CN105568208A - 一种耐候钢表面处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐候钢表面处理的方法，包括如下步骤：1)将耐候钢进行表面喷丸处理，使耐候钢的表面粗糙度为Ra2.50μm-Ra3.50μm；2)将上述喷丸处理后的耐热钢在250℃-350℃下高温氧化1h-4h，即得致密的红褐色的氧化层。该氧化层外观色泽与耐候钢长期服役后的外观色泽相近，且能促进稳定锈层的形成。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

一种耐候钢表面处理的方法

技术领域

本发明属于钢铁防腐技术领域，特别涉及一种耐候钢表面处理的方法。

背景技术

与碳钢相比，耐候钢在大气中能形成致密和粘附性良好的稳定锈层，阻碍腐蚀性介质的渗入，因而具有更好的耐腐蚀性能。然而，在自然环境中要完成锈层的稳定化一般需要数年时间，在形成稳定化锈层之前，腐蚀速率较高，常常出现锈液流挂与飞散的现象，并污染周围环境，形成稳定锈层后，腐蚀速率显著降低。由于裸露的耐候钢在供货之前就会发生腐蚀，甚至在供货时难以保证均匀一致的外观，客户甚至难以接受。

日本的技术工作者率先进行了耐候钢锈层的稳定化技术研究，较成熟的锈层稳定化处理技术有：(1)日本磷化处理公司开发的耐候涂层法；(2)日本川崎制铁公司的RS涂层；(3)日本NKK公司的CUPTEN涂层等。

目前国内在耐候钢表面稳定化处理方面开展了一些工作，但尚未开发出成熟的广泛应用于耐候钢构件表面锈层稳定化处理的技术。专利一(201210497491.6)公开了一种耐候钢表面预处理的方法，将重量百分比为0.6％NaCl、0.9％FeSO4、0.6％CuSO4和0.9％NaHSO3与水混合搅拌均匀得到耐候钢的表面处理剂喷涂在耐候钢表面，溶液中的化学物质与钢基体发生反应，形成一层均匀、致密的保护性锈层。专利二(申请号：201010552852.3)公开了一种耐腐蚀铝合金接地材料制备方法，它通过对铝合金表面进行喷丸和化学氧化处理(在高温处理液中浸泡)，提高铝合金的耐腐蚀性。专利三(201510405888.1一种耐候钢快速稳定化方法)公开了一种耐候钢快速稳定化方法，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，对氧化膜的外观颜色无特殊要求。

关于耐候钢长期服役后的外观颜色，刘国超等发表在《腐蚀科学与防护技术》2006年第4期上的“耐候钢锈层研究进展”引用MYamashita等人的研究，耐候钢表面呈黑褐色，锈层分为内外两层。外部锈层呈光亮色，而内部锈层呈暗黑色”。经检索其引用的文献[6]为1994年发表的一篇英文文献，由于时间较早，找不到全文。但刘国超的表达有些矛盾。经查阅其它资料，耐候钢服役后的表面颜色一般说褐色或棕色(英文都是brown)，如刘丽宏等的论文“耐候钢的腐蚀及表面稳定化处理技术”(《腐蚀与防护》2012年12月)：“一般经过3～10年时间后,耐候钢表面锈层逐渐稳定,腐蚀发展减慢,外观呈美丽的巧克力色”等。用百度也可搜到许多耐候钢建筑结构的图片，其中也有上海世博园的卢森堡馆。所以耐候钢长期服役后的外观，一般为深浅不一的红褐色。

发明内容

这些已经形成的耐候钢的锈层稳定化处理技术均是以促进耐候钢表面形成稳定锈层为目的，本发明除促进稳定锈层的形成，其主要目的是在耐候钢表面形成均匀一致的红褐色外观，实验中偶然发现：当耐候钢进行喷丸处理，然后250℃-350℃高温氧化处理1h-4h时，耐候钢表面的氧化膜为均匀一致的红褐色外观。分析后认为可能是在该温度范围下，喷丸造成的细晶粒及表面晶格缺陷(表面粗糙度为Ra2.50μm-Ra3.50μm)促进了Cu向表面的扩散，形成富含Cu的氧化物，进而形成了稳定的红褐色外观(该外观色泽与耐候钢长期服役后的外观色泽相近，容易被客户接受)，即本发明认为红褐色外观为耐候钢稳定技术的最优外观，其制作成本低、耐腐蚀效果好。当工艺参数不在选用的范围时，Fe的扩散占优势，没有足够的Cu扩散至表面形成富含Cu的氧化物，就不能得到红褐色的外观。

本发明的目的在于提供一种耐候钢表面处理的方法，使耐候钢得到均匀一致的外观，其外观色泽与稳定锈层的外观相近，并能促进稳定锈层的形成。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种耐候钢表面处理的方法，

1)将耐候钢进行表面喷丸处理，使耐候钢的表面粗糙度为Ra2.50μm-Ra3.50μm；

2将上述喷丸处理后的耐热钢在250℃-350℃下高温氧化1h-4h，形成致密的红褐色氧化层，即得。

具体包括以下步骤：

(1)将耐候钢进行表面喷丸处理，喷丸的参数为：使用石英玻璃丸、陶瓷丸或钢丸，粒度30-60目，空气压力0.4-0.7MPa。将表面的原始锈层完全去除，获得白亮的色泽，粗糙度为Ra2.50μm-Ra3.50μm。

(2)将上述喷丸处理后的耐热钢进行预氧化处理，即利用热处理手段在表面生成一层含合金的氧化膜，高温氧化参数为：250℃-350℃下，保温时间1h-4h，获得致密的氧化层，氧化层厚度0.5-2μm，外观呈现红褐色。

上述工艺的作用机理是：喷丸去除工件表面的原始氧化膜，在工件的表面层造成晶粒细化，并产生大量的位错等晶体缺陷，这些细晶粒的晶界及晶体缺陷，在之后的预氧化过程中，是合金元素向表面扩散的快速通道，从而促使表面形成富含Cu等合金的氧化膜，使氧化膜形成与碳钢不同的外观色泽。由于目前世界上所使用的耐候钢均是以Cu作为主要合金元素，所以该方法适用于当前的各种耐候钢。

在工件表面喷丸的空气压力过低，达不到有益的效果；空气压力过高，造成钢表面的变形层过厚，粗糙度过大，反而增大腐蚀速率，不利于稳定锈层的形成。

预氧化的温度过低，生成的氧化膜太薄，外观色泽达不到要求；温度过高，氧化膜厚度过大，能耗大且降低钢的性能，外观色泽达不到要求。

预氧化的时间过短或过长，不能得到红褐色的外观。

普通碳钢在上述喷丸和预氧化条件下，无法得到红褐色的外观色泽。

一种耐候钢表面处理的方法，1)将耐候钢进行表面喷丸处理，喷丸的粒度为30-60目，空气压力为0.4-0.7MPa；

2)将上述喷丸处理后的耐热钢在250℃-350℃下高温氧化处理1h-4h，即得致密的氧化层。

优选的，所述处理后的耐候钢外观呈现红褐色。

优选的，所述的喷丸处理中，丸料流量控制为0.2-0.5kg/min。

优选的，所述的喷丸处理的喷丸珠为玻璃珠、陶瓷珠或钢珠。使用喷砂方法不能达到理想的效果。

优选的，所述耐候钢表面经喷丸处理后，耐候钢的表面粗糙度为Ra2.50μm-Ra3.50μm。

有益效果

(1)本发明的工艺步骤简单，喷丸和热处理是钢厂和钢结构制造厂的已有设备；不需要额外的设备或化学处理液，无环境污染。

(2)经过上述处理后，耐候钢结构外观色泽均匀稳定，且与耐候钢锈层稳定后的外观色泽相近，耐候钢在室外经约半年时间就可达到锈层稳定化，无明显锈液流挂现象。

(3)本发明不借助额外的化学处理液，而是充分利用耐候钢自身的成分特点，借助喷丸和热处理这些常规表面处理手段，使耐候钢表面在空气气氛中形成均匀一致的外观，外观色泽与耐候钢长期服役后的表面外观色泽相似，并能促进稳定化锈层的形成。且与专利二处理铝合金所采用的喷丸工艺相比，本发明采用的喷丸压力范围不同。与专利三不同的是，本申请的主要目的是获得均匀一致的外观色泽，即红褐色，并能促进稳定化锈层的形成。

(4)首次提出制备耐候钢红褐色锈层的概念，并提供了相应的制备方法，有利于耐候钢的推广应用。

附图说明

图1为不同的喷丸压力和预氧化温度得到的耐候钢外观，左数4所采取的工艺参数在本发明要求的范围内，外观色泽为红褐色，与稳定锈层的颜色基本相同，在服役过程中，逐渐过渡成稳定的锈层，而不易察觉。

图2为普通低合金钢Q345采取喷丸与预氧化工艺处理后的外观，包括上述工艺参数范围内的处理，在各个不同的工艺下，均不能得到红褐色的美丽外观。

图3为未处理耐候钢试样和喷丸+300℃高温氧化处理2h耐候钢试样干湿循环试验中腐蚀增重情况

具体实施方式

实施例1

将厚度为4mm，牌号为Q355GNH的耐候钢板,采用0.4MPa的压力和50目的石英玻璃丸进行喷丸处理(表面粗糙度为Ra2.50μm-Ra3.50μm)，再进行280℃温度下2小时预氧化处理，得到红褐色的氧化膜，该氧化膜能促进稳定锈层的形成，在室外无锈液流挂现象。

实施例2

将厚度为3mm，牌号为SPA-H的耐候钢板,采用0.6MPa的压力和60目的陶瓷丸进行喷丸处理(表面粗糙度为Ra2.50μm-Ra3.50μm)，再进行300℃温度下2小时预氧化处理，得到红褐色的氧化膜，该氧化膜能促进稳定锈层的形成，在室外无锈液流挂现象。

实施例3

将厚度为2mm，牌号为Q355GNH的耐候钢板,采用0.5MPa的压力和40目的钢丸进行喷丸处理(表面粗糙度为Ra2.50μm-Ra3.50μm)，再进行350℃温度下1小时预氧化处理，得到红褐色的氧化膜，该氧化膜能促进稳定锈层的形成，在室外无锈液流挂现象。

实施例4

将厚度为4mm，牌号为Q355GNH的耐候钢板,采用0.4MPa的压力和50目的石英玻璃丸进行喷丸处理(表面粗糙度为Ra2.50μm-Ra3.50μm)，再进行250℃温度下4小时预氧化处理，得到红褐色的氧化膜，该氧化膜能促进稳定锈层的形成，在室外无锈液流挂现象。

对比例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300℃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+300℃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+300℃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。

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 (9)

1.一种耐候钢表面处理的方法，其特征在于，

1)将耐候钢进行表面喷丸处理，使耐候钢的表面粗糙度为Ra2.50μm-Ra3.50μm；

2)将上述喷丸处理后的耐热钢在250℃-350℃下高温氧化1h-4h，形成致密的红褐色氧化层，即得。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化层的厚度为0.5-2μm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷丸的粒度为30-60目。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷丸处理中，丸料流量控制为0.2-0.5kg/min。

5.如权利要求1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。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷丸处理中，压缩空气压力为0.4-0.7MPa。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷丸处理中，喷头移动速度为3.2-4.8mm/s，重复次数为2-4次。

8.权利要求1-7任一项所述的方法制备的耐候钢。

9.权利要求8所述的耐候钢在制造铁道、车辆、桥梁、塔架、集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台及化工石油设备中的容器或结构件中的应用。