Роль фосфора как микролегирующего элемента и его влияние на коррозионные характеристики стальной арматуры в бетонной среде.

Oct 19, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 12449 (2022 г.) Цитировать эту статью

2039 Доступов

1 Цитаты

3 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом сообщении сообщается о влиянии фосфора (P), добавленного в стали в диапазоне микроконцентраций, на кинетику, механизм и рост пассивной пленки при контакте с бетоном, загрязненным хлоридами. Для получения результатов были использованы методы электрохимической импедансной спектроскопии, поляризации постоянного тока, потери массы и рамановской спектроскопии. Результаты показали, что преднамеренное добавление P в сталь (0,064%) делает ее более склонной к равномерной и локализованной коррозии (примерно в 1,1 и 1,7 раза), чем сталь с низким содержанием фосфора (<0,016%, присутствует в качестве постороннего элемента), подвергающаяся воздействию влажной среды. /сухие условия в моделированном поровом растворе с добавлением хлорида и в отсутствие этого иона. Аналогичный эффект отмечается и для арматуры, заделанной в растворы. Идентификация продуктов коррозии, образовавшихся на поверхности стальной арматуры, методом рамановской спектроскопии выявила термодинамически стабильные фазы маггемита и гетита на поверхности стали с низким содержанием P. Нестабильная фаза лепидокрокита фиксируется на поверхности арматуры из высокофосфористой стали. Результаты обсуждаются с экспериментальными данными и с учетом опубликованной литературы, чтобы прийти к вероятному механизму такого поведения.

Многие металлические и неметаллические элементы, а именно углерод, сера, марганец, медь, ванадий, ниобий, фосфор и т. д., добавляются в стали в микроконцентрациях для улучшения их свойств. Обзор литературы показывает, что исследователи в прошлом обнаружили, что добавленные элементы либо улучшали1,2, либо ухудшали3,4,5 свойства сталей. В литературе имеется очень ограниченная информация об их роли в изменении коррозионных характеристик получаемых микролегированных сталей, особенно в конкретных средах6,7,8. В большей степени это касается фосфора, добавляемого в стали. Этот элемент сегрегирует по границам зерен сталей, вызывая хрупкость и отрицательно влияя на вязкость разрушения3,4,5. В связи с этим содержание Р в сталях поддерживается на минимальном уровне некоторыми международными стандартами9. Арматура, залитая в бетон, в течение срока службы испытывает статические и динамические нагрузки. Поэтому некоторые международные стандарты на стали, используемые для прокатки арматуры, ограничивают максимальное содержание P в химическом составе таких сталей. Если требуется свариваемость и повышенная пластичность, рекомендуется использовать арматуру, соответствующую стандарту ASTM A7069. ASTM A706 ограничивает содержание фосфора 0,035%. С другой стороны, в США и многих других странах широко используется ASTM A61510, в котором применяется арматура для армирования бетона без ограничений по содержанию фосфора. Настоящее исследование сосредоточено на этом типе арматуры, который гораздо шире используется в бетонной строительной промышленности.

Известно, что более высокое содержание Р в стали повышает стойкость конструкций из таких сталей к атмосферной коррозии1,2. Некоторые производители арматуры в некоторых странах, ожидающие такого же эффекта, добавляют дополнительный фосфор в стали, используемые для прокатки арматуры. Арматура, прокатанная из лома стали, также содержит повышенное содержание фосфора. Дефосфоризация стального лома — дорогостоящий процесс, и в нем трудно достичь приемлемого предела содержания этого элемента. Ввиду вышеизложенных фактов важно знать влияние содержания P в арматуре на ее стойкость к коррозии в бетонной среде, загрязненной хлоридами. Поиск литературы показывает, что дополнительное добавление P в стали обычно ухудшает их стойкость к коррозии в средах с высокой влажностью и содержанием воды. Ким и др.11 сообщили о неблагоприятном влиянии легирования P в мягкую сталь на ее коррозионную стойкость в системе сероочистки газа и объяснили это усилением реакции выделения водорода. О подобном эффекте также сообщили Улиг12, Клири и Грин13. Виндиш и др.14 обнаружили неблагоприятное воздействие этого элемента, добавленного в сталь и протестированного в растворе нитрата кальция. Авторы связывают это с дестабилизирующим действием фосфата (генерируемого в результате ионизации P из корродирующей стали) на полузащитную пленку Fe3O4. Краутчик и др.15 сообщили об ускоряющем эффекте P и объяснили его образованием отрицательно заряженной разновидности Pδ-, которая ускоряла атаку. P оказывает усиливающее воздействие на коррозионное растрескивание сталей в различных испытательных средах16,17,18,19,20,21,22.