CN100510192C

CN100510192C - 一种螺纹钢防锈淬火方法

Info

Publication number: CN100510192C
Application number: CNB200610135102XA
Authority: CN
Inventors: 董俊华; 刘国超; 韩恩厚; 柯伟
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: CN101210329A

Abstract

本发明涉及螺纹钢热处理及防锈领域，具体为一种螺纹钢防锈淬火工艺，主要用于螺纹钢热轧后喷淋或者螺纹钢淬火。本发明通过采用氧化剂H₂O₂，制备出一种经济易行且能显著改善螺纹钢热处理后氧化皮性能的淬火处理介质，双氧水浓度在0.2%-30%体积分数，淬火温度1000-700℃，保温时间0.5-150秒，能显著提高螺纹钢的耐锈蚀性能。本发明通过优化比较实验，找到一种全新的喷淋处理液，使得经该淬火介质喷淋处理后的螺纹钢，表面生成一定厚度的以Fe₃O₄为主的氧化皮，该氧化皮对螺纹钢有很好的保护作用，在长时间干湿交替下表现了优良的耐腐蚀与锈蚀性能。

Description

一种螺纹钢防锈淬火方法

所属技术领域

本发明涉及螺纹钢热处理及防锈领域，具体为一种螺纹钢防锈淬火工艺，主要用于螺纹钢热轧后喷淋或者螺纹钢淬火。

背景技术

螺纹钢是热轧带肋钢筋的俗称。螺纹钢属于小型型钢钢材，一般广泛用于房屋、桥梁、道路等土建工程建设，主要作为钢筋混凝土建筑构件的骨架。螺纹钢的用途是在混凝土构件中承受拉力，凹凸不平的螺纹表面会与混凝土更好的结合，可防止因钢筋与混凝土之间的摩擦力不足而相互脱离，致使结构破坏的情况发生。

螺纹钢一般是裸装捆扎交货，存放时要注意防潮，锈蚀对螺纹钢的性能将产生不良影响。

目前钢铁厂螺纹钢的淬火热处理实际采用的一般是热轧后直接空冷或穿水冷却。然而，如果采用空冷，力学性能将达不到要求；如果采用水冷，其表面氧化皮会很快转变成铁锈，影响螺纹钢的性能与使用，这是长期困扰螺纹钢应用的一个严重问题。

发明内容

为了解决螺纹钢淬火后容易锈蚀的问题，改善氧化皮的性能，本发明提供一种螺纹钢防锈淬火工艺，采用氧化剂作为淬火介质，通过改变氧化皮的成分，改善氧化皮结构，提高螺纹钢的耐锈蚀能力。

本发明针对现有技术的缺陷和不足，提供一种螺纹钢防锈淬火工艺，主要是在经济可行的前提下，通过正交优化实验，摸索出一种淬火工艺。经该淬火工艺处理后的螺纹钢样品，表面光亮洁净，氧化皮厚度适当，与基体结合良好，成分以Fe₃O₄为主，在干湿交替环境中放置超过两个月基本不生锈。

本发明的技术方案如下：

淬火介质：双氧水(H₂O₂)，含量0.2％-30％(体积分数)；自来水，余量。

淬火温度1000-700℃，保温时间0.5-150秒，淬火方式为喷淋或浸润。

本发明淬火介质的较佳组成为：

淬火介质：双氧水(H₂O₂)，含量1％-10％(体积分数)；自来水，余量。

本发明双氧水参与的反应式如下：

本发明所述的新型经济螺纹钢淬火处理介质对提高螺纹钢氧化皮性能的机理如下：

有利于耐蚀性能的氧化皮结构包括以下三个方面：首先，氧化皮越厚，耐蚀性能就越好，钢的起锈时间就越长；其次，氧化皮中Fe₃O₄含量越高，氧化皮就越稳定，这一点可从氧化层中的Fe₂O₃和Fe_1-yO(0≤y<1，化学非计量比)层比Fe₃O₄层更容易被稀盐酸溶液侵蚀得到佐证；最后，是氧化皮的各种缺陷，特别是微裂纹，裂纹数量越少，氧化皮就越完整，因而保护性就越好。

本发明的特点是：通过采用氧化剂H₂O₂，制备出一种经济、实用、易行且能显著改善螺纹钢热处理后氧化皮性能的淬火处理工艺。采用本发明工艺，经该淬火介质处理后的螺纹钢样品，表面光亮洁净，氧化皮厚度适当，成份以Fe₃O₄为主，在干湿交替环境中放置超过两个月基本不生锈，在大气环境下具有良好的耐锈蚀能力。

附图说明

图1(a)-(h)为不同淬火介质处理后的螺纹钢在干湿交替100天后的表面形貌。

图2(a)-(d)为不同淬火介质处理后的螺纹钢SEM截面形貌。

图3(a)-(j)为不同浓度(体积分数)H₂O₂淬火介质喷淋冷却后的螺纹钢表面形貌。

具体实施方式

本发明设计一种氧化剂作为淬火介质，使得螺纹钢表面生成的氧化皮以Fe₃O₄为主。总体实验思路是通过淬火、氧化皮形貌观察以及锈蚀评价、成份分析，最后优化出淬火处理介质经济、适用的最佳成份范围。

首先，选用自来水冷却、0.5％(质量百分数)重铬酸钾溶液冷却、空冷、10％(体积分数)双氧水冷却四种冷却方式，在淬火后比较各种方法得到的螺纹钢的表面形貌，见图(a)-(h)；其中，图1(a)-(b)为经自来水喷淋冷却，图1(a)为截面图，图1(b)为侧视图；图1(c)-(d)为0.5％(质量百分数)重铬酸钾溶液冷却，图1(c)为截面图，图1(d)为侧视图；图1(e)-(f)为经空气冷却，图1(e)为截面图，图1(f)为侧视图；图1(g)-(h)为经10％(体积分数)H₂O₂淬火介质喷淋冷却，图1(g)为截面图，图1(h)为侧视图。由氧化皮的厚度，与基体的结合情况、剥落情况，以及放置若干天后的锈蚀情况优选出双氧水作为实施例。

不同淬火介质处理后的螺纹钢SEM截面形貌见图2(a)-(d)；其中，图2(a)-(b)为经自来水喷淋冷却，图2(a)为螺纹钢带肋部分，图2(b)为螺纹钢不带肋部分；图2(c)-(d)为经8％(体积分数)H₂O₂淬火介质喷淋冷却，图2(c)为螺纹钢带肋部分，图2(d)为螺纹钢不带肋部分。

通过调整双氧水的浓度，分别选定5％，10％，15％，20％和30％五个浓度值试验，确定适宜的浓度范围应该在30％(体积分数)以内都有效。继续在较低浓度范围内优选更经济有效的浓度范围，最终将双氧水的浓度值定为0.2％-30％(体积分数)。不同浓度(体积分数)H₂O₂淬火介质喷淋冷却后的螺纹钢表面形貌见图3(a)-(j)；其中，图3(a)-(b)为5％，图3(a)为截面图，图3(b)为侧视图；图3(c)-(d)为10％，图3(c)为截面图，图3(d)为侧视图；图3(e)-(f)为15％，图3(e)为截面图，图3(f)为侧视图；图3(g)-(h)为20％，图3(g)为截面图，图3(h)为侧视图；图3(i)-(j)为30％，图3(i)为截面图，图3(j)为侧视图。

通过正交实验，优化淬火温度、保温时间、双氧水浓度以及淬火方式，观察氧化皮的结构与形貌，分析其成分，并设计干湿交替实验，将淬火后的螺纹钢样品放置在干湿交替箱中，条件设置为湿度85％保持16小时，湿度60％保持8小时，观察样品起锈情况，优选出一种最佳的淬火方案。

该淬火工艺如下：

实施例1

淬火介质：双氧水(H₂O₂)，含量5％(体积分数)；自来水，余量。

淬火温度1000℃，保温时间2秒，淬火方式为喷淋。

结果：氧化皮中Fe₃O₄重量含量大约为65％，其余为Fe₂O₃与FeO，氧化皮厚度为80μm。

实施例2

淬火介质：双氧水(H₂O₂)，含量10％(体积分数)；自来水，余量。

淬火温度950℃，保温时间3秒，淬火方式为喷淋。

结果：氧化皮中Fe₃O₄重量含量大约为54％，其余为Fe₂O₃与FeO，氧化皮厚度为110μm。

实施例3

淬火介质：双氧水(H₂O₂)，含量15％(体积分数)；自来水，余量。

淬火温度900℃，保温时间5秒，淬火方式为喷淋。

结果：氧化皮中Fe₃O₄重量含量大约为40％，其余为Fe₂O₃与FeO，氧化皮厚度为100μm。

实施例4

淬火介质：双氧水(H₂O₂)，含量20％(体积分数)；自来水，余量。

淬火温度850℃，保温时间2分钟，淬火方式为浸润。

结果：氧化皮中Fe₃O₄重量含量大约为25％，其余为Fe₂O₃与FeO，氧化皮厚度为200μm。

实施例5

淬火介质：双氧水(H₂O₂)，含量30％(体积分数)；自来水，余量。

淬火温度800℃，保温时间150秒，淬火方式为浸润。

结果：氧化皮中Fe₃O₄重量含量大约为32％，其余为Fe₂O₃与FeO，氧化皮厚度为320μm。

试验表明，本发明通过优化比较实验，找到一种全新的喷淋处理液双氧水作为淬火介质，使得经该淬火介质喷淋处理后的螺纹钢，表面生成一定厚度的以Fe₃O₄为主的氧化皮，该氧化皮对螺纹钢有很好的保护作用，在长时间干湿交替下表现了优良的耐腐蚀与锈蚀性能，显著提高螺纹钢的耐锈蚀性能。

Claims

1、一种螺纹钢防锈淬火方法，其特征是：以双氧水为淬火介质，双氧水浓度在0.2％-30％体积分数，淬火温度1000-700℃，保温时间0.5-150秒；淬火方式为喷淋或浸润。

2、按照权利要求1所述的螺纹钢防锈淬火方法，其特征是：双氧水浓度在1％-10％体积分数。