耐大气腐蚀钢的氧化皮结构分析.pdf_大学文库

(2)仿Cor-tenA钢氯化皮不连续且厚度较A3锅薄。内锈层纤铁矿较致密，琉松外锈层厚度较内锈层小。港湾状现象较A3钢少，接触平直部位延伸较长。锈层中金属颗粒铰A3钢少。在近锈层的金属内，能见到斑点状锈蚀现象。 (3)Cor-tenA钢锈层薄而且不连续。无锈层处延伸长，金属与锈层交界线平直，只有少数界面呈港湾状。内锈层以纤铁矿为主，有的部位仅有内锈层而无外锈层。外锈层直接与金属相连的现象较前二者为少，尤其比A3钢更少。在样品中极少发现金属中的斑点状锈蚀现象，金属颗粒更细小，含量也少。由此可见，3种冷轧板尽管物相组成相同，然而其显微结构却不同。 2.3影响冷轧板耐大气腐蚀性能的因素 3个钢种锈层显微结构的区别与其成分有关。普通低碳钢中不含耐蚀的合金元素铜、铬、镍等，因此在水和氧的作用下，表面极易生成纤铁矿，进而生成含吸附水的非晶质氢氧化铁(2)，致使疏松外锈层发育，剥离现象严重，因而普通低碳钢的耐蚀性能较差。仿Cor-tenA与Cor-tenA耐大气腐蚀性能均优于碳钢，但二者相比，前者耐腐蚀性稍差。由表1可见，国产仿Cor-tenA钢的抗大气腐蚀元素铜、铬、镍的含量均略高于Cor-tenA钢，但耐蚀性反而差些，经过对氧化皮的电子探针分析发现，二者的非金属夹杂物差别较大。仿Cor-tenA钢中主要是长条形的硫化物夹杂（钢中含硫量达 0.0313%),其次尚有一些椭圆形A12Os夹杂，Cor-tenA钢的硫低（含量仅0.0081%），硫化物夹杂很少，多为椭圆形A1zO,夹杂物。众所周知，刚玉型A1O,夹杂的化学性质较稳定，而硫化物夹杂，在水和氧的作用下，易于分解成为硫盐和铁的氢氧化物。在仿 Cor~tenA的近锈层金属中，可以见到置于金属包围中的点蚀，这些点蚀看来与硫化物夹杂有关。一俟点蚀扩大与锈层相接，整个锈层包围的金属就会脱离基体进入锈层中。金属脱离基体后，在金属界面上呈现港湾状现象。正是由于仿Cor-tenA钢硫化物夹杂多，点蚀较多，因而抗蚀能力稍差。 3 热轧板氧化皮的结构分析 3,1氧化皮的物相组成热轧板共有4种（见表1），除No.4外，No.5含有钒，No.6含有钒和稀土， No,7又增加了铜。热轧板氧化皮的物相组成，除与冷轧板相同的3种物相外，主要组成为磁铁矿和赤铁矿。磁铁矿(Fe,O:)(图4)不透明。粒状晶，具有8面体开裂。反射色灰微带褐，无内反射，均质性。粉晶X光结构分析表明，各热轧板氧化皮中均有磁铁矿。赤铁矿(FzO3)呈细小条状晶（图4）。多分布在磁铁矿边缘，形成包边结构，或沿磁铁矿8面体开裂分布。反射色兰灰色，在高倍油浸镜下，可见到星点状分布的血红色内反射。强的非均质性。 3.2热轧板氧化皮的显微结构热轧板氧化皮大致可分为4个层带（由金属向外）：不连续的纤铁旷带，磁铁矿旷带

仿。卜 “ 钢氧化皮不连续且厚度较钢薄。内锈层纤铁矿较致密，疏松外锈层厚度较内锈层小。港湾状现象较钢少，接触平直部位延伸较长。锈层中金属颗粒较。钢少。在近锈层的金属内，能见到斑点状锈蚀规象。。卜钢锈层薄而且不连续。无锈层处延伸长，金属与锈层交界线平直，只有少数界面呈港湾状。内锈层以纤铁矿为主，有的部位仅有内锈层而无外锈层。外锈层直接与金属相连的现象较前二者为少，尤其比钢更少。在样品中极少发现金属中的斑点状锈蚀现象，金属颗粒更细小，含量也少。由此可见，种冷轧板尽管物相组成相同，然而其显微结构却不同。影响冷轧板附大气度蚀性能的因紊个钢种锈层显微结构的区别与其成分有关。普通低碳钢中不含耐蚀的合金元素铜、铬、镍等，因此在水和氧的作用下，表面极易生成纤铁矿，进而生成含吸附水的非晶质氢氧化铁〔〕，致使疏松外锈层发育，剥离现象严重，因而普通低碳钢的耐蚀性能较差。仿一 “ 与一耐大气腐蚀性能均优于碳钢，但二者相比，前者耐腐蚀性稍差。由表可见，国产仿一钢的抗大气腐蚀元素铜、铬、镍的含量均略高于。卜 “ 钢，但耐蚀性反而差些，经过对氧化皮的电子探针分析发现，二者的非金属夹杂物差别较大。仿一钢中主要是长条形的硫化物夹杂钢中含硫量达，其次尚有一些椭圆形夹杂，一钢的硫低含量仅，硫化物夹杂很少，多为椭圆形夹杂物。众所周知，刚玉型夹杂的化学性质较稳定而硫化物夹杂，在水和氧的作用下，易于分解成为硫盐和铁的氢氧化物。在仿。卜的近锈层金属中，可以见到置于金属包围中的点蚀，这些点蚀看来与硫化物夹杂有关。一侯点蚀扩大与锈层相接，整个锈层包围的金属就会脱离基体进入锈层中。金属脱离基体后，在金属界面上呈现港湾状现象。正是由于仿一钢硫化物夹杂多，点蚀较多，因而抗蚀能力稍差。热轧板氧化皮的结构分析权化皮的物相组成热轧板共有种见表，除外，含有钒，含有钒和稀土，又增加了铜。热轧板氧化皮的物相组成，除与冷轧板相同的种物相外，主要组成为磁铁矿和赤铁矿。磁铁矿 “ 。 ‘ 图不透明。粒状晶，具有面体开裂。反射色灰微带褐，无内反射，均质性。粉晶光结构分析表明，各热轧板氧化皮中均有磁铁矿。赤铁矿 “ 呈细小条状晶图。多分布在磁铁矿边缘，形成包边结构，或沿磁铁矿面体开裂分布。反射色兰灰色，在高倍油浸镜下，可见到星点状分布的血红色内反射。强的非均质性。热轧板粼化皮的显微结构热轧板氧化皮大致可分为个层带由金属向外不连续的纤铁矿带、磁铁矿带

20n 图4热轧板氧化皮的矿物及分带图5热轧A3钢氧化皮中磁铁矿（灰白）被纤 1.纤矿；2.磁铁矿；3，赤铁矿；4，非晶质氢氧化铁铁矿及非晶质氢氧化铁（灰）包围。 Fig.4 Minera.s in the scale of hot-rolled Fig.5 Magnetires surrounded by lepidoerocites pla:es in the scale of hot-rolled plete of A3 steel 赤铁矿带以及非晶质氢氧化铁带（图4）。 (1)A3钢(No.4)锈层分带规律不清晰，不规律，与金属相连接的可为任一物相。而且纤铁矿和非晶质氢氧化铁，往往可将磁铁矿和赤铁矿包围（图5）。磁铁矿与赤铁的含量与纤铁和非晶质氢氧化铁的含量差不多。各物相之间联结不紧密，孔隙、裂隙较多，锈层脱落现象明显。锈层与金属的界面线呈港湾状及舒缓波状。当纤铁矿与金属相连接时，易形成港湾状锈蚀；若磁铁矿与之相连则往往形成舒缓波状锈蚀界面。锈层内金属颗粒含量较多。 (2)03PV(No:5)钢锈层物相分带清楚，但不均匀、不完善。有的部位主要为磁铁矿带与赤铁矿带，有的仅有纤铁矿与非品质氢氧化铁。磁铁矿颗粒较碳钢的粗大，与金属相接的分界线为不很清楚的银齿状，结构较紧密。若纤铁矿与金属基体相接，则出现脱落或裂隙现象。整个锈层中，磁铁矿与赤铁矿的含量略大于纤铁矿及非晶质氢氧化铁，非晶质氢氧化铁及氧化皮中的金属颗粒均较碳钢的少。 (3)08PVRE(No.6)钢除钒外，还含有稀土，氧化皮结构与No.5有别。首先锈层物相分带清楚、明显，磁铁矿、赤铁矿、非晶质氢氧化铁各带依次出现，个别部位出现紧挨金属的纤铁矿，构成4个层带（图 4)。当然也有少数磁铁矿被非晶质氢氧化铁包围的现象。其次，磁铁矿带明显地比 No.4,No.5更宽，而且颗粒粗大，半自形晶图6磁铁矿（灰白）与金属（白）构成的“锯齿发育，与金属构成清楚的银齿状接触线（图状”接触线 6),镶嵌紧密，即使纤铁矿与之相连，接 Fig.6 "Sawtooth"joint of magnerile grey and metal whi.e 触也较紧密。再次，纤铁矿带极薄，外锈层非晶质氢氧化铁也较前两种钢薄，且分布不均。此外，偶见外锈层与金属相接触，界面具裂隙。锈层中金属颗粒含量甚少。 (4)08 CuPVRE(No.7)钢此钢是在No.6的基础上，又添加了合金元素铜，锈层厚度较均匀，分带基本清楚。各带中以磁铁矿厚度最人，为锈层的主帮。磁铁矿颗粒粗 5

图热轧板氧化皮的矿物及分带纤铁矿磁铁矿赤铁矿二非晶质氢氧化铁，。卜一图热轧钢氧化皮中磁铁矿灰白被纤铁矿及非晶质氢氧化铁灰包围。一一一赤铁矿带以及非晶质氢氧化铁带图。钢锈层分带规律不清晰，不规律，与金属相连接的可为任一物相。而且纤铁矿和非晶质氢氧化铁，往往可将磁铁矿和赤铁矿包围图。磁铁矿与赤铁矿的含量与纤铁矿和非晶质氢氧化铁的含量差不多。各物相之间联结不紧密，孔隙、裂隙较多，锈层脱落现象明显。锈层与金属的界面线呈港湾状及舒缓波状。当纤铁矿与金属相连接时，易形成港湾状锈蚀，若磁铁矿与之相连则往往形成舒缓波状锈蚀界面。锈层内金属颗粒含量较多。钢锈层物相分带清楚，但不均匀、不完善。有的部位主要为磁铁矿带与赤铁矿带有的仅有纤铁矿与非晶质氢氧化铁。磁铁矿颗粒较碳钢的粗大，与金属相接的分界线为不很清楚的锯齿状，结构较紧密。若纤铁矿与金属基体相接，则出现脱落或裂隙现象。整个锈层中，磁铁矿与赤铁矿的含量略大于纤铁矿及非晶质氢氧化铁，非晶质氢氧化铁及氧化皮中的金属颗粒均较碳钢的少。争磁铁矿灰白与金属白构成的 “ 锯齿状 ” 接触线 “ ” 图琶钢除钒外，还含有稀土，氧化皮结构与有别。首先锈层物相分带清楚、明显，磁铁矿、赤铁矿、非晶质氢氧化铁各带依次出现个别部位出现紧挨金属的纤铁矿，构成个层带图。当然一也有少数磁铁矿被非晶质氢氧化铁包围的现象。其次，磁铁矿带明显地比，更宽，而且颗粒粗大，半自形晶发育，与金属构成清楚的锯齿状接触线图，镶嵌紧密，即使纤铁矿与之相连，接触也较紧密。再次，纤铁矿带极薄外锈层非晶质氢氧化铁也较前两种钢薄，且分布不均。具裂隙。锈层中金属颗粒含量甚少。此外，偶见外锈层与金属相接触，界面。钢此钢是在的基础上，又添加了合金元素铜。锈层厚度较均匀，分带基本清楚。各带中以磁铁矿厚度最大，为锈层的主带。磁铁矿颗粒粗

大，居各钢种之首，，自形程度也高，与金属呈明显的锯齿状接触关系，二者镶嵌紧密。值得注意的是，纤铁矿往往形成细分散状分布在近金属的磁铁矿旷内。赤铁矿有沿磁铁矿8 面体开裂及晶间一直分布到近金属的现象，起到充填空隙的作用。相对磁铁矿而言，外锈层非晶质氢氧化铁厚度很小。锈层内金属颗粒甚微，X光衍射分析竟未出现铁的特征峰值。 3,3热轧板氧化皮物相形成过程按氧化皮的物相组成及显微结构，可以认为，热轧板锈层的形成有两大阶段。热轧时，金属表面处于高温(>900℃)条件下，铁表面氧化形成了磁铁矿。在它的边缘及其8面体裂理等与空气接触处，磁铁矿进一步氧化成赤铁矿。两矿物均不含水。当带有氧化皮的热轧板在雾化箱中时“水和氧沿磁铁矿与金属结合不甚牢固处渗入，与金属作用生成了致密的纤铁矿沉积，构成了第一个不连续层带。在磁铁矿和赤铁矿与空气接触面上，水和氧对其分解、氧化的结果，产生了含吸附水的氢氧化铁，沉积在氧化皮的最外层，或沿晶隙及裂隙沉淀。4个层带由此而形成。 3,4热轧板氯化皮显微结构与抗蚀性的关系既然磁铁矿是在高温氧化条件下形成，并与金属联结，分布在内层，疏松多孔的非晶质氢氧化铁是锈层的最终产物，极易产生剥离，由此看来，前者起到了保护基体的作用，而后者则起损毁作用。因此各钢种物相分带是否明显，相对厚度如何，在一定程度上，可反映出钢的抗蚀力大小。热轧A3钢分带混乱，磁铁矿带常被非晶质氢氧化铁包围，而且含量少。非晶质氢氧化铁直接与金属相接的部分较多，锈层脱落严重。说明保护层的作用小，抗蚀力差。08PVRE钢及08 CuPVRE钢，分带清楚，磁铁矿为锈层的主带，其结晶程度较高，与金属呈锯齿状镶嵌，二者之间的结合力较强。磁铁矿旷颗粒粗大，比表面积小，减少了大气中水和氧内渗造成的锈蚀机会。外锈层厚度很小，说明热轧时形成的锈层，起到了保护基体的作用。 3.5钢中合金元素与钢的耐蚀性的关系 (1)稀土元素(RE)的影响定量分析了08PV钢及加稀土的08PVRE钢夹杂物的数量、长度后发现，O8PVRE钢夹杂物的数量及长度比O8PV少，夹杂物长宽比也小，以纵向更为明显（表2)，说明稀土起了净化钢质和使夹杂物球化的作用。从这两点看，稀土对于提高钢的抗大气腐蚀性是有利的。由于稀土的加人，氧化皮的显微结构发生了明显变化3)。No,6、No.7试样磁铁矿发育，结晶程度好，与金属呈锯齿状紧密镶嵌，看来稀土元素有抑制磁铁旷、赤铁矿等在水、气下的分解作用，使非晶质氢氧化铁不发育，从而使该两种钢抗蚀性显著提高。 (2)铜的影响电子探针对各合金元素的面扫描结果表明，含量很低的RE、V、P 在各钢种的金属与锈层内，无明显的差别。唯有08 CuPVRE钢中的Cu,在基体与锈层中分布不同，铜相对地富集在基体一侧，特别是当金属呈半岛状伸入锈层时，尤为明显 (图7、8)，表明铜有着阻止金属锈蚀的能力〔4)。在该钢中，纤铁矿极少在金属一侧成层带，也是一个佐证。 6

大，居各钢种之首，，自形程度也高，与金属呈明显的锯齿状接触关系，二者镶嵌紧密。值得注意的是，纤铁矿往往形成细分散状分布在近金属的磁铁矿内。赤铁矿有沿磁铁矿面体开裂及晶间一直分布到近金属的现象，起到充填空隙的作用。相对磁铁矿而言，外锈层非晶质氢氧化铁厚度很小。锈层内金属颗粒甚微，光衍射分析竟未出现铁的特征峰值。热轧板氧化皮物相形成过程按氧化皮的物相组成及显微结构，可以认为，热轧板锈层的形成有两大阶段。热轧时，金属表面处于高温 ℃ 条件下，铁表面氧化形成了磁铁矿。在它的边缘及其面体裂理等与空气接触处，磁铁矿进一步氧化成赤铁矿。两矿物均不含水。当带有氧化皮的热轧板在雾化箱中时 ‘ 水和氧沿磁铁矿与金属结合不甚牢固处渗人，与金属作用生成了致密的纤铁矿沉积，构成了第一个不连续层带。在磁铁矿和赤铁矿与空气接触面上，水和氧对其分解、氧化的结果，产生了含吸附水的氢氧化铁，沉积在氧化皮的最外层，或沿晶隙及裂隙沉淀。个层带由此而形成。热轧板级化皮显徽结构与抗蚀性的关系既然磁铁矿是在高温氧化条件下形成，并与金属联结，分布在内层，疏松多孔的非晶质氢氧化铁是锈层的最终产物，极易产生剥离，由此看来，前者起到了保护基体的作用，而后者则起损毁作用。因此各钢种物相分带是否明显，相对厚度如何，在一定程度上，可反映出钢的抗蚀力大小。热轧钢分带混乱，磁铁矿带常被非晶质氢氧化铁包围，而且含量少。非晶质氢氧化铁直接与金属相接的部分较多，锈层脱落严重。说明保护层的作用小， ’ 抗蚀力差。钢及钢，分带清楚，磁铁矿为锈层的主带，其结晶程度较高，与金属呈锯齿状镶嵌，二者之间的结合力较强。磁铁矿颗粒粗大，比表面积小，减少了大气中水和氧内渗造成的锈蚀机会。外锈层厚度很小，说明热轧时形成的锈层，起到了保护基体的作用。钢中合金元紊与铜的耐蚀性的关系稀土元素的影响定量分析了钢及加稀土的钢夹杂物的数量、长度后发现，钢夹杂物的数量及长度比少，夹杂物长宽比也小，以纵向更为明显表，说明稀土起了净化钢质和使夹杂物球化的作用。从这两点看，稀土对于提高钢的抗大气腐蚀性是有利的。由于稀土的加入，氧化皮的显微结构发生了明显变化〔〕。、试样磁铁矿发育，结晶程度好，与金属呈锯内状紧密镶嵌，看来稀土元素有抑制磁铁矿、赤铁矿等在水、气下的分解作用，使非晶质氢氧化铁不发育，从而使该两种钢抗蚀性显著提高。铜的影响电子探针对各合金元素的面扫描结果表明，含量很低的、、在各钢种的金属与锈层内，无明显的差别。唯有钢中的，在基体与锈层中分布不同，铜相对地富集在基体一侧，特别是当金属呈半岛状伸入锈层时，尤为明显图、，表明铜有着阻止金属锈蚀的能力〔们。在该钢中，纤铁矿极少在金属一侧成层带，也是一个佐证