一種耐氯離子腐蝕的不銹鋼鋼筋的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于耐蝕材料領域，涉及一種耐氯離子腐蝕的不銹鋼鋼筋的制備方法。
[0002] 發明背景
[0003] 通常情況下普通鋼筋在混凝土中具有較好的耐蝕性，這是因為鋼筋在高堿性環境 中會形成致密的鈍化膜，這層致密的鈍化膜會阻止腐蝕的發生和發展。但一旦混凝土中的 氯離子濃度超過某個臨界值時，則這層鈍化膜穩定性會急劇下降甚至被擊穿，最終將導致 鋼筋發生明顯腐蝕，腐蝕產物的膨脹作用則加速鋼筋混凝土結構的失效。
[0004] 隨著人類對海洋資源的開發，在海洋環境服役的鋼筋混凝土設施處于高濃度的氯 離子環境，因此導致的鋼筋銹蝕誘發的結構耐久性急劇下降問題日益嚴峻。在一些大量使 用氯鹽融雪劑的寒冷地區也面臨同樣的難題。
[0005] 目前，國內外對提高鋼筋耐氯離子侵蝕的防護技術主要包括兩大類：
[0006] ⑴表面涂鍍層鋼筋。
[0007] 表面涂鍍層鋼筋是通過物理手段隔斷腐蝕介質和鋼筋基體的通道，從而達到提高 耐蝕性的目的，主要類型有環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，如：無法徹底避免施工過 程中造成涂鍍層的破損現象、環氧涂層鋼筋會降低混凝土和鋼筋的握裹力、熱浸鍍鋅鋼筋 則由于鋅的腐蝕產物體積膨脹會破壞混凝土等。
[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，基體耐蝕鋼筋不會出現表面涂鍍層鋼筋固有存在的問題，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的一個研究熱點，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勢，然而至今鮮有成功應用報道。這是因為添加少量耐蝕合金元素對 提高鋼筋耐蝕能力是有限的，仍然很難滿足鋼筋混凝土在高氯環境的長期安全服役要求。 不銹鋼耐蝕鋼筋，特別是雙相不銹鋼鋼筋，具有優異的耐高氯環境腐蝕性能，在世界上大部 分海洋環境安全服役的預測壽命超過百年，然而其高昂的制造成本制約了其大規模應用。
[0011] 因此，發明一種耐氯離子腐蝕性能達到甚至超過現有不銹鋼鋼筋，而制造成本相 對低廉的鋼筋產品具有極大的應用前景。本發明通過對一種預制鋼筋原胚實施熱擴散技 術，從而在鋼筋表面形成一層化學成分滿足不銹鋼要求且耐蝕性能優異的不銹鋼表面層。

【發明內容】

[0012] 本發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，經該方法制備 的不銹鋼鋼筋具有很高的抗劃傷能力和優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，對待處理的鋼筋原胚表面進行除油、除銹、水洗和干燥處理，對 于表面只有輕微銹蝕的鋼筋原胚也可直接進行噴砂或噴丸處理。鋼筋原胚化學成分質量百 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；
[0016] (b)熱擴散：將鋼筋原胚置于含鉻的環境中，在一定溫度下保溫一定時間，使得環 境中的鉻能擴散到鋼筋原胚表面形成含鉻的擴散層，擴散層中Cr重量含量超過12%的區 域即滿足不銹鋼的基本成分要求，該區域為本發明所述的有效擴散層。該擴散層中鉻含量 超過12 %的有效擴散層厚度超過10ym。
[0017] (c)對經熱擴散處理后的鋼筋進行冷卻處理；
[0018] 熱擴散處理完成后，等熱擴散處理容器隨熱擴散處理爐冷卻到100°C以下，將熱擴 散處理容器從所述熱擴散處理爐中取出，繼續空冷至室溫，將鋼筋從熱擴散粉劑中分離出 來。
[0019] 其中步驟（b)所述的熱擴散是將經過表面處理的鋼筋原胚和熱擴散粉劑裝入熱 擴散容器，其中鋼筋原胚和熱擴散劑的體積總和不能超過熱擴散容器容積的95 %，前述熱 擴散粉劑由重量比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散處理劑的熱擴散容器放置 在加熱爐中升溫，升溫速度控制在每分鐘4-6°C，當溫度達到800-950°C時，保持溫度恒定 2. 0-4. 0小時，然后停止加熱。其中升溫和保溫過程中可以采用5-20轉/分鐘的轉速旋轉 熱擴散容器，以便熱處理容器內的鋼筋受熱均勻，同時增加熱擴散粉劑和鋼筋的碰撞幾率。
[0020] 本發明鋼筋原胚成分分析如下：
[0021] C的作用是提高鋼筋的強度，碳含量越高，則鋼筋的強度和硬度越高；但是過高的 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原子向基體的擴散，從而降低不銹鋼層的厚度。因此，本發明中C 含量控制在：0. 01-0. 08wt%，且越低越好。
[0022] Mn是強化元素，能顯著提高鋼筋的強度，錳含量越高，則鋼筋的強度越高； 但是過高的錳含量會降低鋼筋的塑性和耐點蝕性。因此，本發明中Mn含量控制在： 0. 10-0. 50wt%。
[0023] P雖然能提高耐蝕性，但容易導致鋼發生偏析降低力學性能，本發明中P含量控制 在0. 04wt%以內。
[0024] 鋼中的S容易導致乳制過程產生裂紋，同時還可能產生MnS夾雜，本發明中S含量 控制在0. 03wt%以內。
[0025] Si是強化元素，能通過固溶強化提高鋼筋的強度，同時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，但硅含量過高，則會降低鋼筋的塑性，因此本發 明中Si含量控制在：0? 2-0. 6wt %。
[0026]本發明中Cr的作用至少有3點：（1)作為鐵素體的主要形成元素，Cr能極大提高 鉻原子的熱擴散速率；（2)熱擴散過程中Cr元素能擬制基體芯部的C元素向外層擴散，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物，該銹蝕產物堆積在破損處，可 阻止破損處銹蝕的進一步擴展。Cr含量越高，鋼筋原胚的耐蝕性越高，且鉻原子的熱擴散速 率越快；但過高的含量導致成本上升。本發明中Cr含量控制在：2. 0-8. Owt %。
[0027] Mo能提高鋼筋的耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能，并能促進鉻形成致密氧化物。一般以 耐點蝕指數（PREN)來評價不銹鋼的耐點蝕性能，其數學表達式為PREN = % Cr+3. 3X % Mo,PREN值越高，耐蝕性越優異。因此，Mo含量越高鋼筋耐點蝕能力越強，但Mo含量增高將 導致生產成本增加。本發明中Mo含量控制在：1. 50-2. 50wt%。