Thép xây dựng phạm huy chính

THƯ VIỆN ĐẠI HỌC NHA TRANG TH Ư VIỆN ĐH NHA TRA N G NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG PHẠM HUY CHÍNH NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NỘI - 2011 LỜI NĨI ĐẦU Thép hợp kim có ý nghĩa quan trọng kỹ thuật xây dựng đại tín h chất quý báu có lợi chúng so với vật liệu khác Đó độ bền cao, khả dẫn tới biến dạng dẻo biến dạng đàn hồi lớn tạo khả gia công chúng áp lực (cán, rèn, dập, kéo sợi), tính hàn, tính đúc tốt, có khả làm việc nhiệt độ cao nhiệt độ thấp v.v Tuy nhiên thép hợp kim củng có s ố nhược điểm: trọng lượng th ể tích lớn, bị ăn mịn chịu, tác dụ n g ẩm k h í khác nhau, nhiệt độ cao bị biến dạng đáng kể Đ ể hiểu rõ loại vật liệu này, cuôh “Thép x â y d ự n g ” trinh bày m ột cách hệ thống vấn đề từ công nghệ sản xuất thép, cấu trúc kim loại, thành p h ầ n hóa học, tính chất lý, trạng thái làm việc p h hoại chúng dạng ăn mòn kim loại biện pháp bảo vệ chống ăn mòn với mong m uốn nhà xây dựng có th ể tham khảo đ ể chọn lựa thép dùng cho kết cấu cách hợp lý có hiệu Do trinh độ kinh nghiệm có hạn, nên q trình biên soạn khó tránh khỏi có thiếu sót R ấ t mong nhận ý kiến đóng góp xây dựng quý độc giả c giá Chương CÔNG NGHÊ KIM LOAI 1.1 SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP Quá trình luyện lị cao phương pháp để sản xuất gang từ quặng Nó q trình tái sinh sắt từ quặng nhiệt độ cao Trong trình phát triển việc sản xuất kim loại lò cao, người ta xếp lớp đệm tốt liệu lò nhờ nghiền vụn, rửa sạch, phân loại, làm giầu quặng sắt Chúng dược thựchiện cách tuyển từ (phân ly từ tính) Việc sản xuất quặng thiêu kết thiêu kết vụn quặng miếng lớn phát triển rộng rãi Quặng thiêu kết nhận thiêu kết quặng sắt với đá vôi, có ưu điểm giảm nhẹ tạo xỉ, giảm bớt chi phí nhiên liệu (than cốc) - 20%, giảm chi phí quặng, nâng cao hiệu suất lị cao Nhờ phát triển khí hố tự động hoá cho phép áp dụng phương pháp luyện ba zờ sản xuất gang Trong trình luyện lị cao, áp lực nâng cao nung nóng cao cách thổi, điều chỉnh tự động nhiệt độ, giảm độ ẩm cách thổi, rửa than trước luyện cốc ôxi đê tăng cường trình sản xuất áp dụng rộng rãi Nhờ nấu luyện lị cao, nhận loại gang khác nhau: gang luyện thép chủ yếu dùng để sản xuất thép, gang đúc dùng để đúc gang, gang hợp kim sắt chứa mangan silic Hợp kim sắt dùng chàt pha thêm sản xuất thép Việc sản xuất thép trơng lị thổi phát triển với tốc độ mạnh mẽ thay dần cho việc sản xuất lị máctin Dung lượng lị thổi đại đạt tới 600t sản xuất thép bàng lò thổi ơxi phát triển mạnh nhất, dùng ơxi đảm bảo nâng cao suất đến 25 - 30%, đồng thời giảm hàm lượng tạp chất có hại thép, đặc biệt nitơ từ 0,022% xuống cịn 0,005% thổi khơng khí bình thường, tăng độ bền vững lớp lót lị Cũng sử dụng lò thổi kiểu quay để khuấy trộn tốt kim loại lỏng với oxi, dùng lò thổi dạng hình trụ dài đến 15m, quay xung quanh trục nằm ngarìg Để cường hố việc sản xuất thép lò mactin, người ta sử dụng oxi, đảm bảo nâng cao nâng suất lị lên 25-30% Việc sử dụng nhiệt nguội lò mactin cho phép tiết kiệm nhiên liệu, muốn phải áp dụng nguyên tắc làm việc lò hai bể, nhiệt từ bể làm nguội hướng vào bể bên cạnh sau dẫn đến thay đổi hướng dòng nhiệt Tự động hố điều khiển chế độ nhiệt lị giúp giảm chi phí nhiên liệu đến 5% nàng cao suất lò đến 8% Lò điện thiết bị nấu luyện thép hồn thiện nhất, nhiệt độ đạt tới 2000°c, đảm bảo nấu chảy phụ gia hợp kim hố khó chảy (molip đen, crơm ), khử oxi khử khí có hại kim loại tốt Dung lượng lò điện đạt đến 200t, chi phí điện khoảng 800-950 kw.h/T Dùng oxi nâng cao nãng suất lò đến 20-25%, giảm chi phí điện 30% Những phương pháp sản xuất thép cách nấu luyện liên tục lị thổi oxi bắt đầu phát triển sau lị mác tin kiềm, đây, thép có thành phần hoá học cho trước tạo thành cách triệt để Để giảm chi phí lượng điện, ban đầu dùng điện để nung nóng nấu chảy lị mác tin, cịn để tính luyện thép triệt đê đạt tính chất cho trước thực lò điện, sắt xốp nhận trực tiếp từ quặng cách luyện thổi hydro hỗn hợp hydro với oxyt cacbon áp lực 30kG/cirr, tách riêng sắt khỏi đá không quặng phương pháp, phân ly từ tính, dạng sản xuất thép có triển vọng 1.2 RĨT KHN Từ lị luyện, thép xả vào thùng chuyên dụng vận chuyển đến rót vào khn để thỏi đúc để cán chế tạo sản phẩm rèn thỏ Để cải thiện tính chất thép (giảm chất lẫn ơxi nitơ), người ta áp dụng biện pháp tạo chân khơng rót khn Hiện nay, người ta áp dụng phương pháp rót thép liên tục Phương pháp khắc phục tượng rỗ co, giảm phế liệu, nâng cao đáng kể suất lao động đảm bảo nhận vật đúc hạt nhỏ, chặt Trên hình 1.1 rõ sơ đồ rót thép liên tục, cho thấy kim loại nấu chảy vào thiết bị kết tinh khn đúc thỏi có hốc xun thơng làm nguội nước Sau đông rắn, thỏi đúc khay chuyên dụng kéo xuống phía dưới, cắt theo kích thước cần thiết Ngồi phương pháp này, phương pháp rót thép ngang liên tục áp dụng 1.3 GIA CÔNG KIM LOẠI Để gia công kết cấu xây dựng kim loại, người ta sử dụng phương pháp dùng áp lực, đảm bảo việc chế tạo chúng dạng phôi Bản chất phương pháp dựa vào việc lợi dụng tính dẻo kim loại, nghĩa khả điều kiện xác định, tiếp nhận biến dạng dư khơng phá hoại tính tốn vẹn tạo cho phơi có hình dạng u cầu tác dụng ngoại lực Việc gia công kim loại áp lực làm thay đổi khơng chí hình dạng phơi mà cấu trúc tính chất kim loại, kích thước hình dạng hạt thay đổi Khi gia công nguội áp lực gây thay đổi hình dạng hạt - kéo chúng phương biến dạng lớn với định hướng phương, đồng thời tính chất học (giới hạn độ bền, giới hạn chảy, độ cứng) nâng cao, tính chất biến dạng (dộ dãn dài tương đối, độ co thắt, sức chịu va đập) giảm đi; tính chất vật lý thay đổi Khi gia cơng nóng, phơi thép nung nóng đến 900-1000"C tùy thuộc vào thành phần thép dạng gia cơng, sau đưa vào chịu áp lực Nhờ thế, biến dạng dễ dàng giới hạn đó, mà khơng phá hoại tính nguyên vẹn liên kết hạt Để nhận sản phẩm kim loại, người ta áp dụng gia công áp lực với phương pháp khác nhau: cán, chuốt sợi, rèn, dập khn, đúc (hình 1.2) Hình 1.1 Sơ đồ rót thép liên tục H ình 1.2: Sơ đồ phương pháp gia công kim loại áp lực a) Cán; b) Chuốt sợi; c) Dập; d ) Rèn; e) Dập klìơi; f ) Dập (tấm) 11 12 13 14 15 16 17 H ình 1.3: Một s ố dạng cán hình Phôi cán thơ máy blumin; Phơi vng có góc lượn trịn; Phơi vng; Phơi trịn; Dạng dải; Dạng tam giác; Dạng ô van; Mặt cắt bán trịn; Hình đáy quạt; 10 Mặt cắt hình thoi; 11, 12 Thép góc khơng cạnh cạnh; 13 Chữ U; 14, 15 Dạng mặt cắt chữ I chữ T; 16 Ray; 17 Mặt cắt chữ Z; Cán - dạng phổ biến gia cơng nong thép Đến 90% tồn thép nấu luyện gia công lại phương pháp Khi cán, người ta ép kim loại hai trục máy cán xoay vê phía khác Nhờ ép phôi làm tăng chiều dài bề rộng (hình 1.2, a) Sau gia cơng vậy, nhận sản phẩm cán có hình dạng kích thước khác (hình 1.3) Nếu cần thiết có biến dạng lớn tiết diện lại cán sản phẩm 10' 15 lần, để tránh hành trình khơng tải thỏi thép đúc, người ta dùng trục phụ, đảm bảo cán hành trình ngược lại thỏi đúc Những máy, mà chúng với hướng ngược lại chuyển động trục cán, phôi dịch chuyển hướng ngược lại gọi máy cán thuận nghịch (hay máy cán đảo chiều) Những máy cán liên tục, chúng làm việc giá trục cản có trục ép điều chỉnh liên tiếp dải thép cán rơi từ giá cán sang giá trụ cán khác máy cán hoàn thiện Trên máy cán người ta cán thép cốt dùng sản xuất kết cấu bê tơng cốt thép (hình 1.4) H ình 1.4: Những dạng cốt thép Cốt thép trơn; Sợi thép trơn; Cốt thép gai cán nóng; 4, Dảnh gồm sợi thép; Cốt thép đập bẹp nguội Chuốt sợi Quá trình kéo thép hay sợi thép qua lỗ mẫu gọi chuốt sợi Những kích thước tiết diện ngang nho kích thước phơi gốc (hình 1.2, b) Việc chuốt sợi tiến hành máy kéo sợi có định cỡ thỏi thép ống mặt cắt trịn hay mặt cắt định hình thép kim loại màu Dập - Đó q trình, nhờ kim loại ép trồi qua lỗ hình hay lỗ trịn mẫu (hình 1.2, c) Hình dạng kích thước lỗ xác định hình dạng mặt cắt sản phẩm dập (thanh, ống sản phẩm định hình) từ kim loại màu hợp kim khác thép Quá trình dập kim loại thực máy dập hay máy dập thủy lực Rèn - Rèn kim loại nén phôi đầu búa đe (hình 1.2, d) với việc sử dụng dụng cụ rèn khác Người ta phân biệt rèn tự (kim loại chuyển dịch phía) rèn khuôn (kim loại làm đầy khuôn cách cưỡng bức) Khi rèn, diễn thay đổi cấu trúc tế vi kim loại với hình thành hạt nghiền vụn hay cấu trúc dạng sợi Trong xây dựng, người ta áp dụng rèn để chế tạo bu lơng, kéo, neo, vịng kẹp, đế cột, đai V V cách rèn thực mối ghép (cố định không tháo ra) riêng biệt thép hình (tán đinh) dược thực búa tán chạy ép hay máy rèn Rèn khuôn - Số lượng lớn kết cấu xây dựng chế tạo cách rèn khn Đó q trình biến dạng kim loại khuôn rèn Với khuôn rèn tính đồng độ xác bề mặt rèn đảm bảo, không yêu cầu phải gia công thêm Khn rèn có hai loại: khn rèn khối khn rèn Ở khn rèn khối (hình 1.2,e), phơi nung nóng trước, tác dụng búa, máy dập hay máy rèn ngang, phôi bị biến dạng khoang hẹp Đối với kết cấu xây dựng, chiều dày thành nhỏ khác biệt với chiều dày phơi gốc, người ta sử dụng khn rèn tấm, có khả làm biến dạng phơi gốc trạng thái nguội khn, có mẫu với vịng kẹp chày đập (hình 1.2, f) Kim loại dể làm khn rèn cần có độ dẻo cao, thường thép hợp kim thấp hay thép cacbon Trong trường hợp đặc biệt kết hợp rèn khn hàn, cho phép nhận kết cấu có hình dạng phức tạp Để giảm nhẹ trọng lượng kết cấu tiết kiệm kim loại, người ta chế tạo thép hình xây dựng phương pháp rèn khuôn thành mỏng từ thép chống ăn mịn, có tính dẻo cao đặc biệt, dày 2-3mm Kết cấu thép hình thực hàn điểm hay hàn hồ quang diện Đúc - Đúc áp dụng rộng rãi để sản xuất dạng khác sản phẩm hay phôi từ kim loại Người ta chế tạo chi tiết đúc cách rót kim loại nóng chảy vào khn Khoảng 4/5 toàn sản phẩm đúc nhận dược khuôn cát đúc 1/5 nhận từ dạng đúc đặc biệt Gang nấu chảy lị đứng, đảm bảo có gang lỏng với hao liệu tiết kiệm chi phí nhân liệu Việc nhận sản phẩm đúc thép phức tạp so với sản phẩm đúc gang, thép có độ co ngót lớn (thép 2%, gang - 1%), nhiệt độ cao cần thiết (1600"C, cao độ hịa tan khí, kích thích tạo bợt sản phẩm đúc thép Để nhận dược sản phẩm đúc thép sử dụng kim loại nấu chảy hoàn toàn áp dụng nhiệt luyện tiếp sau Cũng tiến hành đúc kim loại màu Đúc sản phẩm khn cát có số nhược điểm, cụ thể là: khuôn chế tạo cho lần đúc, độ xác sản phẩm dúc thấp Đối với sản xuất quy mô lớn vật đúc xác thi áp dụng dạng đúc đặc biệt, đảm bảo độ xác cao, sô trường hợp không yêu cầu gia cơng co khí bổ sung Có 50 phương pháp cho dạng đúc riêng, có phương pháp chinh là: đúc khuôn kim loại, đúc áp lực, đúc li tâm, đúc theo kiểu nấu chảy, đúc khuôn dạng vỏ v.v Đúc khuôn kim loại đảm bảo độ quay vịng khn nhiều lần (100-50000 lần) suất cao Khuôn chế tạo từ gang, thép hợp kim khác Kim loại làm đầy khuôn tác dụng trọng lực Đúc dươi áp lực thực khuôn kim loại, thường áp dụng đoi với kim loại màu Kim loại làm đầy khuôn áp lực tạo nên hệ thống pittông Đúc li tâm, thực cách rót kim loại lỏng vào khn quay (250-1500 v/ph) đồng thời làm nguội sau thường áp dụng sản phẩm có hình dạng xoay (ống, ống lót v.v ) Độ chặt lớn vật đúc khả tạo thành mỏng đặc điểm phương pháp Đúc theo kiểu nấu chảy (phương pháp xác) thực chế tạo chi tiết nhỏ có hình dạng phức tạp u cầu độ xác cao Khi đúc khn dạng vỏ, khn kim loại nung nóng trước đổ hỗn hợp đặc biệt cát nhựa bakelit Với thiêu kết hỗn hợp khn vỏ tạo thành có độ bền đến 75kG/cm2 Hai nửa khuôn chế tạo cách nối với tạo thành khuôn đúc để đúc sản phẩm Đặc điểm dạng đức có độ xác cao có khả tự động hóa q trình đúc 10 Chương CẤU TRÚC CỦA KIM LOẠI 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG Người ta tiến hành nghiên cứu cấu trúc kim loại việc nghiên cứu cấu trúc vĩ mô (cấu trúc thô) với phóng đại đến 10 lần (hoặc khơng phóng đại), cáu trúc vi mơ, với phóng đại từ 10 đến 2000 lần kính hiển vi quang học, đến 100 000 lần kính hiển vi điện tử, cấu trúc nguyên tử - dựa vào phân tích ảnh chụp tia X Kim loại vật thể kết tinh với bố trí có tính quy luật nguyên tử nút mạng không gian Mạng bao gồm số mặt phẳng tinh thể bố trí cách khoảng cách số anstrơm (Ả = 10'8cm) Đối với sắt (thép) khoảng cách 2,88Ả(a-Fe) 3,63Â(y.Fe) Đa số kim loại có mạng khơng gian dạng hình học đơn giản Những phận riêng biệt mạng tinh thể gắn kết (ràng buộc) chặt chẽ với hệ thống hạt Vị trí tương hỗ hạt nguyên tố hợp kim xác định cấu trúc kim loại tính chất chúng Những nguyên tử kim loại đặc trưng số lượng electron (1-2) vỏ ngồi dễ hồn trả, điều dược xác nhận độ dẫn nhiệt dẫn điện cao Những kim loại màu có hai dạng mạng tinh thể hình lập phương đơn giản (hình 2.1): a) H ình 2.1: Tinh th ể lập phương a) Khối lập phương định tâm; b) Khối lập phương diện tâm a) Khối lập phương định tâm hay khối lập phương định tâm thể tích cịn gọi khối lập phương thể tâm (có nguyên tử ơ), thể tích hình cầu chiếm 68%; b) Diện tâm (kim tương) hay khối lập phương có diện tâm (14 ngun tế), thể tích hình cầu chiếm 74% Một số kim loại màu hợp kim chứng có mạng lục giác Một số kim loại (sắt, thiếc, ti tan v.v ) có đặc tính thù hình, nghĩa khả nguyên tố hóa học nhiệt độ khác có cấu trúc tinh thể khác 11 Bảng 12.32 Thành phần hóa học thép hàn dối với kết cấu cầu Chiều dày Nhóm Phương pháp hay bụng thép thép nấu luyện hình, mm A-7 Lò Mactin hay lò điện A-373 - Hàm lượng nguyên tố, % - Thép hình hay khơng lớn lOOmm V I ứ) lo co cọ Õ o Õ C-> o co o o" VI o co o CÓ VI «ọ o co o o‘ V I o co o o" V I tô to 06 T — 0M ^ o VI co' x * -j-■ * o co • ío co' c o co o o to co co co r^co â) xr ' C N l' co o C M co oo — o ^ o o N- hÕ Ó o co to co ^ to co X — (5 ) o r^Lọ ó 05 xf- r^r— ^ o r> Ó co ' o C N J to to C N I C N J o o co C3 co to C D co Ò to '— ' Co' co ^ LO co o" co co C N C N J C N J C N Ì o o cọ có o to ^ o cọ cò to '— cS o o cip cb o to — o cọ Ò to ^ co co o co co co' c o -' o co co co' c o -o co co C N co co C N J co C X J co— o C N co C V J co o C N l co 1 1 1 • 1 Ị 1 1 1 1 * 1 1 1 1 ‘ 1 • 1 Ị • o co o" 1 1 ■ ■ ■ o C N J o" A I to C Ó o" A I co ọ" cò o" to co o o' A I to co o o' A I 1 co to o' V I o o o" V I to to Ó" V I o xí o o" V I o o o" V I to co T-" V I co X — o" V I co T ™ ~ o' V I Õ V I 5’ o" C N o' ,-L o o" V I co o” V I V I to co o K-0 HS-1 Cũ Q T60 Théf 156 r^- s cS — — c o C N J -'U ~' o ^ o C N J C N I o $£, d cọ cọ ỉ^o E Ò cị Ị xr to o o co co co co ^T3 o IS c o m 03 — c Q ^) ^ g s CJ> o 0D c ỉc gd = = c (5 ) co 'r~ co c o* " * o o co o o o" to o tò ^ o • O) cz 'O £= c '03 o to ọ" cị o o" co o" '■ 'á' oo Ó " 1 cz cz '03 o ơ) c 'O c: c '03 o 5-95 ^ o ẵ u co C N I o o o co co Ị cị o C O o co oo ' c o o s C T ) cz 'O 03 < D co d 03 Ql 03 ■o LU — TX xíCƠ V I tị o co cọ o o co o~ lò o‘ to T — Õ o~ V I C M C N I o o’ V I C N o" A I co ộ tị C Ĩ Õ to c5 T •t— T-‘ co X ọ" lị to xr c5 o’ V I to o o" V I -cítơ ỵ> • co ^ * X-' ■ co co X — C M o’ ọ" Ớ có o" o' CD V I to o o“ V I T - oò o" hT Õ C N tò to 05 C N J o T — C N cộ ló CƠ o" co o co cọ có co X 00 o" V I h- li= o Í5 o !o _ 13 D Ơ 5< Q) i K to C Ĩ o" A I co cộ cị o" to co o o' A I to co o o" AI to , C N X — " c\| o ló o' _ — co X 2: o £= 'O d d '03 o co co o' co X — o cõ 'Õ -d H S-B C O " * " o co co co cô 0-95 (6C Bảng 12.35 (tiếp theo) D >N 52 -o ca c co -C £ c 01 'O cz -to Ị - tu '03 :£ o H S-A c > -o -co o" co X — eo X — N (N dr £ cc b E o o co M C N F nt nt 'C d D‘C d o OD 1) c cd- c = H o ÍN e * C * £ Ị o • • co to CƠ VI o xí" co o" VI o xr o o‘ VI o to X * " VI to to cô VI o ^1o o“ VI o o o" V I o to X — ~ V I to to o" V I o to c5 o" V I o to o o' V I o to X V I o C N J o' VI co X — o" V I co ▼ “ Ô V I < co to Ũ Q o to co co o o to ẵ co X— s TO c - 03 T~ — 03 “O co c= ‘d c o 03 Q _ l l 03 Thép mác cung cấp trạng thái thường hoá Ở Nhật Bản việc sản xuất thép cường độ cao phát triển Chẳng hạn, cách hợp kim hoá nhiệt luyện, nhận thép dạng dày có tính chấ học sau: ƠB> 95 kG/mm2; ƠT> 70 kG/mm2; 5(/ = 50mm) > 16%, aH= kGm/cm2 Trong bảng 12.35 nêu thành phần hố học tính chất học thép cường độ cao thép cường độ tăng cao (thép cải thiện) Nhật Nhóm I - thép hợp kim hố mangan silic (FTW-52, Welcon-50, Welcon-2H) trạng thái cán nóng có tính chất học sau: ƠB= 50 - 70 kG/mm2; ơx = 32-38 kG/mm2; aH= 3,5 - 6kGm/cm2 Sau nhiệt luyện: ƠT> 46 kG/mm2; aH> kGm/cm2 Nhóm II - thép hợp kim hố mangan, silic, đồng (HTP52W, QT60B, SH-1S-54, HSB v.v ) có tính chất học nhóm I Nhóm III - thép cường độ cao, hợp kim hoá mangan, silic đồng, niken, crom, molipđen, vanađi, bo (2H - Ultra; Welten - 60; QT60A, NK-H1TEN-60 v.v) Những tính chất học: ƠB = 80 - 95 kG/mm2; ƠT = 70 kG/mm2; / = 50mm; ô = 50mm; ỗ = 16 - 22%; aH> kGm/cm2 a > 2,5 kGm/cm2 H _45 Sau hoá già biến dạng, độ dai xung kích giảm khơng đáng kể Ở Nhật bản, thép nêu sử dụng rộng rãi xây dựng, xây dựng cầu, làm ống dẫn, ngành công nghiệp khác 157 Chương 13 S ự ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ÃN MÒN 13.1 NHỮNG DẠNG ÃN MỊN Sự ăn mịn (gỉ) q trình phá hoại hoá học hay phá hoại điện hoá kim loại tác dụng môi trường xung quanh Người ta tính ăn mịn, hàng năm lượng kim loại bị khơng thu hồi xếp xỉ 10% lượng kim loại sản xuất 13.1.1 Sự ăn mịn hố học Trong q trình phá hoại hố học, bề mặt kim loại hình thành màng gỉ, thường oxit Trong số trường hợp, màng bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mịn tiếp tục Màng oxit (màng gỉ) bền chặt hình thành oxi hố sắt xảy khơng khí khô hay môi trường oxi khô, theo mức độ phát triển, bị nứt bong khỏi kim loại Thường tất ăn mịn hố học phát sinh mơi trường khí khơ nhiệt độ cao (cốt kim loại lị, van động cơ, cánh quạt tua bin khí v.v ), chất không điện ly lỏng (sự oxi hoá kim loại rượu, xăng, dầu lửa, mazút v.v ) 13.1.2 Sự ăn mịn điện hố Khi ăn mịn điện hố, kim loại bị phá hoại hồ tan mơi trường lỏng, chất điện phân Bủn chất trình ăn mịn điện hố ngun tử nằm nút mạng tinh thể kim loại, tiếp xúc với dung dịch chất điện phân, chuyển vào dung dịch dạng ion để lại số lượng electron tương đương kim loại Sự chuyên hoá nguyên tử kim loại thành ion hoà tan chúng chất điện phân lỏng xác định trị số điện định mức điện cực Nó đặc trưng cho điện áp dòng điện, điện áp cần phải đặt vào đường phân giới kim loại rắn với chất điện phân lỏng để ngăn cản chuyển tiếp ion kim loại vào dung dịch Thế diện định mức điện cực khuynh hướng kim loại hoà tan vào chất điện phân biểu rõ rệt (ví dụ chì bị hồ tan chậm so với sắt) Dạng ăn mòn phát sinh có tiếp xúc hai kim loại khơng đồng chỗ có chất điện phân mà kim loại phát sinh dòng điện chiều Ở 158 cặp điện phân hai kim loại bất kỳ, kim loại điện điện cực bị hoà tan Ví dụ, sắt có điện điện cực thấp so với kẽm cao so với đồng Do vậy, có tiếp xúc sắt với kẽm, kẽm bị phá hoại, cịn có tiếp xúc sắt với đồng sắt bị phá hoại Khi có ăn mịn, cặp điện phân tạo thành phận riêng biệt kim loại tiếp xúc, mà xảy tinh thể nhỏ (quan sát kính hiển vi) hợp kim với hợp kim khác, chúng khác biệt thành phần hố học tính chất vật lý Sự phá hoại ăn mịn xâm nhập sâu vào đường phân giới hạt (sự ăn mịn tinh thể) Ví dụ, peclit, ferit mang điện âm lớn so với xementit, bị phá hoại điều kiện phù hợp Như vậy, ăn mịn điện hố phá hoại hợp kim kéo theo xuất dòng điện hoạt động tập hợp nguyên tố điện vi mô bề mặt gỉ kim loại Chất tạp, phương pháp gia công kim loại, nồng độ chất điện phân có ảnh hưởng đến tốc độ hoà tan kim loại chất điện phân Kim loại trạng thái chịu tải bị ăn mòn nhanh nhiều so với không chịu tải, bới tính tồn vẹn màng bảo vệ bị phá hoại, tạo thành vết nứt vi mô Sự phá hoại kim loại tác dụng đồng thời tải trọng đổi dấu mơi trường ăn mịn gọi mỏi ăn mòn Tuỳ thuộc vào đặc trưng mỏi trường xung quanh, ăn mịn điện hố xảy nước, khí quyển, đất trồng, phát sinh dịng điện dao động Sự ăn mịn điện hố kim loại nước chúng có oxi hồ tan Với ăn mịn khí quyển, màng mỏng ẩm chất điện phân, q trinh ăn mịn khơng có khác với ăn mịn nước Do ăn mịn thép, bể măt xuất hỗn hợp oxit hydrat hoá khác sắt có thành phần nFeO pH,0 + mFe20 vqH20 (gỉ) Axit cacbonic đặc biệt khí sunfua, cloruahydro, muối khác có tác dụng thúc đẩy q trình ăn mịn 13.2 BẢO VỆ CHỐNG ÃN MỊN Cần phải bắt đầu bảo vệ chống ăn mòn từ việc chọn thành phần hoá học cấu trúc kim loại Khi thiết kế cấu tạo cần tránh hình dang có khả náng tích tụ khí ẩm Để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn, người ta áp dụng biện pháp sau 13.2.1 Hợp kim hoá Sự hợp kim hoá đưa vào thép, số nguyên tố hợp kim để nâng cao tính chống ăn mịn Ví dụ, thép hợp kim khơng gỉ, chứa số lượng lớn crom, tạo bề mặt màng oxit, dẫn đến thép trạng thái trơ, có độ vững hồn hảo ăn mịn 159 khí Độ bền chống ăn mịn thép xây dựng đưa vào thành phần chúng, đồng (0,2 - 0,5%) nàng cao 1, - lần Hàm lượng không lớn tạp chất có hại độ đồng chúng làm tăng độ bền thép khơng gí chống lại ăn mòn 13.2.2 Lớp phủ bảo vệ Lớp phủ bảo vệ màng (màng kim loại, màng oxit, màng sơn v.v ) a) Lớp phủ kim loại Lớp phủ kim loại có hai loại: lớp phủ anot lớp phủ katot Để làm lóp phủ anot, người ta sử dụng kim loại điện điện cực âm lớn so với kim loại (ví dụ kẽm, crom) Để làm lóp phủ katot, người ta chọn kim loại có giá trị âm nhỏ điện điện cực so với kim loại (đồng, thiếc, chì, niken v.v ) Người ta quét lóp phủ kim loại phương pháp làm nóng, mạ điện phun kim loại Khi thực qt lớp phủ phương pháp nóng nhúng chìm sản phẩm kim loại vào chậu (kể) chứa kim loại bảo bệ nóng chảy, nhiệt độ thấp nhiệt độ nóng chảy sản phẩm (kẽm, thiếc, chì) b) Phương pháp mạ điện Phương pháp mạ điện tạo thành lóp mỏng kim loại bảo vệ bề mặt sản phẩm cách điện phân từ dung dịch muối Sản phẩm mạ đo katot, kim loại kết tủa anốt c) Phương pháp phun kim loại (mạ kim loại) Phương pháp phun kim loại phủ bề mặt chi tiết kim loại nóng chảy phun khí nén Những lớp mạ kim loại thực cách quét để lớp mạ khuếch tán vào kim loại - mạ nhôm, thấm silic, mạ crom phương Dháp mạ, nghĩa đắp lên kim loại lóp mỏng kim loại bảo vệ gắn chặt cán nóng (ví dụ, sắt - hợp kim đồng, đura - nhôm tinh) d) Phương pháp oxi hoá Phương pháp oxi hoá bảo vệ kim loại màng oxit Muốn phải ln ln có màng oxit tự nhiên kim loại, làm cho cách xử lý chất oxit mạnh, ví dụ axit nitric, dung dịch axit pemanganic HMn04 hay axit cromic H2C r04 muối chúng Sự oxit hoá trường hợp riêng oxi hoá Trong trường hợp bề mặt kim loại, màng oxit tạo thành, tiếp nhận phức tạp hơn, liên quan đến nhiệt luyện nhiều lần nhiệt độ 300 - 400°c than củi e) Photfat hố Phưfat hố tạo bề mặt sản phẩm kim loại, màng mỏng từ muối không tan sắt hay mangan nhúng chìm sản phẩm vào dung dịch nóng fotfat có tính axit sắt hay mangan 160 f) Phương pháp sơn Phương pháp sơn bảo vệ kim loại màng từ loại sơn Đối với chậu, thùng, vật phấm trang trí, để bảo vệ chúng khỏi bị ăn mòn người ta phủ men tráng (sơn tráng men) nghĩa hàn đắp kim loại nhiệt độ 750 - OO C tổ hợp khác silicát Khi bảo vệ tạm thời sản phẩm kết cấu khỏi bị ăn mòn (do vận chuyển, xếp kho v.v ) người ta sử dụng dầu không khô để phủ kim loại (vadơlin kỹ thuật, sơn etynol ) chất hãm khác 161 TÀI LIÊU THAM KHẢO CTap0HTejibHbie M aT ep H an b i A r /ỊơM O K eeB M- 1982 ManoyniepoAHCTbie H HH3K0JierHp0BaHHbie cTaj!H n H Cokojiobckhh - M 1966 CnpaBO HHHK CTpoHTeaea K n e B - 1979 MeTamiHHecKHe KOHCTpyKUHH A.A BacHabeB M-1979 Sổ tay thiết kê'cơ khí Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - 1977 TCXDVN 330 - 2004 C hế tạo kết cấu kim loại xây dimg Phạm Huy Chính Nhà xuất Xây dựng - 2006 Thi công chế tạo kết cấu BTCT Phạm Huy Chính Nhà xuất Xây dựng - 2006 162 MUC LUC T rang Lời nói đầu Chương Công nghệ kim loại 1.1 Sản xuất gang thép 1.2 Rót khn 1.3 Gia cơng kim loại Chương Cấu trúc kim loại 2.1 Khái niệm chung 11 2.2 Thành phần cấu trúc hợp kim kim loại 12 2.3 Biểu đồ trạng thái hợp kim sắt - cacbon 13 Chương Những thí nghiệm học kim loại 3.1 Thí nghiệm kéo 16 3.2 Thí nghiệm độ cứng 17 3.3 Thí nghiệm xung kích 17 3.4 Thí nghiệm uốn 18 Chương Phân loại thép 4.1 Theo phưcmg pháp nấu luyện 19 4.2 Theo phưcmg pháp khử oxi 4.3 Theo phương pháp rót 20 22 4.4 Theo thành phần hố học 23 4.5 Theo độ bền 23 4.6 Theo tính hàn 24 Chương Thép cacbon 5.1 Thép cacbon cán nóng 25 5.2 Thép it ọacbon tăng bền nhiệt học 5.3 Thép biến dạng nguội 35 41 Chương Thép hợp kim thấp 6.1 Thép hợp kim thấp (HKT) cán nóng 47 6.2 Cấu trúc vi mơ thép HKT cán nóng 58 163 Chương Sự làm việc thép chịu tải trọng tĩnh 7.1 Biểu đồ ứng suất - biến dạng 70 7.2 Những đặc trưng độ bền 72 7.3 Những đặc trưng dộ dẻo 74 7.4 Tính chất học thép phụ thuộc vào chiều dày cán 75 Chương Khuynh hướng phá hoại giòn thép 8.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng phá hoại 77 8.2 Khuynh hướng giòn nguội thép xây dựng 78 Chương Sự phá hoại mỏi thép 9.1 Khái quát lý thuyết mỏi 86 9.3 Độ bền chấn động mối nối hàn 91 9.4 Ảnh hưởng yếu tố khác đến độ bềnmỏi mối nối hàn 92 9.5 Biện pháp nâng cao độ bền chấn động mối nốihàn 95 Chương 10 Gang kim loại màu 10.1 Gang 97 10.2 Hợp kim kim loại màu Chương 11 Nhiệt luyện thép 100 107 11.1 Cấu trúc thép trạng thái không càn 107 11.2 Nhiệt luyện thép 108 Chương 12 Thép dùng x â y dưng 12.1 Các loại thép thường dùng 118 12.2 Sử dụng thép xây dựng 130 12.3 Các thành phẩm bán thành phẩm thép 136 12.4 Thép sử dụng nước khác 142 Chương 13 Sự ăn mòn kim loại phương pháp bảo vệ chống ăn mòn 13.1 Những dạng ăn mòn 158 13.2 Bảo vệ chống ăn mòn 159 Tài liệu tham khảo 162 > 164 THÉP XÂY DỤNG Chịu trách nhiệm xuất bản: TRỊNH XUÂN SƠN Biên tập: TRẦN CƯỜNG Chế điện tử: PHẠM HỒNG LÊ Sửa in: TUẤN HỒNG Trình bày bìa: VŨ BÌNH MINH ... chảy Theo mức độ khử oxi, thép xây dựng cacbon chia thép sôi, thép nửa lặng; thép hợp kim thấp nấu luyện dạng thép lặng 20 Độ khử oxi đặc trưng quan trọng thép, trạng thái thép lỏng trinh đông cứng... tính hàn, người ta chia thép xây dựng thành thép có tính hàn tốt, thép có tính hàn trung bình thép có tính hàn hạn chế Thép cacbon cán nóng thuộc loại thép có tính hàn tốt; thép hợp kim thấp với... luyện, có thép lò Mactin, thép lò thổi oxi, thép lò Bexeme; - Theo mức độ khử oxi, có thép lặng, thép nửa lặng thép sơi 5.1.1 Thành phần hố học Mác thành phần hoá học thép cácbon dùng xây dựng nêu