趙曉敏，呂剛，白月琴，卜向東，宋振東

（內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司技術(shù)中心，內(nèi)蒙古 包頭014010）

有大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是應(yīng)用于以氯鹽為主要介質(zhì)的腐蝕環(huán)境中[1]，如除冰雪時(shí)將氯鹽作用在公路及橋梁結(jié)構(gòu)上、將海砂作為建筑用砂、將含有氯離子的添加劑攪拌到混凝土中，同時(shí)氯鹽大量存在于河流、湖泊、地下水中，因此氯離子造成的鋼筋腐蝕非常嚴(yán)重。在工業(yè)和農(nóng)村大氣環(huán)境中，普通的鋼筋很容易被腐蝕，腐蝕后會(huì)形成疏松的銹層，產(chǎn)生微裂紋，對(duì)鋼筋基體的保護(hù)作用逐漸減弱。由氯鹽、工業(yè)大氣及農(nóng)村環(huán)境造成混凝土用鋼筋腐蝕的因素有很多，腐蝕的機(jī)理也不盡相同，一般分為電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕三種形式?；炷劣娩摻罱?jīng)過(guò)氯離子腐蝕后，會(huì)造成混凝土開(kāi)裂，降低鋼筋與混凝土的握裹粘結(jié)力。

19世紀(jì)80年代后期，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)發(fā)了不銹鋼鋼筋，主要應(yīng)用于設(shè)計(jì)壽命達(dá)百年以上的重點(diǎn)工程，但因其耐蝕合金Cr含量在12%以上、Cr+Ni總含量20%左右，造成生產(chǎn)成本高而難以大量推廣應(yīng)用。20世紀(jì)初，歐美日進(jìn)行了大量深入研究，美國(guó)研究較多的是 Cu-P-Ni-Cr系，日本研究了Mn-Cu-Ni-Cr系。少數(shù)研究者采用 Cu、Cr、Mo、Ni等耐腐蝕元素對(duì)鋼筋進(jìn)行微合金化，獲得了良好的耐腐蝕性能，但未能得到推廣利用。中國(guó)從1965年開(kāi)始研究耐海水腐蝕鋼，研究通過(guò)鑒定的鋼種和牌號(hào)有6個(gè)，但均由于成本高而未進(jìn)行推廣。2012年廣西首個(gè)混凝土用耐腐蝕含鎳鉻鋼筋地方標(biāo)準(zhǔn)（DB 45/T890-2012）出臺(tái)實(shí)施，2014年鋼筋混凝土用耐蝕鋼筋標(biāo)準(zhǔn)（YB/T 4361-2014）實(shí)施，2017年鋼筋混凝土用耐蝕鋼筋國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)（GB/T 33953-2017），從標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)可以看出國(guó)家正在對(duì)耐腐蝕鋼筋進(jìn)行推廣。

隨著高壽命的各種耐腐蝕鋼筋、耐候鋼筋使用范圍日趨擴(kuò)大，鋼筋的耐腐蝕性已成為工業(yè)化國(guó)家的主要研究課題。為了應(yīng)對(duì)混凝土中鋼筋的腐蝕問(wèn)題和市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，迫切需要開(kāi)發(fā)出低成本高強(qiáng)度耐腐蝕鋼筋。

1 成分及工藝

在滿足HRB500E鋼筋的化學(xué)成分基礎(chǔ)上，通過(guò)添加成本較低的合金元素進(jìn)行微合金化處理，進(jìn)而控制冶煉和軋制工藝，獲得低成本500 MPa級(jí)稀土耐氯離子腐蝕鋼筋。

1.1 化學(xué)成分

Cr、Si和Al是提高鋼的抗氧化能力的最有效合金元素，但鋼中Si、Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)鋼材會(huì)變脆，因此在耐氯離子腐蝕鋼筋中，加入Cr元素，在鋼的表面形成一層完整的、致密而穩(wěn)定的氧化保護(hù)膜，從而提高鋼的抗氧化能力。Si可提高鋼中固溶體的強(qiáng)度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低，又能顯著地提高鋼的彈性極限、屈服極限和屈強(qiáng)比，同時(shí)含有Si的鋼在氧化氣氛中加熱時(shí)，表面將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時(shí)的抗氧化性，起到耐腐蝕的作用，考慮Si元素的影響，加入適量的Si元素。Ni既可提高鋼的強(qiáng)度但不顯著降低其韌性，又可降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，即可提高鋼的低溫韌性、改善鋼的加工性和可焊性、提高鋼的抗腐蝕能力，使鋼不僅能耐酸，且能抗堿和大氣的腐蝕。V有很強(qiáng)的熱強(qiáng)性，能顯著地改善普通低碳低合金鋼的焊接性能。綜合成本、力學(xué)性能和耐腐蝕性能考慮，在HRB500cE耐氯離子腐蝕鋼筋中添加提高耐腐蝕性能的化學(xué)元素Cr、Ni和La鐵合金，配合加入Si、Mn和V元素提高鋼筋的強(qiáng)度。稀土耐氯離子腐蝕鋼筋目標(biāo)成分和實(shí)測(cè)成分見(jiàn)表1。

表1 稀土耐氯離子腐蝕鋼筋目標(biāo)成分和實(shí)測(cè)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

1.2 生產(chǎn)工藝

為保證HRB500cE耐氯離子鋼筋的綜合力學(xué)性能，確定工藝路線為：高爐鐵水→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹冶煉→LF精煉→小方坯連鑄150 mm×150 mm→長(zhǎng)材廠軋制。

（1）轉(zhuǎn)爐冶煉。120 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉，采用單渣操作，終渣堿度按3.0控制，為保證較低的出鋼磷含量、合適的出鋼溫度和相對(duì)穩(wěn)定的出鋼碳含量，轉(zhuǎn)爐采用低拉碳工藝，終點(diǎn)控制目標(biāo)ω[C]≥0.06%，出鋼溫度不低于1 620℃，終脫氧采用有Al脫氧。

（2）LF精煉。精煉保持白渣操作，白渣時(shí)間不少于10 min，全程按精煉規(guī)程進(jìn)行吹A(chǔ)r操作，根據(jù)轉(zhuǎn)爐鋼水成份及溫度進(jìn)行脫硫，成份微調(diào)及升溫操作。精煉采用錳鐵、金屬錳、低碳鉻鐵、鉬鐵、鎳板合金化，終脫氧采用有鋁脫氧。鋼中非金屬夾雜物對(duì)鋼的耐腐蝕性能影響較大，因此必須將鋼中腐蝕速率大的夾雜（MnS）變性為腐蝕速率小的夾雜，從而降低鋼基體內(nèi)部微區(qū)域電化學(xué)腐蝕[2]。LF精煉需對(duì)鋼液加入一些變性劑，在這種耐氯離子腐蝕鋼筋的生產(chǎn)中加入稀土合金使非金屬夾雜物變性球化，消除或減小它們對(duì)鋼性質(zhì)的不利影響，從而凈化鋼質(zhì)，減少夾雜總量，使夾雜物與鋼基體接觸面之間的腐蝕減少。

（3）連鑄。采取恒拉速操作，過(guò)熱度不大于30℃，拉速控制在2.3～2.5 m/min。由于合金的加入，連鑄二冷配水采用弱冷冷卻，防止鑄坯出現(xiàn)表面裂紋、內(nèi)部缺陷，同時(shí)盡量保證恒拉速，全程保護(hù)澆注得到連鑄坯。

（4）軋制。鑄坯加熱溫度控制在 1 100～1 200℃，鋼坯出爐溫度1 050～1 150℃，開(kāi)軋溫度950～1 050℃，終軋溫度 900～950℃，鋼坯每道次變形量為11%～20%，總變形量為11%～35%。由于合金元素含量較多，極大地增加了鋼材的淬透性，制備過(guò)程中如果進(jìn)行穿水冷卻，容易得到淬火組織，降低鋼筋塑性和焊接性能。因此，為保證產(chǎn)品良好的力學(xué)性能，軋制冷卻過(guò)程不穿水。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 低倍組織分析

鑄坯經(jīng)過(guò)銑床加工至表面粗糙度不大于1.6 μm，然后對(duì)試樣進(jìn)行 60～80℃鹽酸腐蝕，HRB500cE稀土耐氯離子腐蝕鋼筋低倍組織照片見(jiàn)圖1。對(duì)鑄坯內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行評(píng)級(jí)，中心裂紋、中間裂紋、中心縮孔、角部裂紋、皮下裂紋等缺陷都為0級(jí)，中心疏松0.5級(jí)，夾雜物1級(jí)，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量較好，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 HRB500cE稀土耐氯離子腐蝕鋼筋低倍組織

2.2 力學(xué)性能分析

根據(jù)GB/T 228.1在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，根據(jù)GB/T 232在冷彎試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行冷彎試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，HRB500cE鋼筋具有較高的強(qiáng)度和良好的延伸性能，能滿足GB 1499.2-2007對(duì)HRB500E熱軋帶肋鋼筋性能的要求。

表2 HRB500cE稀土耐氯離子腐蝕鋼筋力學(xué)性能檢驗(yàn)和冷彎試驗(yàn)結(jié)果

2.3 顯微組織分析

根據(jù)GB/T 13299進(jìn)行金相組織評(píng)定，根據(jù)GB/T 6394進(jìn)行晶粒度評(píng)級(jí)。金相試樣采用4%硝酸酒精溶液腐蝕劑進(jìn)行腐蝕，經(jīng)過(guò)腐蝕后，用LEICA DMIRM型光學(xué)顯微鏡觀察HRB500cE稀土耐氯離子腐蝕鋼筋金相組織 （見(jiàn)圖2）。如圖2（a）所示，在500倍視野下觀察，稀土耐氯離子腐蝕鋼筋金相組織主要為鐵素體+珠光體組織；如圖2（b）所示，在100倍視野下評(píng)定該組織晶粒度級(jí)別為8級(jí)。

圖2 HRB500cE稀土耐氯離子腐蝕鋼筋金相組織

2.4 非金屬夾雜物能譜分析

稀土與鋼中的氧和硫有較強(qiáng)的親和力作用，可脫氧、脫硫，降低鋼中的氧含量和硫含量，并且可降低磷、氫、砷、銻、鉛、錫等低熔點(diǎn)元素在晶界上的危害。稀土可控制硫化物的形態(tài)，鋼中硫化物是沿著鋼材軋制方向呈長(zhǎng)條狀分布，加入稀土可使長(zhǎng)條狀硫化物變成球性或仿錘形，并可改變夾雜物的大小，可明顯改善沖擊韌性和疲勞性能。將鋼中腐蝕速率大的夾雜（MnS）變性為腐蝕速率小的稀土夾雜，降低鋼基體內(nèi)部微區(qū)域電化學(xué)腐蝕，使MnS球化，有助于銹層與基體的釘扎作用[6-7]。

很多文獻(xiàn)都研究了稀土對(duì)提高鋼的耐腐蝕性能的影響[2-5]，如文獻(xiàn) 2研究了 20MnSiNbRe耐腐蝕鋼筋，其相對(duì)腐蝕速率是普通鋼筋20MnSi的63.6%。因此，在HRB500cE耐氯離子腐蝕鋼筋冶煉生產(chǎn)時(shí)，加入了稀土La鐵合金，鐵合金加入量為鋼水重量的30×10-6，實(shí)際測(cè)得稀土含量為22×10-6，收得率約為73%。在HRB500cE稀土耐氯離子腐蝕鋼筋的成品中發(fā)現(xiàn)了含有稀土的夾雜物，其掃描電鏡照片和能譜圖如圖3所示。此類稀土夾雜物在腐蝕條件下水解，可以促進(jìn)γ-Fe2O3向α-FeOOH的轉(zhuǎn)變，從而提高鋼筋的耐腐蝕能力。

圖3 HRB500cE稀土耐氯離子腐蝕鋼筋稀土夾雜物掃描電鏡照片和能譜圖

2.5 耐腐蝕性能分析

按照冶標(biāo)YB/T4368-2014《鋼筋在氯離子環(huán)境中腐蝕試驗(yàn)方法》要求進(jìn)行周期浸潤(rùn)腐蝕試驗(yàn)，試樣尺寸為18 mm×50 mm的圓柱，試驗(yàn)溶液為初始濃度為 （0.34±0.009）mol/L（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（2.0±0.05）%）的氯化鈉溶液。具體試驗(yàn)條件：溫度為（45± 2）℃；濕度為（70± 10）%RH；試驗(yàn)時(shí)間為168 h；每一循環(huán)周期為（60±2）min，其中浸潤(rùn)時(shí)間為（12±2）min；烘烤后試樣表面最高溫度為（70±10）℃。加工試樣表面要求不允許有銹蝕及目視可見(jiàn)的夾雜和氣孔等缺陷，平行試樣有5個(gè)，比對(duì)試樣為HRB400普通鋼筋。經(jīng)過(guò)周期浸潤(rùn)比對(duì)試驗(yàn)后，在該腐蝕試驗(yàn)條件下，HRB500cE鋼筋的耐腐蝕能力明顯優(yōu)于普通鋼筋HRB400，HRB500cE鋼筋的相對(duì)腐蝕速率為59%，滿足國(guó)標(biāo)GB/T 33953-2017鋼筋混凝土用耐蝕鋼筋相對(duì)腐蝕速率低于70%的要求。

3 結(jié)論

（1）HRB500cE稀土耐氯離子腐蝕鋼筋具有良好的強(qiáng)韌性，可以滿足國(guó)標(biāo)GB 1499.2-2007對(duì)HRB500E熱軋帶肋鋼筋的常規(guī)力學(xué)性能要求。

（2）加入稀土合金后，稀土收得率約為73%，且發(fā)現(xiàn)HRB500cE鋼筋中有較多能夠提高鋼筋耐腐蝕能力的顆粒狀非金屬夾雜物。

（3）耐腐蝕性能分析結(jié)果表明HRB500cE鋼筋具有良好的耐腐蝕能力，與HRB400普通鋼筋相比較，相對(duì)腐蝕速率為59%，滿足國(guó)標(biāo)GB/T 33953-2017鋼筋混凝土用耐蝕鋼筋相對(duì)腐蝕速率低于70%的要求。

攀鋼極薄規(guī)格熱連軋酸洗板實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)

1.8 mm及以下厚度規(guī)格的板材產(chǎn)品一直以冷軋連退產(chǎn)品為主導(dǎo)，其存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高等缺點(diǎn)。對(duì)此，攀鋼與某知名商用車(chē)公司聯(lián)合進(jìn)行極薄規(guī)格熱連軋酸洗板的研發(fā)。根據(jù)攀鋼2 050 mm熱連軋機(jī)組的裝備條件，經(jīng)過(guò)兩年的科技攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了極薄規(guī)格酸洗板顯微組織、力學(xué)性能、成形性能、尺寸精度及表面質(zhì)量穩(wěn)定控制。目前，攀鋼已批量生產(chǎn)極薄規(guī)格熱連軋酸洗板1.2萬(wàn)余噸成品，產(chǎn)品綜合性能得到用戶好評(píng)。

——摘自“鐵諾信息網(wǎng)”