专利名称：耐腐蚀螺纹钢筋及其生产方法
耐腐蚀螺纹钢筋及其生产方法技术领域
本发明特别涉及一种耐腐蚀螺纹钢筋及其生产方法，属于钢铁冶金领域。
技术背景
螺纹钢是重要的建筑材料，广泛用于房屋、桥梁、道路等土建工程建设，我国是螺纹钢生产大国，2010年产量为1.31亿吨，占全球产量的70%以上。目前我国正处于现代化建设的高峰期，房屋和基础设施建设蓬勃发展，有力支撑了社会的现代化步伐。然而，大规模的建设中也存在一些不容忽视的问题，目前我国建筑物的平均寿命仅为25 30年，低于国家标准规定的50 60年，更远低于西方发达国家，比如美国的建筑平均寿命为74年，英国的建筑平均寿命为132年。为提高建筑物寿命、减少资源浪费，必须从多个方面入手，提高建筑材料耐久性便是其中的重要一环。
作为现代建筑的核心材料之一，钢筋的服役寿命对建筑物的整体寿命起重要作用。在实际使用过程中，腐蚀是造成钢筋失效的主要原因，我国在过去5年中倒塌的桥梁有 17座，其中很多都与钢筋腐蚀有关，2010年我国因腐蚀损失1. 2万亿元人民币，相当于GDP 的3%。由此可见，提高钢材的耐腐蚀性能非常重要。
钢筋的防腐措施主要有环氧涂层、金属镀层、合金化等，选用其中的一种或多种， 可以有效提高钢筋的耐腐蚀能力。其中合金化是最简便、最稳定的一种方法，其核心设计思想是通过添加Cr、Ni、Cu、P、Mo、Ti、Nb、V、Si等合金元素，产生致密的内锈层，阻止海水的进一步侵入腐蚀，从而提高钢筋本身的耐腐蚀能力。解决钢筋腐蚀的现有方法主要有环氧涂层、金属镀层、不锈钢钢筋等。环氧涂层的主要问题是，镀层在5年后会老化，失去保护效果，在施工过程中容易镀层容易被破坏，反而加剧局部腐蚀，使钢筋提前失效，而且吨钢成本增加2000元左右。金属镀层钢筋在使用一段时间后镀层会被腐蚀掉，使钢筋裸露、腐蚀， 而且焊接问题很难解决。不锈钢钢筋会和其它钢筋形成原电池腐蚀，加速其它部分的腐蚀， 并减小整体构件的寿命，而且不锈钢钢筋成本过高，很难大量使用。相比之下，采用合金化提高钢筋本身的耐腐蚀能力是最稳定、最经济、最简便的方法，而且能够和其它方法联合使用。发明内容
本发明的目的在于提供一种耐腐蚀螺纹钢筋及其生产方法，其腐蚀寿命长，成本和常规产品相当，力学性能、疲劳性能及焊接性能等良好，生产方法简单，从而克服现有技术中的不足。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案
—种耐腐蚀螺纹钢筋，包括按照重量百分比计算的如下组分基本组分为C 0. 18 0. 25%, Si 0. 40 0. 80%, Mn 0. 30 1. 00%, P 0. 02 0. 04%, S^O. 01%, CrO. 45 1. 00%,Cu 0. 05 0. 20%,V 0. 01 0. 05%;可选组分为Nb :0. 01 0. 04%, Ni 0. 01 0. 20%、Ti :0. 01 0. 05%、B 5 30ppm中的任意一种或两种以上的组合；以及余量的铁和杂质。
以下具体说明各元素的作用及原理
C是钢材中最基本的强化元素，C含量每增加0. 01%，钢的抗拉强度约增加lOMPa， 但过量的C会降低钢筋的塑性和可焊性。本发明中C含量的范围选为0. 18 0. 25%。
Si是铁素体强化元素，能够通过固溶强化提高铁素体的强度，Si也是重要的脱氧剂，有助于降低钢中的氧含量，减少夹杂物。在本发明中，Si含量范围选为0. 40 0. 80%。
Mn在钢中主要用于增加钢的强度，同时能改变硫化物成分、减小S的有害作用，但如果Mn含量过高会显著增加钢筋的淬透性，容易形成贝氏体等组织，降低钢筋的塑性，因此本发明中，Mn含量控制在0. 30 1.00%。
P可以提高钢筋的耐腐蚀能力，但同时P容易在晶界偏聚，增加钢筋的脆性，因此本发明中，P含量控制在0. 02 0. 04%。
S容易引起热脆现象，不利于热轧，此外还会形成长条形的MnS夹杂物，成为腐蚀的起始位置，降低钢筋的腐蚀寿命，因此本发明中，S含量控制在0. 01%以内。
Cr有利于提高钢筋的耐腐蚀能力，同时可以提高强度。Cr的添加提高了奥氏体的稳定性，可以阻止热轧时晶粒的长大。但Cr含量过高容易使铁素体含量增加，引起强度下降，出现淬火组织，不利于组织控制。本发明中，Cr含量控制在0. 45 1. 00%。
Cu有助于提高钢筋的耐腐蚀能力，但过多的Cu会引起材料的塑性下降，造成热轧过程中的开裂，本发明中，Cu含量控制在0. 05 0. 20%。
V是强碳化物形成元素，能够抑制热轧时奥氏体和铁素体晶粒的长大，从而提高钢筋的综合力学性能。V含量过高容易出现淬火组织，不利于组织控制，而且会显著增加钢筋的成本。本发明中，V含量控制在0.01 0.05%。
Nb是强碳化物形成元素，能够抑制热轧时奥氏体晶粒长大，细化组织，提高钢筋的综合力学性能。Nb含量过高容易使析出相粗大，弱化其析出强化效果，而且会显著增加钢筋的成本。本发明中，Nb含量控制在0.01 0.04%。
Ni有助于提高钢筋的耐腐蚀能力，但过多的M会提高淬透性，同时增加材料成本，本发明中，Ni含量控制在0.01 0. 20%。
Ti是强碳氮化物形成元素，能够固定钢中的自由氮，形成Ti (C，N)析出相，抑制热轧时奥氏体晶粒的长大，细化组织，Ti还可以起到脱氧作用。但过多的Ti容易使Ti(C， N)长大，降低材料的塑性，同时容易引起连铸水口结瘤。本发明中，Ti含量控制在0.01 0. 05%。
B可以抑制P在晶界的偏聚，增加盘条的塑性，同时可提高强度。本发明中，B含量控制在5 30ppm。
本发明还提供一种耐腐蚀螺纹钢筋的生产方法，包括依次进行的电炉或转炉冶炼、炉外精炼、方坯连铸、热轧、冷床空冷、倍尺剪切、平头，其特征在于精炼过程中加入磷铁，将P含量控制在0. 020 0. 035wt%o
本发明采用电炉或转炉冶炼，出钢进行到1/4时开始加入硅铁和硅锰合金脱氧， 并加入碳粉和造渣料，出钢时防止大量下渣，出钢过程中氩气搅拌控制在0. 5 0. IMPa, 根据出钢量逐渐减小。精炼过程中为保证脱硫效果，采用高碱度渣，终渣的二元碱度控制在3. 0 4. 0，白渣时间不小于10分钟。精炼过程中加入磷铁，将P含量控制在0. 020 0.035%。精炼结束后喂钙铁合金线，以调整夹杂物成分和形貌，增大其变形能力；5分钟以上的软搅拌时间有助于确保大型夹杂物充分上浮，提高钢液纯净度。连铸采用保护浇铸，连铸小方坯横截面尺寸为150mmX 150mm,长16m ；拉坯速率稳定在2. 6 2. 7米/分钟。
盐雾腐蚀试验结果表明，本发明耐腐蚀螺纹钢筋的腐蚀寿命比常规螺纹钢筋提高 50%以上，成本和常规产品相当，力学性能、工艺性能、疲劳性能、焊接性能、表面质量也完全满足GB/T 1499. 2-2007等相关标准的要求，而且下游客户在使用过程中不需要附加任何工艺，使用方法和常规螺纹钢筋相同。
具体实施方式
以下结合若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明有任何限制。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施中所作的任何变动都将落在权利要求书的范围内。
实施例1 本实施例钢筋成分为:C 0. 21%, Si 0. 63%, Mn 0. 56%, P 0. 025%, S 0. 008%,Cr 0. 90%,Cu 0. 06%,V 0. 034% 0该钢筋的生产工艺为采用电炉冶炼，出钢进行到1/4时开始加入硅铁和硅锰合金脱氧，并加入碳粉和造渣料，出钢时防止大量下渣。精炼过程中采用高碱度渣，终渣的二元碱度控制在3. 0 4. 0，白渣时间大于15分钟。精炼过程中加入磷铁，将P含量控制在0. 020 0. 035%，精炼结束后喂钙铁合金线，软搅拌时间约 7分钟。连铸采用保护浇铸，连铸小方坯横截面尺寸为150mmX150mm，长16m;拉坯速率稳定在2. 6 2. 7米/分钟。钢筋成品直径为25mm，屈服强度为430MPa，抗拉强度为605MPa， 伸长率为四％，其它指标也完全满足GB/T 1499. 2-2007等相关标准对HRB400的要求。盐雾腐蚀试验结果表明，该耐腐蚀螺纹钢筋的腐蚀寿命比常规螺纹钢筋高60%以上。
实施例2 本实施例钢筋成分为=C 0. 23%, Si 0. 54%, Mn 0. 48%, P 0. 028%, S 0. 007%,Cr 0. 85%,Cu 0. 12%,V 0. 029%,Ti 0.032%。该钢筋的生产工艺为采用转炉冶炼，出钢进行到1/4时开始加入硅铁和硅锰合金脱氧，并加入碳粉和造渣料，出钢时防止大量下渣。精炼过程中采用高碱度渣，终渣的二元碱度控制在3. 0 4. 0，白渣时间大于15 分钟。精炼过程中加入磷铁，将P含量控制在0. 020 0. 035 %，精炼结束后喂钙铁合金线， 软搅拌时间约8分钟。连铸采用保护浇铸，连铸小方坯横截面尺寸为150mmX150mm，长16m ； 拉坯速率稳定在2. 6 2. 7米/分钟。钢筋成品直径为22mm，屈服强度为440MPa，抗拉强度为610MPa，伸长率为观％，其它指标也完全满足GB/T 1499. 2-2007等相关标准对HRB400 的要求。盐雾腐蚀试验结果表明，该耐腐蚀螺纹钢筋的腐蚀寿命比常规螺纹钢筋高70%以上。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
权利要求
1.一种耐腐蚀螺纹钢筋，其特征在于，它包含按照重量百分比计算的如下组分C 0. 18 0. 25%,Si 0. 40 0. 80%,Mn 0. 30 1. 00%,P 0. 02 0. 04%,S ^ 0. 01%,Cr 0. 45 1. 00%, Cu 0. 05 0. 20%, V 0. 01 0. 05%，以及余量的铁和杂质。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀螺纹钢筋，其特征在于，它还包含按照重量百分比计算的如下组分Nb 0. 01 0. 04%、Ni 0. 01 0. 20%、Ti 0. 01 0. 05%，以及 B 5 30ppm中的任意一种或两种以上的组合。
3.一种耐腐蚀螺纹钢筋的生产方法，包括依次进行的电炉或转炉冶炼、炉外精炼、连铸、热轧、冷床空冷、倍尺剪切、平头工序，其特征在于，炉外精炼工序中，向钢液中加入磷铁，将P含量控制在0. 020 0. 035 %，并采用高碱度渣，终渣的二元碱度控制在3. 0 4. 0， 将S含量控制在0. 01wt%以下。
4.根据权利要求3所述的耐腐蚀螺纹钢筋的生产方法，其特征在于，电炉或转炉冶炼工序中，在出钢进行到1/4时开始加入硅铁和硅锰合金脱氧，并加入碳粉和造渣料，出钢过程中氩气搅拌控制在0. 5 0. IMPa0
5.根据权利要求3所述的耐腐蚀螺纹钢筋的生产方法，其特征在于，炉外精炼工序中， 控制白渣时间在10分钟以上。
6.根据权利要求3所述的耐腐蚀螺纹钢筋的生产方法，其特征在于，炉外精炼工序结束后，软搅拌5分钟以上，再进行连铸工序。
7.根据权利要求3所述的耐腐蚀螺纹钢筋的生产方法，其特征在于，连铸工序采用保护浇铸，拉坯速率稳定在2. 6 2. 7米/分钟。
全文摘要
本发明公开了一种耐腐蚀螺纹钢筋及其生产方法。该螺纹钢筋包含如下组分(wt％)基本成分C 0.18～0.25％、Si 0.40～0.80％、Mn 0.30～1.00％、P0.02～0.04％、S≤0.01％、Cr 0.45～1.00％、Cu 0.05～0.20％；可选择成分V0.01～0.05％、Nb0.01～0.04％、Ni0.01～0.20％、Ti0.01～0.05％、B 5～30ppm中的任意一种或两种以上的组合；以及余量的铁和杂质；其生产工艺包括依次进行的电炉或转炉冶炼，炉外精炼，方坯连铸，热轧，冷床空冷，倍尺剪切及平头工序。本发明钢筋的腐蚀寿命为常规钢筋产品的1.5倍以上，生产成本、力学性能、焊接性能、加工性能等与常规产品保持一致。
文档编号C22C38/24GK102534390SQ20111041967
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者周铖, 李璇, 麻晗, 黄文克 申请人:江苏省沙钢钢铁研究院有限公司