隨著陸地資源的日益枯竭,人類加快了走向海洋的步伐,跨海大橋、海底隧道、海洋石油平臺等重大工程不斷建設。然而,這些海洋工程材料所面臨的最大挑戰便是海洋環境中的腐蝕。鋼筋作為最常用的工程建筑材料之一,其耐海水腐蝕性能直接影響到混凝土結構在海洋環境中的耐久性。
目前,應用較為廣泛的耐腐蝕鋼筋有涂層鋼筋、不銹鋼筋和合金耐蝕鋼筋。某鋼鐵公司研究人員開發了低合金耐蝕鋼筋20MnSiCrV,其室溫組織為鐵素體和珠光體,屈服強度達到450MPa,抗拉強度達到650MPa,腐蝕速率低于普通螺紋鋼筋的70%。在此基礎上,進一步優化合金成分,研制出高耐蝕性合金螺紋鋼筋00Cr10MoV。本工作對研制的00Cr10MoV鋼筋的顯微組織、力學性能和耐腐蝕性能進行系統分析,并與普通螺紋鋼筋20MnSiV進行對比和討論。
試驗材料化學成分,在150kg真空感應爐中進行冶煉并模鑄成80kg的鋼錠,鋼錠經鍛造后焊接至140mm×140mm×12m方坯尾部,在生產車間最終熱軋成Φ25mm的螺紋鋼筋。分別從3根成品鋼筋上截取3段鋼筋加工成拉伸試樣,在5585型電子萬能材料試驗機上測定試樣的屈服強度、抗拉強度和伸長率等。對試樣橫截面進行金相組織觀察,并用Tukon 2100B型數字化閉環控制維氏硬度計對試樣的不同組織進行硬度測試,用島津1610型電子探針顯微分析儀(EPMA)觀察合金元素在其組織內的分布。采用鹽霧、周浸腐蝕實驗、電化學阻抗譜以及極化曲線等測試方法進一步評價其耐蝕性能。
結果表明:
(1)耐海水腐蝕00Cr10MoV鋼筋的顯微組織主要由鐵素體和貝氏體組成,屈服強度達到450MPa以上,綜合力學性能優良;
(2)在加速腐蝕實驗條件下,00Cr10MoV鋼的腐蝕速率均不足普通螺紋鋼筋20MnSiV的5%;其腐蝕產物以α-FeOOH,β-FeOOH和γ-FeOOH為主,另外還含有少量Fe3O4和微量含氯產物Na3CrCl16,Fe+3O(OH,Cl);
(3)合金元素Cr和Mo的添加,提高了00Cr10MoV鋼在3.5%NaCl中性水溶液中的自腐蝕電位和電荷轉移電阻,降低了其腐蝕電流密度,使其耐海水腐蝕性能較20MnSiV鋼有較大的提升。