20MnSi螺纹钢耐腐蚀性能研究

天 津 理 工 大 学本科毕业论文任务书题目： 20MnSi 螺纹钢耐蚀性能研究学生姓名 届 学院（系）材料科学与工程 专业 材料科学与工程 指导教师 职称 副教授 下达任务日期 2012.11.21 天津理工大学教务处制一、毕业论文内容及要求毕业论文内容：1、20MnSi 试样切割成 8mm2cm 的试样。进行金相组织观察。2、研究试样在不同浸渍液中进行淬火处理。3、对淬火后的试样研究试样表面成分。4、采用电化学测试手段对淬火后试样进行耐蚀性能测试。采用大气腐蚀实验测试试样的腐蚀速度。毕业论文要求：1、查阅相关内容文献 20 篇以上，其中英文文献 10 篇以上，完成 4000 字调研报告。2、完成与论文内容相关的 3500 字翻译 1 篇。3、按时按要求保质保量的完成试验。规范地书写 15000 字毕业设计一篇。20MnSi 螺纹钢耐腐蚀性能研究摘 要锈蚀的钢筋外观，极大影响了企业的声誉、市场形象和产品的销路，给企业的发展带来一定的负面影响。针对该问题拟采用金相观察，XRD 测试方法，电化学测试方法，交流阻抗测试方法，极化曲线测试方法，大气腐蚀测试方法研究钢筋表面耐蚀性，延缓钢筋的锈蚀。该技术工艺简单，不用调整生产流程，在保证生产连续性的前提下，提高钢筋表面的耐蚀性，应用性广泛，可提高企业的产品质量和市场竞争力 【1】 。采用金相观察参比标准图谱,可以看出金相组织对螺纹钢的性能有很大的影响。XRD 测试方法对试样 的表面进行成分分析。 电化学测试方法在模拟雨水介质中 20MnSi 的耐腐蚀性能研究。交流阻抗测试方法求解物理模型中各个参数，从而估算有关的动力学参数。利用失重法测量大气腐蚀速率，从而得知螺纹钢在室温下如何储存和运输。极化曲线测试可用实验的方法测得，分析研究极化曲线，解释金属腐蚀的基本规律、揭示金属腐蚀机理和探讨控制腐蚀途径通过以上实验方法可以得知无论在 20MnSi 膜层表面形貌还是其成份组成，都能影响 20MnSi 螺纹钢的耐蚀性。从中可以知道如何提高螺纹钢的耐腐蚀性 。关键词：金相观察 XRD测试 电化学 测试 交流阻抗测试 极化曲线测试 螺纹钢 大气腐蚀Study on the corrosion resistance of 20MnSi steelABSTRACTThe corroded steel bar appearance, greatly affected the reputation of the enterprise, market image and product sales, brought some negative effects to the development of enterprises. Aiming at this problem, the metallographic observation, XRD test, electrochemical test methods, test methods of impedance, polarization curve test method, test method of atmospheric corrosion of rebar corrosion resistance, delay the corrosion of the reinforcing bar. The technique is simple, do not need toadjust the production process, in the precondition of ensuring the continuity of production, improve the corrosion resistance of steel surface, a wide range of applications, can improve the product quality and market competitiveness. Metallographic observation reference standard map, we can see a large effect on the performance of microstructure of steel. Composition analysis of surface XRD test methods of specimen. The electrochemical test method in the study of the corrosion resistance of 20MnSi rainwater medium simulation. Each parameter test method of AC impedance for solving the physical model, in order to estimate the kinetic parameters related to the. By using weight loss measurements of atmospheric corrosion rate, thus learned how to screw steel at room temperature storage and transportation.Methods of polarization curve test available test, analysis and Study on the polarization curve, explain the basic rules of metal corrosion, reveal the metal corrosion mechanism and corrosion control way ofThrough the above experimental method can be learned that regardless of the 20MnSi film surface morphology and composition, can affect the corrosion resistance of 20MnSi steel. From which we can know how to improve the rebar corrosion resistance.Key Words： metallographic observation XRD test The electrochemical test AC impedance test Polarization curve test deformed steel bars atmosphere corrosion目 录第一章 绪论 .11.1 螺纹钢的 历史 .11.2 螺纹钢的优缺点 .11.3 螺纹钢的应用现状 .21.4 课题的选题意义 .21.5 课题的研究内容 .3第二章 基础理论 .42.1 螺纹钢的基础知识 .42.1.1 螺纹钢的力学性能基础知识 .42.1.2 螺纹钢的耐腐蚀性能基础知识 .42.2 螺纹钢的大气腐蚀速度测定 .52.3 螺纹钢的测试手段的基本原理 .52.3.1XRD 测试的基本原理 .52.3.2 电化学测试的基本原理 .6第三章 实验条件与方法 .83.1 实验设备和辅助材料 .83.2 实验过程 .83.2.1 金相试样制备 .83.2.2XRD 的实验过程 .83.2.3 大气腐蚀的实验过程 .83.2.4 在模拟雨水介质中 20MnSi 的耐腐蚀实验过程 .8第四章 实验结果与讨论 .104.1 金相组织 .104.2 XRD 的实验结果与讨论 .114.3 大气腐蚀的实验结果与讨论 .134.4 模拟雨水电化学的实验结果与讨论 .154.4.1 交流阻抗图 .154.4.2 极化曲线图 .16第五章 实验结论 .19参考文献 .20谢 辞 .211第一章 绪论1.1 螺纹钢的历史20 世纪 50 年代我国钢产量很低，生产的钢筋品种有限，国有钢铁企业也只能生产 3 号光圆钢筋（I 级钢筋）和 5 号螺纹钢筋，屈服强度标准值分别为 235、275MPa；20 世纪六七十年代开始研制 16MnSi（后改为 20MnSi，也称 II 级钢筋）和 25MnSi（也称 III 级钢筋）2种低合金带肋钢筋，实际上研制成功并大量生产的是 20MnSi 钢筋，而 25MnSi 钢筋产量有限，两者屈服强度标准值分别为 335、375MPa；同时研制并投入生产的还有 44Mn2Si 等带肋钢筋（也称 IV 级钢筋） ，主要用于经热处理或冷拉后的预应力钢筋 【2】 。20 世纪五六十年代，我国正处于国民经济建设的高潮，钢筋供需矛盾较为突出，为发展冷加工生产，通过对低强度钢筋的冷轧、冷拔、冷据或冷拉等冷加工手段，使钢筋冷作硬化，在牺牲原钢筋塑性的条件下，获得较高的屈服强度。冷加工钢筋主要采用细直径盘条生产冷拔钢丝，其既用作预应力混凝土中、小型构件中的预应力钢筋，也部分用作某些钢筋混凝土构件中的受力钢筋和构造钢筋；另外，通过冷挟后的粗带肋钢筋，用作大、中型预应力混凝土构件中的预应力钢筋，部分用作钢筋混凝土构件中的配筋。20 世纪八九十年代，小规格钢筋产量和规格不能满足工程建设需求，国内中小型企业针对这一形势，开始引进或自制冷轧带肋钢筋设备，轧机数量和产量达到了相当规模。此外，还生产了小规格、断面为矩形的冷轧扭钢筋用作钢筋混凝土楼板中的配筋，填补了原来热轧带肋钢筋没有小规格的空缺，为工程建设所需钢筋规格的配套起到了辅助作用。此外，在20 世纪七八十年代所用的预应力钢筋，除为上述的冷拉钢筋、冷拔钢丝外，在大型工程结构中还采用了钢丝、钢绞线，其抗拉强度标准值不超过 1670MPa。20 世纪 80 年代开始研制，90 年代正式投入生产的新一代热轧带肋钢筋有 2 种：一种是以微合金元素（V、Ti、Nb）为基础的 HRB400 钢筋，另一种是采用余热处理工艺生产的RRB400（KL400)钢筋（包括按英国 BS 标准生产的钢筋） ，使我国钢筋在化学成分上进行了更新换代；余热处理钢筋既可用于出口，也可为国内工程选用 【3】 。在同一时期，引进了相当数量的低松弛高强度钢绞线生产线，使这种高质量的预应力钢筋在公路、房屋、铁路及其他工程领域获得了广泛应用，推动了预应力混凝土结构的发展。从我国的钢筋发展史可以看出，我国钢筋的生产水平不断提高，普通钢筋从低碳钢、低合金钢向微合金钢发展；预应力钢筋从强度偏低、松弛较大向高强度、低松弛的钢绞线、钢丝发展；同时，冷加工钢筋的发展趋向是：冷拔钢丝、冷拉钢筋从广泛采用到被淘汰出局，而作为细直径的冷轧钢筋和冷轧扭钢筋，仍将是普通钢筋的一种补充，它们的存在与发展，取决于其产品质量、价格和售后服务，它们将通过市场机制与细直径的热轧带肋钢筋进行竞争 【4】 。1.2 螺纹钢的优缺点建材选择 20MnSi 螺纹钢有许多优点，高强度 20MnSi 纹钢筋更是广泛应用于大型水利工程、工业和民用建筑中的连续梁和大型框架结构，公路、铁路大中跨桥梁、核电站及地锚等工程。 建材选择 20MnSi 螺纹钢，主要有以下优点：经济：由于强度高，使用新级螺纹钢筋可比级螺纹钢筋节省钢材 10-15%，因此可降低建筑工程的建设成本；强度高、韧性好：采用微合金化处理，屈服点在 400Mpa 以上，抗拉强度 570Mpa 以上，分别比级螺纹钢筋提高 20%；抗震：含钒钢筋具有较高的抗弯度、时效性能，较高的低周疲劳性能，其抗震性能明显优于级螺纹钢筋；施工方便：采用新级螺纹钢筋增大了施工间隙，为施工方便及施2工质量提供了保证 【5】 。易焊接：由于碳含量0.54%，焊接性能好，适应各种焊接方法，工艺简单方便。 高强度 20MnSi 螺纹钢筋是在整根钢筋上轧有外螺纹的大直径、高强度、高尺寸精度的直条钢筋。该钢筋在任意截面处都拧上带有内螺纹的连接器进行连接或拧上带螺纹的螺帽进行锚固 【6】 。 高强度 20MnSi 螺纹钢筋广泛应用于大型水利工程、工业和民用建筑中的连续梁和大型框架结构，公路、铁路大中跨桥梁、核电站及地锚等工程。它具有连接、锚固简便，粘着力强，张拉锚固安全可靠，施工方便等优点，而且节约钢筋，减少构件面积和重量。提高抗震.抗裂性能。20MnSi 螺纹钢也有一些缺点，比如：淬透性低，回火抗力差，强度较低，无特殊性能，耐腐蚀性能和抗高温氧化性能偏差。1.3 螺纹钢的应用现状螺纹钢广泛用于房屋、桥梁、道路等土建工程建设。大从高速公路、铁路、桥梁、涵洞、隧道、防洪、水坝等公用设施，小到房屋建筑的基础、梁、柱、墙、板，螺纹钢都是不可或缺的结构材料。随着我国城镇化程度的不断深入，基础设施建设、房地产的蓬勃发展对螺纹钢的需求强烈。钢筋混凝土结构仍然是当前及未来相当长时期内我国建筑的主要结构形式。因此，可以预期螺纹钢需求量和产量仍将保持较高水平 【7】 。据统计，我国建筑业用钢量约占钢材消耗总量的50%左右。建筑业作为资源消耗量较大行业之一，要实现可持续发展，就必须调整建筑材料消耗结构，大力应用高强钢筋和高性能混凝土，走节约型发展道路。如果能够将目前使用的钢筋和混凝土提高一个强度等级，则可以给社会带来巨大节约。根据测算，如果能够按照规范的要求，将钢筋混凝土的主导受力钢筋强度提高到400-500N/mm2，则可以在目前用钢量的水平上节约10%左右。目前,控轧控冷新工艺不仅在钢材奥氏体形变结晶、强韧化机制、控轧控冷钢的组织及使用性能方面进行了大量研究工作,而且在工业性实验和生产上应用也取得了很大进展。控轧控冷工艺已广泛应用于中厚板、热轧板卷、棒线材、型铸及管铸的生产并开发出新钢种,获明显经济效益,但控轧控冷理论与实践,比如控轧对 20MnSi 组织性能影响及控冷工艺在不同设备工艺条件下的工业性试验和在生产上应用和效果的研究尚有很多工作要做 8。中国科学院金属研究所科研人员研发了 1 种化学冷却工艺,优化了能够改善水冷螺纹钢表面氧化皮组成和处理液的结构化学配方,能显著提高热轧螺纹钢耐蚀性能。一系列的大气腐蚀评价试验均表明，该化学冷却螺纹钢的耐蚀性能明显好于水冷螺纹钢 9。1.4 课题的选题意义20MnSi 螺纹钢筋是我国目前工程建材中的一种常用材料,广泛地应用于工业与民用建筑,其性能好坏直接影响到工程混凝土的质量。20MnSi 的性能主要取决于 C、Mn、Si 的含量.当C、Si、Mn 含量过高时,金相组织中珠光体的含量就会增加,则材料强度增高的同时将导致脆性 增大 ,显著降低塑性和韧性.钢中的夹杂物主要由钢中的氧和脱氧产物的各类氧化物、硫化物夹杂和一些复合夹杂物如硅酸盐、锰酸盐类