一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋及其生产方法，按重量百分比计算，其化学成分为C：0.10～0.21%，Si：0.30～0.80%，Mn：1.0～1.60%，P：≤0.030%，S：≤0.030%，Cr：0.6～1.0%，Cu：0.05～0.40%，V：0.020～0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质；其生产方法包括转炉或电炉冶炼、钢包微合金化、炉外精炼、连铸、铸坯加热、轧制和冷床空冷。本发明通过控制钢中Cr和Cu含量提高钢筋的抗腐蚀性能，并对工艺参数严格控制，在保证钢塑韧性情况下，促进V（C，N）析出强化作用，得到性能优异的400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋。
【专利说明】
一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋及其生产方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋及其生产方法，属于冶金和建筑材 料技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着沿海地区城镇化的发展及对海洋资源的开发利用，在沿海及海洋中建设钢筋 混凝土结构物体已成必然并有扩大化的趋势，但目前使用的钢筋混凝土结构用钢筋锈蚀情 况较为严重，钢筋使用寿命较短，最长不过10~20年，对建筑物体造成了较大的安全隐患， 因此，钢筋的腐蚀性能已成为国内外工程界关注的热点问题，开发具有良好腐蚀性能的钢 筋已成为国内外工业化国家研究的主要课题。
[0003] 针对钢筋腐蚀问题，目前国内外使用的耐腐蚀钢筋主要有不锈钢钢筋、镀锌钢筋、 涂层钢筋等钢筋。但均存在一定的缺点，如不锈钢钢筋生产成本高、价格昂贵而推广应用困 难;镀锌钢筋耐蚀性有限且焊接困难;涂层钢筋使用要求严格且易损坏钢筋表面涂层，加快 钢筋腐蚀等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋及其生产方法，通过控制钢中Cr和 Cu含量提高钢筋的抗腐蚀性能，并对炼钢和乳钢工艺参数进行严格控制，在保证钢塑韧性 情况下，避免了钢中Cu产生的热加工开裂，促进V(C，N)析出强化作用，得到各方面性能优异 的400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋。
[0005] 本发明所采取的技术方案是： 一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋，按重量百分比计算，其化学成分为C: 0.10~ 0.21%，Si:0.30~0.80%，Mn:1.0~1.60%，P:<0.030%，S :<0.030%，Cr:0.6~1.0%，Cu:0.05 ~0.40%，V: 0.020~0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0006] 钢筋中化学元素的作用如下： C:是钢中除铁以外最主要的元素。碳含量增加，通过固溶强化和析出强化等作用显著 提高钢的强度，但塑性、韧性，特别是可焊性下降，同时耐腐蚀性、冷弯性能也显著下降。
[0007] Si:是重要的还原剂和脱氧剂，钢中加入硅能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗 拉强度。娃和钥、妈、络等结合，对提尚抗腐蚀性和抗氧化性有一定作用，适量娃可提尚钢材 的强度，而对塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性无显著的不良影响。
[0008] Μη:是良好的脱氧剂和脱硫剂，在钢中主要起固溶强化作用，是重要的强化元素， 同时也是奥氏体形成元素，适量的锰可有效提高钢材强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响， 改善钢材热加工性能，并改善钢材的冷脆倾向，同时不显著降低钢材的塑性、冲击韧性，锰 对钢的耐腐蚀性影响不大。
[0009] P/S:在钢中易形成有害夹杂物，降低钢的韧性和塑性。磷对钢的耐蚀性能有一定 益处，部分耐候钢采用Cu-P系成分设计，但其耐蚀性能提高有限，且仅针对大气腐蚀。
[0010] Cr:在钢中可提高抗氧化性、耐腐蚀性能、淬透性能、屈服强度、抗拉强度。但在非 氧化性介质中Cr的作用不如钼、镍，单独添加铬元素不能极大的提高钢的耐海水腐蚀性能， 且容易增加点蚀倾向，同时Cr含量较高时不利于焊接性能，因此要合理控制其范围。
[0011] Cu:可以提高在非氧化性酸中的耐腐蚀性能，特别是具有耐大气腐蚀的能力。铜能 够提高强度和韧性，但是在热加工时容易产生热脆，当铜含量较小时对钢的焊接性能影响 较小，而当铜含量较高时，钢的塑韧性显著降低，会产生热加工开裂，且不利于焊接性能，因 此要合理控制其范围。
[0012] V:能够细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性，当钒在高温熔入奥氏体 时，可增加钢的淬透性，当钒与碳形成碳化物存在于钢中时，则会降低钢的淬透性，但在高 温高压下可提高钢的抗氢腐蚀能力，钒对钢的耐腐蚀性影响不大。
[0013] 本发明还提供了上述400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋的生产方法，包括转炉或电炉 冶炼、钢包微合金化、炉外精炼、连铸、铸坯加热、乳制和冷床空冷。
[0014] 转炉或电炉冶炼步骤中，在加入废钢过程中加入铜块或铜板进行铜合金化，转炉 终点成分质量百分含量控制为C: 0.06%-0.12%，P < 0.020%，转炉终点温度1650~1680 °C。
[0015] 钢包微合金化步骤中，加入硅锰合金或锰铁、硅铁、铬铁和钒氮合金进行锰、硅、铬 和钒合金化。
[0016] 炉外精炼步骤中，精炼终点喂钙铁线进行钙处理，精炼结束后保证软吹氩时间2 8min，精炼起吊温度为1570~1590°C。
[0017] 连铸步骤中，采用连铸全程保护浇铸，中包稳定控制在1525~1540°C;拉速为1.7 ~2. Om/min;二冷比水量为0.9~1.3L/kg钢，采用铸坯堆垛缓冷。
[0018]铸坯加热步骤中，加热温度为1050 ± 50 °C。
[0019] 乳制步骤中，开乳温度为1000~1050°C，终乳温度为950~1000°C。
[0020] 本发明提供的400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋、普通HRB400钢筋和含钒HRB400钢筋 性能对比数据见表1。腐蚀速率检测:试验设备:循环腐蚀箱;试验时间：72h ;NaCl浓度:5%; 温度：35°C;盐雾沉降量：1.0ml/h · 80cm2〇
[0021] 表1本发明钢筋、普通HRB400钢筋和含钒HRB400钢筋性能对比数据
本发明通过控制钢中的Cr和Cu含量提高钢筋的抗腐蚀性能，通过控制钢中V含量，促进 V(C，N)析出强化作用，提高钢的强度和抗氢腐蚀性能，获得本发明400MPa级含钒抗震耐腐 蚀钢筋，与其他耐腐蚀钢筋（如镀锌钢筋、不锈钢钢筋等)相比，本发明的钢筋具有优良、稳 定的耐腐蚀和力学性能。通过盐雾腐蚀试验表明，本发明的耐腐蚀性能是普通抗震钢筋的3 ~4倍，是含钒抗震钢筋的1.5~2.0倍，力学性能、焊接性能均优于普通抗震钢筋，与含钒抗 震钢筋相当。
[0022] 本发明通过对炼钢和乳钢工艺参数的严格控制，钢种化学成分稳定，波动范围较 小，在保证钢塑韧性情况下，避免了钢中Cu产生的热加工开裂，促进V(C，N)析出强化作用， 钢筋抗拉强度控制在640 ± 50MPa，屈服强度控制在480 ± 30MPa，其他均达到抗震钢筋标准 要求，钢筋性能稳定好。
[0023] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于： 本发明通过控制钢中Cr和Cu含量提高钢筋的抗腐蚀性能，并对炼钢和乳钢工艺参数进 行严格控制，在保证钢塑韧性情况下，避免了钢中Cu产生的热加工开裂，促进V(C，N)析出强 化作用，得到各方面性能优异的400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合实施例对本发明做进一步地说明； 实施例1-6中400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋的工艺流程为:转炉或电炉冶炼-钢包微 合金化-炉外精炼-连铸-铸坯加热-乳制-冷床空冷，具体操作步骤为： (1)冶炼:将铁水与废钢、铜块或铜板、造渣料等一起进行脱碳脱磷冶炼，其中铜块或铜 板用于铜合金化，终点碳的重量百分比控制在〇. 06~0.12%，磷的重量百分含量P < 0.020%， 终点温度控制在1650~1680°C。
[0025] (2 )钢包微合金化:在步骤（1)出钢过程中加入硅锰合金或锰铁、硅铁、铬铁和钒氮 合金进行锰、硅、铬和钒合金化，出钢过程全程吹氩搅拌。
[0026] (3)炉外精炼:将步骤(2)钢水送至LF炉进行精炼，对钢水温度、成分进行精细化控 制，精炼全过程底吹氩搅拌，促进夹杂物上浮，精炼终点对钢液喂钙铁线调节夹杂物类型， 并软吹氩8min以上，促进夹杂物上浮，改善钢材性能;精炼起吊温度为1570~1590°C。
[0027] (4)连铸：将步骤3送往连铸中间包，连铸全程保护浇铸，中包温度控制在1525~ 1540°C，拉速为1.7~2. Om/min，二冷比水量为0.9~1.3L/kg，铸坯采用堆垛缓冷。
[0028] (5)铸坯加热及乳制：将步骤4铸坯在1050 ± 50 °C温度下加热保温，控制开乳温度 在1000~1050°C，终乳温度在950~1000°C。
[0029] (6)冷床空冷:将所得钢材在步进式冷床上自然空冷，之后根据要求进行定尺剪 切、入库。
[0030] 实施例1-6的工艺参数见表2: 表2实施例1-6的工艺参数
实施例1-6及对比例1-2中钢的成分见表3。对比例1为工业生产的普通穿水抗震 HRB400E钢筋;对比例2为工业生产的含钒抗震HRB400E钢筋。
[0031]表3实施例1-6及对比例1-2的钢成分
对实施例1-6及对比例1-2生产的钢筋进行性能检测，检测结果见表4; 表4实施例1-6及对比例1-2生产的钢筋性能
由表4可知，本发明的钢筋耐腐蚀性能和力学性能明显优于普通抗震HRB400E钢筋，力 学性能和焊接性能与含钒抗震HRB400E钢筋相当，耐腐蚀和力学性能优良。
【主权项】
1. 一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋，其特征在于:按重量百分比计算，其化学成分为 C:0.10~0.21%，Si:0.30~0.80%，Mn:1.0~1.60%，P :< 0.030%，S:< 0.030%，Cr:0.6~ 1 ·0%，Cu: O · 05~O · 40%，V: O · 020~O · 10%，其余为Fe和不可避免的杂质。2. 根据权利要求1所述的一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋的生产方法，其特征在于： 包括转炉或电炉冶炼、钢包微合金化、炉外精炼、连铸、铸坯加热、乳制和冷床空冷。3. 根据权利要求2所述的一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋及其生产方法，其特征在 于:所述转炉或电炉冶炼步骤中，在加入废钢过程中加入铜块或铜板进行铜合金化，转炉终 点成分质量百分含量控制为C: 0.06%-0.12%，P < 0.020%，转炉终点温度1650~1680 °C。4. 根据权利要求2所述的一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋的生产方法，其特征在于： 所述钢包微合金化步骤中，加入硅锰合金或锰铁、硅铁、铬铁和钒氮合金进行锰、硅、铬和钒 合金化。5. 根据权利要求2所述的一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋的生产方法，其特征在于： 所述炉外精炼步骤中，精炼终点喂钙铁线进行钙处理，精炼结束后保证软吹氩时间2 8min， 精炼起吊温度为1570~1590°C。6. 根据权利要求2所述的一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋的生产方法，其特征在于： 所述连铸步骤中，采用连铸全程保护浇铸，中包稳定控制在1525~1540°C ;拉速为1.7~ 2. Om/min;二冷比水量为0.9~1.3L/kg钢，采用铸坯堆垛缓冷。7. 根据权利要求2所述的一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋的生产方法，其特征在于， 所述铸坯加热步骤中加热温度为1050 ± 50 °C。8. 根据权利要求2所述的一种400MPa级含钒抗震耐腐蚀钢筋的生产方法，其特征在于， 所述乳制步骤中，加热开乳温度为1000~1050°C，终乳温度为950~1000°C。
【文档编号】C22C38/02GK105886902SQ201610406574
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】靳刚强, 白瑞国, 韩春良, 张俊粉, 马海峰, 王晓东
【申请人】河北钢铁股份有限公司承德分公司