耐候鋼SPA－H 和09CuPTiRE大氣腐蝕性能試驗(yàn)

劉建容 馬 穎 何 銳

（武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司研究院 湖北 武漢：430080）

0 前言

腐蝕是使材料破壞的主要形式之一，對國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的各個(gè)部門造成的損失很大［1－2］。利用已積累的腐蝕數(shù)據(jù)，正確選用耐蝕材料和防腐措施，進(jìn)行合理的防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可延長設(shè)施、設(shè)備使用壽命，有效地降低腐蝕損失。

腐蝕是一個(gè)漸進(jìn)的過程，受自然環(huán)境影響，情況十分復(fù)雜，影響因素很多，只有通過環(huán)境現(xiàn)場暴露試驗(yàn)才能得到符合實(shí)際的數(shù)據(jù)，從而才可為合理選材、采取防護(hù)措施提供科學(xué)依據(jù)。為了縮短鋼材與防護(hù)材料篩選和研制的周期，腐蝕工作者創(chuàng)造了各種各樣的室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)方法［3－5］。但最終向防護(hù)與設(shè)計(jì)部門提供的數(shù)據(jù)，最可靠的、可直接納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)的仍只有掛片暴露試驗(yàn)結(jié)果。該結(jié)果的直觀性與實(shí)用性一直受到各個(gè)國家和地區(qū)的普遍重視，使其作為基礎(chǔ)研究，長期不衰，至今仍在廣泛進(jìn)行。本文對SPA－H 等耐候鋼在大氣中的腐蝕行為進(jìn)行了研究。

1 主要試驗(yàn)條件及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為武鋼生產(chǎn)的熱軋板，以Q345 鋼作為對比，化學(xué)成分見表1。試樣經(jīng)機(jī)加工成為100 mm×100mm×（3～4）mm 的試樣，表面磨光，粗糙度Ra為3.2μm。

表1 試驗(yàn)鋼的主要化學(xué)成分／wt%

1.2 試驗(yàn)站及其環(huán)境要素

大氣暴露點(diǎn)選在青島海洋腐蝕研究所大氣暴曬場、廣州電器科學(xué)研究院瓊海大氣暴曬場和重慶西南技術(shù)工程研究院江津大氣暴曬場，主要環(huán)境因素與氣象特征見表2。

試驗(yàn)鋼各周期試樣在各試驗(yàn)點(diǎn)一次投放，經(jīng)1、3、5年等不同時(shí)間取出。試樣曝露前、后的處理均符合GB／T 14165－93［6］的要求。

表2 各試驗(yàn)站主要環(huán)境因素與氣象特征

1.3 帶銹樣陽極極化曲線的測定

將帶銹樣（10mm×10mm）在溫度為30℃，測試介質(zhì)為0.1mol／L Na2SO4，采用M273A 恒電位儀測試，參比電極為飽和甘汞電極。從低于自然腐蝕電位100mV 開始，以0.5mV／s掃描速度進(jìn)行極化曲線測定。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)鋼的腐蝕性能

試驗(yàn)鋼在各試驗(yàn)站腐蝕量隨時(shí)間的變化見圖1至圖3。

大氣暴露試驗(yàn)結(jié)果表明，SPA－H 和09CuPTiRE鋼的耐蝕性在各試驗(yàn)站均優(yōu)于Q345鋼，暴露試驗(yàn)5年時(shí)，SPA－H、09CuPTiRE鋼與Q345鋼相比的耐蝕性在青島站是150%、118%，在江津站是148%、149%，在瓊海站是151%、140%。

2.2 銹層的附著率

試驗(yàn)鋼在各試驗(yàn)站銹層的附著率見圖4。

圖4 試驗(yàn)鋼在各試驗(yàn)站暴露3年的附著率

鋼材耐大氣腐蝕性能與鋼表面腐蝕產(chǎn)物的附著率有著密切的關(guān)系。從圖4可看出，腐蝕較輕的瓊海站，其腐蝕產(chǎn)物附著率高于其它站，在青島和瓊海試驗(yàn)站，SPA－H 鋼的附著率最高，Q345鋼的附著率最低，在江津站09CuPTiRE 鋼的附著率比SPA－H鋼稍高，附著率的變化與試樣失重的規(guī)律一致。說明環(huán)境的腐蝕性與腐蝕產(chǎn)物附著率呈負(fù)相關(guān)。

2.3 合金元素在銹層中的分布分析

采用電子探針對大氣暴露5年的帶銹樣進(jìn)行合金元素在銹層中的分布分析，見圖5。

圖5 SPA－H 鋼在青島暴露5年時(shí)銹層中合金元素的分布

從探針分析結(jié)果可看出，試驗(yàn)鋼的銹層中有Cu、P、Cr元素的富集，Ni的富集較少。耐候鋼比普碳鋼具有更好的耐大氣腐蝕性能，主要原因是經(jīng)過長期大氣暴曬后，在其表面上形成了穩(wěn)定致密的保護(hù)性銹層，而合金元素在銹體中細(xì)小孔隙及微細(xì)裂紋處富集，又堵塞了水、氧等對鋼基浸蝕的通路，阻礙了腐蝕介質(zhì)的進(jìn)入；而普碳鋼表面形成的銹層疏松，且有微裂紋存在，故對基體不能起到保護(hù)作用。

2.4 帶銹樣的極化曲線

試驗(yàn)鋼在各站暴露5年極化曲線測試結(jié)果見圖6、圖7、圖8。

圖6 試驗(yàn)鋼在青島站暴露5年銹樣的極化曲線

從圖中可看出，耐候鋼的致鈍電流、維鈍電流均比對比鋼Q345的致鈍電流、維鈍電流小，維鈍電流的大小從電化學(xué)角度反映了銹層的致密性，維鈍電流愈小，說明其銹層愈致密，其傳質(zhì)能力愈差，銹層防護(hù)性能就愈好。

3 結(jié)論

（1）大 氣 暴 露5 年 的 結(jié)果 表 明，SPA－H 和09CuPTiRE鋼的耐蝕性在各試驗(yàn)站均優(yōu)于Q345鋼，是一種優(yōu)良的耐大氣腐蝕用鋼。

（2）大氣暴露5年帶銹樣的陽極極化曲線測試結(jié)果表明，耐候鋼銹層的保護(hù)性能優(yōu)于對比鋼Q345。

［1］曹楚南.悄悄進(jìn)行的破壞——金屬腐蝕［M］.北京：清華大學(xué)出版社，暨南大學(xué)出版社，2000.

［2］葉康民.金屬腐蝕與防護(hù)概論［M］.北京：人民教育出版社，1981.

［3］Johnson J B，Elliott P，Winterbottom M A，et al.Short－Term Atmospheric Corrosion of Wild Steel at Two Weather and Pollution Monitored Sites［J］.Corrosion Science，1977，（17）：691－700.

［4］徐乃欣，張承典，丁翠紅.加速大氣腐蝕試驗(yàn)的一個(gè)新方案［J］.中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，1990，10（3）：228－231.

［5］王風(fēng)平，張學(xué)元，杜元龍.大氣腐蝕研究動(dòng)態(tài)與進(jìn)展［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2000，12（2）：104－108.

［6］GB／T 14165－93，黑色金屬室外大氣暴露試驗(yàn)方法［S］.