[發(fā)明專利]一種耐腐蝕橋梁鋼材及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011432378.0
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112662946A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷江平
• 申請（專利權(quán)）人: 成都典惟寧建筑科技有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/16;C22C38/08;C21D8/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種耐腐蝕橋梁鋼材及其制備方法，涉及橋梁合金技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明研制的產(chǎn)品1、包括以下重量份數(shù)的元素：100?120份的鐵，0.03?0.05份碳，0.5?1.5份的硼，0.5?1.5份的硅，0.02?0.04份的磷，0.001?0.003份硫，0.3?0.5份銅，0.3?0.5份鎳；其中，硼和硅至少部分形成硼硅化合物；且硼硅化合物至少部分分布于所述耐腐蝕橋梁鋼材晶界處；另外，所述銅和鎳至少部分分布于所述耐腐蝕橋梁鋼材表面，并形成鐵固溶體相。本發(fā)明所得產(chǎn)品可以發(fā)揮優(yōu)異的耐腐蝕性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及橋梁合金技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種耐腐蝕橋梁鋼材及其制備方法。

背景技術(shù)

隨海洋資源開發(fā)與利用的不斷發(fā)展，對海上平臺、跨海大橋等大型海洋工程的需求不斷擴(kuò)大。然而，海洋環(huán)境對工程中鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕作用尤為嚴(yán)重，據(jù)報道碳鋼在海水潮差區(qū)的腐蝕速率可超過 0.5 mm/a。通常認(rèn)為鋼筋腐蝕是導(dǎo)致海工混凝土結(jié)構(gòu)過早失效的最主要原因，每年由腐蝕導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失約占總 GDP 的 3.34%以上。

混凝土中鋼筋的腐蝕需要周圍環(huán)境中同時存在氧、水和去鈍化劑，海洋環(huán)境的氯離子侵入和大氣中CO2導(dǎo)致的混凝土碳化是主要的去鈍化因素。氯離子半徑小、極性大，易于吸附在鋼筋表面，導(dǎo)致鋼筋表面鈍化膜破裂；環(huán)境中的 CO2則通過與混凝土孔隙液中的Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低孔隙液 pH 值，來溶解鋼筋鈍化膜，鈍化膜破壞產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)而引發(fā)混凝土脹裂和順筋裂縫。

緩蝕劑防護(hù)是應(yīng)用廣泛的防腐技術(shù)，其成本低廉、施工簡單、無需專門的設(shè)備設(shè)施。然而，海洋工程中鋼筋混凝土的失效多發(fā)生在幾年或十幾年后，而緩蝕劑常常摻拌在新鮮混凝土中，因此緩蝕劑的自發(fā)泄漏和提前失活是導(dǎo)致其優(yōu)異的防腐性能得不到充分發(fā)揮的瓶頸問題。

因此，如何從根本上解決混凝土和海洋復(fù)雜環(huán)境對鋼筋混凝土的腐蝕，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)難題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種耐腐蝕橋梁鋼材及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的橋梁鋼材無法應(yīng)對海洋和混凝土復(fù)雜環(huán)境侵蝕，而在混凝土中添加緩蝕劑無法從根本上解決鋼材腐蝕問題的弊端。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種耐腐蝕橋梁鋼材，包括以下重量份數(shù)的元素：100-120份的鐵，0.03-0.05份碳，0.5-1.5份的硼，0.5-1.5份的硅，0.02-0.04份的磷，0.001-0.003份硫，0.3-0.5份銅，0.3-0.5份鎳；

所述硼和硅至少部分形成硼硅化合物。

一種耐腐蝕橋梁鋼材的制備方法，具體制備步驟包括：

鑄錠制坯：

在鋼材中添加硼和硅元素，并熔煉成鑄錠，再將鑄錠鍛造成方坯；

熱軋：

將方坯于溫度為1200-1300℃條件下，保溫后，進(jìn)行熱軋，得熱軋鋼；

梯度降溫：

將熱軋鋼緩慢冷卻至900-950℃后，快速冷卻至500-550℃，再經(jīng)自然冷卻至室溫，出料，即得耐腐蝕橋梁鋼材。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案的有益效果是：

（1）從產(chǎn)品組成角度，上述技術(shù)方案在鋼材體系中引入硼、硅等元素，其中，部分銅元素可以在腐蝕過程中形成銅離子，而磷元素可以轉(zhuǎn)化為磷酸根離子，兩者相互配合可在基體附近與基體的亞鐵離子發(fā)生作用，促進(jìn)亞鐵離子向鐵離子的轉(zhuǎn)化，沉積在鋼鐵基體的表面，對銹蝕層的穩(wěn)定有利，從而可以快速組織銹蝕層的增長，從而降低基體的腐蝕速率；另外，在硼和硅的作用下，兩者發(fā)揮協(xié)同作用，使得硅元素在銹蝕層的內(nèi)層富集更加明顯，從而進(jìn)一步降低腐蝕速率，這主要是由于硼元素對銹蝕層中的羥基鐵氧化物的勝場具有有益作用；再者，羥基鐵氧化物由于具有雙層結(jié)構(gòu)，結(jié)晶的內(nèi)核和外層附著物，在硼和硅的作用下，可使得羥基鐵氧化物在銹蝕層表面富集，提高銹蝕層的致密性，避免進(jìn)一步發(fā)生銹蝕；