李維華，林致明，呂維純，陳貴和，林 軍

（三寶鋼鐵有限公司技術(shù)中心，福建 漳州 363000）

近年來，耐腐蝕鋼筋也用為特殊建筑材料在建筑工程中廣泛使用，不僅因為其具有與普通混凝土用鋼筋相同的力學性能來承載作用力，更是因為其具有較高的耐腐蝕性能來提高使用壽命、節(jié)約使用成本。經(jīng)研究，普通混凝土用鋼筋使用壽命縮短的主要氯鹽腐蝕造成的，腐蝕過程是滲透到混凝土內(nèi)部的氯離子引起鋼筋表面鈍化膜破壞，最終導致混凝土開裂破壞[1-3]。當前國內(nèi)一些沿海地區(qū)通過向鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中加入阻銹液延遲滲透腐蝕鋼筋基體，但阻銹液的化學成分會造成混凝土壽命降低[4，5]。

港珠澳大橋在橋墩表面使用了少量的2205雙相不銹鋼鋼筋，因為造價高昂，并未大面積推廣使用。還有一些沿海工程，采用鍍鋅工藝和環(huán)氧樹脂工藝，但這兩種工藝均會發(fā)生局部點蝕，當發(fā)生局部點蝕時危害性更大。因此，開發(fā)一種高耐候、低成本耐海水腐蝕的鋼筋及其生產(chǎn)工藝迫在眉睫。

綜合考慮以上情況，三寶鋼鐵有限公司通過采用合理的成分設(shè)計、微合金化和控軋控冷工藝，成功開發(fā)了φ8～22mm規(guī)格的高耐候、低成本耐海水腐蝕鋼筋HRB500cE，此鋼種在經(jīng)濟性與高耐候、低成本耐海水腐蝕性方面的有較高利用價值。

1 產(chǎn)品質(zhì)量要求

鋼筋混凝土用高耐候、低成本耐海水腐蝕鋼HRB500cE國標GB/T33953～2017要求鋼種必須用轉(zhuǎn)爐或者電爐冶煉，化學成分要求如表1所示，力學和耐腐蝕性能要求如表2所示。

表1 化學化學成分要求

2 產(chǎn)品開發(fā)過程

2.1 化學成分設(shè)計

鋼筋混凝土用高耐候、低成本耐海水腐蝕鋼HRB500cE相關(guān)元素在鋼筋中所發(fā)揮的作用及國標規(guī)定的力學性能范圍要求，設(shè)計了φ22mm規(guī)格的HRB500cE相關(guān)元素含量控制標準，如表3所示，具體元素范圍取值方法本文暫不做介紹。

2.2 工藝過程控制

鋼筋混凝土用高耐候、低成本耐海水腐蝕鋼HRB500cE鋼種主要生產(chǎn)工藝流程為：70t超高功率電爐→LF鋼包精煉→脫氧合金化與吹氬處理→4機4流165方坯連鑄→蓄熱式步進加熱爐→18架無扭連軋機組→控軋控冷冷卻→精整→打包→入庫，產(chǎn)品開發(fā)過程中試制生產(chǎn)了6個批次φ22mm規(guī)格的HRB500cE鋼筋，分別用序號1～6表示。

2.2.1 煉鋼、精煉工藝

煉鋼工藝為電爐煉鋼法。采用電爐熱裝鐵水工藝，鐵水按質(zhì)量百分比0%～50%裝入，其余為廢鋼，部分爐次為純廢鋼冶煉。通電熔化、強化供氧脫碳，加入造渣劑脫磷、去除鋼中的有害雜質(zhì)。根據(jù)過程冶煉化渣情況，調(diào)整造渣劑加入量和加入時機。出鋼時控制C≤0.12wt%、P≤0.030wt%；鋼水溫度約1600℃，出鋼時為偏心爐底無渣出鋼，鋼包內(nèi)脫氧合金化。

表4 試樣化學成分平均值

精煉工藝為LF爐精煉法。鋼包進入LF精煉工位，對鋼液進行吹氬攪拌，有效去除夾雜物和氣體，根據(jù)電爐成分進行成分和溫度微調(diào)，實現(xiàn)鋼水窄成分控制和過熱度的精確控制，6個批次試樣化學成分平均值如表4所示。

表2 力學性能與耐腐蝕性能要求

表3 化學成分控制標準

2.2.2 連鑄工藝

連鑄工藝為4機4流弧形連鑄機澆鑄。大包溫度控制為連澆爐1570℃～1610℃，開澆前兩爐提高30℃～45℃，澆鑄過程采用典型拉速和全程氬封保護澆鑄，做好生產(chǎn)組織工作，保證中包液面穩(wěn)定，結(jié)晶器采用液面自動控制和電磁攪拌，二冷區(qū)采用動態(tài)配水、氣霧冷卻等先進工藝，提高和改善鑄坯內(nèi)部與表面質(zhì)量，保證鑄坯優(yōu)質(zhì)無缺陷。

2.2.3 軋鋼工藝

軋鋼工藝為二切分與三切分軋制工藝。采用蓄熱式步進加熱爐，嚴格執(zhí)行加熱制度，開軋、和終軋溫度控制，出爐溫度控制為1000℃～1180℃、冷床入口溫度控制為890℃～950℃；采用短應力高剛度軋機，終軋速度12.5m/s；采用控軋控冷冷卻工藝，以細化晶粒，提高強度和塑性。粗中軋預控軋控冷，軋后多段式冷卻、回火、再冷卻，控軋控冷流量200m3/h～480m3/h，控軋控冷節(jié)數(shù)2#～5#，水壓≥0.8MPa，確保軋制過程中鋼的均熱性，防止出現(xiàn)混晶或異常金相組織，保證所得的金相組織為珠光體和鐵素體，晶粒度的范圍6級～8級，鋼筋表面具有致密的氧化層，部分控軋、控冷工藝參數(shù)如表5所示。

表5 控軋控冷工藝參數(shù)

2.3 性能檢測

2.3.1 鋼筋力學性能分析

產(chǎn)品開發(fā)過程中對6個批次試樣鋼筋進行了檢測，平均力學性能統(tǒng)計情況見表6所示，從表6可以看出，所有批次鋼筋的力學性能均能滿足GB/T33953-2017標準要求，表6中還增加了一個對比例為普通的HRB500cE鋼筋，強度等級與序號3等同，但其他性能明顯低于試驗產(chǎn)品HRB500cE。

表6 HRB500cE鋼筋力學性能

2.3.2 鋼筋時效性分析

產(chǎn)品開發(fā)過程中對6個批次試樣和對比例鋼筋進行了時效性能檢測，時效時間為360h，試驗結(jié)果如表7所示，從表7可以看出，6個規(guī)格的鋼筋強度變化不明顯，ReL和Rm相比時效前分別降低了5MPa～15MPa和0MPa～5MPa，R0m/R0eL提高了0～0.06，且不小于1.25；屈服比更低，降低了0.01～0.03，且不大于1.30；A相比時效前提高了4%～5%，普通HRB500cE鋼筋時效后的變化量均遠超耐腐蝕鋼筋對應時效后變化量的最大值，說明試驗鋼筋時效性明顯優(yōu)于普通鋼筋。

2.3.3 鋼筋耐蝕性能評價

鋼筋的耐腐蝕性能試驗在試驗箱內(nèi)進行，容積為0.7m3±0.1m3，控制試樣表面的烘烤溫度，以70℃±10℃為宜，試驗用NaCl溶液初始濃度控制在0.340mol·L-1±0.009mol·L-1范圍，溫度控制在45℃±2℃，箱內(nèi)濕度控制在70%±10%RH，循環(huán)周期控制在60min±5min，浸潤時間控制在12±2min，試驗過程中保證冷凝液滴直接滴落在試樣上，耐腐蝕試驗時間為72h，試驗分析結(jié)果如表8所示，從表8可以看出，所有6個批次相對腐蝕率均合格，均小于70%。

表8 HRB500cE鋼筋耐腐蝕性能

表7 HRB500cE鋼筋時效性能

3 結(jié)論

（1）通過低成本成分設(shè)計、優(yōu)化煉鋼、連鑄和控軋控冷工藝，開發(fā)了混凝土用高耐候、低成本耐海水腐蝕鋼筋HRB500cE，分析結(jié)果表明，所有試樣力學性能、時效性能和平均相對腐蝕率均滿足國標要求。

（2）在相同的試驗情況下，凝土用高耐候、低成本耐海水腐蝕鋼筋HRB500cE各性能均明顯優(yōu)于普通HRB500cE鋼筋。