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揭开热处理中钢铁氢脆断裂之谜钢筋除锈方法,你选对了吗?

更新时间:2021-10-11 06:21:11点击:

 揭开热处理中钢铁氢脆断裂之谜钢筋除锈方法,你选对了吗?(图1)

  

第二次世界大战初期,英国皇家空军一架Spitpie战斗机由于引擎主轴断裂而坠落,机毁人亡,此事曾震惊英国朝野。1975年美国芝加哥一家炼油厂,因一根15cm的不锈钢管突然破裂,引起爆炸和火灾,造成长期停产。法国在开采克拉克气田时,由于管道破裂,造成持续一个月的大火。我国在开发某大油田时,也曾因管道破裂发生过井喷,损失惨重。在军事方面还有:美国“北极星”导弹因固体燃料发动机机壳破裂而不能发射,美空军F-11战斗机在空中突然坠毁等。途中行驶的汽车因传动轴突然断裂而翻车,正在机床上切削的刀具突然断裂等事故枚不胜举。

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       当今我国的建筑工程离不开钢筋。钢筋长期放置在施工现场或者因为钢筋的保护不力,或多或少都会出现钢筋生锈的状况,这就需要钢筋除锈。

这些灾难性的恶性事故,瞬时发生,事先毫无征兆,断裂无商量,严重地威胁着人们生产财产安全。起初科学工作者们对出事原因,众说纷纭,一筹莫展。后来经过长期观察和研究,终于探明这一系列的恶性事故的罪魁祸首——氢脆。

      钢筋除锈的方法主要有人工除锈、化学除锈、机器除锈、喷砂除锈等几种。每个工地选择钢筋除锈的方法可能不同,那么,我们应该如何去挑选一款适合自己的钢筋除锈方法呢?

1.揭开氢脆断裂之迷

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氢脆通常表现为钢材的塑性显著下降,脆性急剧增加,并在静载荷下(往往低于材料的σb)经过一段时间后发生破裂破坏的趋势。众所周知,氢在钢中有一定的溶解度。炼钢过程中,钢液凝固后,微量的氢还会留在钢中。通常生产的钢,其含氢量在一个很小的范围内。氢在钢中的溶解度随温度下降而迅速降低,过饱和的氢将要析出。氢是在钢铁中扩散速度最快的元素,其原子半径最小,在低温区仍有很强的扩散能力。如果冷却时有足够的时间使钢中的氢逸出表面或钢中的氢含量较低时,则氢脆就不易发生。如果冷却速度快,钢件断面尺寸比较大或钢中氢含量较高时,位于钢件中心部分的氢来不及逸出,过剩的氢将进入钢的一些缺陷中去,如枝晶间隙、气孔内。若缺陷附近由于氢的聚集会产生强大的内压而导致微裂纹的萌生与扩展。这是由于缺陷吸附了氢原子之后,使表面能大大降低,从而导致钢材破坏所需的临界应力也急剧降低。一般的说,钢的氢脆发生在室温附近的-50~100℃之间。温度过低时氢的扩散速度太慢,聚集少不会析出;高温时氢将被“烤”出钢外,氢脆破坏也不大会发生。随着科学的发展,人们又发现氢脆机理的新观点:氢促进了裂纹尖端区塑性变形,而塑性变形,又促进了氢在该区域内浓集,从而降低了该区的断裂应力值,这就促进了微裂的产生,裂纹的扩展也伴随着塑性流变。

了解钢筋锈蚀的状态,合适才最重要

       三超除锈工程师提醒大家,要根据钢筋锈蚀的程度,采用对应钢筋除锈方法,选择合适的钢筋除锈产品。

2.影响钢氢脆断裂的因素

人们经长期的研究发现,影响钢氢脆断裂的因素主要有如下三方面:

(1)环境因素

如钢在含氢量较高的环境中,如水、酸、氢气中时,氢通过吸附在钢铁表而扩散,造成钢变脆。同时氢分压对氢裂纹扩展速度有明显的影响,提高氢气压力会增加氢脆敏感性。

(2)强度因素

一般来说,钢的强度越高,氢脆敏感性越大。国外一些发达国家明文规定“高强度钢不准酸洗”就是为了防止氢脆。而化学成分是通过强度来影响钢的氢脆断裂,这是因为氢和S、P等原子偏析于晶界会引起晶界结合力减弱,从而促使沿晶界首先断裂。

1判断钢筋生锈的等级

钢筋生锈的等级:   

揭开热处理中钢铁氢脆断裂之谜钢筋除锈方法,你选对了吗?(图2)

轻度锈蚀:

(3)热处理

      部分氧化皮开始破裂脱落,红锈开始发生;

业已查明,钢的氢脆与其显微组织和热处理有密切的关系,实验和事实标明,该组织在热力学上稳定性愈差,则氢脆的敏感性愈大。例如珠光体、铁素体组织的氢脆倾向远低于马氏体,而且网状分布的高碳马氏体最敏感。

中度锈蚀:

       氧化皮部分破裂脱落,呈堆粉状,除锈后用肉眼能见到腐蚀小凹点;

重度锈蚀:

      氧化皮大部分脱落,呈片状锈层或凸起的锈斑,除锈后出现麻点或麻坑。

3.热处理防氢脆措施

2

根据钢筋锈蚀的程度,选择除锈方法:

在热处理产业链上,多道工序需要酸洗,如淬火后回火前的酸洗、回火后喷砂前酸洗、蒸汽处理或氧氮化前酸洗、TiN等表面强化前的酸洗以及电镀前的酸洗等。酸洗在不同阶段其目的是不一样的,有的是为了去除氧化皮,有的是为了提高工件表面活性,有的是为了缩小尺寸等。传统的酸洗工艺繁琐、流程长、成本高、能耗大、污染严重、劳动条件差等,更为可怕的是对钢材内在质量产生很大的危害——氢脆。为此,改进酸洗工艺,采取防渗氢措施,已成为几代人关注的问题。

钢筋除锈常用方法:

(1)酸洗工艺的改进

钢铁表面的锈蚀主要是铁的氧化物和氢氧化物等,清除这些锈蚀主要是酸类组分借助表面活性剂等的协同作用来完成的,其作用过程大致是溶解和剥落。为了克服常规酸洗带来的缺陷,可作如下改进。

手工除锈

化学除锈

首先,降低酸浓度。一般钢铁件采用30%~35%HC1(质量分数),除去氧化皮的速度快,但耗量大,酸雾重,对基体的过腐蚀也强,难以保证产品质量。如用低浓度酸洗工艺对降低酸液消耗,改善环境,提高工件表面质量有明显的经济效益和社会效益。该工艺利用氧化皮的多孔性,在润湿剂的作用下使酸液迅速渗透到基体与氧化皮的界面上发生Fe+2HC1==2FeC12+H2↑化学反应,利用氢气的机械剥落作用,达到除去氧化皮清洁表面的作用。由于氧化物在稀酸中的反应缓慢,尿素等缓蚀剂对裸露基体的吸附力强,防止了过腐蚀,降低了酸的无用消耗,同时亦减轻了工件渗氢数量。

其次,利用混合酸液的综合特性。生产上常用盐酸或硫酸液除锈,但两者的性能各异,若将盐酸与硫酸按适当比例配制成混合液,能兼有两者的功能,既能提高除锈速度,又降低了操作温度。

超声波除锈

再次,采用多功能的高效除油除锈剂。近年来出现了“二合一”等多种除油除锈剂和快速除锈剂应用较普遍,这是钢铁酸洗工艺的一大进步。

最后,采用特殊的酸洗工艺。针对不同工件的形状、用途、热处理状态采取不同的酸洗工艺,就是说酸洗工艺也应该个性化。

(2)防止氢脆的措施

机械除锈

酸洗过程的渗氢是一个相当复杂的过程,即涉及腐蚀的共轭步骤,又涉及氢在金属表吸附和析出的以及浸入金属内部的并、串联步骤,还涉及到应力腐蚀的深层次问题。研究表明,在酸洗条件下,直接进行渗氢的电化学测量是研究酸洗过程渗氢行为的可行方法。为减轻钢铁件渗氢程度,可采取如下一些防渗氢措施。

第一,引入多功能的缓抑制。多功能的缓抑剂具有缓蚀与抑雾功能,不仅酸洗速度快,而且阻抑渗氢的功能较强,缓蚀率高。

轻度锈蚀钢筋除锈:

第二,控制酸洗条件。钢铁在酸洗液中的渗氢量与酸度关系不太大,但与酸洗温度成正比,与酸洗时间的平方根成正比,建议采用酸液浓度较高、酸洗时间很短的酸洗方法。高速钢淬火件等高强度钢酸洗更要注意这个问题。具体生产单位,应制订严谨工艺,控制好酸的浓度、酸液温度、酸洗时间三大要素。

第三,关注应力腐蚀问题。应力腐蚀开裂是指工件在受到静载拉应力和特定的腐蚀环境联合作用下,导致材料发生脆性开裂的过程。经过校直的淬火件,不管是正击还是反击,凡经校直过的工件一定先去应力再酸洗,否定氢脆致裂或变脆的几率相当大,很多单位都有深刻的教训,但并没有引起足够的重视。

      通常为浮锈,常用的除锈方法为钢筋除锈剂除锈,喷涂后即焕然一新,无论是未加工的原材钢筋除锈,还是绑扎好的原位钢筋除锈;无论是螺纹钢筋除锈,还是盘圆钢筋除锈,强烈建议采用钢筋除锈剂除锈。

第四,防止金属杂质污染酸洗液。业已查明,当酸洗液中含有P、As、Sn、Hg、Pb、Zn、Cd等金属杂质时,会促进渗氢量增加,加剧氢脆断裂倾向。

第五,驱氢处理。是凡经过酸洗工件,最好进行180~200℃×3~4h驱氢处理。

图为雁鸣湖工地生锈钢筋除锈前后对比图

重度锈蚀钢筋除锈:

盘圆钢筋除锈:

       因盘圆在拉直过程中就把锈除了;如除锈后短期内不使用,强烈建议钢筋除锈剂浸泡除锈(防锈达俩仨月)。

4.氢脆试验方法

未加工的螺纹钢筋除锈:

       电动钢丝刷除锈,喷砂除锈、抛丸除锈、钢筋除锈剂除锈。

如果因热处理或表面处理产生了渗氢,应在尽可能短的时间内驱赶,使构件不至于因氢脆破坏失效。产生了氢脆也可以通过试验方法测定。

以前的航空部为测氢脆曾制订过标准(HB5067)可供参考。该标准规定了用延迟破坏的方法,试验和鉴定抗拉强度≥1275MPa的结构钢和高强度钢经电镀和化学覆盖工艺处理后的氢脆性能。

(1)方法原理

结构钢和高强度钢由于氢和应力的作用,在小于屈服强度的静载荷下持续一定时间就会发生早期的脆性断裂。

加工过且集中存放钢筋除锈:

        喷砂除锈,电动钢丝刷除锈勉强可以用。

(2)氢脆试样的技术要求

绑扎好锈蚀严重的钢筋原位除锈:

       高压水枪冲洗、人工打磨配合钢筋除锈剂除锈。

       方法一:化学除锈(即使用钢筋除锈剂除锈)

主要有四点:

第一,试样材料。应用与产品零件相同的材料制作,热处理至抗拉强度的上限(硬度与抗拉强度有一定的对应关系)。

第二,试样的形状和尺寸。延迟破坏的试样形状和尺寸应符合下图的规定,除图中已注明的尺寸公差外,其他尺寸公差应符合国家形位公差相关规定。

第三,试样的制造。按图沿材料的顺纤维方向加工试样,粗加工后热处理至所要求的抗拉强度,然后精加工至规定尺寸,缺口用中软细粒氧化铝砂轮磨制。磨削时应保证缺口根部半径圆滑。磨削后投影检查,确保缺口尺寸符合图纸要求。逐根测量缺口根部直径(图中为φ4.5±0.05mm)的尺寸,并做好编号记录。

       据三超除锈多年的施工经验统计得出,使用钢筋除锈剂除锈(即化学除锈法)是工地大量钢筋除锈的首选。使用钢筋除锈剂除锈后效果明显,除锈后3-6个月不返锈,该除锈方法工期短和费用低,安全、环保、快捷。受到广大客户的好评。

      钢筋除锈剂是一种cx-04,cx-06组份混凝土钢筋除锈防锈材料,“三超”钢筋除锈剂有多种成分复配而成,它比以往的钢铁除锈剂使用更安全、更有效、短时间内几个将严重锈蚀除去。可恢复金属本色、且对母材是没有伤害的、可洗净钢筋表面铁锈等物质、可以自动溶解下来、在细微缝隙处可发生作用。无需加温,场下即可发挥最佳效果。不然不爆。处理过的金属表面对焊接、电镀、喷漆不会产生影响,不影响钢筋的握裹力。

      方法二:机械除锈

揭开热处理中钢铁氢脆断裂之谜钢筋除锈方法,你选对了吗?(图3)
缺口示意

      机械除锈即使用钢筋除锈机除锈,一般是通过动力带动圆盘钢丝刷高速转动,轻刷钢筋表面锈斑,且对于直径较小的盘条钢筋可以通过调直自动清理。对直径较细的盘条钢筋,通过冷拉和调直过程自动去锈;粗钢筋采用圆盘钢丝刷除锈机除锈。

       钢筋除锈机有固定式和移动式两种,一般由钢筋加工单位自制,是由动力带动圆盘钢丝刷高速旋转,来清刷钢筋上的铁锈。固定式钢筋除锈机一般安装一个圆盘钢丝刷,为提高效率也可将两台除锈机组合。

      使用钢筋除锈机除锈是物理除锈,最大特点是:除锈速度快,效果好,除锈成本低,在除锈的同时,还能消除表面的毛刺,杂物,对表面有一定的美化作用。可控制性高。特别针对大型钢板,钢筋,钢材,钢结构除锈,适合量大、重度锈蚀及带有紧固件的钢筋除锈,但不适合已绑扎好的钢筋除锈。

揭开热处理中钢铁氢脆断裂之谜钢筋除锈方法,你选对了吗?(图4)

       方法三:喷砂除锈法

       喷砂法除锈主要是用空压机、储砂罐、喷砂管、喷头等设备,利用空压机产生的强大气流形成高压砂流除锈,适用于大量除锈工作,除锈效果好。

       喷砂除锈是最彻底、最通用、最迅速、效率最高的清理方法。喷砂处理可以在不同粗糙度之间任意选择,而其它工艺是没办法实现这一点的。喷砂除锈的缺点是成本比较高,且对周围的环境又一定污染。

揭开热处理中钢铁氢脆断裂之谜钢筋除锈方法,你选对了吗?(图5)

第四,试样在镀盖前都应消除磨削应力,消除应力的最高温度应比该工件的回火温度低10~20℃,同时要避开材料回火脆性区,以保证消除应力后的试样硬度不会下降。

(3)试验方法

        方法四:人工除锈

        人工除锈的常用方法一般是用钢丝刷、砂盘、麻袋布等轻擦或将钢筋在砂堆上来回拉动除锈。使用人工除锈法除锈,劳动强度大,除锈效率低,除锈质量差,不适用于大面积除锈。因此一般情况下不建议使用。

按要求的镀覆工艺对试样进行预备处理和镀覆。带有镀层的试样其缺口的镀层厚度应不小于12~18μm。镀覆层应一次完成,不允许退镀或重复电镀。镀覆后,试样应尽快地(不超过3h)进行除氢。除氢的规范应符合工件或该钢的镀覆工艺规范的规定。

揭开热处理中钢铁氢脆断裂之谜钢筋除锈方法,你选对了吗?(图6)

延迟破坏试样根据总载荷可在适当吨位的持久试验机上进行。加载时按镀覆前缺口根部尺寸计算试样的截面积。试样承受的静载荷数为未镀覆试样的缺口抗拉强度的75%,记录断裂时间。

2

了解不同的除锈产品,知己知彼才最好

       喷砂机成本相对较高,这里主要介绍钢筋除锈剂和钢筋除锈机。

1化学除锈法——钢筋除锈剂

钢筋除锈剂:   

未镀覆试样的缺口抗拉强度应是3~5个试样的平均值。

(4)结果评定

用6根平等的试样进行延时破坏试验,在规定的载荷下200h都不破断,则认为该钢经此镀覆工艺氢脆性能合格。如果有一个试样破断时间小于200h则认为氢脆性能不合格。

      “三超”钢筋除锈剂由多种有机酸、表面活性剂、渗透剂、缓蚀剂等成分配方生产,对于钢筋具有良好的除锈效果和性能。该产品不含盐酸、草酸,对钢筋表面没有腐蚀,不伤害母材。使用钢筋除锈剂除锈后,常温状态下3个月左右不返锈。

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       针对不同的钢筋锈蚀程度,推荐使用不同型号的钢筋除锈剂。这里主要推荐“三超”两款钢筋除锈剂CX-04和CX-06。钢筋除锈剂CX-04适用于处理轻度锈蚀(1-6个月)成捆线材浸泡;钢筋除锈剂CX-06适用于处理重度锈蚀6个月以上捆扎好的线材。

跟良哥一起聊质量吧

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钢筋除锈剂CX-04:

揭开热处理中钢铁氢脆断裂之谜钢筋除锈方法,你选对了吗?(图7)

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钢筋除锈剂CX-06:

揭开热处理中钢铁氢脆断裂之谜钢筋除锈方法,你选对了吗?(图8)

揭开热处理中钢铁氢脆断裂之谜钢筋除锈方法,你选对了吗?(图9)

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机器除锈——钢筋除锈机:

钢筋除锈机CQ-01:   

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性能:

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IATF16949 阅读笔记(4)

      手动钢筋除锈机

2

除锈效率:

       1—2分钟/根,2—3人/台

一张表搞懂工厂各种设备的检验周期

良哥分享 | 客户(SQE)审厂必查项目(浓缩的是精华)

3

一天能除锈多少:

最低限度的质量月报要求(可下载)

员工犯错之过,管理方法之罪

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      每天处理3-5吨左右

4

适用范围:

783页创意精美绝伦的PPT

质量管理基础知识(全套PPT)

       50吨以内,特别是30吨左右的螺纹钢,不能处理加工变形的螺纹钢。

钢筋除锈机CQ-04:

1

性能:

      自动钢筋除锈机

2

除锈效率:

       50秒/根  

3

一天能除锈多少:

      每天处理10-15吨左右

4

适用范围:

       适用于12-38mm的钢筋

3

正确的使用方法,发挥最大功效

       (仅以化学除锈及机器除锈法为例)

方法一:使用钢筋除锈剂

1

针对已绑扎钢筋原位除锈:

       将钢筋除锈剂(原液使用、不能兑水)装入喷雾器中直接喷涂于钢筋表面,以润透钢筋锈渍为准。表干2—4小时,实干24小时,干透后露出钢筋原色。有效防锈3—6个月,保护钢筋不再出现浮锈和斑锈,杜绝钢筋锈蚀的危害,节省除锈补强的成本、工期短和费用低,安全、环保、快捷。(注意:钢筋表面锈蚀轻为浮锈时,直接喷涂原液;钢筋表面为重锈或掉渣时应先敲打或震动后再喷涂钢筋除锈剂)。

2

针对大量螺纹钢浸泡除锈:

       可将钢筋除锈剂2比3适量稀释(最好是原液使用),然后将需钢筋、架子管浸没在钢筋除锈剂中,待锈迹清洗干净后取出晾干即可。

3

针对严重锈蚀绑扎钢筋除锈:

       钢筋预除锈(敲打或震动)——>喷涂钢筋除锈剂——>高压水枪冲洗。注意喷涂钢筋除锈剂前有条件的最好先高压水枪冲洗一下,之后再喷涂钢筋除锈剂。

方法二:使用钢筋除锈机

1

预处理:

       送入钢筋前预处理:送入钢筋前必须去除待处理钢筋上附着钢筋及其他附着件,打磨把接头,对于弯曲度大于5度的钢筋要进行预先校直,消除设备和人身安全隐患。

2

矫正滚轮:

校正进料口出料口滚轮:根据要除锈的线材平行度调整进料口出料口滚轮并压紧。

3

开始除锈:

       送入钢筋:扣开电源开关,机器开始运行,松开钢筋卡紧装置卡金钢筋,将所有除锈的线材按进料口除锈装置正反向单元--出料口顺序匀速送入。

4

观察情况: 

       查看运行是否异常:噪音,震动厉害等如有原因则进行排除,如果是“钢筋校正”原因,则重新校正。

5

正常除锈:

      重新运行机器:适度掌握钢筋的送入速度以达到理想的除锈效果。

6

调换转向开关:

      运行一段时间(约3-5小时)后,调换转向开关方向,以保护钢丝调整部分,重新运行机器。

       以上就是三超除锈为大家总结的钢筋除锈方法及除锈产品,希望大家在工程中根据实际情况采取合适的方法及产品,获得较好的除锈效果。

        郑州三超除锈技术有限公司拥有专业钢筋除锈施工团队,配有专用钢筋除锈设备(有海量工程案例见证),专门承接超大量、高难度、严要求的钢筋除锈施工服务。热线:400-0371-005               ——郑州三超除锈技术有限公司

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揭开热处理中钢铁氢脆断裂之谜钢筋除锈方法,你选对了吗?(图13)