专利名称：一种耐氯离子腐蚀抗震棒材的制备方法
技术领域：
本发明属于碳素钢棒材的制备领域，特别涉及一种耐氯离子腐蚀抗震棒材的制备 方法。
背景技术：
21世纪是海洋的世纪，海洋中有丰富的资源。在当今全球粮食、资源、能源供应紧 张与人口迅速增长的矛盾日益突出的情况下，开发利用海洋中丰富的资源，已是历史发展 的必然趋势。在不断增长的生存压力下，世界各国正想方设法寻求改善生活质量和可持续 发展的策略。沿海国家纷纷把目光投向了海洋，加紧制定海洋发展规划，大力发展海洋高新 科技，加强海军建设，强化海洋管理，不断加快海洋资源开发步伐。可以预见，21世纪人类将 在很大程度上依赖海洋来实现可持续发展，研究、开发、利用和保护海洋将成为21世纪的 主旋律，海洋必将为人类社会的进步和发展做出重要的贡献。然而，随着海洋工程、海洋装备制造业以及近海工程的迅猛发展，人们对于海洋领 域用建筑棒材提出了更高的要求。首先是海洋中的特殊环境，在海洋环境及海洋性气候中， 存在大量的腐蚀性介质氯离子。氯离子由于活性极高、穿透能力极强，对于钢铁、不锈钢及 大多数有色金属有强烈的腐蚀性作用，严重制约金属结构材料在海洋性环境中的应用。氯 离子的渗透会极大地加剧钢结构的腐蚀。其作用过程如下1.钢筋的腐蚀由于浸入的水、 气、氯离子等，钢筋被腐蚀。即使不中性化，钢筋表层所含磷分，也会使钢筋发生腐蚀。2.裂 纹的产生由于钢筋被腐蚀、体积膨胀O. 5倍)，是表面混凝土产生裂纹。3.强度降低腐 蚀物质从裂纹处进一步浸入，加速钢筋的腐蚀、体积膨胀，从而降低混凝土强度。总之，腐蚀 会造成钢结构的强度降低，从而大大材料的使用寿命。当然，这也是对棒材性能提出的挑战。当前，我国发展的耐海水腐蚀用钢有 IOMnCuUOMnP n6Re、IOCrMoAl、15NiCuP等钢号，它们的耐海水腐蚀性均优于低碳钢。面对 巨大的海洋市场需求和资源的巨大消耗，提高棒材性能，减少建筑用棒材用量，寻找一条减 少资源消耗、环境友好型、可循环利用的棒材生产技术路线，已成为今后我国建筑用棒材现 代化发展的思路。另外，必须注意的是，我国处于地震多发地区。按照国家地震局批准的地震烈度区 划分图，全国烈度大于等于7度的区域面积约占全国总面积的32.5%，而大于等于6度的震 区占全国总面积约60%。如此大面积的地震区，使得在设计建筑物时不得不考虑其抗震性 能。在地震区使用的棒材不仅要求具备优良的力学性能，也需要良好的抗震性能。但是，我 国对抗震棒材的认识较晚。在1987年出台的《地震区高层结构房屋设计规定》中仍选用了 A3，16Mn和15MnV三种钢，其中的A3和16Mn钢由于其较大的时效敏感性早在70年代已被 提出不应该用于地震区。认识到延性对于抗震棒材的重要性后，国家于1991年提出，抗震 结构钢应符合伸长率大于20% ；钢材强屈比为1. 2 1. 8 ；有明显的屈服平台；保持延性 良好的可焊接性能。但是，之后的科研人员的研究表明，这些要求并不充分。由于国家认识 较晚，对于抗震棒材的性能规定不全面，并且抗震钢生产工艺尚不成熟等原因，造成目前沿海地震区用棒材的现状是对应变时效敏感；棒材的韧脆转变温度高；碳当量高，不利于焊 接；强度提高的同时塑性难以提高。在20世纪70年代至80年代初，新西兰对抗震应变时效问题进行试验研究后指 出低碳钢和C-Mn钢有较大的时效敏感性，不应用于地震区建筑结构；之后又提出在钢中 添加微量的V，Ti，Nb，Al等元素即可抑止应变时效。由于地震时对钢筋混凝土的作用力非 常大，仅仅选用高强度的钢不利于抗震，故各国对沿海地震区建设用钢通常还提出了与延 展性相关的要求。日本的新抗震设计中指出，抗震棒材有必要以适当的延性来弥补抗震强 度的不足。罗马尼亚规定棒材直径不易大于^mm,受力构件应采用极限强度与屈服强度比 大于1. 30且极限应变大于18%的钢材。美国要求棒材实际抗拉强度与实际屈服强度之比 不少于1.25。以色列要求钢的屈服强度不超过412Mpa，均勻延伸率不低于8%。日、美共同 大型抗震试验中，棒材的屈服强度多为373 422Mpa，均勻延伸率约10 %，延伸率30 %以 上。CEB欧洲国际混凝土委员会1990CEB-FIP模式规范要求钢的最大屈服强度不高于强度 等级规定的名义强度的30%。因此，为了使棒材同时具有较高的强度和塑性，我国国内多利用棒材微合金化作 用达到目的。目前，高强度棒材的升级换代主要采用两条技术路线一条是微合金化。即在 炼钢过程中，加入微量V、Ti、Nb等元素，达到细晶强化和沉淀强化的目的，进而提高棒材的 综合机械性能，但由于合金元素价格昂贵，此方法不具成本优势。另一条路线就是控制轧制 和控制冷却。控轧控冷主要是指控温轧制和轧后控制冷却。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耐氯离子腐蚀抗震棒材的制备方法，该方 法工艺简单，成本低，在不添加Nb、V、Ti等微合金元素的前提下，使普通碳素钢棒材σ s达 到500MPa以上，节约昂贵的合金元素，制备得到的棒材综合力学性能大大提高，得到较好 的强度、韧性，具有良好的应用前景。本发明的一种耐氯离子腐蚀抗震棒材的制备方法，包括(1)将普通碳素钢棒材经无水乙醇、丙酮清洗后，干燥；(2)设置粗轧的开轧温度为900 930°C，终轧温度控制在920 950°C，轧线上设 有两个控温点，第一个点设在粗中轧和加热炉间(通过高压水除麟箱，通过调节水和压力 的大小来控制开轧温度，一般的在除鳞箱和粗轧一架之间还应配有保温辊道，来使钢坯中 心和表面温度达到均衡)，第二个点设在预精轧出口处，，采用可控水冷箱控制终轧温度；(3)通过轧后控制冷却提高钢材的强度，即得，冷却工艺参数为温度800 900°C， 降温梯度2 20°C /s，冷却时间2 lOmin，降温方式为水冷。所述步骤(1)中的普通碳素钢棒材为Q235或Q275。得到棒材后测试钢材的屈服强度、抗拉强度，求出屈强比，检测材料的伸长率和零 度以下的抗弯性能，同时分析材料处理后的组织变化情况，测量内部晶粒大小。本发明紧密结合快速冷却技术、连铸连轧技术等热点研究领域，系统研究了新型 控冷工艺对棒材力学性能，诸如应变时效敏感性、韧脆转变温度、可焊性等影响规律。有益效果本发明工艺简单，成本低，在不添加Nb、V、Ti等微合金元素的前提下，使普通碳素钢棒材σ s达到500MPa以上，节约昂贵的合金元素，制备得到的棒材综合力学性能大大提 高，得到较好的强度、韧性，具有良好的应用前景。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。实施例1取普通碳素钢Q275(规格20 X 10 X 2. Omm)若干片，表面用金相砂纸打磨，经无水
乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中备用。钢材采用快速轧制速度，开轧温度为900°C，冷却工艺参数为温度800°C，降温梯 度2V /s，冷却时间2min，降温方式为水冷。实施例2取普通碳素钢Q275(规格20 X 10 X 2. Omm)若干片，表面用金相砂纸打磨，经无水
乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中备用。钢材采用正常轧制速度，开轧温度为900°C，冷却工艺参数为温度900°C，降温梯 度20°C /s，冷却时间lOmin，降温方式为水冷。实施例3取普通碳素钢Q235(规格20 X 10 X 2. Omm)若干片，表面用金相砂纸打磨，经无水
乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中备用。钢材采用快速轧制速度，开轧温度为900°C，冷却工艺参数为温度850°C，降温梯 度10°C /S，冷却时间5min，无冷却方式。实施例4取普通碳素钢Q235(规格20 X 10 X 2. Omm)若干片，表面用金相砂纸打磨，经无水
乙醇、丙酮依次清洗后，干燥，放置于干燥器中备用。钢材采用快速轧制速度，开轧温度为930°C，冷却工艺参数为温度880°C，降温梯 度15°C /s，冷却时间8min，降温方式为水冷。表1不同处理条件下实验数据
权利要求
1.一种耐氯离子腐蚀抗震棒材的制备方法，包括(1)将普通碳素钢棒材经无水乙醇、丙酮清洗后，干燥；(2)设置粗轧的开轧温度为900 930°C，终轧温度控制在920 950°C，轧线上设有两 个控温点，第一个点设在粗中轧和加热炉间，第二个点设在预精轧出口处，，采用可控水冷 箱控制终轧温度；(3)通过轧后控制冷却提高钢材的强度，即得，冷却工艺参数为温度800 900°C，降温 梯度2 20°C /s，冷却时间2 lOmin，降温方式为水冷。
2.根据权利要求1所述的一种耐氯离子腐蚀抗震棒材的制备方法，其特征在于所述 步骤(1)中的普通碳素钢棒材为Q235或Q275。
全文摘要
本发明涉及一种耐氯离子腐蚀抗震棒材的制备方法，包括(1)将普通碳素钢棒材经无水乙醇、丙酮清洗后，干燥；(2)设置粗轧的开轧温度为900～930℃，终轧温度控制在920～950℃，轧线上设有两个控温点，第一个点设在粗中轧和加热炉间，第二个点设在预精轧出口处，采用可控水冷箱控制终轧温度；(3)通过轧后控制冷却提高钢材的强度，即得。本发明工艺简单，成本低，在不添加Nb、V、Ti等微合金元素的前提下，使普通碳素钢棒材σs达到500MPa以上，节约昂贵的合金元素，制备得到的棒材综合力学性能大大提高，得到较好的强度、韧性，具有良好的应用前景。
文档编号C22C38/00GK102061369SQ20111002545
公开日2011年5月18日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者刘卫东, 王国庆, 罗检, 钟庆东, 黄建军 申请人:上海大学, 南通宝钢钢铁有限公司