CN105112623A - 一种耐候钢快速稳定化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐候钢快速稳定化方法。采用喷丸+高温氧化处理对耐候钢进行预处理，促进了耐候钢表面稳定性锈层的形成。该方法工序简单，成本较低，环境友好，避免了常用的涂装表面稳定化涂层方法进行耐候钢快速稳定化对环境的污染。

Description

一种耐候钢快速稳定化方法

技术领域

本发明涉及一种表面锈层快速稳定化方法，特别涉及一种耐候钢快速稳定化方法。

背景技术

耐候钢是一种本体耐蚀材料，以其代替镀锌钢可实现钢构件的免维护，节约钢构件的维护成本。

耐候钢自出厂至表面形成稳定保护性锈层，达到最高耐腐蚀状态，需要较长时间周期，这期间受到大气环境变化的影响，如遇恶劣天气，不但腐蚀速率较高，还会使永久性耐蚀性能受到一定的影响。耐候钢在形成稳定化锈层之前，常常出现早期锈液流挂与飞散污染周围环境的现象，特别是在含有氯离子的海洋性大气环境下，由于氯离子的作用，耐候钢表面具有保护性的稳定锈层难以生成，难以表现出在工业大气环境下的抗腐蚀性。因此使用耐候钢必须进行表面稳定化处理以提高其适用性。

目前主要采用涂刷稳定性涂层的方法对耐候钢进行稳定化处理。但此种方法工序复杂，且稳定性涂层一般含有有机溶剂，影响环境。

发明内容

本发明提出了一种耐候钢快速稳定化方法。首先对耐候钢表面进行喷丸，接着对耐候钢进行高温氧化处理，使得耐候钢表面快速形成一层稳定性锈层。该方法具有工序简单，环境友好的优点。

本发明通过以下技术方案实现：

一种耐候钢快速稳定化方法，利用丸料快速撞击耐候钢表面，使表面应力状态由拉应力改变为压应力，同时细化晶粒；然后再对喷丸后的耐候钢进行高温氧化处理，在耐候钢表面形成稳定锈层。

受控喷丸的实际效果有许多参数决定，比如有受喷零件的材料及机械性能，喷丸时间、弹丸材料、弹丸尺寸的大小、弹丸喷射速度等。许多参数又相互影响，对同一材料，控制不同的工艺参数而喷丸强度相同，残余应力场也有差别。通常，金属材料的疲劳强度和抗应力腐蚀能力不总是随着喷丸强度的加大而提高，最佳的疲劳强度和抗腐蚀能力一般出现在某一特定的喷丸条件下，即喷丸参数的某种组合。本发明研究发现所述的喷丸处理中，压缩空气压力为0.1-2Mpa，丸料流量控制为0.5-0.7kg/min，喷丸喷头移动速度为3mm/s-5mm/s，重复次数为1-5次时，处理的耐候钢具有最佳的疲劳强度和抗腐蚀能力。

所述的喷丸处理的喷丸珠采用玻璃珠、陶瓷珠或钢珠；可以防止由于可以达到较大的残余应力及较深的塑形变形层，从而增加喷丸效果。采用玻璃丸还可以防止弹丸破损留下的碎小渣片给零件表面造成电化学腐蚀。

优选的是，所述的喷丸处理的喷丸珠的目数为20目-800目。喷丸强度一般是通过喷丸直径和弹丸流速来调节。大直径的弹丸处理后的表面虽然比较粗糙，但可达到较高的喷丸强度，因此本发明优选喷丸目数为20-100目。

由于喷丸后的零件表面如果不满足粗糙度要求，将极易将对提高零件疲劳性能极为有益的残余压应力层切去，因此，本发明将喷丸后的耐候钢的表面粗糙度设为Ra1.50μm-Ra2.5μm，以保证较厚残余压应力层，进而保证处理后的耐候钢具有疲劳寿命和抗应力腐蚀能力。

在喷丸处理后的耐候钢进行高温氧化处理，在其表面形成一层氧化膜，上述氧化膜一般包含氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁。其中，氧化亚铁构疏松，保护作用较弱，因此通过对氧化温度和时间的优选，减少氧化亚铁的生成，提高氧化膜的耐腐蚀性。优选的高温氧化处理的条件为：于200℃-600℃温度下氧化0.5h-6h。

上述的任一方法制备的表面具有稳定锈层的耐候钢。

本发明的设计思路：

耐候钢之所以耐大气腐蚀，是因为其表面锈层由两层结构构成，一层是致密、有保护性、黏附性强的内锈层，另一层是疏松、有孔洞和裂纹、易脱落的外锈层；而碳钢在暴露过程中，始终不能形成这种锈层结构，其锈层疏松、有孔洞和裂纹，不能对基体起到保护作用。耐候钢能形成此种锈层结构主要由于其中添加了铜、铬、镍等合金元素，其中合金元素在其中起到的作用为：(a)加速亚铁离子向铁离子转化，阻碍腐蚀产物的快速生长；(b)增加形核点数N，减低形核的活化能E，形成细小的锈层颗粒，减少氧气和水分子对锈层的渗透；(c)在基体与锈层之间富集形成中间阻挡层，起到较好的保护作用。

本发明采用喷丸+高温氧化处理工序对耐候钢进行预处理。喷丸工艺一方面增加耐候钢与空气的接触面积，提高耐候钢表面锈层形成速度，另一方面达到细化晶粒的作用，能够降低耐候钢表面形核的活化能，促进耐候钢表面形成细小锈层颗粒，促进耐候钢表面形成致密稳定的锈层，减少氧气和水分子等腐蚀介质对锈层的渗透。后续的高温氧化处理工艺能够促进合金元素向耐候钢表面的富集，在耐候钢表面形成致密氧化膜，加速在耐候钢表面形成致密锈层，阻止腐蚀介质的侵入而提高其耐蚀性能。

本发明中喷丸处理工艺可采用抛丸、喷砂工艺替代，本领域技术人员根据实际条件对工艺参数进行调节。

本发明专利的有益效果是：提供了一种耐候钢快速稳定化处理工艺，使得耐候钢表面迅速形成一层稳定性锈层，迅速达到最高耐蚀状态。该方法工序简单，成本较低，环境友好，避免了常用的涂装表面稳定化涂层方法进行耐候钢快速稳定化对环境的污染。

附图说明

图1采用喷丸+高温氧化处理的耐候钢前后表面状态，其中不处理试样为深灰色，喷丸试样为银灰色，喷丸+250℃高温氧化处理3h试样为蓝紫色，喷丸+300℃高温氧化处理3h试样为浅棕黄色，喷丸+400℃高温氧化处理3h试样为浅灰色。

(a)不处理试样、(b)喷丸试样、(c)喷丸+250℃高温氧化处理3h试样、(d)喷丸+300℃高温氧化处理3h试样、(e)喷丸+400℃高温氧化处理3h试样

图2未处理耐候钢试样和喷丸+250℃高温氧化处理3h耐候钢试样干湿循环试验中腐蚀增重情况

图3未处理耐候钢试样和喷丸+400℃高温氧化处理3h耐候钢试样干湿循环试验中腐蚀增重情况

图4干湿循环35天后各耐候钢试样微观形貌(1000倍下放大)：(a)不处理试样、(b)喷丸处理试样、(c)喷丸+300℃高温氧化处理3h试样、(d)喷丸+400℃高温氧化处理3h试样

具体的实施方式

实施例1

对耐候钢进行喷丸，喷丸参数为：气压0.5Mpa、60目玻璃丸，重复次数2次，获得的表面粗糙度为Ra1.80μm-Ra2.1μm，对上述工艺处理过的耐候钢250℃高温氧化3h。对经上述工艺快速稳定化处理的耐候钢试样进行干湿循环试验。实验参数为：干燥1h，温度40℃，光照200W/m²；湿润3h，温度40℃，湿度90％。每5天为一个周期，共进行7个周期。附图2给出了经上述工艺快速稳定化处理前后耐候钢的腐蚀增重曲线。可以看出喷丸+250℃高温氧化3h处理的耐候钢试样腐蚀增重小于未处理的耐候钢试样，说明喷丸+250℃高温氧化3h处理促进了耐候钢表面稳定性锈层快速形成，提高了耐候钢的耐蚀性。

实施例2

对耐候钢进行喷丸，喷丸参数为：气压0.5Mpa、60目玻璃丸，重复次数2次，获得的表面粗糙度为Ra1.80μm-Ra2.1μm，对上述工艺处理过的耐候钢400℃高温氧化3h。对经上述工艺快速稳定化处理的耐候钢试样进行干湿循环试验。实验参数为：干燥1h，温度40℃，光照200W/m²；湿润3h，温度40℃，湿度90％。每5天为一个周期，共进行7个周期。附图3给出了经上述工艺快速稳定化处理前后耐候钢的腐蚀增重曲线。可以看出喷丸+400℃高温氧化3h处理的耐候钢试样腐蚀增重小于未处理的耐候钢试样，说明喷丸+400℃高温氧化3h处理促进了耐候钢表面稳定性锈层快速形成，提高了耐候钢的耐蚀性。

图4给出了经上述工艺快速稳定化处理的耐候钢试样干湿循环35天后的微观形貌图，从图4中可以看出，喷丸试样和不处理试样的晶体相貌呈平铺排列状，粗大枝晶交叉排列，晶枝呈粗大片状，此种平铺排列晶体形貌导致其锈层附着力较差，枝晶粗大导致锈层孔洞较大，致密性较差。其中喷丸试样晶粒尺寸最大，不处理试样晶粒尺寸略小于喷丸试样。喷丸+300℃高温氧化3h试样和喷丸+400℃高温氧化3h试样晶粒尺寸细小，晶粒呈尖锐针状，晶体形貌呈团状，每个晶体团紧密结合，该种锈层微观结构决定着锈层具有良好的致密性和附着力。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种耐候钢快速稳定化方法，其特征在于，用丸料对耐候钢表面进行快速撞击，使其表面应力状态由拉应力改变为压应力，同时细化晶粒；再将处理后的耐候钢进行高温氧化，在耐候钢表面形成锈层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用丸料对耐候钢表面进行快速撞击处理的方法为喷丸处理。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的喷丸处理中，压缩空气压力为0.1-2Mpa，丸料流量控制为0.5-0.7kg/min，喷头移动速度为3-5mm/s，重复次数为1-5次。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的喷丸处理的喷丸珠为玻璃珠、陶瓷珠或钢珠。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的喷丸处理的喷丸珠的目数为20-800目。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐候钢表面经丸料快速撞击后，耐候钢的表面粗糙度为Ra1.50μm-Ra2.5μm。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高温氧化条件为：于200℃-600℃温度下氧化0.5h-6h。

8.如权利要求1-7任一所述的方法制备的表面具有稳定锈层的耐候钢。