φ22mm高耐候低成本耐海水腐蝕鋼筋HRB500cE的產品開發

李維華，林致明，呂維純，陳貴和，林 軍

（三寶鋼鐵有限公司技術中心，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、節約使用成本。經研究，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]。當前國內一些沿海地區通過向鋼筋混凝土結構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，采用鍍鋅工藝和環氧樹脂工藝，但這兩種工藝均會發生局部點蝕，當發生局部點蝕時危害性更大。因此，開發一種高耐候、低成本耐海水腐蝕的鋼筋及其生產工藝迫在眉睫。

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計、微合金化和控軋控冷工藝，成功開發了φ8～22mm規格的高耐候、低成本耐海水腐蝕鋼筋HRB500cE，此鋼種在經濟性與高耐候、低成本耐海水腐蝕性方面的有較高利用價值。

1 產品質量要求

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 產品開發過程

2.1 化學成分設計

鋼筋混凝土用高耐候、低成本耐海水腐蝕鋼HRB500cE相關元素在鋼筋中所發揮的作用及國標規定的力學性能范圍要求，設計了φ22mm規格的HRB500cE相關元素含量控制標準，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，產品開發過程中試制生產了6個批次φ22mm規格的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。根據過程冶煉化渣情況，調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，根據電爐成分進行成分和溫度微調，實現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，做好生產組織工作，保證中包液面穩定，結晶器采用液面自動控制和電磁攪拌，二冷區采用動態配水、氣霧冷卻等先進工藝，提高和改善鑄坯內部與表面質量，保證鑄坯優質無缺陷。

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，控軋控冷節數2#～5#，水壓≥0.8MPa，確保軋制過程中鋼的均熱性，防止出現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、控冷工藝參數如表5所示。

表5 控軋控冷工藝參數

2.3 性能檢測

2.3.1 鋼筋力學性能分析

產品開發過程中對6個批次試樣鋼筋進行了檢測，平均力學性能統計情況見表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品HRB500cE。

表6 HRB500cE鋼筋力學性能

2.3.2 鋼筋時效性分析

產品開發過程中對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，試驗結果如表7所示，從表7可以看出，6個規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℃，箱內濕度控制在70%±10%RH，循環周期控制在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 結論

（1）通過低成本成分設計、優化煉鋼、連鑄和控軋控冷工藝，開發了混凝土用高耐候、低成本耐海水腐蝕鋼筋HRB500cE，分析結果表明，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各性能均明顯優于普通HRB500cE鋼筋。