕速度。

稀土re具有良好耐蝕性能，re凈化了鋼水質(zhì)量，使鋼水中o、s含量大大降低，減少了鋼中夾雜總量；re可將鋼水中腐蝕速率大的夾雜(如mns)變性為腐蝕速率小的稀土夾雜，降低鋼基體內(nèi)部微區(qū)域電化學(xué)腐蝕，并能球化mns，提高銹層與鋼基體的釘扎作用。

mn能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，但mn含量增高會(huì)降低鋼的抗腐蝕能力。

c是鋼中廉價(jià)的強(qiáng)化元素，能顯著提高鋼的強(qiáng)度，但含量高時(shí)會(huì)降低鋼的焊接性能、耐蝕性能等。本發(fā)明控制c含量0.05-0.15％。

本發(fā)明提供的一種混凝土用400mpa級耐氯離子腐蝕高強(qiáng)鋼筋的生產(chǎn)方法，采用常規(guī)方法冶煉，其中，在lf爐精煉時(shí)把鋼中的s降至0.010％以下；

進(jìn)一步的，連鑄結(jié)晶器喂稀土絲并澆注成的140或150小方坯；

進(jìn)一步的，棒材軋機(jī)上采用tmcp工藝軋制。

進(jìn)一步的，采用tmcp工藝軋制，出鋼溫度控制在950～1000℃；

進(jìn)一步的，采用tmcp工藝軋制，開軋溫度控制在900～950℃；

進(jìn)一步的，采用tmcp工藝軋制，進(jìn)精軋機(jī)溫度控制在≤880℃；

進(jìn)一步的，本發(fā)明采用tmcp工藝軋制，其粗軋機(jī)組和中軋機(jī)組采用常規(guī)軋制，中軋機(jī)組后設(shè)置冷卻段和回復(fù)段；

進(jìn)一步的，冷卻段使軋件溫度降到未再結(jié)晶溫度范圍之內(nèi)；

進(jìn)一步的，回復(fù)段保證進(jìn)入精軋機(jī)前2-10s均溫過程。

本發(fā)明的生產(chǎn)方法在轉(zhuǎn)爐、電爐或其它冶煉爐中按常規(guī)冶煉工藝初煉，按常規(guī)操作方式向鋼水中添加cr、ni、cu等配方中的耐蝕合金元素。在lf爐中按常規(guī)冶煉工藝精煉，把鋼中的s降至0.010％以下。連鑄結(jié)晶器喂稀土絲并澆注成的140或150小方坯，目前在國內(nèi)大多鋼筋生產(chǎn)廠均可實(shí)現(xiàn)，不需改造成165或以上的方坯。棒材軋機(jī)上采用tmcp工藝軋制，工藝控制如上所述，冷床自然冷卻，堆垛自然冷卻。

采用tmcp工藝，在未再結(jié)晶區(qū)(≤880℃)精軋，可以提高形核率，有利于組織細(xì)化，從而提高耐蝕性能及綜合力學(xué)性能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用資源節(jié)約型的成分設(shè)計(jì)，采用轉(zhuǎn)爐、電爐或其它冶煉爐初煉、lf爐精煉以及在普通棒材軋機(jī)上采用tmcp熱機(jī)軋制，生產(chǎn)出高強(qiáng)耐cl^-腐蝕鋼筋，鋼筋力學(xué)性能滿足gb1499.2-2007要求，其屈服強(qiáng)度rel≥400mpa，抗拉強(qiáng)度rm≥540mpa，斷后伸長率a≥16％，耐cl^-腐蝕能力是hrb400普通鋼筋的2倍及以上。本發(fā)明鋼筋配方中少量添加cr、ni以及稀土re等耐蝕合金元素，生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)工藝簡單，使用本發(fā)明耐氯離子腐蝕高強(qiáng)鋼筋可大大提高建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，減少建筑結(jié)構(gòu)的維護(hù)費(fèi)用，降低建筑成本，具有良好的市場前景。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的金相組織和晶粒度×100；

圖2為實(shí)施例2的金相組織和晶粒度×100；

圖3為實(shí)施例3的金相組織和晶粒度×100；

圖4為海洋大氣掛片1年，清洗后本發(fā)明耐蝕鋼筋試樣表面；

圖5為海洋大氣掛片1年，清洗后hrb400普通鋼筋試樣表面；

圖6為海洋大氣掛片1年hrb400試樣的電鏡掃描銹層照片；

圖7為海洋大氣掛片1年本發(fā)明耐蝕鋼筋試樣的電鏡掃描銹層照片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種混凝土用400mpa級耐氯離子腐蝕高強(qiáng)鋼筋，含有以下重量百分比的元素：(爐號1539)

0.08％c，0.51％si，1.13％mn，0.015％p，0.005％s，0.79％cr，0.27％ni，0.034％re，0.24％cu，0.039％v，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)元素，ceq0.47％。

實(shí)施例2

一種混凝土用400mpa級耐氯離子腐蝕高強(qiáng)鋼筋，含有以下重量百分比的元素：(爐號1540)

0.06％c，0.55％si，1.35％mn，0.019p，0.008％s，0.85％cr，0.35％ni，0.021％re，0.25％cu，0.045％v，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)元素，ceq0.51％。

實(shí)施例3

一種混凝土用400mpa級耐氯離子腐蝕高強(qiáng)鋼筋，含有以下重量百分比的元素：(爐號1541)

0.15％c，0.45％si，0.89％mn，0.035p，0.006％s，0.65％cr，0.26％ni，0.023％re，0.25％cu，0.025％v，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)元素，ceq0.47％。

碳當(dāng)量ceq＝c+mn/6+(cr+v+mo)/5+(cu+ni)/15。

實(shí)施例4

一種混凝土用400mpa級耐氯離子腐蝕高強(qiáng)鋼筋的生產(chǎn)方法，采用頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐初煉、lf爐精煉、150連鑄方坯，在連續(xù)棒材軋機(jī)上軋制，規(guī)格φ20mm。

具體的，鋼種在轉(zhuǎn)爐、電爐或其它冶煉爐中按常規(guī)冶煉工藝初煉，按常規(guī)操作方式向鋼水中添加cr、ni、cu等幾種已知的耐蝕合金元素。在lf爐中按常規(guī)冶煉工藝精煉，把鋼中的s降至0.010％以下。連鑄結(jié)晶器喂稀土絲并澆注成的140或150小方坯，目前在國內(nèi)大多鋼筋生產(chǎn)廠均可實(shí)現(xiàn)，不需改造成165或以上的方坯。棒材軋機(jī)上采用tmcp工藝軋制，冷床自然冷卻，堆垛自然冷卻。

其中tmcp熱機(jī)軋制工藝控制點(diǎn)如下：

(1)出鋼溫度控制在950～1000℃；

(2)開軋溫度控制在900～950℃；

(3)進(jìn)精軋機(jī)溫度控制在≤880℃。

本發(fā)明制備的耐氯離子腐蝕高強(qiáng)鋼筋與hrb400鋼筋對比，熔煉成分見表1，力學(xué)性能與工藝性能見表2，周浸試驗(yàn)結(jié)果見表3，海洋大氣掛片試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表1本發(fā)明鋼及對比鋼種hrb400的熔煉成分％

其中：碳當(dāng)量ceq＝c+mn/6+(cr+v+mo)/5+(cu+ni)/15

表2本發(fā)明鋼的力學(xué)性能與工藝性能

其中：rel為屈服強(qiáng)度；rm為抗拉強(qiáng)度；a,為5d標(biāo)距下的斷后延伸率(d為鋼筋公稱直徑)。

冷彎d＝4a(d為鋼筋彎心直徑，a為鋼筋公稱直徑)，彎曲180°；反彎d＝5a，先正彎90°，再反彎20°。

周浸腐蝕試驗(yàn)

試驗(yàn)溶液為3.5％的nacl溶液；溶液溫度為35±2℃，干燥溫度為45±2℃，濕度為30±2℃。每一循環(huán)周期為60±5min，其中浸潤12±2℃，暴露48±2℃。試驗(yàn)周期2、3、6、9、12天；每個(gè)周期內(nèi)取平行試樣3個(gè)。

耐蝕鋼筋的平均腐蝕率在2.17～2.65g/(m²·h)，相對hrb400普通鋼筋的相對腐蝕率為45.21～49.90％。

相對腐蝕率＝耐蝕鋼筋的腐蝕率/對比鋼筋(hrb400)的腐蝕率×100％。

表3周浸腐蝕試驗(yàn)的平均腐蝕速率及相對腐蝕率

海洋大氣實(shí)物掛片試驗(yàn)

試驗(yàn)地點(diǎn)為南海某島礁，試驗(yàn)周期為1年，每組3個(gè)平行試樣，按gb/t16545《金屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》清洗試樣，按gb/t19292.4《金屬和合金的腐蝕大氣腐蝕性用于評估腐蝕性的標(biāo)準(zhǔn)試樣的腐蝕速率的測定》測定腐蝕速率。耐蝕鋼筋的平均腐蝕率在98.61～108.22g/m².年，相對hrb400普通鋼筋的相對腐蝕率為48.54～53.27％。

表4鋼筋的腐蝕率