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鋼筋銹蝕是世界各國普遍關注的一個工程性問題,尤其是在沿海和鹽湖地區,已經成為引起鋼筋混凝土結構過早破壞的主要原因。耐腐蝕鋼筋的開發是延長鋼筋混凝土結構使用壽命的重要措施。針對海洋環境的特殊使用要求,科研人員通過對合金成分和生產工藝的優化設計,成功開發出具有優良耐海水腐蝕性能的耐蝕鋼筋20MnSiCrV,其室溫組織為鐵素體和珠光體,屈服強度達到450MPa、抗拉強度達到650MPa、斷后伸長率達到30%,各項力學性能和工藝性能均滿足GB1499.2-2007標準對400MPa級螺紋鋼筋的性能要求。
本工作借助鹽霧腐蝕試驗、電化學阻抗譜和極化曲線對含Cr耐蝕螺紋鋼筋20MnSiCrV的腐蝕行為進行研究,嘗試分析其耐腐蝕機理。
分別選用工業生產的直徑為25mm的耐蝕鋼筋20MnSiCrV和普通鋼筋20MnSiV,成分見表1。鹽霧腐蝕實驗用樣為Φ25mm×3mm的塊狀樣品,其中一個端面作為工作面,面積為4.9cm2,其余各面用石蠟進行密封。實驗采用(5.0±0.5)%NaCl中性水溶液,溫度為(35±2)℃,實驗時間分別為4、24、72、168和360h。實驗前用180~1500#水磨砂紙對試樣進行逐級打磨拋光,依次用蒸餾水、酒精和丙酮溶液清洗。實驗后采用增重法評價試樣腐蝕性能,利用真彩共聚焦顯鏡測量試樣腐蝕坑深度,用JSM7100F型掃描電鏡進行表面銹層形貌觀察,用D/max-2500/PC型X射線衍射儀進行銹層組成分析,用1610型電子探針顯分析儀觀察銹層中元素分布。
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2)海底管道內部發生了結垢,垢樣組成主要由CaCO3、BaSO4等組成,其在局部形成了“垢下”腐蝕環境,加速了海底管道內壁腐蝕,終導致腐蝕由內至外穿孔。
針對海底管道失效,根據分析結果,提出如下建議:
(1)在繼續保持現有的電化學犧牲陽極保護措施外,使用適合海底管道流體使用的防垢劑,該防垢劑既能抑制CaCO3,還能抑制BaSO4結垢,將其加注于海底管道,可有效降低結垢物,防止結垢物沉積管底,破壞“垢下”腐蝕的環境。
(2)增加流速,降低流體在海底管道內的停留時間,避免油水分離;或者直接在B平臺進行油水分離,降低海底管道油水混合物的含水量。
(3)定期清管,為了有效破壞“垢下”腐蝕環境,建議考慮采用直板或皮碗等除垢較好的清管器,并每次對清管產物進行分析,確定清管效果。
(4)加強海底管道腐蝕檢測,包括:防垢劑效果、清管效果、腐蝕速率變化趨勢、水樣中結構離子變化等,做到及時發現問題,及時解決。
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Cr12MoV是我國較成熟的鋼種,屬于Cr12型萊氏體冷作模具鋼,該鋼具有淬透性好、硬度高、耐磨性好、熱處理變形小等優點,常用于制作承受重負荷、生產批量大、形狀復雜的冷作模具,如冷沖、冷鐓、冷擠壓模等。但該鋼脆性大,如何提高其強韌性,是該鋼需要解決的問題。模具失效分析表明,熱處理因素影響大,約占50%。實驗室所用小型冷壓模具(外加工)采用Cr12MoV鋼為原材料,使用過程中,發現模具韌性不足。對模具進行組織觀察和性能檢測,并重新對模具材料進行熱處理,研究預備熱處理工藝對Cr12MoV鋼組織及性能的影響。
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模具材料Cr12MoV的化學成分為(質量分數,%):1.45~1.70C,≤0.35Mn,≤0.40Si,11.00~12.50Cr,0.40~0.60Mo,0.15~0.30V,≤0.030S,≤0.030P。試樣用線切割加工成標準無缺口沖擊試樣(10mm×10mm×55mm,每組3件)和抗彎試樣(5mm×5mm×35mm,每組3件)。首先將試樣分成兩組,一組的預備熱處理為球化退火,另一組的預備熱處理為調質處理。而后將兩組試樣在同樣的淬火+回火工藝條件下進行終熱處理。
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