[发明专利]一种耐氯离子腐蚀抗震棒材的制备方法

说明书

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(2.5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：10MnCu、10MnP n6Re、10CrMoAl、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28mm，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，均匀延伸率不低于8％。日、美共同大型抗震试验中，棒材的屈服强度多为373～422Mpa，均匀延伸率约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。