一种钢筋及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钢筋，包括以下成分：C0.005-0.030％，Si0.3-0.6％，Mn1.2-2.5％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr8.0-10.0％，Mo1.0-3.0％，Sn0.2-0.4％，RE0.01-0.05％；其余为Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术还提供了一种钢筋的制备方法。本发明专利技术的钢筋具有优良的综合力学性能和耐腐蚀性能，满足抗震设计要求的同时，提高了钢筋在海水中的使用寿命，可广泛应用于海洋环境中的钢筋混凝土结构。

【技术实现步骤摘要】
一种钢筋及其制备方法
本专利技术涉及一种钢筋及其制备方法，属于合金钢领域。
技术介绍
随着各国海洋战略意识的增强和现代海洋科学技术的发展，跨江海大型桥梁、海港码头以及近海建筑等基础设施建设进入高峰期。与此同时，作为主要结构材料的钢筋的耐久性问题日益凸显。海洋环境是大自然中较为严酷的腐蚀环境，其高温、高湿、高盐的特殊条件极易造成钢材腐蚀，我国沿海的钢筋混凝土结构在服役10-15年后就普遍出现严重腐蚀现象而导致结构破坏，无法满足50年设计使用寿命。提高混凝土中钢筋耐腐蚀性能的途径主要有两个：一是在碳钢钢筋上涂覆有机或无机涂层；二是通过合金化或不同的加工制造工艺获得耐腐蚀性能优异的钢筋材料。在涂镀层耐蚀钢筋中，环氧涂层钢筋研发最早，使用范围最为广泛，但环氧涂层钢筋仍存在本质的不足之处，主要体现为涂层脆性大，运输及加工过程易损伤脱落；涂层缺陷能免引起腐蚀集中，导致严重的局部腐蚀；与普通钢筋相比，降低与混凝土之间的握裹力等。欧美国家为了使建筑物使用寿命达到100年的设计要求，开发使用了不锈钢钢筋，因为引起其锈蚀的临界浓度比普通钢筋要提高很多，所以能大幅度提高混凝土结构的耐久性。但其费用昂贵，造价约为普碳钢筋的6-10倍，无法在工程中大规模应用，通常仅在建筑关键部位和条件较为恶劣的环境中使用，而不锈钢钢筋与普通钢筋搭接时易形成宏电池腐蚀，也会影响建筑使用寿命。国内外对非钢筋用低合金耐蚀钢的研究和开发较为成熟，20世纪50年代美国研制了Mariner钢，60年代法国开发了APS20A钢，我国也于70年代推出了10CrMoAl耐海水腐蚀钢。这些钢的耐腐蚀性能较普通碳钢虽有了很大程度提高，但仍无法满足钢筋混凝土结构中所需的较长的使用寿命，因而这些钢种均无法应用在海洋钢筋混凝土结构中。中国专利文献CN102605255A公开了一种400MPa级耐腐蚀钢筋，其元素含量为C:0.1％～0.25％，Si：0.5％～0.90％，Mn：0.7％～1.5％，P：0.04％～0.09％，S≤0.015％，Cu：0.3％～0.6％，Ni：0.1％～0.4％，Cr≤0.1％，V：0.03％～0.08％，其耐腐蚀性能较普通钢筋提高2倍，但其提升较为有限，仍然无法满足海洋钢筋混凝土建筑50-100年使用寿命的要求。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中钢筋在海洋环境下的耐腐蚀性能较差，达不到钢筋混凝土结构的设计使用寿命的技术缺陷，从而提供一种具有优良耐腐蚀性能和综合力学性能的钢筋及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术的一种钢筋，按重量百分比计算，包括以下成分：C0.005-0.030％，Si0.3-0.6％，Mn1.2-2.5％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr8.0-10.0％，Mo1.0-3.0％，Sn0.2-0.4％，RE0.01-0.05％；其余为Fe和不可避免的杂质。进一步地，屈服强度为400MPa级的钢筋，按重量百分比计算，包括以下成分：C0.005-0.030％，Si0.3-0.6％，Mn1.2-1.8％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr8.0-10.0％，Mo1.0-1.6％，Sn0.2-0.4％，RE0.01-0.05％；其余为Fe和不可避免的杂质。一种钢筋，按重量百分比计算，包括如下成分：C0.005-0.030％，Si0.3-0.6％，Mn1.2-2.5％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr8.0-10.0％，Mo1.0-3.0％，Sn0.2-0.4％，RE0.01-0.05％，V0.04-0.18％和/或Ti0.010-0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。进一步地，屈服强度为500MPa级的钢筋，按重量百分比计算，包括以下成分：C0.005-0.030％，Si0.3-0.6％，Mn1.7-2.5％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr8.0-10.0％，Mo1.5-2.0％，Sn0.2-0.4％，RE0.01-0.05％，V0.04-0.08％；其余为Fe和不可避免的杂质。更进一步地，屈服强度为600MPa级的钢筋，按重量百分比计算，包括以下成分：C0.005-0.030％，Si0.3-0.6％，Mn1.7-2.5％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr8.0-10.0％，Mo1.8-3.0％，Sn0.2-0.4％，RE0.01-0.05％，V0.10-0.18％，Ti0.01-0.030％；其余为Fe和不可避免的杂质。所述钢筋的显微组织为铁素体和贝氏体，其中铁素体所占比例为50％-70％。所述钢筋的强屈比＞1.25，最大力总伸长率＞9％，断后伸长率＞18％，周浸试验腐蚀速率＜0.45g/(m2h)，盐雾试验腐蚀速率＜0.45g/(m2h)。另外，本专利技术还提供了一种制备钢筋的方法，包括如下步骤：S1:铁水预脱硫的步骤，将硫含量控制在不大于0.01％；S2:转炉冶炼的步骤，将经过S1处理的铁水，以及废钢和/或生铁加入转炉中进行冶炼，冶炼至碳含量低于0.05％，磷含量低于0.01％出钢；S3:出钢的步骤，出钢进行过程中加入Si、Mn合金元素进行脱氧，并加入碳粉和造渣剂；S4:炉外精炼的步骤，在RH真空精炼炉中加入Cr元素并进行吹氧脱C，将Cr和C元素含量控制到所需范围内；再采用LF炉脱氧，脱氧后加入钢中需要的合金元素Mn、Mo、Sn、RE以及V和/或Ti，再加入钙铁合金并通入惰性气体软搅拌，将各元素含量控制在所需范围内，将钢水升温，加入覆盖剂；S5:连铸的步骤，钢水在保护浇注的条件下通过连铸机浇注成连铸坯；S6:轧制的步骤，连铸坯在加热炉中加热到高于奥氏体化温度，经粗轧、中轧、精轧，将精轧后的钢材置于冷床上空冷得到所需成分的钢筋成材。在所述S2步骤中，所述出钢温度不高于1690℃。在所述S4步骤中，所述RH真空精炼炉中的吹氧脱碳的温度不小于1605℃，所述LF炉的精炼脱氧温度不小于1575℃，所述LF炉脱氧将氧含量控制在0.002％-0.005％，所述软搅拌的时间不小于5min，所述钢水升温温度到1570-1600℃。在所述S6步骤中，所述在加热炉中加热到1100-1200℃，所述钢材置于冷床时的温度为950-960℃，所述粗轧前的开轧温度为1030-1100℃，所述精轧时的温度为950-1050℃。在钢中,C是重要的强化元素，主要以碳化物形式存在，起析出强化和细化晶粒的作用，但C和Cr具有很大的亲和力，C和Cr可以形成一系列复杂的碳化物，这种碳化物的产生在增加钢的强硬度的同时，又降低了钢的耐蚀性。另外，C含量过高会降低钢的塑性和韧性，恶化钢的焊接性能。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。硅和钼、钨、铬等结合，对提高抗腐蚀性和抗氧化性有一定作用，但增加含硅量会降低钢的焊接性能。Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，在钢中主要起固溶强化作用，是重要的强韧元素，同时也是奥氏体形成元素，锰含量过高会显著提高钢的淬透性，降低钢的塑性和可焊性。在耐腐蚀性能方面，锰的作用不明显。S和P在炼钢过程中为有害杂质元素，在钢中易形成有害夹杂物，降低钢的韧性和塑性。部分耐候钢采用Cu-P系成分设计，但其耐蚀性能提高有限，且磷易在晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢筋，其特征在于，按重量百分比计算，包括以下成分：C0.005‑0.030％，Si0.3‑0.6％，Mn1.2‑2.5％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr8.0‑10.0％，Mo1.0‑3.0％，Sn0.2‑0.4％，RE0.01‑0.05％；其余为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种钢筋的制备方法，钢筋的成分为：按重量百分比计算C0.005-0.030％，Si0.3-0.6％，Mn1.2-2.5％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr8.0-10.0％，Mo1.0-3.0％，Sn0.2-0.4％，RE0.01-0.05％；其余为Fe和不可避免的杂质；其特征在于，包括如下步骤：S1:铁水预脱硫的步骤，将硫含量控制在不大于0.01％；S2:转炉冶炼的步骤，将经过S1处理的铁水，以及废钢和/或生铁加入转炉中进行冶炼，冶炼至碳含量低于0.05％，磷含量低于0.01％出钢；S3:出钢的步骤，出钢进行过程中加入Si、Mn合金元素进行脱氧，并加入碳粉和造渣剂；S4:炉外精炼的步骤，在RH真空精炼炉中加入Cr元素并进行吹氧脱C，将Cr和C元素含量控制到所述钢筋的成分的范围内；再采用LF炉脱氧，脱氧后加入钢中需要的合金元素Mn、Mo、Sn、RE，再加入钙铁合金并通入惰性气体软搅拌，将各元素含量控制在所述成分的范围内，将钢水升温，加入覆盖剂；S5:连铸的步骤，钢水在保护浇注的条件下通过连铸机浇注成连铸坯；S6:轧制的步骤，连铸坯在加热炉中加热到1100-1200℃，经粗轧、中轧、精轧，将精轧后的钢材置于冷床上空冷得到所述成分的钢筋成材，所述粗轧前的开轧温度为1030-1100℃，所述精轧时的温度为950-1050℃，所述钢材置于冷床时的温度为900-960℃。2.根据权利要求1所述的钢筋的制备方法，其特征在于，所述钢筋的成分为，按重量百分比计算C0.005-0.030％，Si0.3-0.6％，Mn1.2-1.8％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr8.0-10.0％，Mo1.0-1.6％，Sn0.2-0.4％，RE0.01-0.05％；其余为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在S2步骤中，所述出钢温度不大于1690℃。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在S3步骤中，所述出钢过程中还通入保护气体搅拌钢液。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在S4步骤中，所述RH真空精炼的吹氧脱碳的温度不小于1605℃，所述LF炉的精炼脱氧温度不小于1575℃，所述LF炉脱氧将氧含量控制在不高于50ppm，所述软搅拌的时间不小于5min，所述钢水升温温度到1570-1600℃。6.一种钢筋的制备方法，钢筋的成分为：按重量百分比计算，C0.005-0.030％，Si0.3-0.6％，Mn1.2-2.5％，P≤0.01％，S≤0.01％，Cr8.0-10.0％，Mo1.0-3.0％，Sn0.2-0.4％，RE...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建春，麻晗，黄文克，李阳，左龙飞，
申请(专利权)人：江苏省沙钢钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32