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1、碳钢和耐候钢加速腐蚀实验研究第4卷第3期2007年o6月装备环境工程EQUIPMENTENVIRONMENTALENGINEERING?5?碳钢和耐候钢加速腐蚀实验研究肖葵,董超芳,李晓刚,王福明(北京科技大学,北京100083)摘要:通过对Q235碳钢和09CuPCrNi耐候钢的周期浸润加速腐蚀实验所得到的锈层结构的XRD和拉曼光谱分析表明:一Fe2O”一FeOOH和OtFeOOH是构成锈层的主要腐蚀产物.锈层中最终形成的稳定的OtFeOOH腐蚀产物所占比例和分布都将影响耐候钢的耐蚀性能.耐候钢中的Cr可在表面形成致密的氧化膜,同时Cr在缺陷处沉淀析出,可以加速锈层中缺陷的愈合,从而可抵御大
2、气中水气及其有害离子的侵入,防止基体金属进一步腐蚀.因此,增加耐候钢中的Cr的含量将有助于提高耐候钢的耐蚀性能.关键词:碳钢;耐候钢;加速腐蚀实验中图分类号:TG172.3文献标识码:A文章编号:16729242(2007)03000504StudyonAcceleratedCorrosionTestsforCarbonSteelsandWeatheringSteelsXIAOKui,DONGChao扣几g,LIXiaogang,WANGFu-ming(UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China)Abstract:Th
3、erustlayerofcarbonsteelsandweatheringsteelsgeneratedbywetanddryperiodicimmersiontestwasanalyzedbyXraydiffraction(XRD)andRamanmicroscopy.Theresultsshowedthatcorrosionproductsofrustlayerweremaghemite(-Fe203),lepidocrocite(一FeOOH),andgoethite(dFeOOH).Amongthesecorrosionproducts,d-FeOOHwasdominantonalls
4、pecimens.Theconcentrationofd-FeOOHwashigheronweatheringsteelsthanoncarbonstee1.ItwasfoundthatCrinweatheringsteelscanformacompactoxidefilmonsurfaceandcementoutindefectplace,thusacceleratethehealingofdefect,preventtheincursionofwatervaoporandotherharmfulions,andpreventthefurthercorrosionofmeta1.Increa
5、singthecontentofCrwillincreasethecorrosionresistanceofweatheringstee1.Keywords:carbonsteels,weatheringsteers,acceleratedcorrosiontests随着对碳钢和耐候钢腐蚀机理的研究表明J,在大气环境下,耐候钢的锈层组织不同于普通碳钢,其锈层内部具有稳定并有保护性的内锈层,在粗糙的锈层表面形成具有附着性强,结构紧密和保护性好的腐蚀产物层,这种锈层稳定性好且组织细小致密,可以有效地阻止腐蚀介质与基体的接触,抑制了基体的腐蚀.而普通碳钢表面就不具备这样稳定的保护性锈层.耐候钢中的合
6、金元素对改善钢的耐大气腐蚀性能起了一定的作用HJ.Cr可在钢表面形成致密的氧化膜,提高钢的钝化能力.cu在钢的表面及锈层中的富集现象,能促使钢阳极钝化,并形成保护性较好的锈层.Cu与Cr同时加入钢中,效果更明显.在基体与锈层之间形成以Cu,P为主要成分的阻挡收稿日期:20070412基金项目:国家自然科学基金项目(504993318);国家科技基础条件平台建设项目(2004DKAIO080)作者简介:肖葵(1969一),男,湖南湘乡人,博士,主要从事金属材料腐蚀与防护方面研究.?6?装备环境工程2007年06月层,它与基体结合牢固,因而具有较好的保护作用.文中对碳钢和两种Cr含量不同的耐候钢进
7、行了加速腐蚀实验,对比分析碳钢和耐候钢锈层组织的差异,并探讨了cr合金元素对钢的耐大气腐蚀性能的影响.1实验材料与方法腐蚀实验所采用的实验材料为Q235碳钢和两种不同Cr含量的09CuPCrNi耐候钢,其化学成分见表1.实验材料经过线切割和机加工打磨,试样尺寸为40mm20mm4mm.在实验前试样经过水磨砂纸打磨至1000.每个试样进行表面的清理,放人无水乙醇中进行清洗,最后用丙酮,清洗后热风吹干放在干燥器中贮存.1.2实验方法1?1实验材料周期浸润加速腐蚀实验所采用的试验溶液为Q235碳钢和09CuPCrNi耐候钢的周期浸润加速NaHSO,(亚硫酸氢钠)溶液,初始浓度为(1.00.05)表1
8、试验用材料的化学成分Table1Chemicalcompositionofcarbonsteelandweatheringsteels10mol/L.采用2.010mol/L的NaHSO溶液作为补给液,pH值在4.44.8范围内.初始试验溶液配置总量为(201.5)L.补给液必须现用现配,浓度为2.010mol/L.周期浸润加速腐蚀实验所采用的实验温度为(452);实验湿度为(705)%;每一循环周期为(603)min,其中浸润时问为(121.5)min.域的腐蚀产物组成,镜头为50长焦,激发波波长A=532nm,光束直径约为23.为了避免激光光束造成试样表面温度的升高而导致腐蚀产物发生变化,
9、在实验中控制入射输出功率小于0.8mW.2实验结果与分析1.3检测方法2.1锈层结构和腐蚀产物拉曼光谱分析通过XRD方法分析锈层表面的腐蚀产物.x射线衍射采用日本理学DMAX.RBCuKOX射线衍射仪,在40kV一150mA条件下测试扫描间隔为0.05.用MET型金相显微镜观察锈层组织结构.采用JY.HR800显微激光拉曼光谱仪分析锈层组织中不同区Q235碳钢和两种09CuPCrNi耐候钢经过240h的周期浸润实验后,对锈层结构进行观察,可以看到碳钢和两种耐候钢的锈层结构存在差异(如图1所示).图1a所示Q235碳钢没有明显的内外两层锈层结构,锈层疏松易脱落,最外面的锈层在实验过程中a()23
10、5碳钢bWSI耐候钢cWS2耐候钢图1碳钢和耐候钢腐蚀加速实验后的锈层组织结构Fig.1Morphologyoftherustlayeroncarbonsteelsandweatheringsteels第4卷第3期肖葵等:碳钢和耐候钢加速腐蚀实验研究?7?已经部分脱落.还可以观察到碳钢在接近基体的区域存在着大量的裂纹和缝隙.图1b所示WS1耐候钢的外锈层结构比较疏松,其内锈层和外锈层之间存在着大量的裂纹和缝隙,使得外锈层易脱落.WSI内锈层与碳钢锈层组织相比较具有较强附着力和稳定性.图1C所示ws2耐候钢的锈层组织较为均匀,且内锈层结构比较紧密,表明WS2耐候钢锈层可以较好地阻止腐蚀发展.2.
11、2锈层组织显微激光拉曼光谱分析对锈层组织中浅色和深色两个区域进行显微激光拉曼光谱分析,如图2所示.图2a中锈层组织浅骥越爱拉曼特征位移/cm.a锈层组织的dFeOOH拉曼特征位移/cm.b锈层组织的”Y-FO3图2锈层结构中腐蚀产物拉曼光谱分析Fig.2Ramamspectrumanalysisoftherustlayer色区域的腐蚀产物的主要峰值为:301,389,473,480,556,680cm一,最强峰值为389cm一,因此浅色区域主要腐蚀产物为仅一FeOOH所构成.图2b中锈层组织深色区域的腐蚀产物的主要峰值为:298,388,473,480,556,712cm一,最强峰值为710c
12、m,因此深色区域含有一FeO.腐蚀产物.2.3锈层的XRD分析对不同浸润周期的Q235碳钢锈层的XRD分析结果如图3所示.经过10h的周期浸润实验,图3Q235碳钢锈层组织XRD分析结果Fig.3TheX-raydiffractionanalysisontherustlayer0fQ235carbonsteelXRD分析,腐蚀产物为:0【一Fe,一FeOOH,0【一FeOOH和少量仅.FeO.这表明在初期Q235碳钢试样表面形成很薄的以一FeOOH为主要腐蚀产物的锈层,使得x射线穿透锈层到达基体.随着实验周期的增加,仅一FeOOH的峰强度增加,表明锈层不断加厚,腐蚀产物0【.FeOOH增多,6
13、0h和120h的周期浸润实验,分析结果中仍存在仅一Fe,此时厚度的锈层还不能阻碍X射线穿透.经过240h的周期浸润实验,XRD分析结果表明Q235碳钢的锈层包含:0【一FeOOH和一FeOOH,分析结果中已不存在0【一Fe,说明锈层变厚可以阻碍x射线穿透.对不同浸润周期的两种09CuPCrNi耐候钢锈层的XRD分析结果如图4所示.经过10h的周期浸润实验,WS1和WS2耐候钢外锈层具有与Q235碳钢相近的XRD分析结果:0【一Fe,一FeOOH,0【一FeOOH和少量仅一FeO.随着实验周期的增加,结果表明一FeOOH和0【一FeOOH的峰强度增加.经过240h的周期浸润实验,分析结果表明锈层
14、是由仅一FeOOH和一FeOOH腐蚀产物所构成.2.4锈层形成和合金元素的作用Evans钢的表面锈层一旦形成,在处于湿润条件下,将产生锈层的氧化和Fe的还原的自催化腐蚀,使碳钢的腐蚀速率一直保持在较高的水平.耐候钢和碳钢在腐蚀初期存在着同样的腐蚀机理,因此在?8?装备环境工程2007年o6月240hf:da.-FeHjc.毽120h.L.c:j!:Lu20406o80l0020,(.)aWSl图4耐候钢锈层组织XRD分析结果Fig.4TheXraydiffractionanalysisontherustlayerofwemheringsteel腐蚀初期耐大气腐蚀性能相对碳钢优势不大.锈层中存在
15、的裂纹和缝隙使得腐蚀介质容易渗入,直接接触基体,加快腐蚀,所以在腐蚀初期碳钢和耐候钢的腐蚀速率均较大.耐候钢具有比碳钢更好的抗腐蚀能力,这与其包含的合金元素所起的作用有关一J.合金元素在耐候钢抗大气腐蚀中起着非常重要的作用,尤其是cr元素,在缺陷处沉淀析出,加速缺陷的愈合,阻塞了腐蚀介质直接进入基体的通道,使锈层致密化,腐蚀速度降低.在耐候钢的内锈层中,有cr合金元素不同程度的富集,说明cr合金元素在内锈层的形成过程中起着重要作用.由于cr在基体和氧化层中的含量不同,因此当耐候钢基体开始腐蚀后,原先固溶在Fe内的cr在锈层中就要重新分配,并可能取代Fe原子的位置形成多元氧化物,并且易于在锈层裂
16、纹和缝隙处析出,以降低表面能,使合金元素在锈层中富集而非均匀分布.随着cr含量的增加,在钢的表面形成致密的氧化膜,从而可抵御大气中水气及其有害离子的侵入,防止基体金属进一步腐蚀.3结语通过对碳钢和两种09CuPCrNi耐候钢的周期浸润腐蚀实验所得到的锈层组织的XRD和拉曼光谱分析表明:一Fe203,/-FeOOH,FeOOH.锈层中最终形成稳定的.FeOOH腐蚀产物所占比例和分布都将影响着耐候钢的耐蚀性能.耐候钢中的Cr可在表面形成致密的氧化膜,从而可抵御大气中水气及其有害离子的侵入,防止基体金属进一步腐蚀.因此,增加耐候钢中的cr的含量将有助于提高耐候钢的耐蚀性能.参考文献:1REVIERW
17、.UhligsCorrosionHandbook(2ndedn.)K.NewYork:Wiley,2000:302321.2CHENYY,TZENGBHJ,WEILI,eta1.CorrosionResistanceandMechanicalPropertiesofLowalloySteelsunderAtmosphericConditionsJ.CorrosionScience,2005,47:10011021.3SHREIRLL,JARMANRA,BURSTEINGT.Corrosion(3rdedn.)M.ButterworthHeinemann,1994:3142.4ROBERGEPR
18、.HandbookofCorrosionEngineeringK.McGrawHill,2000:5885.5MISAWAT,ASAMIK,HASHIMOTOK.TheMeeha-nismofAtmosphericRustingandtheProtectiveAmor-phousRustOnLowAUoySteelJ.CorrosionScience,1974,14:279289.6张全成,吴建生,郑文龙,等.耐候钢表面稳定锈层形成机理的研究J.腐蚀科学与防护技术,2001,13(3):143146,7ZHANGQC,WUJS,WANGJJ,eta1.CorrosionBehaviorofWeatheringSteelinMarineAtmosphereJ.MaterialsChemistryandPhysics,2002,77:603608.