一種耐候鋼快速穩(wěn)定化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表面銹層快速穩(wěn)定化方法，特別涉及一種耐候鋼快速穩(wěn)定化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]耐候鋼是一種本體耐蝕材料，以其代替鍍鋅鋼可實(shí)現(xiàn)鋼構(gòu)件的免維護(hù)，節(jié)約鋼構(gòu)件的維護(hù)成本。
[0003]耐候鋼自出廠至表面形成穩(wěn)定保護(hù)性銹層，達(dá)到最高耐腐蝕狀態(tài)，需要較長(zhǎng)時(shí)間周期，這期間受到大氣環(huán)境變化的影響，如遇惡劣天氣，不但腐蝕速率較高，還會(huì)使永久性耐蝕性能受到一定的影響。耐候鋼在形成穩(wěn)定化銹層之前，常常出現(xiàn)早期銹液流掛與飛散污染周圍環(huán)境的現(xiàn)象，特別是在含有氯離子的海洋性大氣環(huán)境下，由于氯離子的作用，耐候鋼表面具有保護(hù)性的穩(wěn)定銹層難以生成，難以表現(xiàn)出在工業(yè)大氣環(huán)境下的抗腐蝕性。因此使用耐候鋼必須進(jìn)行表面穩(wěn)定化處理以提高其適用性。
[0004]目前主要采用涂刷穩(wěn)定性涂層的方法對(duì)耐候鋼進(jìn)行穩(wěn)定化處理。但此種方法工序復(fù)雜，且穩(wěn)定性涂層一般含有有機(jī)溶劑，影響環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種耐候鋼快速穩(wěn)定化方法。首先對(duì)耐候鋼表面進(jìn)行噴丸，接著對(duì)耐候鋼進(jìn)行高溫氧化處理，使得耐候鋼表面快速形成一層穩(wěn)定性銹層。該方法具有工序簡(jiǎn)單，環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種耐候鋼快速穩(wěn)定化方法，利用丸料快速撞擊耐候鋼表面，使表面應(yīng)力狀態(tài)由拉應(yīng)力改變?yōu)閴簯?yīng)力，同時(shí)細(xì)化晶粒；然后再對(duì)噴丸后的耐候鋼進(jìn)行高溫氧化處理，在耐候鋼表面形成穩(wěn)定銹層。
[0008]受控噴丸的實(shí)際效果有許多參數(shù)決定，比如有受噴零件的材料及機(jī)械性能，噴丸時(shí)間、彈丸材料、彈丸尺寸的大小、彈丸噴射速度等。許多參數(shù)又相互影響，對(duì)同一材料，控制不同的工藝參數(shù)而噴丸強(qiáng)度相同，殘余應(yīng)力場(chǎng)也有差別。通常，金屬材料的疲勞強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕能力不總是隨著噴丸強(qiáng)度的加大而提高，最佳的疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕能力一般出現(xiàn)在某一特定的噴丸條件下，即噴丸參數(shù)的某種組合。本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)所述的噴丸處理中，壓縮空氣壓力為0.l-2Mpa，丸料流量控制為0.5-0.7kg/min，噴丸噴頭移動(dòng)速度為3_/s-5mm/s，重復(fù)次數(shù)為1-5次時(shí)，處理的耐候鋼具有最佳的疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕能力。
[0009]所述的噴丸處理的噴丸珠采用玻璃珠、陶瓷珠或鋼珠；可以防止由于可以達(dá)到較大的殘余應(yīng)力及較深的塑形變形層，從而增加噴丸效果。采用玻璃丸還可以防止彈丸破損留下的碎小渣片給零件表面造成電化學(xué)腐蝕。
[0010]優(yōu)選的是，所述的噴丸處理的噴丸珠的目數(shù)為20目-800目。噴丸強(qiáng)度一般是通過噴丸直徑和彈丸流速來調(diào)節(jié)。大直徑的彈丸處理后的表面雖然比較粗糙，但可達(dá)到較高的噴丸強(qiáng)度，因此本發(fā)明優(yōu)選噴丸目數(shù)為20-100目。
[0011]由于噴丸后的零件表面如果不滿足粗糙度要求，將極易將對(duì)提高零件疲勞性能極為有益的殘余壓應(yīng)力層切去，因此，本發(fā)明將噴丸后的耐候鋼的表面粗糙度設(shè)為Ral.50 μ m-Ra2.5 μπι，以保證較厚殘余壓應(yīng)力層，進(jìn)而保證處理后的耐候鋼具有疲勞壽命和抗應(yīng)力腐蝕能力。
[0012]在噴丸處理后的耐候鋼進(jìn)行高溫氧化處理，在其表面形成一層氧化膜，上述氧化膜一般包含氧化亞鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵。其中，氧化亞鐵構(gòu)疏松，保護(hù)作用較弱，因此通過對(duì)氧化溫度和時(shí)間的優(yōu)選，減少氧化亞鐵的生成，提高氧化膜的耐腐蝕性。優(yōu)選的高溫氧化處理的條件為:于200°C _600°C溫度下氧化0.5h-6ho
[0013]上述的任一方法制備的表面具有穩(wěn)定銹層的耐候鋼。
[0014]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路:
[0015]耐候鋼之所以耐大氣腐蝕，是因?yàn)槠浔砻驿P層由兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，一層是致密、有保護(hù)性、黏附性強(qiáng)的內(nèi)銹層，另一層是疏松、有孔洞和裂紋、易脫落的外銹層；而碳鋼在暴露過程中，始終不能形成這種銹層結(jié)構(gòu)，其銹層疏松、有孔洞和裂紋，不能對(duì)基體起到保護(hù)作用。耐候鋼能形成此種銹層結(jié)構(gòu)主要由于其中添加了銅、鉻、鎳等合金元素，其中合金元素在其中起到的作用為:(a)加速亞鐵離子向鐵離子轉(zhuǎn)化，阻礙腐蝕產(chǎn)物的快速生長(zhǎng)；(b)增加形核點(diǎn)數(shù)N，減低形核的活化能E，形成細(xì)小的銹層顆粒，減少氧氣和水分子對(duì)銹層的滲透；(C)在基體與銹層之間富集形成中間阻擋層，起到較好的保護(hù)作用。
[0016]本發(fā)明采用噴丸+高溫氧化處理工序?qū)δ秃蜾撨M(jìn)行預(yù)處理。噴丸工藝一方面增加耐候鋼與空氣的接觸面積，提高耐候鋼表面銹層形成速度，另一方面達(dá)到細(xì)化晶粒的作用，能夠降低耐候鋼表面形核的活化能，促進(jìn)耐候鋼表面形成細(xì)小銹層顆粒，促進(jìn)耐候鋼表面形成致密穩(wěn)定的銹層，減少氧氣和水分子等腐蝕介質(zhì)對(duì)銹層的滲透。后續(xù)的高溫氧化處理工藝能夠促進(jìn)合金元素向耐候鋼表面的富集，在耐候鋼表面形成致密氧化膜，加速在耐候鋼表面形成致密銹層，阻止腐蝕介質(zhì)的侵入而提高其耐蝕性能。
[0017]本發(fā)明中噴丸處理工藝可采用拋丸、噴砂工藝替代，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際條件對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0018]本發(fā)明專利的有益效果是:提供了一種耐候鋼快速穩(wěn)定化處理工藝，使得耐候鋼表面迅速形成一層穩(wěn)定性銹層，迅速達(dá)到最高耐蝕狀態(tài)。該方法工序簡(jiǎn)單，成本較低，環(huán)境友好，避免了常用的涂裝表面穩(wěn)定化涂層方法進(jìn)行耐候鋼快速穩(wěn)定化對(duì)環(huán)境的污染。
【附圖說明】
[0019]圖1采用噴丸+高溫氧化處理的耐候鋼前后表面狀態(tài)，其中不處理試樣為深灰色，噴丸試樣為銀灰色，噴丸+250°C高溫氧化處理3h試樣為藍(lán)紫色，噴丸+300°C高溫氧化處理3h試樣為淺棕黃色，噴丸+400°C高溫氧化處理3h試樣為淺灰色。
[0020](a)不處理試樣、(b)噴丸試樣、(C)噴丸+250°C高溫氧化處理3h試樣、(d)噴丸+300 °C高溫氧化處理3h試樣、(e)噴丸+400 °C高溫氧化處理3h試樣
[0021]圖2未處理耐候鋼試樣和噴丸+250°C高溫氧化處理3h耐候鋼試樣干濕循環(huán)試驗(yàn)中腐蝕增重情況
[0022]圖3未處理耐候鋼試樣和噴丸+400°C高溫氧化處理3h耐候鋼試樣干濕循環(huán)試驗(yàn)中腐蝕增重情況
[0023]圖4干濕循環(huán)35天后各耐候鋼試樣微觀形貌(1000倍下放大):(a)不處理試樣、(b)噴丸處理試樣、(c)噴丸+300°C高溫氧化處理3h試樣、(d)噴丸+400°C高溫氧化處理3h試樣
[0024]具體的實(shí)施方式
[0025]實(shí)施例1
[0026]對(duì)耐候鋼進(jìn)行噴丸，噴丸參數(shù)為:氣壓0.5Mpa、60目玻璃丸，重復(fù)次數(shù)2次，獲得的表面粗糙度為Ral.80 μ m-Ra2.1 μ m，對(duì)上述工藝處理過的耐候鋼250°C高溫氧化3h。對(duì)經(jīng)上述工藝快速穩(wěn)定化處理的耐候鋼試樣進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)參數(shù)為:干燥lh，溫度400C，光照200W/m2;濕潤(rùn)3h，溫度40°C，濕度90%。每5天為一個(gè)周期，共進(jìn)行7個(gè)周期。附圖2給出了經(jīng)上述工藝快速穩(wěn)定化處理前后耐候鋼的腐蝕增重曲線?？梢钥闯鰢娡?250°C高溫氧化3h處理的耐候鋼試樣腐蝕增重小于未處理的耐候鋼試樣，說明噴丸+250°C高溫氧化3h處理促進(jìn)了耐候鋼表面穩(wěn)定性銹層快速形成，提高了耐候鋼的耐蝕性。
[0027]實(shí)施例2
[0028]對(duì)耐候鋼進(jìn)行噴丸，噴丸參數(shù)為:氣壓0.5Mpa、60目玻璃丸，重復(fù)次數(shù)2次，獲得的表面粗糙度為Ral.80 μ m-Ra2.1 μ m，對(duì)上述工藝處理過的耐候鋼400°C高溫氧化3h。對(duì)經(jīng)上述工藝快速穩(wěn)定化處理的耐候鋼試樣進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)參數(shù)為:干燥lh，溫度400C，光照200W/m2;濕潤(rùn)3h，溫度40°C，濕度90%。每5天為一個(gè)周期，共進(jìn)行7個(gè)周期。附圖3給出了經(jīng)上述工藝快速穩(wěn)定化處理前后耐候鋼的腐蝕增重曲線。可以看出噴丸+400°C高溫氧化3h處理的耐候鋼試樣腐蝕增重小于未處理的耐候鋼試樣，說明噴丸+400°C高溫氧化3h處理促進(jìn)了耐候鋼表面穩(wěn)定性銹層快速形成，提高了耐候鋼的耐蝕性。
[0029]圖4給出了經(jīng)上述工藝快速穩(wěn)定化處理的耐候鋼試樣干濕循環(huán)35天后的微觀形貌圖，從圖4中可以看出，噴丸試樣和不處理試樣的晶體相貌呈平鋪排列狀，粗大枝晶交叉排列，晶枝呈粗大片狀，此種平鋪排列晶體形貌導(dǎo)致其銹層附著力較差，枝晶粗大導(dǎo)致銹層孔洞較大，致密性較差。其中噴丸試樣晶粒尺寸最大，不處理試樣晶粒尺寸略小于噴丸試樣。噴丸+300°C高溫氧化3h試樣和噴丸+400°C高溫氧化3h試樣晶粒尺寸細(xì)小，晶粒呈尖銳針狀，晶體形貌呈團(tuán)狀，每個(gè)晶體團(tuán)緊密結(jié)合，該種銹層微觀結(jié)構(gòu)決定著銹層具有良好的致密性和附著力。
[0030]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種耐候鋼快速穩(wěn)定化方法，其特征在于，用丸料對(duì)耐候鋼表面進(jìn)行快速撞擊，使其表面應(yīng)力狀態(tài)由拉應(yīng)力改變?yōu)閴簯?yīng)力，同時(shí)細(xì)化晶粒；再將處理后的耐候鋼進(jìn)行高溫氧化，在耐候鋼表面形成銹層。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述用丸料對(duì)耐候鋼表面進(jìn)行快速撞擊處理的方法為噴丸處理。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的噴丸處理中，壓縮空氣壓力為0.l-2Mpa，丸料流量控制為0.5-0.7kg/min，噴頭移動(dòng)速度為3-5mm/s，重復(fù)次數(shù)為1_5次。4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的噴丸處理的噴丸珠為玻璃珠、陶瓷珠或鋼珠。5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的噴丸處理的噴丸珠的目數(shù)為20-800目。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐候鋼表面經(jīng)丸料快速撞擊后，耐候鋼的表面粗糙度為Ral.50 μ m_Ra2.5 μ m。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高溫氧化條件為:于200°C-600°C溫度下氧化0.5h-6ho8.如權(quán)利要求1-7任一所述的方法制備的表面具有穩(wěn)定銹層的耐候鋼。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐候鋼快速穩(wěn)定化方法。采用噴丸+高溫氧化處理對(duì)耐候鋼進(jìn)行預(yù)處理，促進(jìn)了耐候鋼表面穩(wěn)定性銹層的形成。該方法工序簡(jiǎn)單，成本較低，環(huán)境友好，避免了常用的涂裝表面穩(wěn)定化涂層方法進(jìn)行耐候鋼快速穩(wěn)定化對(duì)環(huán)境的污染。
【IPC分類】C23C8/10, C21D7/06
【公開號(hào)】CN105112623
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510405888
【發(fā)明人】曹建梅, 李辛庚, 王學(xué)剛, 郭凱, 閆風(fēng)潔, 王曉明, 樊志彬, 岳增武, 劉爽, 張紀(jì)偉, 楊欣雨
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月10日