海洋环境下珠光体对耐候钢腐蚀行为的影响机理

【作者】 王智慧； 张弦； 刘静； 成林； 吴开明；

【机构】 耐火材料和冶金国家重点实验室； 高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心武汉科技大学； 湖北省冶金工业过程系统科学重点实验室；

【摘要】 耐候钢中添加了很多合金元素,在腐蚀性环境下利于生成稳定致密的腐蚀产物膜,从而对基体起到保护作用,比普通碳钢相比有着优良的耐腐蚀性能,被广泛用于沿海地区的跨海大桥、跨海公路的结构中。耐候钢的力学性能与耐腐蚀性能受到成分和微观组织的而影响,其中最常见的是铁素体+珠光体组织。本研究选择了Q370qD和Q370qE两种耐候桥梁钢,结合金相显微镜,电子扫描显微镜/能谱分析仪（SEM/EDS）,x射线衍射仪（XRD）及电化学工作站等高灵敏先进仪器,首先研究了珠光体含量及分布对局部腐蚀的影响作用,进而分析两种钢的腐蚀电流密度,并在中性盐雾箱中模拟海洋大气环境,研究钢表面腐蚀产物的发展,最终比较Q370qD和Q370qE桥梁钢的耐腐蚀性能,并推导出不同腐蚀行为机理模型。主要研究结果表明:Q370qD和Q370qE钢的微观组织是珠光体+铁素体,其中Q370qE钢中的珠光体呈现带状分布且珠光体含量更高。初期腐蚀结果表明在0.5%NaCl薄液膜下两种钢均出现一个圆形腐蚀影响区域,随着腐蚀时间的延长,Q370qE钢的腐蚀影响区域扩展速度明显比Q370qD钢的快。腐蚀10min后,珠光体开始溶解,呈现层状结构,腐蚀60min后,珠光体中的层状渗碳体开始溶解。动电位极化测试结果表明Q370qD的腐蚀电流密度较Q370qE的要低,腐蚀电位较Q370qE高,说明Q370qD在0.5%NaCl溶液中腐蚀速率较小。交流阻抗结果表明Q370qD钢的电荷转移电阻更大。采用失重法、SEM、XRD手段研究Q370qD和Q370qE两种桥梁钢种在中性盐雾箱中模拟海洋大气环境下的加速腐蚀行为,结果表明随着腐蚀周期的延长,腐蚀速率逐渐下降并趋于平缓,而且Q370qE的腐蚀速率均比Q370qD的要高。Q370qD和Q370qE两种桥梁钢种锈层的腐蚀产物类型基本相同,主要是由α-FeOOH、γ-FeOOH、Fe₃O₄、α-Fe₂O₃组成。在海洋大气环境中,结合初期腐蚀试验结果可以看出珠光体是由层状渗碳体和铁素体构成,其中渗碳体和铁素体之间可以形成微腐蚀电池,铁素体作为阳极会优先发生溶解。由于Q370qE钢中的珠光体含量更高且呈带状分布,更有利于构建更多的长距离的微腐蚀电池从而加速局部腐蚀的扩展。随着腐蚀反应的进行,腐蚀产物开始在珠光体相上堆积,进而逐渐均匀分布在整个样品表面上。在长期腐蚀后,Q370qD比Q370qE能形成更加致密的锈层保护结构,可以推断Q370qD具有更优异的耐腐蚀性能。更多还原