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研究生：	林佳全 Lin, Chuan-Chen
論文名稱：	碳鋼及鋼筋在海水環境下腐蝕及機械性質之研究 Corrosion and mechanical property of carbon steel and rebar under the sea water environment
指導教授：	蘇演良 Su, Yean-Liang
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 機械工程學系碩士在職專班 Department of Mechanical Engineering (on the job class)
論文出版年：	2003
畢業學年度：	91
語文別：	中文
論文頁數：	107
中文關鍵詞：	鋼筋、碳鋼、腐蝕、海水腐蝕
外文關鍵詞：	carbon, rebar, sea water corrosion, corrosion
相關次數：	點閱：134 下載：2
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本文研究以大自然常見的腐蝕行為”海水腐蝕”，探討S20C圓棒和SD28鋼筋在海水中及含海水成份空氣中機械性質的變化。實驗時間為期一年，每三個月實驗一次，並紀錄試棒在不同時間拉伸實驗數據之變化。
首先探討S20C圓棒及SD28鋼筋在海水及空氣中腐蝕下，其試片重量變化，再藉由拉伸試驗了解拉伸負荷及伸長率的變化，最後再用掃描式電子顯微儀器(M-SEM)探討不同時間，其表面成份原子數量變化和用目視觀察材料表面腐蝕情形。
結果顯示:碳鋼和鋼筋在空氣中的重量變化不大，但鋼筋在海水中腐蝕重量比碳鋼重量減少較少，(實驗一年後，鋼筋減少約4公克，碳鋼減少約25公克)，再觀察碳鋼表面腐蝕情況明顯較鋼筋嚴重，顯示鋼筋比碳鋼更耐腐蝕，主要原因是因為鋼筋材料比碳鋼多出鎳、銅和鉻元素的結果;另外鋼筋和碳鋼在海水的時間愈長，其鐵原子的比例比氧原子來的多。在實驗環境中，海水中及空氣中有受預拉的試棒較沒有預拉過的試棒其抗拉強度值較大，顯示預拉應變所產生較多的差排，因時效作用使得抗拉強度增加。

The research is discussing the natural corrosiveness, sea water corrosiveness, then analyzing with SD28 rebar and S20C carbon steel; also to compare when expose the material in the sea water and in the air, which contains sea water, and compare changes of mechanical character after stress corroded at different times.

Firstly, we discuss testing pieces weight variation after S20C carbon steel and SD28 rebar corroded in sea water; to get to know the changes of their most loaded and extension rate by pulling test. Secondly, we use scanning electron microscope (M-SEM) to know quantity changes of atoms on the surface and to see the corrosive situation on the material surface by eyes at different times.

The results show that: carbon steel and rebar do not have significant weights variance in air, but compare to carbon steel, rebar has less corrode weight reduction in sea water (after one year experiment, weight of rebar reduced about 4 grams and the carbon steel reduced about 25 grams). Furthermore, the observed surface corrode of carbon steel is serious than rebar, and it shows that rebar is more anti-corrode than carbon steel. The main reason for this condition is that the rebar material contains nickel, copper and chromium elements that carbon steel does not have. Besides, the longer the rebar and carbon steel soaked in sea water, the percentage of iron atom will higher than oxygen atom. In the experimental environment, prestressed specimen has higher tensile strength than the specimen without prestressed in sea water and air, and it revealed that more dislocation resulted from pre-stretch strain is due to time-effect function increase the tensile strength.

授權書....................................................Ⅰ
考試合格證明書............................................Ⅱ
中文摘要..................................................Ⅲ
ABSTRACT..................................................Ⅳ
誌謝......................................................Ⅵ
總目錄....................................................Ⅶ
表目錄..................................................ⅩI
圖目錄..................................................ⅩⅡ
第一章 緒論................................................1
1-1 前言...................................................1
1-2 研究動機...............................................2
第二章 文獻回顧............................................3
2-1 溶液腐蝕的基本機構.....................................3
    2-1-1 氫氣釋出.........................................4
    2-1-2 氧吸收機構.......................................5
2-2 大氣腐蝕的電位分佈特徵.................................7
2-3 水中金屬的腐蝕與防蝕法................................12
    2-3-1 鐵在水溶液腐蝕反應..............................12
    2-3-2 不同PH值溶液中腐蝕速率變化......................12
    2-3-3 腐蝕控制及材料選擇..............................13
2-4 鹽與鋼筋腐蝕..........................................15
    2-5 耐候鋼的研究發展..................................20
    2-6 材料於壽命周期內的腐蝕與防蝕對策..................23
        2-6-1 材料的功能與壽命............................23
        2-6-2 材料壽命周期內的防蝕措施............23        
第三章 實驗程序及方法.....................................26
    3-1 實驗程序..........................................26
    3-2 實驗設備..........................................26
    3-3 實驗材料..........................................26
    3-4 實驗變數..........................................26
    3-5 實驗方法..........................................27
    3-6 實驗結果計算方式..................................29
第四章 實驗結果與討論.....................................31
    4-1 S20C及鋼筋成份和製作過程討論......................31
        4-1-1 鋼之五大合金成份之特性......................31
        4-1-2 S20C和鋼筋製造過程討論......................32
    4-2 實驗試片重量變化..................................34
        4-2-1 海水中試片重量變化..........................34
        4-2-2 空氣中試片重量變化..........................35
    4-3 M-SEM顯微金相實驗結果.............................36
        4-3-1 合金元素對腐蝕結果產生影響..................36
        4-3-2 表面成份分析結果............................38
         4-3-2-1 在海水中之試片成份分析結果...............38
         4-3-2-2 在空氣中之試片成份分析結果...........39    
    4-4 機械性質的變化....................................39
        4-4-1拉伸試驗結果.................................39
         4-4-1-1 在海水中之試棒拉伸試驗結果...............39
         4-4-1-2 在空氣中之試棒拉伸試驗結果...............41
         4-4-1-3 海水中和空氣中試棒拉伸試驗比較...........42
        4-4-2 伸長率變化..................................43
         4-4-2-1 S20C和鋼筋在海水中伸長率之變化...........43
         4-4-2-2 S20C和鋼筋在空氣中伸長率之變化...........44
         4-4-2-3 海水中和空氣中斷面收縮率之比較...........44
        4-4-3 斷面收縮率變化..............................44
         4-4-3-1 S20C和鋼筋在海水中斷面收縮率變化.........44
         4-4-3-2 S20C和鋼筋在空氣中斷面收縮率變化.........45
         4-4-3-3 海水中和空氣中斷面收縮率之比較...........45
第五章 結論...............................................47
    5-1 結論..............................................47
    5-2 實驗心得..........................................48
第六章 參考文獻...........................................49
個人簡歷.................................................106
著作權聲明...............................................107

表目錄

表一 海水的典型成份總表...................................53
表二 不同時間試片實驗重量差異總表.........................54
表三 不同時間試棒直徑變化比較總表.........................55

圖目錄

圖2-1 氫氣釋出的腐蝕機構..................................56
圖2-2 氧吸收的腐蝕機構....................................56
圖2-3 大氣腐蝕速度與水分液膜之關係........................57
圖2-4 鐵材腐蝕、免疫、鈍態理論相位值......................57
圖2-5 大陸地區不同鋼材試驗八年腐蝕變化表..................58
圖3-1 實驗流程圖..........................................59
圖3-2 碳鋼S20C及鋼筋(SD28)材料成份表......................60
圖3-3 碳鋼及鋼筋拉伸試棒車削尺寸..........................61
圖3-4 模擬鋼筋及碳鋼在海水內及含海水成份空氣中之實驗......62
圖3-5 模擬鋼筋及碳鋼在海水成份空氣中之實驗................62
圖4-1 碳鋼及鋼筋原材之機械性質比較........................63
圖4-2 材料原材金相實驗....................................64
    (a) S20C金相圖(10x25).................................64
    (b) S20C金相圖(20x25).................................64
    (c) S20C金相圖(50x25).................................64
    (d) 鋼筋金相圖(10x25).................................65
    (e) 鋼筋金相圖(20x25).................................65
    (f) 鋼筋金相圖(50x25).................................65
圖4-3 鋼筋(A)及碳鋼(B)在海水中腐蝕12個月後之試片..........66
圖4-4 不同時間實驗重量差異................................67
    (a) S20C圓棒實驗重量差異(海水中)......................67
    (b) SD28鋼筋實驗重量差異(海水中)......................67
圖4-5 比較碳鋼及鋼筋在海水中腐蝕9個月表面情形.............68
    (a) 在海水中實驗9個月後碳鋼材料表面腐蝕情形...........68
    (b) 在海水中實驗9個月後鋼筋材料表面腐蝕情形...........68
圖4-6 鋼筋(A)及碳鋼(B)在空氣中腐蝕12個月之試片............69
圖4-7 不同時間實驗重量差異................................70
    (a) S20C圓棒實驗重量差異(空氣中)......................70
    (b) SD28鋼筋實驗重量差異(空氣中)......................70
圖4-8 比較碳鋼及鋼筋在空氣中一年後表面腐蝕情形............71
    (a) 在空氣中實驗一年後碳鋼材料表面腐蝕情形............71
    (b) 在空氣中實驗一年後鋼筋材料表面腐蝕情形............71
圖4-9 不同時間M-SEM測得表面金相圖.........................72
    (a) S20C在海水中3個月表面金相圖.......................72
    (b) 鋼筋在海水中3個月表面金相圖.......................73
    (c) S20C在海水中6個月表面金相圖.......................74
    (d) 鋼筋在海水中6個月表面金相圖.......................75
    (e) S20C在海水中9個月表面金相圖.......................76
    (f) 鋼筋在海水中9個月表面金相圖.......................77
    (g) S20C在海水中12個月表面金相圖......................78
    (h) 鋼筋在海水中12個月表面金相圖......................79
圖4-10 不同材質在海水環境中成份分析變化...................80
    (a) S20C在海水中實驗6個月表面成份分析.................80
    (b) S20C在海水中實驗12個月表面成份分析................81
    (c) 鋼筋在海水中實驗6個月表面成份分析.................82
    (d) 鋼筋在海水中實驗12個月表面成份分析................83
    (e) S20C在空氣中實驗6個月表面成份分析.................84
    (f) S20C在空氣中實驗12個月表面成份分析................85
    (g) 鋼筋在空氣中實驗6個月表面成份分析.................86
    (h) 鋼筋在空氣中實驗12個月表面成份分析................87
圖4-11 不同時間最大拉伸負荷變化...........................88
圖4-12 不同材料每組兩支試棒最大拉伸負荷變化...............89
    (a) S20C在海水中(未受預拉力)每組兩支拉伸數據..........89
    (b) 鋼筋在海水中(未受預拉力)每組兩支拉伸數據..........89
    (c) S20C在海水中(有受預拉力)每組兩支拉伸數據..........90
    (d) 鋼筋在海水中(有受預拉力)每組兩支拉伸數據..........90
    (e) S20C在空氣中(未預拉力)每組兩支拉伸數據............91
    (f) 鋼筋在空氣中(未受預拉力)每組兩支拉伸數據..........91
    (g) S20C在空氣中(有受預拉力)每組兩支拉伸數據..........92
    (h) 鋼筋在空氣中(有受預拉力)每組兩支拉伸數據..........92
圖4-13 不同時間拉伸抗拉強度變化...........................93
圖4-14 不同時間試材抗拉強度數據變化.......................94
    (a) S20C未受預拉力(海水中)............................94
    (b) S20C受預拉力後(海水中)............................94
    (c) 鋼筋未受預拉力(海水中)............................95
    (d)	鋼筋受預拉力後(海水中)..........................95
    (e) S20C未受預拉力(空氣中)............................96
    (f) S20C受預拉力後(空氣中)............................96
    (g)鋼筋受預拉力後(海水中).............................97
    (h) 鋼筋未受預拉力(海水中)............................97
圖4-15 實驗一年後抗拉強度差異.............................98
圖4-16 不同環境碳棒及鋼筋表面腐蝕情形.....................99
    (a) 碳鋼(A)及鋼筋(B)在空氣中腐蝕12個月表面變化........99
    (b) 碳棒在海水腐蝕12個月後表面呈凹凸不平..............99
圖4-17 不同材質及不同環境伸長率變化......................100
    (a) S20C未受預拉力(海水中)...........................100
    (b) 鋼筋未受預拉力(海水中)...........................100
    (c) S20C受預拉力後(海水中)...........................101
    (d) 鋼筋受預拉力後(海水中)...........................101
    (e) S20C未受預拉力(空氣中)...........................102
    (f) 鋼筋未受預拉力(空氣中)...........................102
    (g) S20C受預拉力後(空氣中)...........................103
    (h) 鋼筋受預拉力後(空氣中)...........................103
圖4-18 不同時間試材斷面收縮率數據變化....................104
    (a) S20C在海水中有預拉過之試棒和未預拉過之試棒斷面收縮率
        之比較...........................................104
    (b) 鋼筋在海水中有預拉過之試棒和未預拉過之試棒斷面收縮率
        之比較...........................................104
    (c) S20C在空氣中有預拉過之試棒和未預拉過之試棒斷面收縮率
        之比較...........................................105
    (d) 鋼筋在空氣中有預拉過之試棒和未預拉過之試棒斷面收縮率
        之比較...........................................105
                                    

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校內：2004-07-07公開
校外：2004-07-07公開

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