耐海水腐蚀钢筋00Cr10MoV的组织结构及性能研究

  随着陆地资源的日益枯竭,人类加快了走向海洋的步伐,跨海大桥、海底隧道、海洋石油平台等重大工程不断建设。然而,这些海洋工程材料所面临的最大挑战便是海洋环境中的腐蚀。钢筋作为最常用的工程建筑材料之一,其耐海水腐蚀性能直接影响到混凝土结构在海洋环境中的耐久性。

  目前,应用较为广泛的耐腐蚀钢筋有涂层钢筋、不锈钢筋和合金耐蚀钢筋。某钢铁公司研究人员开发了低合金耐蚀钢筋20MnSiCrV,其室温组织为铁素体和珠光体,屈服强度达到450MPa,抗拉强度达到650MPa,腐蚀速率低于普通螺纹钢筋的70%。在此基础上,进一步优化合金成分,研制出高耐蚀性合金螺纹钢筋00Cr10MoV。本工作对研制的00Cr10MoV钢筋的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能进行系统分析,并与普通螺纹钢筋20MnSiV进行对比和讨论。

  试验材料化学成分,在150kg真空感应炉中进行冶炼并模铸成80kg的钢锭,钢锭经锻造后焊接至140mm×140mm×12m方坯尾部,在生产车间最终热轧成Φ25mm的螺纹钢筋。分别从3根成品钢筋上截取3段钢筋加工成拉伸试样,在5585型电子万能材料试验机上测定试样的屈服强度、抗拉强度和伸长率等。对试样横截面进行金相组织观察,并用Tukon 2100B型数字化闭环控制维氏硬度计对试样的不同组织进行硬度测试,用岛津1610型电子探针显微分析仪(EPMA)观察合金元素在其组织内的分布。采用盐雾、周浸腐蚀实验、电化学阻抗谱以及极化曲线等测试方法进一步评价其耐蚀性能。

  结果表明

  (1)耐海水腐蚀00Cr10MoV钢筋的显微组织主要由铁素体和贝氏体组成,屈服强度达到450MPa以上,综合力学性能优良;
  (2)在加速腐蚀实验条件下,00Cr10MoV钢的腐蚀速率均不足普通螺纹钢筋20MnSiV的5%;其腐蚀产物以α-FeOOH,β-FeOOH和γ-FeOOH为主,另外还含有少量Fe3O4和微量含氯产物Na3CrCl16,Fe+3O(OH,Cl);
  (3)合金元素Cr和Mo的添加,提高了00Cr10MoV钢在3.5%NaCl中性水溶液中的自腐蚀电位和电荷转移电阻,降低了其腐蚀电流密度,使其耐海水腐蚀性能较20MnSiV钢有较大的提升。