钢筋在混凝土结构中起着骨架作用，广泛应用于房屋、桥梁和公路等现代建筑，使用过程中会遭受周围环境的腐蚀。资料表明，腐蚀是造成钢筋失效进而导致混凝土结构开裂和剥落的主要原因，严重降低建筑物的安全性和使用寿命。钢筋腐蚀造成混凝土结构过早失效，已成为世界各国共同面对的一大灾害[1~4]。

人们已对耐腐蚀钢筋开展了大量的研究，但是大部分研究的检测方法与实际自然环境存在较大的差异，并不能反映钢筋实际应用中的耐腐蚀情况，因此，这些研究成果无法满足实际使用的需要。钢筋的腐蚀速率与其表面完整情况有关，如表面完整的钢筋腐蚀速率较低，而存在蚀点后的钢筋腐蚀速率将成几何级数增加[5]。为此，介绍一种除了具有优异的力学性能外，在真实海洋大气环境下，还具有较好的耐腐蚀性能的钢筋。

1  钢筋的制备与热处理工艺

依据现有生产设备、技术和工艺情况，耐海洋大气腐蚀钢筋的制备工艺流程为：原辅料（废钢和溶剂等）→ 90 t 超高功率电炉冶炼→ 90 t LF 钢包精炼→ 6 机 6流方坯连铸→钢坯→步进式蓄热加热炉→ 18 架无扭连轧机组→冷床→热处理→试样→性能测试。

1.1  化学成分

考虑五大元素及 Cu、Cr、Ni 和 Ti 等微量元素在钢筋中的作用，以及对钢筋力学性能和耐腐蚀性能的影响，参考国标 GB/T 33953-2017 规定的化学范围要求，选取了 6 个耐海洋大气腐蚀钢筋的化学成分，具体情况如表 1 所示。

表 1  化学成分（质量分数，%）

1.2  电炉冶炼过程控制

电炉冶炼采用热装金属液工艺，装入量为95~105 t，合理做好投料操作、熔化期操作、氧化期操作和出钢脱氧合金化操作，其中在熔炼过程中加入造渣剂，控制好造渣剂的用量和添加时机，根据冶炼过程、化渣情况，作出相应操作调整。造渣剂成分（质量分数）为：50% CaO，CaO ∶Al2O3=2 ∶1，5% MgO，0.8% SiO2，0.3% Fe，其余为杂质。

1.3  LF 精炼过程控制

进入 LF 精炼工位，对钢液进行吹氩搅拌，进一步去除钢液中的溶解氧，避免过度氧化。该操作在搅拌过程中去除夹杂物时应防止卷渣现象，从而提高钢液的洁净度，并微调成分以及温度；特别是通过造白渣来有效脱硫，白渣时间不得低于 15 min，实现钢液成分和过热度的精准控制。

1.4  连铸过程控制

连铸工艺采用6 机6 流弧形连铸机浇铸，铸坯断面为150 mm×150 mm，全程采用氩封保护浇铸。开浇第一炉和第二炉的温度为1 590~1 630 ℃，大包连浇炉的温度为1 570~1 610 ℃，连铸拉速控制为1.2 m/min，二次冷却采用动态配水和气雾冷却工艺，二冷段辊水量22 m3/h，一辊水量15 m3/h，二辊水量11 m3/h，三辊水量19 m3/h，从以上操作来保证结晶器液面的稳定和铸坯的冷却均匀。

1.5  热轧过程控制

热轧切分方式采用四切分轧制，轧制规格为 ?10 mm，轧制工艺采用控轧控冷工艺，轧制顺序为初轧→中轧→精轧；轧制设备采用短应力高刚度轧机，过程中控制好出炉温度、终轧温度、水压、穿水流量和终轧速度等相关工艺参数，具体情况如表2 所示。最终保证热轧钢筋产品温度均匀，无异常金相和混晶组织，同时金相组织须为正常的铁素体和珠光体，晶粒度在国标范围内。

表 2  控轧控冷工艺参数

1.6  钢筋的热处理

将轧制后的1#~6#钢筋试样在958 ℃条件下保温处理60 min，冷却至室温，冷却速度为0.5 ℃/min；再将1#~6#钢筋试样在800 ℃条件下保温处理2 h 后，冷却至室温，冷却速度为3 ℃/min；热处理后的钢筋试样剪切、精整、包装及性能测试。

2  性能测试

2.1  力学性能测试

分 别 检 测1#~6#钢 筋 试 样 的 屈 服 强 度、 抗 拉 强度、断后伸长率、屈强比和冷弯性能，检测方法参照GB/T 33953-2017 要求执行，检测结果如表3 所示。从表3 可以看出，1#~6#钢筋试样力学性能均符合国标要求，且1#~6#试样各项性能均大幅优于国标，说明通过采用优选的化学成分设计和热处理工艺对钢筋力学性能提升有明显影响。

表 3  力学性能

2.2  耐腐蚀性能测试

钢筋的耐腐蚀性能测试采用以下试验条件：

（1）中性盐雾试验按照GB/T 10125-1997 标准执行，温度控制为35 ℃±2 ℃，盐水浓度为5%±0.1%，盐水PH 为6.5±0.2；

（2）海水浸泡试验参照中性盐雾试验的方法进行，区别在于用海水替盐水；

（3）天然环境暴露试验为将样品暴露与海水附近500 m 内的自然环境中，每隔 3 天观察一次样品的腐蚀情况；

（4）耐手汗试验为试样直接接触手汗 30 次后再放天然环境暴露，每相邻两次手汗接触时间间隔为 2 h。耐蚀情况如表 4 所示。从表 4 可以看出，1#~6#钢筋试样在 1 200 h 后均无锈点产生。

3  结论

（1）通过精准配制化学成分，严格控制冶炼、连铸、热轧过程和热处理工艺，成功制备了具有目标成分的1#~6#耐腐蚀钢筋试样，其力学性能均优于国标，且耐腐蚀性能达到1 200 h 无腐蚀现象。

（2）耐腐蚀钢筋与普通钢筋的制备工艺基本相同，无需另外增加设备，使用传统生产线即可，可大规模推广。

参考文献

[1]　李维华 , 林致明 , 王伟 , 等 . 转炉冶炼耐工业大气腐蚀 HRB500aE 生产试验 [J]. 中国金属通报 , 2020（03）: 102, 104.

[2]　李维华 , 林致明 , 陈贵和 , 等 . 耐工业大气腐蚀钢筋 HRB500aE 的开发 [J]. 河北冶金 , 2020（01）: 5-8.

[3]　赵晓敏 , 吕刚 , 银志军 , 等 . 400MPa 级稀土耐大气腐蚀抗震钢筋研发 [J]. 包钢科技 , 2019, 45（06）: 66-70.

[4]　陈昕 , 林军 , 王纪元 , 等 . 耐大气腐蚀抗震钢筋 HRB500aE 的开发 [J]. 轧钢 , 2019, 36（06）: 56-62.

[5]　金祖权 , 冯光岩 , 姜玉丹 . 利用丝束电极技术研究海洋环境下裂缝混凝土中钢筋的锈蚀 [J]. 硅酸盐学报 , 2020, 48（11）: 1 791-1 800.