Cu元素对高强低合金钢海洋大气腐蚀性能的影响研究__图文_百

1、耐蚀金属材料第十一届学术年会论文集黑色金属一元素对高强低合金钢海洋大气腐蚀性能的影响研究？殷尊柳伟尚成嘉北京科技大学材料科学与工程学院北京市海淀区学院路号。摘要：通过模拟海洋大气腐蚀的周期浸润方法，以传统的耐候钢为对比，研究了两种含的高强低合金钢钢的海洋大气腐蚀性能以及锈层的成分和结构，并对有无锈层覆盖钢的电化学线性极化性能进行了测试。研究结果表面，、和元素在高强低合金钢的内锈层中富集，并且元素以的形式在内锈层中存在，导致钢的极化电阻增大从而提高了钢的耐海洋大气腐蚀性能。关键词：元素；锈层；海洋大气腐蚀性能；极化电阻；高强低合金钢；：，：；前言传统耐候钢的表面可生成阻碍腐蚀性物质与钢基体接触的

2、致密锈层，从而使钢具有良好的大气腐蚀性能【】。海洋大气中含量较高，具有很强的吸湿性，并能在钢表面形成具有强腐蚀性的电解质溶液，导致海洋大气环境中使用的传统耐候钢表面难以生成致密锈层，降低其大气腐蚀性能【。目前，随着对海洋环境中用钢的强度和腐蚀性能要求益提高，如使用新型的的高强低合金钢，如何提高这些高强度海洋工程用钢的大气腐蚀性能，是目前受到广泛关注的重要问题。本文通过大气腐蚀模拟实验研究元素对对高强低合金钢海洋大气腐蚀性能的影响，并通过锈层的元素和组成的分析以及电化学参数测试，明确元素对钢海洋大气腐蚀性能的影响的原因。研究工作对于开发海洋工程用高强度耐候钢具有二定的指导意义。实验材料与方法实验

3、采用两种高强低合金钢和，以及传统的耐候钢，即钢（胙为对比钢。采用和微合金化处理提高和钢的强度。和钢组织为贝氏体和少量铁素体，一钢的组织为铁素体和珠光体。利用周浸腐蚀实验箱进行模拟海洋大气腐蚀的模拟实验，实验介质为的溶液，浸湿时间，干燥时间，溶液和空气温度均为，湿度为。试验总时间为，每为一个取样周期，平行试作者简介：柳伟，男，岁，博士，副教授，研究员级高工（中国腐蚀与防护学会），研究方向：耐蚀合金的开发与应用，：耐蚀金属材料第十一届学术年会论文集黑色金属一样的数量为个。试样大小为，实验前试样表面用砂纸打磨。对实验前后的试样用无水乙醇脱水，丙酮除油，用精度为电子分析天平称重，其中腐蚀后的试样需要进

4、行除锈处理。根据失重法平均腐蚀速率随腐蚀时间的变化。利用扫描电境对锈的表面和截面形态进行观察，同时用电子能谱分析合金元素在锈层中的分布和含量，利用射线衍射仪分析锈层相组成。利用电化学综合测试仪进行电化学线性极化测试。电化学测试采用三电极电解池系统，电解液为的溶液，电解液的温度为室温，饱和甘汞电极（）为参比电极，铂片为辅助电极，分别采用未腐蚀和腐蚀后有锈覆盖的试样为工作电极。电化学测试用试样尺寸为，其中腐蚀面积为，其余表面用环氧树脂密封。线性极化测量的电位扫描速率为，扫描电位范围为相对自腐蚀电位一。实验结果与分析模拟海洋大气腐蚀速率图是三种钢的平均腐蚀速率随腐蚀时间的变化曲线。由图可见，腐蚀后，

5、一钢和一钢的腐蚀速率分别为和，低于一钢的腐蚀速率，并且三种钢呈现出随腐蚀时间的延长，腐蚀速率降低的现象。彳吧、§§图三种钢的海洋大气平均腐蚀速率随腐蚀时间的变化曲线上述结果表明，一钢和一钢的耐海洋大气的腐蚀性能高于传统的一耐候钢。三种钢中化学成分主要表现为和含量的差别，其中主要起到作为改善组织优化力学性能的作用，因此，可认为提高元素的含量可提高钢的海洋大气的腐蚀性能。内锈层微观形态三种钢在本实验的条件下所形成的锈层分为内外两层，由于外锈层疏松，易于脱离，对钢的簿蚀的保护作用比较小。而内锈层相对与基体的结合比较牢固，对腐蚀的影响比较大。图给出了三种钢腐蚀后内锈层的表面微观形态

6、。可见，三种钢的内锈层由颗粒状的腐蚀产物组成，部分区域的锈层比较平整，耐蚀金属材料第十一届学术年舍论女集黑色±属所观察的锈层致密程度接近。相比之下，一钢和钢的锈的颗粒比较细小且分布比较均匀，而钢的锈层的颗粒比较粗大，分柿均匀均匀程度有所降低。图腐蚀撕后三种钢内锈层表面的微观形态（；（）；）一锈层横截面元素分布图为腐蚀后三种钢锈层截面形貌，以及对应锈层横截面上、元素沿锈层截面的分布的曲线。由图和图可看出，一钢和钢的内锈层致密，内锈层与基体的结合比较好。虽然图表明钢与两种钢的致密程度比较相近，但在内锈层与基体之问存在一条明显的裂纹，表明一钢的锈层与基体结合力小，易于脱离钢基体。图的锈层横

7、截面的能谱结果表明，一钢和钢内锈层中存在明屉的、元素富集的现象，即内锈层的和元素的含量高于外锈层和钢基体。一钢的的内锈层卜圭班鱼、耋曲富韭理筮啄磊瓦印。，？小¨盘属材料第十届学术年会论文集黑色金届罔¨霉一图腐蚀后三种钢试样的截面形貌和合金元素沿锈层截面分布情况￥：，；）（）一；（）；啦）上述实验结果表明，在模拟海洋大气腐蚀条件下，和元素可在钢的内锈层中的富集，减轻对腐蚀的促进作用，有助于提高钢在模拟海洋大气中的耐蚀性能。普遍认为，耐候钢的耐蚀性是由内锈层由非品质的铁的氧化物对腐蚀性介质的传输引起的，在耐候钢中所含有的、等合金元素在内锈层中富集，最终形成很好隔离腐蚀性介质的锈

8、层。对于海洋大气来说，其腐蚀介质中存在高含量的，浸入锈层会破坏锈层的致密性，以及促进溶解。由图见，三种钢的内锈层的】均比外锈层的含量高，因此，综合模拟实验的得到的平均腐蚀速率结果可知，以及元素在内锈层中的富集会减轻对腐蚀的促进作用。内锈层的相组成“罔实验用锕内锈层的谱既（）；（】；（）一耐蚀金属材料第十一届学术年会论文集黑色金属图是三种实验用钢的内锈层谱。图表明，三种钢的内锈层主要成分为含的，一钢和一钢的内锈层还含有少量的薄膜，而一钢的内锈层中未检测到，而且随钢中的含量增多，的含量越高。在内锈层中的富集提高了锈层的致密性，从而提高钢的耐海洋大气的腐蚀性能。在腐蚀的过程中，钢中元素会溶解到介质中

9、，并存在锈层中，并在靠近基体的内锈层中富集。元素在内锈层中的富集会形成致密的，对腐蚀性介质和水的传输的起到阻碍作用，从而提高了钢的耐蚀性【。溶解形成纳米结构的尖晶石氧化物，可有效地减小锈颗粒的尺寸，使锈层致密，提高锈层阻碍氯离子的能力【。线性极化性能表给出了由三种钢的线性极化曲线得到的裸钢和腐蚀后有锈层覆盖钢的腐蚀电位。叫和极化电阻。表中可以看出，对于裸钢来说，腐蚀电位由高到低的次序为。丌。丌。盯；经过的模拟海洋大气腐蚀试验后，由锈覆盖钢的腐蚀电位由高到低的次序为。丌，。玎，。丌。由斯特恩盖瑞公式，根据腐蚀后锈层覆盖钢的极化电阻由大到小次序，可知腐蚀电流密度为：。叫，。，。，。这说明，钢中含量的增加导致锈层的保护性增强，从而提高了钢的耐海洋大气腐蚀性能。表由线性极化曲线得到的裸钢和腐蚀后锈层覆盖钢的电化学参数。一。结论、模拟海洋大气腐蚀实验结果表明，耐海洋大气腐蚀性能由高至低的次序为：一钢，钢和一钢；、和元素在一钢和一钢的内锈层富集，并且以的形式在内锈层中存在；、元素在钢中以形式在内锈层