[发明专利]一种海洋混凝土结构用高强耐蚀铁素体/贝氏体双相钢筋及其制备方法

说明书

本发明涉及一种海洋混凝土结构用高强耐蚀铁素体/贝氏体双相钢筋及其制备方法，钢筋具有铁素体/贝氏体双相显微组织，其中贝氏体所占比例为50％‑60％，钢筋的化学成分重量百分比含量为：C：0.015％～0.020％，Si：0.45％～0.55％，Mn：1.1％～1.5％，Cr：10.5％～11.2％，Ni：1.0％～1.5％，Mo：0.8％～0.95％，V：0.03％～0.06％。本发明通过多元素复合合金化设计，结合钢筋成型中的控轧控冷，获得的钢筋具有高强韧的铁素体/贝氏体双相组织，同时具有优异的耐海洋氯离子侵蚀的高耐蚀性，可在严酷海洋侵蚀环境的混凝土结构中实现长寿命服役。

技术领域

本发明属于冶金工艺技术领域，特别涉及一种海洋混凝土结构用高强耐蚀铁素体/贝氏体双相钢筋及其制备方法。

背景技术

钢筋混凝土结构被广泛用于跨江海大型桥梁以及海港码头等基础设施的建设。通常条件下，钢筋混凝土结构中混凝土属于强碱性环境，钢筋置于该碱性环境中表面会发生钝化，生成一层稳定的金属氧化物钝化膜。钢筋混凝土结构中钢筋表面钝化膜的溶解与修复处于一种近乎平衡的状态，使得钢筋表面各个位置的电势基本保持一致，腐蚀往往很难发生或者发生腐蚀的速率很低，可忽略不计。但当钢筋表面的钝化膜受到外界侵蚀物质的破坏时，钢筋基体暴露于侵蚀介质中，从而发生腐蚀反应，最终导致钢筋混凝土结构的失效。

研究发现致使钢筋混凝土结构失效的主要原因为混凝土的碳化和氯离子侵蚀。混凝土碳化是由于大气中的二氧化碳气体扩散进入并溶解与混凝土内部液相中使PH值下降导致钝化膜失去保护作用；氯离子侵蚀是活性氯离子吸附在钢筋钝化膜表面达到一定的浓度时，即达到临界氯离子浓度时，钝化膜溶解与修复失去平衡，膜溶解加快形成腐蚀坑，导致钢筋锈蚀。特别是在海洋环境下由于氯离子侵蚀和荷载、干湿交替等多因素耦合作用，钢筋锈蚀必将异常加剧，混凝土结构过早破坏和功能失效问题尤为突出。国内外许多统计资料表明，钢筋锈蚀引发的混凝土结构过早破坏和功能失效一直是国内外研究者关注的焦点。每年，由于钢筋锈蚀的发生，桥梁、港口、高层建筑等基础设施不得不停止使用、大修或拆除重建，不仅引起巨大的经济损失，更造成资源能源的大量浪费及建筑垃圾的大量排放。因此，在工程界，钢筋锈蚀堪称“混凝土耐久性危机”。

针对钢筋锈蚀，提升钢筋自身抵抗氯盐侵蚀的能力尤为重要。钢筋自身抵抗氯盐侵蚀的能力与其显微组织结构密切相关，通过优化成分设计与组织控制，可以提升钢筋基体的抗腐蚀性。合金元素加入对于钢筋抗腐蚀性的提升作用最为突出。据此而开发制备的高耐腐蚀钢筋可以替代低耐腐蚀的传统普通碳素钢筋，是解决钢筋锈蚀问题的有效方法。20世纪30年代，通过钢筋富量添加Cr、Ni、Mo等合金元素，开发使用了不锈钢钢筋。与普通碳素钢筋相比，不锈钢钢筋不仅耐腐蚀性呈数量级提升，腐蚀抗力异常卓越。墨西哥海港工程ProgressoPier大桥、美国Oregon州2004年竣工的代替旧桥的Haynes Inlet Slough桥梁、我国正在建筑的目前世界最长的跨海桥梁-港珠澳大桥均应用了不锈钢钢筋。然而不锈钢钢筋因加入过多合金元素，可焊接性差，施工困难，初期生产成本高昂，限制了不锈钢的大量应用。因此，研发具有不锈钢钢筋相当耐腐蚀性能同时成本相对低廉且力学性能又可保证的钢筋材料成为自然选择，这已经成为世界许多国家的共识。借鉴不锈钢钢筋和大气耐候钢成功研发应用的经验，世界许多国家纷纷致力于开发研究低成本、高性能的较低合金元素含量的耐蚀钢筋。

相比不锈钢钢筋，合金耐蚀钢筋以Cr为主要耐蚀合金元素，但Cr含量有较大幅度减少，同时添加多种微量合金元素(如Ni、Mo、V等)，以求通过多元微量复合耐蚀合金成分设计，在降低钢筋生产成本同时保证钢筋在寝室环境中具有足够的耐蚀性能。合金耐蚀钢筋的最大特点在于合金成分可控，可根据侵蚀环境的严酷程度以及混凝土结构寿命设计要求，进行合金成分的调整优化，从而实现钢筋的低成本、高耐腐的目标。相比普通碳素钢筋，合金耐蚀钢筋加入了Cr、Ni、Al、Mo、V等耐蚀合金元素，同时尽量降低C元素含量，将不锈钢钢筋的优良性能“移植”到钢筋中，避去传统碳素钢筋组织缺陷，从而提高钢筋的耐腐蚀性。合金耐蚀钢筋兼顾协调了生产成本与耐蚀性能的矛盾，在未来广泛用作混凝土结构增强材料以满足重大土木工程高耐久性设计要求前景广阔。