一种400MPa级耐Cl‑环境腐蚀钢筋及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种400MPa级耐Cl

Cl environmental corrosion of reinforcement and a method of manufacturing a high level 400MPa

The invention discloses a kind of 400MPa - class Cl resistant

【技术实现步骤摘要】
一种400MPa级耐Cl-环境腐蚀钢筋及其制造方法
：本专利技术属于建筑用耐蚀钢
，特别涉及一种400MPa级耐Cl-环境腐蚀钢筋及其制造方法。
技术介绍
：钢筋是现代建筑的基础性材料，广泛用于房屋、桥梁、道路等工程建设，其性能直接影响着混凝土构件的寿命和安全性。无论在国外还是国内，钢筋锈蚀是威胁钢筋混凝土结构耐久性的最主要、最普遍的病害，它所造成的直接、间接损失之大，远远超出人们的预料。虽然混凝土对钢筋有保护作用，但在实际应用过程中，特别是在Cl-腐蚀环境中使用时钢筋容易受到腐蚀，从而降低建筑物结构的使用寿命，给国民经济带来巨大损失，更造成能源与资源的极大浪费。为了减缓钢筋锈蚀，延长钢筋混凝土结构寿命，目前主要有以下几种防腐措施：在混凝土中添加钢筋阻锈剂；采用非金属涂层的环氧树脂钢筋和金属涂层的热浸镀锌钢筋；使用不锈钢钢筋。但在实际应用中均存在一些问题：拌制混凝土时添加钢筋阻锈剂会降低混凝土的强度；环氧树脂涂层在5年后会老化，失去保护效果，且在运输与实施过程中容易破坏涂层，破坏部位反而加剧局部腐蚀；表面镀锌涂层在使用一段时间后也会被腐蚀掉，而且在高Cl-浓度条件下，镀锌钢筋容易分层，加速钢筋腐蚀；不锈钢钢筋添加了大量的合金元素Cr、Ni，含Cr量一般不低于12％，生产成本高而难以大量推广使用。因此，在普通螺纹钢筋基础上添加少量合金元素改善钢筋的耐腐蚀性能，提高建筑物的使用寿命及维护费用是未来钢筋防腐的主要方向。中国专利CN103556058A公开了低成本高性能耐腐蚀钢筋及其制造方法，所述钢筋虽然具有较高的耐腐蚀性能，但是钢筋中包括3～8％的Cr含量以及0.5～1％的Cu含量，合金元素较高，成本较高，不利于合金元素的综合利用，且所含Cr、Mn、Cu等淬透性元素含量较高，在现有钢筋生产线上很容易生成马氏体组织，性能(力学性能与焊接性能)难以满足要求，需对工艺装备进行改造或进行后续处理。中国专利文献CN103789677A公开了一种具有高耐腐蚀性的高强钢筋及其制备方法，所述钢筋虽然具有较高的强度与腐蚀性能，但是钢筋中包含7～9％的Cr、1.5～4.0％的Ni以及Al、Cu合金，其合金元素含量很高，与不锈钢钢筋成分接近，造成资源的浪费，成本很高，焊接性能差；同时现有钢筋生产工艺生产其组织很容易生成马氏体或贝氏体，造成强度过高，其强度远高于现有广泛使用的IV、V级钢筋，不利于广泛推广。中国专利文献CN107034418A公开了一种混凝土用400MPa级耐氯离子腐蚀高强钢筋及其生产方法，所述钢筋合金元素含量相对较低，主要是利用0.020～0.035％的Re来对O、S的夹杂物改性，以提高其腐蚀性能，但是合金中Cr含量相对较低，在生产过程中Cr很容易在冷床冷却时与C结合成细小的碳化物，从而造成局部贫铬而产生点蚀现象。中国专利文献CN104109815A公开了一种耐海洋气候腐蚀钢筋，所述钢筋含有0.2～0.25％的C，0.05～0.30％Cu，0.04～0.25％Ni，0.05～0.30％Cr，相比普通钢筋来说，虽然其耐潮湿的海洋气候性能有较大提高，但是由于较高的C含量与较低的合金含量，在干湿恶劣环境下很容易形成局部腐蚀，不利于海洋飞溅区与潮汐区等干湿腐蚀恶劣环境下腐蚀性能的改善，难以满足现有建筑物对使用寿命的要求。中国专利文献CN102605255A公开了一种400MPa级耐腐蚀钢筋，所述钢筋含有0.04～0.09％的P，0.3～0.6％Cu，0.1～0.4％Ni，其主要采用的是P、Cu、Ni合金来改善钢筋的耐腐蚀性能，P≥0.045％以上时很容易形成裂纹以及冷弯开裂，对钢筋的塑性发挥不利。针对大量的沿海建设需求和国家大力推广使用400MPa级高强度钢筋的趋势，亟需研发一种耐Cl-腐蚀的、资源节约、成本经济合理、生产操作简单可行、综合性能优异的高强度低合金钢筋。
技术实现思路
：本专利技术的目的是为解决上述技术问题，提供一种400MPa级耐Cl-环境腐蚀钢筋及其制造方法。本专利技术从控制钢筋自身腐蚀电位、腐蚀原电池对、均匀腐蚀、锈层结构及转变、钝化膜的影响机制等角度出发来综合改善其耐Cl-的腐蚀性能，从控制细晶强韧化、固溶强化、析出强化、相变强化等角度来改善钢的强塑性能，综合以上2个方面对钢筋的合金成分及轧制工艺的合理设计。使所专利技术的钢筋在具有优异耐Cl-腐蚀性能的条件下，其力学性能、疲劳性能、以及焊接性能满足GB1499.2-2007中400MPa级钢筋的性能指标要求，并且成本经济合理，性价比高，生产工艺稳定。本专利技术所提供的400MPa级耐Cl-环境腐蚀钢筋的化学成分按重量百分比为：C：0.08～0.12％，Si：0.40～0.70％，Mn：1.00～1.30％，Cr：1.00～1.30％，Ni：≤0.20％，Cu：0.20～0.40％，Mo：0.10～0.20％，V：0.04～0.07％，Nb：0.02～0.04％，P≤0.035％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的残存杂质元素。本专利技术为了保证在恶劣的Cl-干湿腐蚀环境下具有优异的耐蚀性能，以及400MPa级的高强度、优异的塑性与焊接性能，在钢筋的成分设计上，在低碳硅锰钢的基础上，添加少量的Cr、Ni、Cu、Mo改善其耐腐蚀性能，并添加微量的Nb、V合金元素来改善其强塑性能。其中各合金元素的作用及含量设计的基本原理如下：C：碳是钢中非常重要的强化元素，在钢中形成固溶体提高钢的强度，含碳量越高，钢的强度和硬度越高，因此C含量不宜过低；但含量过高钢的塑性、韧性、耐腐蚀性与焊接性能会随之降低。对于含铬的耐腐蚀钢，由于C与Cr亲和力很强，过高的C含量会降低固溶体中Cr的含量，从而显著削弱Cr的表面钝化作用，降低钢的耐蚀性能。所以C含量宜控制在0.08～0.12％范围之内。Si：硅元素在钢中主要是脱氧及强化元素，对提高抗氧化性和耐腐蚀性也有一定的作用。当硅含量过高时，会使焊接时焊缝金属硬化，飞溅增加，影响焊接工艺性能，同时Si过高对塑性不利；当钢中硅含量过低时，脱氧不完全，钢中含氧量过高，并且钢的强化效果明显减弱。所以本专利技术将Si含量控制在0.40～0.70％范围之内。Mn：锰是钢中主要强化元素，同时锰可以与硫生成硫化锰，抑制硫的危害作用；当钢中Mn含量在1.0～1.6％时将起到细化晶粒的作用，可提高钢的强塑性，另外Mn在钢中与Cu协同作用改善钢在腐蚀后期的锈层，从而减缓钢的腐蚀。但锰具有较高的偏析倾向与淬透性，所以其含量不能太高。因此本专利技术将Mn含量控制在1.00～1.30％范围之内。Cr：铬在钢中是提高耐蚀性的重要元素，可以在钢的表面会生成致密的氧化膜，从而抑制钢的进一步腐蚀；但是过高的Cr会增加钢的淬透性，从而降低钢的塑性与焊接性，同时增加钢的生产成本，因此综合考虑将Cr含量控制在1.00～1.30％范围以内。Ni：镍元素具有一定的耐蚀能力，钢中加入镍元素不仅可以使钢的自腐蚀电位向正方向移动，而且还可以在锈层中富集阻碍Cl-向基体渗透，从而提高钢的耐蚀性；但是Ni属于贵金属元素，所以Ni含量宜控制在≤0.20％。Cu：铜在钢中是提高耐蚀性的重要元素，同时Mn与Cu的协同作用显著改善钢耐Cl-的腐蚀性能；但是钢在加热炉进行加热时，由于铜不易氧化，且熔点较低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种400MPa级耐Cl

【技术特征摘要】
1.一种400MPa级耐Cl-环境腐蚀钢筋，其特征在于所述耐Cl-环境腐蚀钢筋按重量百分比计包括以下成分：C：0.08～0.12％，Si：0.40～0.70％，Mn：1.00～1.30％，Cr：1.00～1.30％，Ni：≤0.20％，Cu：0.20～0.40％，Mo：0.10～0.20％，V：0.04～0.07％，Nb：0.02～0.04％，P≤0.035％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的残存杂质元素。2.一种权利要求1所述的400MPa级耐Cl...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘红波，闫军，李振华，沈晓辉，刘伟明，郭湛，章静，于同仁，曹杰，王会廷，温永红，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34