一種耐氯離子腐蝕的不銹鋼鋼筋的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于耐蝕材料領(lǐng)域，涉及一種耐氯離子腐蝕的不銹鋼鋼筋的制備方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 通常情況下普通鋼筋在混凝土中具有較好的耐蝕性，這是因?yàn)殇摻钤诟邏A性環(huán)境 中會(huì)形成致密的鈍化膜，這層致密的鈍化膜會(huì)阻止腐蝕的發(fā)生和發(fā)展。但一旦混凝土中的 氯離子濃度超過(guò)某個(gè)臨界值時(shí)，則這層鈍化膜穩(wěn)定性會(huì)急劇下降甚至被擊穿，最終將導(dǎo)致 鋼筋發(fā)生明顯腐蝕，腐蝕產(chǎn)物的膨脹作用則加速鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的失效。
[0004] 隨著人類(lèi)對(duì)海洋資源的開(kāi)發(fā)，在海洋環(huán)境服役的鋼筋混凝土設(shè)施處于高濃度的氯 離子環(huán)境，因此導(dǎo)致的鋼筋銹蝕誘發(fā)的結(jié)構(gòu)耐久性急劇下降問(wèn)題日益嚴(yán)峻。在一些大量使 用氯鹽融雪劑的寒冷地區(qū)也面臨同樣的難題。
[0005] 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)提高鋼筋耐氯離子侵蝕的防護(hù)技術(shù)主要包括兩大類(lèi)：
[0006] ⑴表面涂鍍層鋼筋。
[0007] 表面涂鍍層鋼筋是通過(guò)物理手段隔斷腐蝕介質(zhì)和鋼筋基體的通道，從而達(dá)到提高 耐蝕性的目的，主要類(lèi)型有環(huán)氧涂層鋼筋和熱浸鍍鋅鋼筋。雖然表面涂鍍層鋼筋已有一些 應(yīng)用案例，但由于自身工藝所限，仍然存在許多不可克服的缺點(diǎn)，如：無(wú)法徹底避免施工過(guò) 程中造成涂鍍層的破損現(xiàn)象、環(huán)氧涂層鋼筋會(huì)降低混凝土和鋼筋的握裹力、熱浸鍍鋅鋼筋 則由于鋅的腐蝕產(chǎn)物體積膨脹會(huì)破壞混凝土等。
[0008] (2)基體耐蝕鋼筋
[0009] 基體耐蝕鋼筋是指通過(guò)在普通鋼筋中添加耐蝕合金元素，從而提高鋼筋基體的耐 蝕性，基體耐蝕鋼筋不會(huì)出現(xiàn)表面涂鍍層鋼筋固有存在的問(wèn)題，主要包括低合金耐蝕鋼筋 和不銹鋼耐蝕鋼筋。
[0010] 低合金耐蝕鋼筋是近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，科研人員試圖在普通鋼筋中添加少量 Ni、Cr等耐蝕合金元素從而提高鋼筋的整體耐蝕性。雖然與表面涂鍍層鋼筋相比較，合金化 耐蝕鋼筋具有一定優(yōu)勢(shì)，然而至今鮮有成功應(yīng)用報(bào)道。這是因?yàn)樘砑由倭磕臀g合金元素對(duì) 提高鋼筋耐蝕能力是有限的，仍然很難滿(mǎn)足鋼筋混凝土在高氯環(huán)境的長(zhǎng)期安全服役要求。 不銹鋼耐蝕鋼筋，特別是雙相不銹鋼鋼筋，具有優(yōu)異的耐高氯環(huán)境腐蝕性能，在世界上大部 分海洋環(huán)境安全服役的預(yù)測(cè)壽命超過(guò)百年，然而其高昂的制造成本制約了其大規(guī)模應(yīng)用。
[0011] 因此，發(fā)明一種耐氯離子腐蝕性能達(dá)到甚至超過(guò)現(xiàn)有不銹鋼鋼筋，而制造成本相 對(duì)低廉的鋼筋產(chǎn)品具有極大的應(yīng)用前景。本發(fā)明通過(guò)對(duì)一種預(yù)制鋼筋原胚實(shí)施熱擴(kuò)散技 術(shù)，從而在鋼筋表面形成一層化學(xué)成分滿(mǎn)足不銹鋼要求且耐蝕性能優(yōu)異的不銹鋼表面層。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 本發(fā)明的目的是提供一種耐氯離子腐蝕的不銹鋼鋼筋的制備方法，經(jīng)該方法制備 的不銹鋼鋼筋具有很高的抗劃傷能力和優(yōu)異的耐氯離子腐蝕性。
[0013] -種耐氯離子腐蝕的不銹鋼鋼筋的制備方法，其特征在于，具有以下步驟：
[0014] (a)選擇鋼筋原胚，對(duì)待處理的鋼筋原胚表面進(jìn)行除油、除銹、水洗和干燥處理，對(duì) 于表面只有輕微銹蝕的鋼筋原胚也可直接進(jìn)行噴砂或噴丸處理。鋼筋原胚化學(xué)成分質(zhì)量百 分比為：
[0015] C ：0. 01-0. 08wt Mn ：0. 10-0. 50wt%,P：^ 0. 04wt %^S： ^ 0. 03wt%, Si ：0. 2-0. 6wt%,Cr ：2. 0-8. Owt % ^ Mo ： 1. 50-2. 50wt%,Cu ：0. 08-0. 35wt %, Ti ： 0. 10-0. 40wt%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；
[0016] (b)熱擴(kuò)散：將鋼筋原胚置于含鉻的環(huán)境中，在一定溫度下保溫一定時(shí)間，使得環(huán) 境中的鉻能擴(kuò)散到鋼筋原胚表面形成含鉻的擴(kuò)散層，擴(kuò)散層中Cr重量含量超過(guò)12%的區(qū) 域即滿(mǎn)足不銹鋼的基本成分要求，該區(qū)域?yàn)楸景l(fā)明所述的有效擴(kuò)散層。該擴(kuò)散層中鉻含量 超過(guò)12 %的有效擴(kuò)散層厚度超過(guò)10ym。
[0017] (c)對(duì)經(jīng)熱擴(kuò)散處理后的鋼筋進(jìn)行冷卻處理；
[0018] 熱擴(kuò)散處理完成后，等熱擴(kuò)散處理容器隨熱擴(kuò)散處理爐冷卻到100°C以下，將熱擴(kuò) 散處理容器從所述熱擴(kuò)散處理爐中取出，繼續(xù)空冷至室溫，將鋼筋從熱擴(kuò)散粉劑中分離出 來(lái)。
[0019] 其中步驟（b)所述的熱擴(kuò)散是將經(jīng)過(guò)表面處理的鋼筋原胚和熱擴(kuò)散粉劑裝入熱 擴(kuò)散容器，其中鋼筋原胚和熱擴(kuò)散劑的體積總和不能超過(guò)熱擴(kuò)散容器容積的95 %，前述熱 擴(kuò)散粉劑由重量比45%的氧化鋁粉末（100-200目）、50%的鉻鐵合金粉末（含鉻約70%， 100-200目）和5%氯化銨配制而成。將裝有鋼筋原胚和熱擴(kuò)散處理劑的熱擴(kuò)散容器放置 在加熱爐中升溫，升溫速度控制在每分鐘4-6°C，當(dāng)溫度達(dá)到800-950°C時(shí)，保持溫度恒定 2. 0-4. 0小時(shí)，然后停止加熱。其中升溫和保溫過(guò)程中可以采用5-20轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 熱擴(kuò)散容器，以便熱處理容器內(nèi)的鋼筋受熱均勻，同時(shí)增加熱擴(kuò)散粉劑和鋼筋的碰撞幾率。
[0020] 本發(fā)明鋼筋原胚成分分析如下：
[0021] C的作用是提高鋼筋的強(qiáng)度，碳含量越高，則鋼筋的強(qiáng)度和硬度越高；但是過(guò)高的 碳含量不僅降低塑性和韌性，也顯著降低鋼筋耐蝕性。另一方面，在熱擴(kuò)散處理階段C容易 和Cr形成化合物阻礙Cr原子向基體的擴(kuò)散，從而降低不銹鋼層的厚度。因此，本發(fā)明中C 含量控制在：0. 01-0. 08wt%，且越低越好。
[0022] Mn是強(qiáng)化元素，能顯著提高鋼筋的強(qiáng)度，錳含量越高，則鋼筋的強(qiáng)度越高； 但是過(guò)高的錳含量會(huì)降低鋼筋的塑性和耐點(diǎn)蝕性。因此，本發(fā)明中Mn含量控制在： 0. 10-0. 50wt%。
[0023] P雖然能提高耐蝕性，但容易導(dǎo)致鋼發(fā)生偏析降低力學(xué)性能，本發(fā)明中P含量控制 在0. 04wt%以?xún)?nèi)。
[0024] 鋼中的S容易導(dǎo)致乳制過(guò)程產(chǎn)生裂紋，同時(shí)還可能產(chǎn)生MnS夾雜，本發(fā)明中S含量 控制在0. 03wt%以?xún)?nèi)。
[0025] Si是強(qiáng)化元素，能通過(guò)固溶強(qiáng)化提高鋼筋的強(qiáng)度，同時(shí)能有效脫氧并減少鋼中夾 雜物。若硅含量較低，則鋼水中的氧含量高，但硅含量過(guò)高，則會(huì)降低鋼筋的塑性，因此本發(fā) 明中Si含量控制在：0? 2-0. 6wt %。
[0026]本發(fā)明中Cr的作用至少有3點(diǎn)：（1)作為鐵素體的主要形成元素，Cr能極大提高 鉻原子的熱擴(kuò)散速率；（2)熱擴(kuò)散過(guò)程中Cr元素能擬制基體芯部的C元素向外層擴(kuò)散，起 到固碳作用；（3)能提高鋼筋原胚的耐蝕性，一旦鋼筋表面的不銹鋼層發(fā)生破損，露出的鋼 筋基體由于含有一定量的鉻可以生成致密的含鉻銹蝕產(chǎn)物，該銹蝕產(chǎn)物堆積在破損處，可 阻止破損處銹蝕的進(jìn)一步擴(kuò)展。Cr含量越高，鋼筋原胚的耐蝕性越高，且鉻原子的熱擴(kuò)散速 率越快；但過(guò)高的含量導(dǎo)致成本上升。本發(fā)明中Cr含量控制在：2. 0-8. Owt %。
[0027] Mo能提高鋼筋的耐點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕性能，并能促進(jìn)鉻形成致密氧化物。一般以 耐點(diǎn)蝕指數(shù)（PREN)來(lái)評(píng)價(jià)不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性能，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為PREN = % Cr+3. 3X % Mo,PREN值越高，耐蝕性越優(yōu)異。因此，Mo含量越高鋼筋耐點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)，但Mo含量增高將 導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。本發(fā)明中Mo含量控制在：1. 50-2. 50wt%。