【正文】 目前 ,控軋控冷新工藝不僅在鋼材奧氏體形變結(jié)晶、強(qiáng)韌化機(jī)制、控軋控冷鋼的組織及使用性能方面進(jìn)行了大量研究工作 ,而且在工業(yè)性實(shí) 驗(yàn)和生產(chǎn)上應(yīng)用也取得了很大進(jìn)展。 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所科研人員研發(fā)了 1 種化學(xué)冷卻工藝 ,優(yōu)化了能夠改善水冷螺紋鋼表面氧化皮組成和處理液的結(jié)構(gòu)化學(xué)配方 ,能顯著提高熱軋螺紋鋼耐蝕性能。 課題的選題意義 20MnSi螺紋鋼筋是我國(guó)目前工程建材中的一種常用材料 ,廣泛地應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑 ,其性能好壞直接影響到工程混凝土的質(zhì)量。近幾年來，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，螺紋鋼年產(chǎn)量都是保持以 %以上的速度增長(zhǎng)，近年來，鋼筋鋼材的進(jìn)口量很小，鋼筋鋼材的出口量相對(duì)比較大，且逐年快速上升，但是，凈出口量占鋼筋產(chǎn)量比例很低。常溫防銹劑已經(jīng)有一定的發(fā)展，但常溫防銹劑仍有 不盡人意的地方，它主要是在常溫下對(duì)成品鋼材進(jìn)行處理，不能完全滿足各種情況下的材料表面防銹要求，仍有許多場(chǎng)合需要天津理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文 ` 3用益防銹工藝來達(dá)到防腐蝕的目的。本課題針對(duì)螺紋鋼穿水冷卻后極易生銹這一難題，結(jié)合螺紋鋼生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀，采用模擬雨水電化實(shí)驗(yàn)過程、金相試樣的實(shí)驗(yàn)過程、 XRD的實(shí)驗(yàn)過程和大氣腐蝕的實(shí)驗(yàn)過程，對(duì) 20MnSi 螺紋鋼的力學(xué)性能和耐蝕性進(jìn)行了研究，滿足市場(chǎng)的需求，提高螺紋鋼的生產(chǎn)質(zhì)量。進(jìn)行金相組織觀察 研究試樣在不同浸漬液中進(jìn)行淬火處理。 采用電化學(xué)測(cè)試手段對(duì)淬火后試樣進(jìn)行耐蝕性能測(cè)試。 采用重量變化實(shí)驗(yàn)測(cè)試常溫條件下的耐大氣腐蝕性能。 抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度極限）：試樣拉伸時(shí)，在拉斷前所承受的最大負(fù)荷除以原橫截面積所得的應(yīng)力成為抗拉強(qiáng)度，他表示螺紋鋼在拉力作用下，抵抗破壞的最大能力。下面我們來說一下影響螺紋鋼筋性能的因素 化學(xué)成分： 碳：提高鋼的含碳量，可提高鋼的強(qiáng)度性能，但使鋼焊接性能、冷彎性能變差。 硫：硫?qū)︿摰慕^大部分性能起有害作用。 錳：錳能顯著提高鋼的強(qiáng)度極限，但使鋼的延伸率降低，含量過高，焊接性能變差。 氮：氮會(huì)是鋼的大部分性能變差。 螺紋鋼的耐腐蝕性能基礎(chǔ)知識(shí) 20MnSi 螺紋鋼是一種通常在大氣、水蒸汽和淡水等腐蝕性較弱的介質(zhì)中耐腐蝕性能較低的合金鋼鋼種。添加其它如鎳或鉬等元素能提高抗腐蝕性、強(qiáng)度和耐溫性。 （ 2）錳（ Mn）錳 可以提高鋼的常溫強(qiáng)度、硬度及耐磨性，含量高時(shí)，焊接應(yīng)力增加。 （ 3）鉬（ Mo）和鉻（ Cr）鉬和鉻都能提高鋼的強(qiáng)度。并能提高抗腐蝕性。鉬對(duì)提高鋼的持久強(qiáng)高度有明顯作用。 （ 5）鈦（ Ti）鈦可提高鋼的持久強(qiáng)度，在抵合金鋼中，還 可改善鋼的焊接性能。 （ 7）硅（ Si）硅能提高鋼的強(qiáng)度、耐磨性及抗氧化能力。 （ 8）鈮（ Nb）鈮與鈦的作用相同，可提高鋼有熱強(qiáng)性。在耐熱鋼中可提高鋼的熱強(qiáng)性及持久塑 （ 10）鎳（ Ni）鎳的主要作用是使鋼獲得奧氏組織，從而提高鋼的抗蠕變能力。通常情況下，螺紋 鋼內(nèi)含有大量的鐵原子、雜質(zhì)原子和自由電子。因?yàn)殍F原子端電壓較高，所以會(huì)吸引雜質(zhì)原子的自由電子（正極吸引負(fù)極） 一旦螺紋鋼上有水，則自由電子會(huì)從雜質(zhì)原子（－）端通過水氣侵蝕鐵板的鐵原子（＋） 【 11】 。螺紋鋼的致命弱點(diǎn)就是儲(chǔ)存于運(yùn)輸過程中生銹，本課題主要是針對(duì)螺紋鋼的耐腐蝕性進(jìn)行研究與探討。 對(duì)于均勻腐蝕，根據(jù)腐蝕產(chǎn)物容易除去或完全牢固的附著在試樣表面的情況，可分別采用單位時(shí)間、單位面積上金屬腐蝕后的重量損失或重量增加來表示腐蝕速度： K=W0W/ () 式中： K—— 腐蝕速度，克 /米 （ K 為負(fù)值時(shí)為增重腐蝕產(chǎn)物未清除） S—— 試樣面積， 米 2 t —— 試驗(yàn)時(shí)間，天 W0—— 試驗(yàn)前試樣的重量，克 W—— 試驗(yàn)后試樣的重量，克（清除腐蝕產(chǎn)物后） 螺紋鋼的測(cè)試手段的基本原理 測(cè)試的基本原理 X射線衍射原理 特征 X 射線及其衍射 X 射線是一種波長(zhǎng)很短的電磁波，能穿透一點(diǎn)厚度的物質(zhì)，并能使熒光物質(zhì)發(fā)光、照相乳膠感光、氣體電離。考慮到 X 射線的波長(zhǎng)和晶體內(nèi)部原子間的距離（ 108cm）相近， 1912年德國(guó)物理學(xué)家勞厄（ Laue）提出一個(gè)重要的科學(xué)預(yù)見：晶體可以作為 X 射線的空間衍射光柵，即當(dāng)一束 X 射線通過晶體時(shí)將發(fā)生衍射，衍射波疊加的結(jié)果使射線的強(qiáng)度在某些方向上加強(qiáng)，在其他方向上減弱 【 12】 。這一預(yù)見隨即為實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證。式中λ為 X射線的波 長(zhǎng)， n為任何正整數(shù)。布拉格定律簡(jiǎn)潔直觀地表達(dá)了衍射所必須滿足的條件。這便是 X 射線結(jié)構(gòu)分析中的粉末法或德拜 謝樂（ DebyeScherrer）法的理論基礎(chǔ)知識(shí)。如果利用結(jié)構(gòu)已知的晶體， 則在測(cè)定出眼射線的方向θ后，便可計(jì)算出 X 射線的波長(zhǎng)，從而判定產(chǎn)生特征 X 射線的元素。 X 射線是 原子 內(nèi)層電子在高速運(yùn)動(dòng)電子的轟擊下躍遷而產(chǎn)生的光輻射，主要有連續(xù) X 射線和特征 X射線兩種。由于大量原子散射波 的疊加，互相干涉而產(chǎn)生最大強(qiáng)度的光束稱為 X 射線的衍射線。 布拉格衍射示意圖 電化學(xué)測(cè)試的基本原理 電化學(xué)測(cè)試是以電流電勢(shì)的測(cè)試為基礎(chǔ)的，一個(gè)基本的電化學(xué)測(cè)試體系由電解池和測(cè)試儀器組成，最常見的電解池體系為三電極電解池，最常用的測(cè)試儀器就是恒電勢(shì)儀，一般的伏安測(cè)試，恒電勢(shì)儀以參比電極的電勢(shì)為參照，控制工作電極的電勢(shì)，在不同的電勢(shì)下測(cè)得流過電極 表面的電流值。處理和選擇工作電極時(shí)應(yīng)消除影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不良因素，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果真正可以重視地反映出所關(guān)心反應(yīng)的作用。唯一要求是不應(yīng)因自身的形狀、材料和反應(yīng)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。參比電極是一個(gè)良好的可逆體系，即使流過少量的電流，電極電勢(shì)也保持不變。交流阻抗法是一個(gè)頻率域的動(dòng)態(tài)分析方法。由于該方法在一個(gè)很寬的頻率范圍內(nèi)對(duì)電極系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，因而可以在不同的頻率范圍內(nèi)分別得到溶液電阻、雙電層電容及電化學(xué)反應(yīng)電阻的有關(guān)信息 【 15】 。 因此，測(cè)量電極系統(tǒng)的交流阻抗 ，一般來說有兩個(gè)目的。另一個(gè)目的是在確定了物理模型或等效電路之后，根據(jù)測(cè)得的阻抗譜，求解物理模型中各個(gè)參數(shù)，從而估算有關(guān)的動(dòng)天津理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文 ` 7力學(xué)參數(shù)。它的測(cè)量和研究是電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的重要內(nèi)容，其結(jié)果也是電化學(xué)生產(chǎn)過程控制的重要依據(jù)。前者是先控制恒定的電流（或電壓），待響應(yīng)電壓（或電流 ）恒定之后測(cè)量的，可獲得穩(wěn)態(tài)極化曲線。 極化曲線可用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得，分析研究極化曲線，是解釋金屬腐蝕的基本規(guī)律、揭示金屬腐蝕機(jī)理和探討控制腐蝕途徑的基本方法之一。 ：試樣切割機(jī)，氮?dú)獗Ｗo(hù)真空爐， X射線衍射儀； 橡皮泥，坩堝。 4. 模擬雨水電化學(xué)實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備及輔助材料分別是：試樣切割機(jī)，氮?dú)獗Ｗo(hù)真空爐，電化學(xué)工作站；電解池，吹風(fēng)機(jī)及相關(guān)化學(xué)藥品。之后取出試樣進(jìn)行空冷。 的實(shí)驗(yàn)過程 對(duì)試樣的表面進(jìn)行成分分析。測(cè)試采取掠射方式，掠射角為 2176。掃描范圍 10176。 。之后各取出一塊試樣分別進(jìn)行空冷和在不同條件下進(jìn)行淬火。取出試樣放入托盤中標(biāo)記后，放到室外進(jìn)行大氣腐蝕，周期為一個(gè)月，一個(gè)月過后，取出 七組試樣，再次用萬(wàn)分之一天平進(jìn)行測(cè)量，并記錄數(shù)據(jù)。 在模擬雨水介質(zhì)中 20MnSi 的耐腐蝕實(shí)驗(yàn)過程 電化學(xué)測(cè)試釆用 CHI660D 電化學(xué)工作站，采用三電極體系，工作電極為實(shí)驗(yàn)試樣，輔助電極為石墨電極，參比電極為飽和 KCl溶液 【 18】 。確定好極化范圍后按照 Scan 天津理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文 ` 9Rate (V/s) = 進(jìn)行測(cè)量。采用三電極體系進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，石墨電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，試樣為工作電極，并用 704硅橡膠對(duì)試樣進(jìn)行密封（試樣與模擬雨水的接觸面為Φ 10mm截面）。 實(shí)驗(yàn)室中所用的電解液為模擬雨水介質(zhì)，該模擬雨水 PH值為 ，離子成分（單位： umol/L）為： F ， cl ， NO3 ， SO42 ， NH4+ ， K+ ， Na+ ， Ca2+ Mg2+ 。 雨水的配方如表 ： 表 雨水配方 Rainwater formula 化學(xué)藥品 藥品在 200ml去離子水中重量 （ mg） Kcl Nacl NaNO3 Ca（ NO3） 2 CaSO4 MgSO4 HF NH4OH H2SO4 天津理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文 ` 10 第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 金相組織 20MnSi 螺紋鋼原始試樣金相圖（ X500） 20MnSi 螺紋鋼原始試樣金相圖（ X1000） 圖 20MnSi 螺紋鋼原始 試樣不同倍數(shù)的金相圖 Xiangtu 20MnSi steel specimens with different multiples of the original 20MnSi螺紋鋼的金相組織是鐵素體晶粒加均勻分布其間的珠光體 .對(duì)實(shí)驗(yàn)提供的螺紋鋼產(chǎn)品試樣原始環(huán)境（見圖 ） 進(jìn)行觀察 ,參比標(biāo)準(zhǔn)圖譜 ,可以看出珠光體的量偏多 .同時(shí)碳在邊緣部分的偏聚 ,邊緣部分組織中珠光體的量明顯增加 .同時(shí)環(huán)境溫度變化 ,如在較高的終扎溫度及較快的冷卻速度下 ,在邊緣容易形成以珠光體、粒狀貝氏體為主的組織 ,這樣 ,鋼筋在邊面的塑性差 ,容易形成裂紋 ,因此金相組織對(duì)螺紋鋼的性能也有很大的影響。 天津理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文 ` 11 20MnSi 在普通自來水淬火后 XRD 衍射圖 20MnSi 在 50mg/LZnSO4淬火后 XRD 衍射圖 20MnSi 在 100mg/LZnSO4淬火后 XRD 衍射圖 20MnSi 在 150mg/LZnSO4淬火后 XRD 衍射圖 20MnSi 在北辰區(qū)地下水淬火后 XRD 衍射圖 20MnSi 在空冷退火下 XRD 衍射圖天津理工大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文 ` 12 20MnSi 在原始環(huán)境下 XRD 衍射圖 圖 20MnSi 螺紋鋼在不同條件下 XRD 衍射圖 20MnSi threaded steel under different conditions of XRD diffraction pattern