《工程科学学报》：低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据

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工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据赵起越范益范恩点赵柏杰黄运华程学群李晓刚 Influence factors and corrosion resistance criterion of low-alloy structural steel ZHAO Qi-yue,FAN Yi,FAN En-dian,ZHAO Bai-jie,HUANG Yun-hua,CHENG Xue-qun,LI Xiao-gang 引用本文：赵起越，范益，范恩点，赵柏杰，黄运华，程学群，李晓刚.低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据).工程科学学报， 2021,43(2:255-262.doi:10.13374j.issn2095-9389.2020.01.10.002 ZHAO Qi-yue,FAN Yi,FAN En-dian,ZHAO Bai-jie,HUANG Yun-hua,CHENG Xue-qun,LI Xiao-gang.Influence factors and corrosion resistance criterion of low-alloy structural steel[J].Chinese Journal of Engineering,2021,43(2):255-262.doi: 10.13374-issn2095-9389.2020.01.10.002 在线阅读View online:https::/doi.org10.13374.issn2095-9389.2020.01.10.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 低合金钢焊接热影响区的微观组织和韧性研究进展 Research progress on microstructures and toughness of welding heat-affected zone in low-alloy steel 工程科学学报.2017,395：643htps:/1doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.05.001 Mn对2205双相不锈钢耐点蚀性能的影响 Effect of manganese addition on resistance to pitting corrosion of duplex stainless steel S32205 工程科学学报.2019,41(2：246 https::/1doi.org/10.13374斩.issn2095-9389.2019.02.012 时效制度对AIZnMg合金组织和抗应力腐蚀性能的影响 Effect of aging on the microstructure and stress corrosion resistance of AlZnMg alloy 工程科学学报.2019,41(12：1575htps:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.12.28.005 时效对A2Li二元合金钝化膜耐蚀性及结构的影响 Influence of aging on corrosion resistance and structure of the passive film formed on Al2Li binary alloys 工程科学学报.2019,41(11)：1444htps:ldoi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.11.30.004 Mn元素对过流冷却过共晶Al-22Si-2Fe-xMn合金显微组织及耐磨性的影响 Effect of Mn element on the microstructure and wear resistance of hypereutectic Al-22Si-2Fe-xMn alloys produced by inclined cooling 工程科学学报.2017,392：222 https:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.02.009 静水压与溶解氧耦合作用对低合金高强钢腐蚀电化学行为的影响 Combined effect of hydrostatic pressure and dissolved oxygen on the electrochemical behavior of low-alloy high-strength steel 工程科学学报.2019,41(8：1029 https:/doi.org/10.13374.issn2095-9389.2019.08.008

低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据赵起越范益范恩点赵柏杰黄运华程学群李晓刚 Influence factors and corrosion resistance criterion of low-alloy structural steel ZHAO Qi-yue, FAN Yi, FAN En-dian, ZHAO Bai-jie, HUANG Yun-hua, CHENG Xue-qun, LI Xiao-gang 引用本文: 赵起越, 范益, 范恩点, 赵柏杰, 黄运华, 程学群, 李晓刚. 低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据[J]. 工程科学学报, 2021, 43(2): 255-262. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.10.002 ZHAO Qi-yue, FAN Yi, FAN En-dian, ZHAO Bai-jie, HUANG Yun-hua, CHENG Xue-qun, LI Xiao-gang. Influence factors and corrosion resistance criterion of low-alloy structural steel[J]. Chinese Journal of Engineering, 2021, 43(2): 255-262. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.10.002 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.10.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 低合金钢焊接热影响区的微观组织和韧性研究进展 Research progress on microstructures and toughness of welding heat-affected zone in low-alloy steel 工程科学学报. 2017, 39(5): 643 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.05.001 Mn对2205双相不锈钢耐点蚀性能的影响 Effect of manganese addition on resistance to pitting corrosion of duplex stainless steel S32205 工程科学学报. 2019, 41(2): 246 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.012 时效制度对AlZnMg合金组织和抗应力腐蚀性能的影响 Effect of aging on the microstructure and stress corrosion resistance of AlZnMg alloy 工程科学学报. 2019, 41(12): 1575 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.28.005 时效对Al2Li二元合金钝化膜耐蚀性及结构的影响 Influence of aging on corrosion resistance and structure of the passive film formed on Al2Li binary alloys 工程科学学报. 2019, 41(11): 1444 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.11.30.004 Mn元素对过流冷却过共晶Al-22Si-2Fe-xMn合金显微组织及耐磨性的影响 Effect of Mn element on the microstructure and wear resistance of hypereutectic Al-22Si-2Fe-xMn alloys produced by inclined cooling 工程科学学报. 2017, 39(2): 222 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.02.009 静水压与溶解氧耦合作用对低合金高强钢腐蚀电化学行为的影响 Combined effect of hydrostatic pressure and dissolved oxygen on the electrochemical behavior of low-alloy high-strength steel 工程科学学报. 2019, 41(8): 1029 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.008

工程科学学报.第43卷，第2期：255-262.2021年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.2:255-262,February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.10.002;http://cje.ustb.edu.cn 低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据赵起越，范益2)，范恩点)，赵柏杰2)，黄运华)四，程学群，李晓刚) 1)北京科技大学新材料技术研究院，北京1000832)南京钢铁股份有限公司江苏省高端钢铁材料重点实验室，南京211500 ☒通信作者，E-mail:huangyh@mater.ustb.edu.cn 摘要通过对不同厂家或产线生产的相近成分和显微组织的8种低合金工程结构钢样品进行中性盐雾加速腐蚀试验，结合成分测试、微观组织分析、腐蚀产物分析及数据统计与计算拟合等方法，提出了评价低合金结构钢耐蚀性的综合耐蚀指数及其包含钢材成分、夹杂物、组织及晶粒度等多因素的数学表达式.研究结果表明，低合金工程结构钢的耐蚀性除与传统的耐蚀指数Ⅰ相关外，还受钢中夹杂物、显微组织、晶粒度等多种材料因素的耦合影响，其影响程度按从大到小排序依次为耐蚀合金元素所决定的耐蚀指数I、夹杂物总量、珠光体含量和晶粒度级别.综合耐蚀指数Y可作为比耐蚀指数I指数更有效的低合金钢耐蚀性判据，具有重要的工程应用价值. 关键词低合金结构钢：合金成分：夹杂物：显微组织：晶粒度：综合耐蚀指数；耐蚀性判据分类号TG172.3 Influence factors and corrosion resistance criterion of low-alloy structural steel ZHAO Qi-yue,FAN Y,FAN En-dian,ZHAO Bai-jie2,HUANG Yun-hua,CHENG Xue-qun,LI Xiao-gang 1)Institution for Advanced Materials and Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Jiangsu Key Laboratory for Premium Steel Material,Nanjing Iron Steel Co.,LTD.,Nanjing 211500,China Corresponding author,E-mail:huangyh@mater.ustb.edu.cn ABSTRACT Low-alloy engineering structural steel is widely used in many fields,because of its good mechanical and processing properties.The corrosion resistance of low-alloy engineering structural steel is related not only to chemical composition but also to microstructure,inclusions,grain size,and other factors.However,at present,the direct and fast criterion for evaluating the corrosion resistance of low-alloy structural steel,i.e.,the corrosion resistance index /in the ASTM Standard and China National Standards only involves the chemical composition of low-alloy structural steel and ignores the microstructure,inclusions,and grain size.In the literature on the corrosion resistance of low-alloy structural steel,the coupled effect of chemical composition and other material factors on corrosion resistance and the quantitative analysis of each factor have not been reported.Therefore,a new corrosion resistance index for low-alloy structural steel that includes more factors needs to be proposed.Through the neutral salt spray accelerated corrosion test of eight kinds of low-alloy engineering structural steels with similar composition and microstructure produced by different manufacturers or production lines,combined with the methods of composition test,microstructure analysis,corrosion product analysis,data statistics,and calculation fitting,a composite corrosion resistance index Y for low-alloy structural steel was proposed,and a quantitative index formula containing several factors,including chemical composition,inclusions,microstructure,and grain size,was established.Results show that the corrosion resistance of low-alloy structural steel is affected by the coupling of many material factors,not only the traditional corrosion resistance index but also inclusions,microstructure,and grain size.The degree of influence is in the order of corrosion resistance index /determined by corrosion-resistant alloy elements,total inclusions,pearlite content,and grain size.The composite corrosion resistance index can be used as an effective criterion for the corrosion resistance of low-alloy structural steel and is of 收稿日期：202001-10 基金项目：国家重点研发计划资助项目(2016YFB0300604):国家自然科学基金资助项目(51971033)

低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据赵起越1)，范益2)，范恩点1)，赵柏杰2)，黄运华1) 苣，程学群1)，李晓刚1) 1) 北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083 2) 南京钢铁股份有限公司江苏省高端钢铁材料重点实验室，南京 211500 苣通信作者，E-mail: huangyh@mater.ustb.edu.cn 摘要通过对不同厂家或产线生产的相近成分和显微组织的 8 种低合金工程结构钢样品进行中性盐雾加速腐蚀试验，结合成分测试、微观组织分析、腐蚀产物分析及数据统计与计算拟合等方法，提出了评价低合金结构钢耐蚀性的综合耐蚀指数及其包含钢材成分、夹杂物、组织及晶粒度等多因素的数学表达式. 研究结果表明，低合金工程结构钢的耐蚀性除与传统的耐蚀指数 I 相关外，还受钢中夹杂物、显微组织、晶粒度等多种材料因素的耦合影响，其影响程度按从大到小排序依次为耐蚀合金元素所决定的耐蚀指数 I、夹杂物总量、珠光体含量和晶粒度级别. 综合耐蚀指数 Y 可作为比耐蚀指数 I 指数更有效的低合金钢耐蚀性判据，具有重要的工程应用价值. 关键词低合金结构钢；合金成分；夹杂物；显微组织；晶粒度；综合耐蚀指数；耐蚀性判据分类号 TG172.3 Influence factors and corrosion resistance criterion of low-alloy structural steel ZHAO Qi-yue1) ，FAN Yi2) ，FAN En-dian1) ，ZHAO Bai-jie2) ，HUANG Yun-hua1) 苣，CHENG Xue-qun1) ，LI Xiao-gang1) 1) Institution for Advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Jiangsu Key Laboratory for Premium Steel Material, Nanjing Iron & Steel Co., LTD., Nanjing 211500, China 苣 Corresponding author, E-mail: huangyh@mater.ustb.edu.cn ABSTRACT Low-alloy engineering structural steel is widely used in many fields, because of its good mechanical and processing properties. The corrosion resistance of low-alloy engineering structural steel is related not only to chemical composition but also to microstructure, inclusions, grain size, and other factors. However, at present, the direct and fast criterion for evaluating the corrosion resistance of low-alloy structural steel, i.e., the corrosion resistance index I, in the ASTM Standard and China National Standards only involves the chemical composition of low-alloy structural steel and ignores the microstructure, inclusions, and grain size. In the literature on the corrosion resistance of low-alloy structural steel, the coupled effect of chemical composition and other material factors on corrosion resistance and the quantitative analysis of each factor have not been reported. Therefore, a new corrosion resistance index for low-alloy structural steel that includes more factors needs to be proposed. Through the neutral salt spray accelerated corrosion test of eight kinds of low-alloy engineering structural steels with similar composition and microstructure produced by different manufacturers or production lines, combined with the methods of composition test, microstructure analysis, corrosion product analysis, data statistics, and calculation fitting, a composite corrosion resistance index Y for low-alloy structural steel was proposed, and a quantitative index formula containing several factors, including chemical composition, inclusions, microstructure, and grain size, was established. Results show that the corrosion resistance of low-alloy structural steel is affected by the coupling of many material factors, not only the traditional corrosion resistance index I but also inclusions, microstructure, and grain size. The degree of influence is in the order of corrosion resistance index I determined by corrosion-resistant alloy elements, total inclusions, pearlite content, and grain size. The composite corrosion resistance index can be used as an effective criterion for the corrosion resistance of low-alloy structural steel and is of 收稿日期: 2020−01−10 基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2016YFB0300604）；国家自然科学基金资助项目（51971033）工程科学学报，第 43 卷，第 2 期：255−262，2021 年 2 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 2: 255−262, February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.10.002; http://cje.ustb.edu.cn

256 工程科学学报，第43卷，第2期 significance in engineering applications. KEY WORDS low-alloy structural steel;alloying element;inclusion;microstructure;grain size;composite corrosion resistance index; corrosion resistance criterion 低合金工程结构钢具有良好的力学性能、焊但是目前评价低合金结构钢耐蚀性的直接和接性能和其他加工性能，被广泛应用于建筑和工快速判据为ASTM标准和我国国家标准中提出的程结构、桥梁、风电设备、压力容器、船舶及车辆耐大气腐蚀指数（以下简称“耐蚀指数”）20四，而等领域可.由于低合金结构钢应用范围广，面临该判据只考虑了低合金钢的化学成分.在研究低的腐蚀环境复杂，因此其耐蚀性能对大型工程结合金钢耐蚀性的文献中，化学成分与其他各种材构与装备的寿命及安全性尤其重要.而钢材的使料因素对耐蚀性的耦合影响及各因素的定量化分用寿命及安全性除与服役环境、防护措施有关之析也未见报道.本文主要以八种来自不同厂家或外，与材料本身的耐蚀性具有更加直接的关系产线生产的低合金工程结构钢为研究对象，分别目前，大多数学者认为显微组织只对新鲜金对其成分、晶粒度、组织含量及夹杂物含量进行属表面的耐蚀性产生影响，当金属表面有腐蚀产了表征统计，并通过盐雾加速试验、锈层形貌成分物覆盖的时候，显微组织的影响基本可以忽略，成分析，结合软件计算方法，揭示了4种材料因素对分的影响占主导，内锈层中的合金元素能够提高低合金钢腐蚀失重的影响及权重，提出了可以作锈层的致密性，阻止环境中的腐蚀性介质与金属为低合金钢耐蚀性有效判据的综合耐蚀指数，为的接触，保护金属基体山，0，但也有学者对钢材合低合金结构钢的实际生产及应用提供了重要的参金元素之外的其他材料因素对腐蚀的影响进行了考依据研究-，其中Guo等研究发现，显微组织单一 1实验材料与方法的铁素体组织的耐蚀性优于铁素体珠光体的混合组织，均匀单一的铁素体试样表面倾向于形成含 1.1实验材料较少裂纹的均匀腐蚀产物膜，提升锈层致密度；实验用的低合金工程结构钢样品取自8个 Schino等i发现无论在质量分数3.5%的NaCI溶不同厂家产线，样品编号及主要化学成分如表1 液，还是在工业污染大气和普通大气环境中，晶粒所示尺寸为15.8um的试样比68um的试样均表现出根据《GB/T4171一2008耐候结构钢》，低合金更低的腐蚀速率；Liu等8-11采用一系列微区电化结构钢耐大气腐蚀性性能可用耐蚀指数Ⅰ来评估，学试验方法，对Q460NH铁素体加珠光体双相钢指数越大，钢的耐腐蚀性能越好，其计算公式如下：中A1O3夹杂物诱发点蚀的过程进行了研究，发现 I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.2(%Cr)+ 了夹杂物对腐蚀萌生的重要影响.上述研究均表 1.49(%Si+17.28(%P)-7.29(%Cu)·(%Ni)- 明，除了成分因素，钢材中的显微组织、夹杂物等 9.1(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2 因素也是影响耐蚀性的不可忽略的重要因素根据表1钢的化学成分以及上述公式，可得表1试验钢样品的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the steel samples % Sample Mn P Cr Ni Cu Ti Nb Fe 0.12 0.19 1.43 0.014 0.003 0.033 0.010 0.015 0.005 0.019 0.001 Bal 2* 0.18 0.20 1.28 0.015 0.003 0.028 0.013 0.024 0.005 0.035 0.001 Bal 3 0.17 0.24 1.17 0.015 0.002 0.035 0.010 0.014 0.004 0.010 0.010 Bal 0.18 0.24 0.91 0.010 0.004 0.026 0.015 0.019 0.003 0.0024 0.009 Bal 5* 0.16 0.19 1.21 0.011 0.002 0.043 0.045 0.020 0.004 0.010 0.001 Bal 0.14 0.15 1.48 0.010 0.006 0.016 0.006 0.008 0.005 0.015 0.002 Bal 7 0.18 0.23 0.91 0.014 0.007 0.030 0.011 0.012 0.003 0.0028 0.010 Bal 0.18 0.23 0.92 0.014 0.008 0.030 0.011 0.012 0.003 0.0028 0.010 Bal

significance in engineering applications. KEY WORDS low-alloy structural steel；alloying element；inclusion；microstructure；grain size；composite corrosion resistance index； corrosion resistance criterion 低合金工程结构钢具有良好的力学性能、焊接性能和其他加工性能，被广泛应用于建筑和工程结构、桥梁、风电设备、压力容器、船舶及车辆等领域[1−6] . 由于低合金结构钢应用范围广，面临的腐蚀环境复杂，因此其耐蚀性能对大型工程结构与装备的寿命及安全性尤其重要. 而钢材的使用寿命及安全性除与服役环境、防护措施有关之外，与材料本身的耐蚀性具有更加直接的关系. 目前，大多数学者认为显微组织只对新鲜金属表面的耐蚀性产生影响，当金属表面有腐蚀产物覆盖的时候，显微组织的影响基本可以忽略，成分的影响占主导，内锈层中的合金元素能够提高锈层的致密性，阻止环境中的腐蚀性介质与金属的接触，保护金属基体[1, 7−10] . 但也有学者对钢材合金元素之外的其他材料因素对腐蚀的影响进行了研究[11−19] ，其中 Guo 等[15] 研究发现，显微组织单一的铁素体组织的耐蚀性优于铁素体/珠光体的混合组织，均匀单一的铁素体试样表面倾向于形成含较少裂纹的均匀腐蚀产物膜，提升锈层致密度； Schino 等[16] 发现无论在质量分数 3.5% 的 NaCl 溶液，还是在工业污染大气和普通大气环境中，晶粒尺寸为 15.8 μm 的试样比 68 μm 的试样均表现出更低的腐蚀速率；Liu 等[18−19] 采用一系列微区电化学试验方法，对 Q460NH 铁素体加珠光体双相钢中 Al2O3 夹杂物诱发点蚀的过程进行了研究，发现了夹杂物对腐蚀萌生的重要影响. 上述研究均表明，除了成分因素，钢材中的显微组织、夹杂物等因素也是影响耐蚀性的不可忽略的重要因素. 但是目前评价低合金结构钢耐蚀性的直接和快速判据为 ASTM 标准和我国国家标准中提出的耐大气腐蚀指数（以下简称“耐蚀指数”）I [20−22] ，而该判据只考虑了低合金钢的化学成分. 在研究低合金钢耐蚀性的文献中，化学成分与其他各种材料因素对耐蚀性的耦合影响及各因素的定量化分析也未见报道. 本文主要以八种来自不同厂家或产线生产的低合金工程结构钢为研究对象，分别对其成分、晶粒度、组织含量及夹杂物含量进行了表征统计，并通过盐雾加速试验、锈层形貌成分分析，结合软件计算方法，揭示了 4 种材料因素对低合金钢腐蚀失重的影响及权重，提出了可以作为低合金钢耐蚀性有效判据的综合耐蚀指数，为低合金结构钢的实际生产及应用提供了重要的参考依据. 1 实验材料与方法 1.1 实验材料实验用的低合金工程结构钢样品取自 8 个不同厂家/产线，样品编号及主要化学成分如表 1 所示. 根据《GB/T 4171—2008 耐候结构钢》，低合金结构钢耐大气腐蚀性性能可用耐蚀指数 I 来评估，指数越大，钢的耐腐蚀性能越好，其计算公式如下： I = 26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.2(%Cr)+ 1.49(%Si)+17.28(%P)−7.29(%Cu)·(%Ni)− 9.1(%Ni) (%P)−33.39(%Cu) 2 根据表 1 钢的化学成分以及上述公式，可得表 1 试验钢样品的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the steel samples % Sample C Si Mn P S Cr Ni Cu V Ti Nb Fe 1 # 0.12 0.19 1.43 0.014 0.003 0.033 0.010 0.015 0.005 0.019 0.001 Bal 2 # 0.18 0.20 1.28 0.015 0.003 0.028 0.013 0.024 0.005 0.035 0.001 Bal 3 # 0.17 0.24 1.17 0.015 0.002 0.035 0.010 0.014 0.004 0.010 0.010 Bal 4 # 0.18 0.24 0.91 0.010 0.004 0.026 0.015 0.019 0.003 0.0024 0.009 Bal 5 # 0.16 0.19 1.21 0.011 0.002 0.043 0.045 0.020 0.004 0.010 0.001 Bal 6 # 0.14 0.15 1.48 0.010 0.006 0.016 0.006 0.008 0.005 0.015 0.002 Bal 7 # 0.18 0.23 0.91 0.014 0.007 0.030 0.011 0.012 0.003 0.0028 0.010 Bal 8 # 0.18 0.23 0.92 0.014 0.008 0.030 0.011 0.012 0.003 0.0028 0.010 Bal · 256 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期

赵起越等：低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据 257· 8种样品的耐蚀指数，如表2所示.由该表可知，清洗干燥并称重，计算试样经7d盐雾试验后的腐 2和5#试验钢耐蚀指数较高，1、7和8钢耐蚀指蚀速率.之后，使用JEOL JCM6000PLUS型扫描电数较低，但由于8种钢耐蚀元素含量差别不大，因子显微镜(Scanning electron microscopy,.SEM)对除此其耐蚀性指数差异也并不大锈后试样表面的形貌进行观察，综合分析8种试验钢的腐蚀情况表2八种试验钢样品的耐蚀指数/值 Table 2 Corrosion resistance index of the steel samples 2结果与分析 1 2 3 4 5 6 7 8 2.1腐蚀失重分析 0.99 1.24 1.051.10 1.200.64 0.970.97 按照GB/T16545一2015去除表面腐蚀产物， 1.2实验方法之后用酒精清洗，干燥后称量.按照下式计算8种试验钢样品盐雾加速腐蚀实验后的质量损失率：将试样沿法向切成10mm×10mm×3mm的片状试样，经60~2000号水砂纸逐级打磨后，对试样 6="0-m×100% 10 进行机械抛光，然后用去离子水、丙酮清洗，去除其中，o为试样原始质量，g:m为试样去除腐蚀表面的油污.之后根据《GB/T10561一2005钢中非产物后的质量，g.表3为8种试样经7d中性盐雾金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》试验后的腐蚀质量损失率，每个编号的数据为在AxioScopeAl型蔡司金相显微镜下对机械抛光 3个平行试样的平均值.对比可知，1、2试验钢的后的八种试验钢进行夹杂物观察并评级，评级结腐蚀质量损失率较低，腐蚀较为轻微，5、6、7的果采用A法表示.每个试样选择3个具有代表性腐蚀质量损失率较为接近，8试样的质量损失率最的视场进行观测大，即盐雾试验结果表明，1试验钢腐蚀最轻，8钢机械抛光后的试样经体积分数4%的硝酸酒腐蚀最重，且1#~8试验钢的耐蚀性呈现明显的降精溶液侵蚀后使用蔡司金相显微镜观察其金相组低趋势织，并根据《GB/T6394一2002金属平均晶粒度测定方法》及MIAPS金相图像分析软件评定8种钢表38种试验钢样品的质量损失率的晶粒度级别、平均晶品粒尺寸，并计算铁素体及珠 Table 3 Mass loss ratio of the steel samples 光体两相面积占比，以对这8种试验钢组织结构 1 2 3 4 5 6 8 的差异进行分析. 1.11 2.022.802.843.003.023.063.29 将试样沿轧制方向切成70mm×35mm的片状试样，表面经磨床打磨光亮，清洗除油后称重，之 2.2腐蚀形貌及腐蚀产物成分分析后按照《GB/T10125一2012人造气氛腐蚀试验盐经7d中性盐雾试验后，8种试验钢的宏观形雾试验》进行室内盐雾试验，每组试验样品（每个貌如图1所示.8种试验钢经盐雾加速试验后腐蚀编号)的平行试样为3个，试验周期为7d.盐雾实情况均较为严重，表面已完全失去金属光泽，且被验作为室内加速腐蚀试验，可以快速模拟室外大厚度不均匀的红褐色及黑色锈层覆盖，总体来说，气腐蚀的情况.本实验采用质量分数5%氯化钠溶 8种钢腐蚀后的宏观形貌差异不大.对表面腐蚀液，调节pH值在6.5~7.2之间，使用连续喷雾进产物进行X射线衍射(XRD)分析，如图2所示，行中性盐雾试验.试样沿与垂直方向45放于V型 8种试样的主要腐蚀产物均为au-FeOOH、B-FeOOH、槽中，实验周期为7d Y-FeOOH和Fe3O4,且8种钢中各腐蚀产物的含量实验结束后，对取出的试样进行宏观拍照，使用相近.研究表明，a-FOOH的存在容易形成致密的 VK-X2O0激光共聚焦显微镜(Confocal laser scanning 氧化膜，能很好地提高材料的耐蚀性，而Y-FeOOH microscope,.CLSM)对试样表面3D形貌进行观察不易形成相对致密的氧化膜，不利于提高材料的和测量，表面腐蚀产物的物相分析采用Rigaku 耐蚀性-2)而本实验中，8种钢中的几种羟基氧 DMAX-RBI2KWX射线衍射仪(XRD)进行分析化铁的含量接近，表明在腐蚀后期不同种钢的锈按照《GB/T16545一2015金属和合金的腐蚀腐蚀层致密度及完整性相近，基本无区别. 试样上腐蚀产物的清除》使用500mL盐酸+500mL 8种试验钢除锈后表面微观形貌如图3所示， H2O+3.5g六次甲基四胺除锈液进行除锈，除锈后除锈后表面均较为粗糙且呈现出明显的高低起伏

8 种样品的耐蚀指数，如表 2 所示. 由该表可知， 2 #和 5 #试验钢耐蚀指数较高，1 #、7 #和 8 #钢耐蚀指数较低，但由于 8 种钢耐蚀元素含量差别不大，因此其耐蚀性指数差异也并不大. 1.2 实验方法将试样沿法向切成 10 mm×10 mm×3 mm 的片状试样，经 60～2000 号水砂纸逐级打磨后，对试样进行机械抛光，然后用去离子水、丙酮清洗，去除表面的油污. 之后根据《GB/T 10561—2005 钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》在 AxioScopeA1 型蔡司金相显微镜下对机械抛光后的八种试验钢进行夹杂物观察并评级，评级结果采用 A 法表示. 每个试样选择 3 个具有代表性的视场进行观测. 机械抛光后的试样经体积分数 4% 的硝酸酒精溶液侵蚀后使用蔡司金相显微镜观察其金相组织，并根据《GB/T 6394—2002 金属平均晶粒度测定方法》及 MIAPS 金相图像分析软件评定 8 种钢的晶粒度级别、平均晶粒尺寸，并计算铁素体及珠光体两相面积占比，以对这 8 种试验钢组织结构的差异进行分析. 将试样沿轧制方向切成 70 mm×35 mm 的片状试样，表面经磨床打磨光亮，清洗除油后称重，之后按照《GB/T 10125—2012 人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行室内盐雾试验，每组试验样品（每个编号）的平行试样为 3 个，试验周期为 7 d. 盐雾实验作为室内加速腐蚀试验，可以快速模拟室外大气腐蚀的情况. 本实验采用质量分数 5% 氯化钠溶液，调节 pH 值在 6.5～7.2 之间，使用连续喷雾进行中性盐雾试验. 试样沿与垂直方向 45°放于 V 型槽中，实验周期为 7 d. 实验结束后，对取出的试样进行宏观拍照，使用 VK-X200 激光共聚焦显微镜（Confocal laser scanning microscope，CLSM）对试样表面 3D 形貌进行观察和测量，表面腐蚀产物的物相分析采用 Rigaku DMAX-RB 12KW X 射线衍射仪（XRD）进行分析. 按照《GB/T 16545—2015 金属和合金的腐蚀腐蚀试样上腐蚀产物的清除》使用 500 mL 盐酸+500 mL H2O+3.5 g 六次甲基四胺除锈液进行除锈，除锈后清洗干燥并称重，计算试样经 7 d 盐雾试验后的腐蚀速率. 之后，使用 JEOL JCM6000PLUS 型扫描电子显微镜（Scanning electron microscopy, SEM）对除锈后试样表面的形貌进行观察，综合分析 8 种试验钢的腐蚀情况. 2 结果与分析 2.1 腐蚀失重分析按照 GB/T 16545—2015 去除表面腐蚀产物，之后用酒精清洗，干燥后称量. 按照下式计算 8 种试验钢样品盐雾加速腐蚀实验后的质量损失率： δ = m0 −m1 m0 ×100% 其中，m0 为试样原始质量，g；m1 为试样去除腐蚀产物后的质量，g. 表 3 为 8 种试样经 7 d 中性盐雾试验后的腐蚀质量损失率，每个编号的数据为 3 个平行试样的平均值. 对比可知，1 #、2 #试验钢的腐蚀质量损失率较低，腐蚀较为轻微，5 #、6 #、7 #的腐蚀质量损失率较为接近，8 #试样的质量损失率最大，即盐雾试验结果表明，1 #试验钢腐蚀最轻，8 #钢腐蚀最重，且 1 #～8 #试验钢的耐蚀性呈现明显的降低趋势. 2.2 腐蚀形貌及腐蚀产物成分分析经 7 d 中性盐雾试验后，8 种试验钢的宏观形貌如图 1 所示. 8 种试验钢经盐雾加速试验后腐蚀情况均较为严重，表面已完全失去金属光泽，且被厚度不均匀的红褐色及黑色锈层覆盖，总体来说， 8 种钢腐蚀后的宏观形貌差异不大. 对表面腐蚀产物进行 X 射线衍射（XRD）分析，如图 2 所示， 8 种试样的主要腐蚀产物均为 α-FeOOH、β-FeOOH、 γ-FeOOH 和 Fe3O4，且 8 种钢中各腐蚀产物的含量相近. 研究表明，α-FeOOH 的存在容易形成致密的氧化膜，能很好地提高材料的耐蚀性，而 γ-FeOOH 不易形成相对致密的氧化膜，不利于提高材料的耐蚀性[23−25] . 而本实验中，8 种钢中的几种羟基氧化铁的含量接近，表明在腐蚀后期不同种钢的锈层致密度及完整性相近，基本无区别. 8 种试验钢除锈后表面微观形貌如图 3 所示，除锈后表面均较为粗糙且呈现出明显的高低起伏表 2 八种试验钢样品的耐蚀指数 I 值 Table 2 Corrosion resistance index of the steel samples 1 # 2 # 3 # 4 # 5 # 6 # 7 # 8 # 0.99 1.24 1.05 1.10 1.20 0.64 0.97 0.97 表 3 8 种试验钢样品的质量损失率 Table 3 Mass loss ratio of the steel samples % 1 # 2 # 3 # 4 # 5 # 6 # 7 # 8 # 1.11 2.02 2.80 2.84 3.00 3.02 3.06 3.29 赵起越等：低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据 · 257 ·

258 工程科学学报，第43卷，第2期 3 6 20μm 20 um (c) (d) (e) (0 20μm 20μm (e) (f0 图1.8种试验钢样品盐雾试验后的宏观形貌.(a)1:(b)2:(c)3 20μm 20 um (d)45:(e)5:(f)6:(g)产：(h)8 e) Fig.I Macromorphologies of the steel samples after the salt spray test: (a)1,(b)2(c)3:(d4:(e)5(①6：(g)7:(h)8 gnetite Akaganetite:B-FeOOH 20 um 20 um 克·里大光人人7严图38种试验钢样品除锈后的微观形貌.(a)1(b)2:(c)3:(d)4 人6 (e)5:(f)6:(g)7:(h)8 人 5 Fig.3 Micromorphologies of the steel samples after rust removal:(a)1*; 4° (b)2,(c)3:(d4,(e)5:(06,(g)7:h)8 3 2 低合金钢耐蚀性的材料因素人人 1# 2.3显微组织及夹杂物分析 10 20 304050 60 70 如图4所示，8种试样均由铁素体和珠光体组 2() 成，但不同试样间组织差异主要体现在晶粒度及因28种试验钢样品锈层X射线衍射图谱铁素体珠光体两相比例上.表4列出了8种试验 Fig.2 XRD patterns of the corrosion products formed on the steel 钢的晶粒度级别、平均晶粒尺寸以及两相分别所 samples 占的面积百分比，如表所示，8种钢的晶粒度差别状.1~4试样除锈后表面较为平整，但局部分布不大，6的品粒度最细，2和5的晶粒度最为粗大：有大量小的蚀坑，相比而言，1的表面蚀坑较浅：而从组织含量可知，两相比例差异较为明显，其 5试样的表面分布有明显微裂纹，腐蚀情况较中，1和7钢中铁素体含量最高，而5、6和8试验 1~4更重：6、7试样表面可见大量较深的腐蚀钢的珠光体含量较高坑，局部可见明显的剥离状形貌：8试样表面形貌珠光体是奥氏体发生共析转变形成的铁素体类似于该铁素体珠光体双相钢金相的侵蚀形貌，和FeC的共析体，其C含量高于铁素体，铁素体腐蚀较深且有大量渗碳体出现，部分区域可见清和FeC呈相互交替的片层状结构，且两种结构均晰的裂纹，腐蚀形貌最为严重.因此，结果显示，具有导电性.在盐雾腐蚀性介质中，珠光体中的渗 1#~8钢腐蚀形貌逐渐加重，1钢耐蚀性较好，8钢碳体和铁素体之间形成微电偶，FeC电位较正为较差，与前文的腐蚀失重率相对应.但仅从8种钢阴极，铁素体电位较负为阳极，因此铁素体优先发的成分、腐蚀形貌及锈层成分无法得出影响8种生腐蚀溶解，破坏了珠光体片层之间及周围的结试验钢样品耐蚀性差别的具体因素，因此考虑材构.而当珠光体自身的铁素体溶解完后，也会导致料中的夹杂物、晶粒度及组织成分，综合分析影响周围先析出的铁素体溶解2由以上分析可知，珠

状. 1 #～4 #试样除锈后表面较为平整，但局部分布有大量小的蚀坑，相比而言，1 #的表面蚀坑较浅； 5 #试样的表面分布有明显微裂纹，腐蚀情况较 1 #～4 #更重；6 #、7 #试样表面可见大量较深的腐蚀坑，局部可见明显的剥离状形貌；8 #试样表面形貌类似于该铁素体珠光体双相钢金相的侵蚀形貌，腐蚀较深且有大量渗碳体出现，部分区域可见清晰的裂纹，腐蚀形貌最为严重. 因此，结果显示， 1 #～8 #钢腐蚀形貌逐渐加重，1 #钢耐蚀性较好，8 #钢较差，与前文的腐蚀失重率相对应. 但仅从 8 种钢的成分、腐蚀形貌及锈层成分无法得出影响 8 种试验钢样品耐蚀性差别的具体因素，因此考虑材料中的夹杂物、晶粒度及组织成分，综合分析影响低合金钢耐蚀性的材料因素. 2.3 显微组织及夹杂物分析如图 4 所示，8 种试样均由铁素体和珠光体组成，但不同试样间组织差异主要体现在晶粒度及铁素体珠光体两相比例上. 表 4 列出了 8 种试验钢的晶粒度级别、平均晶粒尺寸以及两相分别所占的面积百分比，如表所示，8 种钢的晶粒度差别不大，6 #的晶粒度最细，2 #和 5 #的晶粒度最为粗大；而从组织含量可知，两相比例差异较为明显，其中，1 #和 7 #钢中铁素体含量最高，而 5 #、6 #和 8 #试验钢的珠光体含量较高. 珠光体是奥氏体发生共析转变形成的铁素体和 Fe3C 的共析体，其 C 含量高于铁素体，铁素体和 Fe3C 呈相互交替的片层状结构，且两种结构均具有导电性. 在盐雾腐蚀性介质中，珠光体中的渗碳体和铁素体之间形成微电偶，Fe3C 电位较正为阴极，铁素体电位较负为阳极，因此铁素体优先发生腐蚀溶解，破坏了珠光体片层之间及周围的结构. 而当珠光体自身的铁素体溶解完后，也会导致周围先析出的铁素体溶解[26] . 由以上分析可知，珠 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 图 1 8 种试验钢样品盐雾试验后的宏观形貌. （a）1 # ；（b）2 # ；（c）3 # ；（d）4 # ；（e）5 # ；（f）6 # ；（g）7 # ；（h）8 # Fig.1 Macromorphologies of the steel samples after the salt spray test: (a) 1# ; (b) 2# ; (c) 3# ; (d) 4# ; (e) 5# ; (f) 6# ; (g)7# ; (h) 8# 10 20 30 40 2θ/(°) 50 60 70 7 # 5 # 6 # 8 # 3 # 4 # 2 # 1 # Intensity — Lepidocrocite: γ−FeOOH — Magnetite — Goethite: α−FeOOH — Akaganetite: β−FeOOH 图 2 8 种试验钢样品锈层 X 射线衍射图谱 Fig.2 XRD patterns of the corrosion products formed on the steel samples 20 μm 20 μm 20 μm 20 μm 20 μm 20 μm 20 μm 20 μm (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 图 3 8 种试验钢样品除锈后的微观形貌. （a）1 # ；（b）2 # ；（c）3 # ；（d）4 # ；（e）5 # ；（f）6 # ；（g）7 # ；（h）8 # Fig.3 Micromorphologies of the steel samples after rust removal: (a) 1# ; (b) 2# ; (c) 3# ; (d) 4# ; (e) 5# ; (f) 6# ; (g) 7# ; (h) 8# · 258 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期

赵起越等：低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据 259 的缺陷，从而提高了材料的腐蚀速率，二者同时影响着F钢的耐蚀性四.因此，钢材的晶粒度也是影响耐蚀性的一个重要指标，但本实验中，晶粒度与钢材的腐蚀失重并未呈现出明显的正相关，可能是其他材料因素也对钢材耐蚀性有着影响，导致 50m 晶粒度因素表现不明显 8种试验钢样品中的夹杂物形貌如图5所示，夹杂物评级如表5所示.除4和8钢中有A类（硫化物)夹杂物外，其余6种钢中均只含有C类（硅酸盐类)和D类（环状氧化物类）夹杂物，且每种钢中均含有由于轧制而产生的变形夹杂物，但仅有 3和4钢中含有粗系夹杂物.8种钢中的夹杂物级别(i)均较低，最高级别不超过1.5.对3个视场夹杂物面积占比进行统计计算，每个视场（总面积约 65000μm2)夹杂物所占面积平均比值结果如表5 所示，其中3和4夹杂物总量较高，1、2、5夹杂 50m 50m 物总量较低 (a) (b) 50m 50m 图48种试验钢样品金相组织.(a)1:(b)2:(c)3:(d)4:(e)5:(f)6 50m 50m (g)六：(h)8 (c) (d) Fig.4 Microstructures of the steel samples:(a)1"(b)2"(c)3":(d)4 (e)5:(①6，(g)7,(h)8 表4八种钢样品品粒度级别及组织含量 Table 4 Grain size and percentage of pearlite/ferrite Grain size grade/ Area percentage Area percentage 50 um Sample 50 jim Grain diameter/um of pearlite/% of ferrite/% (e) (⑨ 1* 9/17 20.13 79.87 2 8.5/20 24.22 75.78 9.5/13 22.29 67.72 4 10/12 24.73 75.27 J 8.519 38.82 61.18 50m 50m 60 10.5/10 37.29 62.71 (g) (h) 9/16 23.14 76.86 8 9/15 38.49 61.51 光体的含量对于低合金钢的腐蚀也是一个重要的影响因素 50μm 50m 此外，有研究表明，在3.5%NaCI溶液、工业污图58种试验钢样品夹杂物形貌.(a)1:(b)2:(c)3:(d)4:(e)5: 染大气和普通大气环境下，晶粒尺寸更小的钢材 (f)6:(g)7产：(h)8 表现出了更低的腐蚀速率；但也有研究表明，晶粒 Fig.5 Morphologies of the inclusions in the steel samples:(a)1";(b)2"; 细化可以降低F钢的局部腐蚀，但却增加了基体 (c)3:(d)4:(e)5,(①6；(g)7:(h)8°

光体的含量对于低合金钢的腐蚀也是一个重要的影响因素. 此外，有研究表明，在 3.5% NaCl 溶液、工业污染大气和普通大气环境下，晶粒尺寸更小的钢材表现出了更低的腐蚀速率；但也有研究表明，晶粒细化可以降低 IF 钢的局部腐蚀，但却增加了基体的缺陷，从而提高了材料的腐蚀速率，二者同时影响着 IF 钢的耐蚀性[1] . 因此，钢材的晶粒度也是影响耐蚀性的一个重要指标，但本实验中，晶粒度与钢材的腐蚀失重并未呈现出明显的正相关，可能是其他材料因素也对钢材耐蚀性有着影响，导致晶粒度因素表现不明显. 8 种试验钢样品中的夹杂物形貌如图 5 所示，夹杂物评级如表 5 所示. 除 4 #和 8 #钢中有 A 类（硫化物）夹杂物外，其余 6 种钢中均只含有 C 类（硅酸盐类）和 D 类（环状氧化物类）夹杂物，且每种钢中均含有由于轧制而产生的变形夹杂物，但仅有 3 #和 4 #钢中含有粗系夹杂物. 8 种钢中的夹杂物级别（i）均较低，最高级别不超过 1.5. 对 3 个视场夹杂物面积占比进行统计计算，每个视场（总面积约 65000 μm2 ）夹杂物所占面积平均比值结果如表 5 所示，其中 3 #和 4 #夹杂物总量较高，1 #、2 #、5 #夹杂物总量较低. 表 4 八种钢样品晶粒度级别及组织含量 Table 4 Grain size and percentage of pearlite/ferrite Sample Grain size grade/ Grain diameter/μm Area percentage of pearlite/% Area percentage of ferrite/% 1 # 9/17 20.13 79.87 2 # 8.5/20 24.22 75.78 3 # 9.5/13 22.29 67.72 4 # 10/12 24.73 75.27 5 # 8.5/19 38.82 61.18 6 # 10.5/10 37.29 62.71 7 # 9/16 23.14 76.86 8 # 9/15 38.49 61.51 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 图 4 8 种试验钢样品金相组织. （a）1 # ；（b）2 # ；（c）3 # ；（d）4 # ；（e）5 # ；（f）6 # ；（g）7 # ；（h）8 # Fig.4 Microstructures of the steel samples: (a) 1# ; (b) 2# ; (c) 3# ; (d) 4# ; (e) 5# ; (f) 6# ; (g) 7# ; (h) 8# 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 图 5 8 种试验钢样品夹杂物形貌. （a）1 # ；（b）2 # ；（c）3 # ；（d）4 # ；（e）5 # ；（f）6 # ；（g）7 # ；（h）8 # Fig.5 Morphologies of the inclusions in the steel samples: (a) 1# ; (b) 2# ; (c) 3# ; (d) 4# ; (e) 5# ; (f) 6# ; (g) 7# ; (h) 8# 赵起越等：低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据 · 259 ·

260 工程科学学报，第43卷，第2期表58种试验钢样品夹杂物评级及夹杂物所占面积进行线性回归分析，其结果如图6所示.从图6可 Table 5 Inclusion grade and percentage of the inclusion area of the 发现上述4因素对试验钢质量损失率的影响规 steel samples 律，即1指数越大、晶粒越细，钢的腐蚀质量损失 Sample Inclusion grade Area percentage of inclusion/% 率越低，而钢中珠光体含量越高、夹杂物越多，钢 C0.5e+D1 0.05630 的腐蚀质量损失率越高 2* C0.5etD0.5 0.04055 以上述8种试验钢样品的质量损失率作为评 3 Cle+D le 0.12769 价腐蚀性的依据，并以材料的耐蚀指数【、显微组 4 A0.5+C1e+D1 0.11457 织中珠光体面积百分比(X)、夹杂物面积百分比 5 C0.5+D1 0.05512 (X2)以及晶粒度级别(X,)为变量，采用Statistical 6 C1+D1.5 0.08360 product and service solutions(SPSS)软件进行多元回 C1+D0.5 0.08123 归分析，然后将质量损失率转化为综合耐蚀指数， A0.5+C1+D0.5 0.07664 并根据更多的试验数据，特别是耐候结构钢 Q460NH的腐蚀试验数据进行系数修正，可得低合根据Liu等26人的研究，在Q46ONH钢（珠光金结构钢综合耐蚀指数Y与材料4种因素的关联体铁素体双相钢)中，在腐蚀早期，夹杂物周围的关系式如下：晶格畸变引起电极电位变化所产生的腐蚀推动力 Y=1-0.062X1-12.1X2+0.10X3 在诱发腐蚀过程中起主导作用，而夹杂物也是腐由上式可知，低合金结构钢的耐蚀性除与耐蚀早期的主要起源，而随着高能晶格畸变区的不蚀合金元素所决定的耐蚀指数1指数有关外，还与断溶解，由畸变引起的电极电位变化所产生的腐钢的微观组织、夹杂物及品粒大小有关，耐蚀性随蚀推动力逐渐减弱，到一定程度后由珠光体诱发珠光体含量下降、夹杂物尺寸及数量下降、品粒的电极电位变化所产生的腐蚀推动力开始占据主细化而提高.该式作为评价低合金结构钢耐蚀性导作用，推动腐蚀的发展.因此，在低合金钢的腐的评价依据，综合耐蚀指数Y值越大，低合金钢的蚀起源和发展中，夹杂物和珠光体也存在着这种耐蚀性就越好.此外，从表达式可以看出，对本实协同作用机制，进一步证明了影响钢材本身腐蚀验所用的低合金结构钢耐蚀性影响的因素按从大失重的并不只是单一材料因素，而是多种因素的到小排序依次为耐蚀合金元素所决定的耐蚀指数共同作用 I指数、夹杂物总量、铁素体或珠光体含量和晶粒 2.4钢耐蚀性与材料因素的关联性分析度级别将试验钢样品的质量损失率与试验钢的耐蚀低合金结构钢综合耐蚀指数Y的表达式突破指数I、显微组织中珠光体面积百分比X1、夹杂物了原来低合金钢耐蚀性判据中只考虑合金成分的面积百分比X?2以及晶粒度级别X34个因素分别影响、忽视材料其它影响因素的弊端，相比于原来 16 0.50 1.2 60 0.45 0.9 50 14 6 0.40 0 035 30 0.30 20 0.3 025 10 0.6 10 020 9 0.9 0 0.15 0.10 -10 -1.5 0.05 20 1.0 1.52.0 2.5 3.0 Mass loss ratio/ 图68种试验钢盐雾试验后的失重率与耐蚀性指数、珠光体面积百分比、品粒度级别和夹杂物面积百分比的关系 Fig.6 Relationship between the mass loss ratio and the corrosion resistance index,area percentage of pearlite,grain grade,and area percentage of inclusions

根据 Liu 等[26] 人的研究，在 Q460NH 钢（珠光体铁素体双相钢）中，在腐蚀早期，夹杂物周围的晶格畸变引起电极电位变化所产生的腐蚀推动力在诱发腐蚀过程中起主导作用，而夹杂物也是腐蚀早期的主要起源，而随着高能晶格畸变区的不断溶解，由畸变引起的电极电位变化所产生的腐蚀推动力逐渐减弱，到一定程度后由珠光体诱发的电极电位变化所产生的腐蚀推动力开始占据主导作用，推动腐蚀的发展. 因此，在低合金钢的腐蚀起源和发展中，夹杂物和珠光体也存在着这种协同作用机制，进一步证明了影响钢材本身腐蚀失重的并不只是单一材料因素，而是多种因素的共同作用. 2.4 钢耐蚀性与材料因素的关联性分析将试验钢样品的质量损失率与试验钢的耐蚀指数 I、显微组织中珠光体面积百分比 X1、夹杂物面积百分比 X2 以及晶粒度级别 X3 4 个因素分别进行线性回归分析，其结果如图 6 所示. 从图 6 可发现上述 4 因素对试验钢质量损失率的影响规律，即 I 指数越大、晶粒越细，钢的腐蚀质量损失率越低，而钢中珠光体含量越高、夹杂物越多，钢的腐蚀质量损失率越高. 以上述 8 种试验钢样品的质量损失率作为评价腐蚀性的依据，并以材料的耐蚀指数 I、显微组织中珠光体面积百分比（X1）、夹杂物面积百分比（X2）以及晶粒度级别（X3）为变量，采用 Statistical product and service solutions（SPSS）软件进行多元回归分析，然后将质量损失率转化为综合耐蚀指数，并根据更多的试验数据，特别是耐候结构钢 Q460NH 的腐蚀试验数据进行系数修正，可得低合金结构钢综合耐蚀指数 Y 与材料 4 种因素的关联关系式如下： Y = I −0.062X1 −12.1X2 +0.10X3 由上式可知，低合金结构钢的耐蚀性除与耐蚀合金元素所决定的耐蚀指数 I 指数有关外，还与钢的微观组织、夹杂物及晶粒大小有关，耐蚀性随珠光体含量下降、夹杂物尺寸及数量下降、晶粒细化而提高. 该式作为评价低合金结构钢耐蚀性的评价依据，综合耐蚀指数 Y 值越大，低合金钢的耐蚀性就越好. 此外，从表达式可以看出，对本实验所用的低合金结构钢耐蚀性影响的因素按从大到小排序依次为耐蚀合金元素所决定的耐蚀指数 I 指数、夹杂物总量、铁素体或珠光体含量和晶粒度级别. 低合金结构钢综合耐蚀指数 Y 的表达式突破了原来低合金钢耐蚀性判据中只考虑合金成分的影响、忽视材料其它影响因素的弊端，相比于原来表 5 8 种试验钢样品夹杂物评级及夹杂物所占面积 Table 5 Inclusion grade and percentage of the inclusion area of the steel samples Sample Inclusion grade Area percentage of inclusion /% 1 # C 0.5e+D 1 0.05630 2 # C 0.5e+D 0.5 0.04055 3 # C 1e+D 1e 0.12769 4 # A 0.5+C 1e+D 1 0.11457 5 # C 0.5+D 1 0.05512 6 # C 1+D 1.5 0.08360 7 # C 1+D 0.5 0.08123 8 # A 0.5+C 1+D 0.5 0.07664 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 −1.5 −1.2 −0.9 −0.6 −0.3 0 0.3 0.6 0.9 1.2 Corrosion resistance index, I Mass loss ratio/% −20 −10 0 10 20 30 40 50 60 Area percentage of pearlite, X1 /% 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Grain size grade, X2 /% 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 Area percentage of inclusions, X3 /% 图 6 8 种试验钢盐雾试验后的失重率与耐蚀性指数、珠光体面积百分比、晶粒度级别和夹杂物面积百分比的关系 Fig.6 Relationship between the mass loss ratio and the corrosion resistance index, area percentage of pearlite, grain grade, and area percentage of inclusions · 260 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期

赵起越等：低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据 261· 仅以成分计算的耐蚀指数L,该表达式中的综合耐 (马博，彭艳，刘云飞，等.低合金铜Q345B动态再结品动力学模蚀指数Y涵盖的因素更全面，更符合钢材在真实型.材料热处理学报，2010,31(4)：141) 环境中腐蚀的客观规律，因此更适合作为低合金 [6] Yin S,Zhu H D.Development of yield strength 750 MPa HSLA 结构钢耐蚀性的新判据，具有重要的工程应用价 steel for container.Spec Steel,2019,40(1):16 (殷胜，朱红丹.屈服强度750MPa低合金钢高强度集装箱用钢值.尽管由于本实验的样本数量较少，得出的定量的开发.特殊钢，2019,40(1)：16) 关系式不一定精确，但随着今后研究过程中纳入 [7] Ma HC,Chen L H,Zhao J B,et al.Effect of prior austenite grain 的影响因素更全面、统计分析样本数量增加，表达 boundaries on corrosion fatigue behaviors of E690 high strength 式会得到进一步优化，将成为低合金结构钢耐蚀 low alloy steel in simulated marine atmosphere.Mater Sci Eng 性的更准确、可靠的判据，为耐蚀低合金结构钢的 2020.773:138884 开发与生产、耐蚀性评估及服役寿命预测提供更 [8]Wang Z H,Wu J S,Li J,et al.Effects of niobium on the 加可靠的依据 mechanical properties and corrosion behavior of simulated weld HAZ of HSLA steel.Metall Mater Trans A,2018,49(1):187 3结论 [9]Cheng Y P,Bai Y.Li Z L,et al.Corrosion characteristics of X65 steel in CO /oil/water environment of gathering pipeline.Chin J (1)提出了不同于传统耐蚀指数1的综合耐蚀 Eng,2018,40(5):594 指数及其关系式，其中不仅包含了传统耐蚀指数 (程远鹏，白羽，李自力，等.集输管道CO2/油/冰环境中X65钢的 1涉及的化学成分因素，还包含了钢中夹杂物、微腐蚀特征.工程科学学报，2018,40(5)：594) 观组织和晶粒度等影响因素，可作为低合金结构 [10]Sun Y W,Zhong Y P,Wang L S,et al.Corrosion behavior of low- 钢耐蚀性更有效的判据 alloy high strength steels in a simulated common SO,-containing atmosphere.J Chin Soc Corros Prot,2019,39(3):274 (2)影响低合金结构钢耐蚀性的材料因素除 (孙永伟，钟玉平，王灵水，等.低合金高强度钢的耐模拟工业大钢的化学成分之外，还包括钢的夹杂物、微观组气腐蚀行为研究.中国腐蚀与防护学报，2019,39(3)：274) 织、晶粒度等多种因素，并且耐蚀性随耐蚀指数 [11]Sarkar P P,Kumar P,Manna M K,et al.Microstructural influence I增高、夹杂物尺寸和数量下降、珠光体含量降低 on the electrochemical corrosion behavior of dual-phase steels in 及品粒细化而提高 3.5%NaCl solution.Mater Lett,2005,59(19-20):2488 (3)低合金钢耐蚀性的影响因素按影响大小 [12]Qiao QQ,Lu L,Fan E D,et al.Effects of Nb on stress corrosion 排序依次为耐蚀合金元素所决定的耐蚀指数I指 cracking of high-strength low-alloy steel in simulated seawater.n 数、夹杂物总量、铁素体或珠光体含量以及晶粒 JHydrogen Energy.2019,44(51):27962 [13]Zhang SQ.Fan ED.Wan J F,et al.Effect of Nb on the hydrogen- 度级别 induced cracking of high-strength low-alloy steel.Corros Sci, 2018.139:83 参考文献 [14]Chen H,Lu L.Effect of residual stress on localized corrosion [1]Li X G.Corrosion-resistant Low Alloy Steel.Beijing: behavior of metallic materials.Chin J Eng,2019,41(7):929 Metallurgical Industry Press,2017 (陈恒，卢琳.残余应力对金属材料局部腐蚀行为的影响.工程 (李晓刚.耐蚀低合金结构钢.北京：冶金工业出版社，2017) 科学学报，2019,41(7)：929) [2]Zhang S Q,Wan J F,Zhao Q Y,et al.Dual role of nanosized NbC [15]Guo J,Yang S W,Shang C J,et al.Influence of carbon content precipitates in hydrogen embrittlement susceptibility of lath and microstructure on corrosion behavior of low alloy steels in a martensitic steel.Corros Sci,2020,164:108345 Cl-containing environment.Corros Sci,2009,51(2):242 [3]Zhang D Z,Gao X H,Du Y,et al.Effect of microstructure [16]Schino A D,Barteri M,Kenny J M.Grain size dependence of refinement on hydrogen-induced damage behavior of low alloy mechanical,corrosion and tribological properties of high nitrogen high strength steel for flexible riser.Mater Sci Eng A,2019,765: stainless steels.J Mater Sci,2003,38(15):3257 138278 [17]Zhang F,Chen H F,Chai F,et al.Effect of inclusions on corrosion [4]Li X C,Li X D,Wang X L,et al.Research progress on resistance of Cr-Ni high-strength steels.J Iron Steel Res,2017, microstructures and toughness of welding heat-affected zone in 29(11):945 low-alloy steel.Chin J Eng,2017,39(5):643 (张峰，陈惠芬，柴锋，等.夹杂物对C-N系高强度钢耐蚀性能 (李秀程，李学达，王学林，等.低合金钢焊接热影响区的微观组的影响.钢铁研究学报，2017,29(11)：945) 织和韧性研究进展.工程科学学报，2017,39(5)：643) [18]Liu C,Revilla R I,Zhang D W,et al.Role of AlO;inclusions on [5]Ma B,Peng Y,Liu Y F,et al.Dynamic recrystallization kinetics the localized corrosion of Q460NH weathering steel in marine model of low-alloy steel Q345B.Trans Mater Heat Treat,2010, environment.Corros Sci,2018,138:96 31(4):141 [19]Liu C.Revilla RI.Liu Z Y,et al.Effect of inclusions modified by

仅以成分计算的耐蚀指数 I，该表达式中的综合耐蚀指数 Y 涵盖的因素更全面，更符合钢材在真实环境中腐蚀的客观规律，因此更适合作为低合金结构钢耐蚀性的新判据，具有重要的工程应用价值. 尽管由于本实验的样本数量较少，得出的定量关系式不一定精确，但随着今后研究过程中纳入的影响因素更全面、统计分析样本数量增加，表达式会得到进一步优化，将成为低合金结构钢耐蚀性的更准确、可靠的判据，为耐蚀低合金结构钢的开发与生产、耐蚀性评估及服役寿命预测提供更加可靠的依据. 3 结论（1）提出了不同于传统耐蚀指数 I 的综合耐蚀指数及其关系式，其中不仅包含了传统耐蚀指数 I 涉及的化学成分因素，还包含了钢中夹杂物、微观组织和晶粒度等影响因素，可作为低合金结构钢耐蚀性更有效的判据. （2）影响低合金结构钢耐蚀性的材料因素除钢的化学成分之外，还包括钢的夹杂物、微观组织、晶粒度等多种因素，并且耐蚀性随耐蚀指数 I 增高、夹杂物尺寸和数量下降、珠光体含量降低及晶粒细化而提高. （3）低合金钢耐蚀性的影响因素按影响大小排序依次为耐蚀合金元素所决定的耐蚀指数 I 指数、夹杂物总量、铁素体或珠光体含量以及晶粒度级别. 参考文献 Li X G. Corrosion-resistant Low Alloy Steel. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2017 （李晓刚. 耐蚀低合金结构钢. 北京: 冶金工业出版社, 2017） [1] Zhang S Q, Wan J F, Zhao Q Y, et al. Dual role of nanosized NbC precipitates in hydrogen embrittlement susceptibility of lath martensitic steel. Corros Sci, 2020, 164: 108345 [2] Zhang D Z, Gao X H, Du Y, et al. Effect of microstructure refinement on hydrogen-induced damage behavior of low alloy high strength steel for flexible riser. Mater Sci Eng A, 2019, 765: 138278 [3] Li X C, Li X D, Wang X L, et al. Research progress on microstructures and toughness of welding heat-affected zone in low-alloy steel. Chin J Eng, 2017, 39（5）: 643 （李秀程, 李学达, 王学林, 等. 低合金钢焊接热影响区的微观组织和韧性研究进展. 工程科学学报, 2017, 39（5）：643） [4] Ma B, Peng Y, Liu Y F, et al. Dynamic recrystallization kinetics model of low-alloy steel Q345B. Trans Mater Heat Treat, 2010, 31（4）: 141 [5] （马博, 彭艳, 刘云飞, 等. 低合金钢Q345B动态再结晶动力学模型. 材料热处理学报, 2010, 31（4）：141） Yin S, Zhu H D. Development of yield strength 750 MPa HSLA steel for container. Spec Steel, 2019, 40（1）: 16 （殷胜, 朱红丹. 屈服强度750 MPa低合金钢高强度集装箱用钢的开发. 特殊钢, 2019, 40（1）：16） [6] Ma H C, Chen L H, Zhao J B, et al. Effect of prior austenite grain boundaries on corrosion fatigue behaviors of E690 high strength low alloy steel in simulated marine atmosphere. Mater Sci Eng A, 2020, 773: 138884 [7] Wang Z H, Wu J S, Li J, et al. Effects of niobium on the mechanical properties and corrosion behavior of simulated weld HAZ of HSLA steel. Metall Mater Trans A, 2018, 49（1）: 187 [8] Cheng Y P, Bai Y, Li Z L, et al. Corrosion characteristics of X65 steel in CO2 /oil/water environment of gathering pipeline. Chin J Eng, 2018, 40（5）: 594 （程远鹏, 白羽, 李自力, 等. 集输管道CO2 /油/水环境中X65钢的腐蚀特征. 工程科学学报, 2018, 40（5）：594） [9] Sun Y W, Zhong Y P, Wang L S, et al. Corrosion behavior of lowalloy high strength steels in a simulated common SO2 -containing atmosphere. J Chin Soc Corros Prot, 2019, 39（3）: 274 （孙永伟, 钟玉平, 王灵水, 等. 低合金高强度钢的耐模拟工业大气腐蚀行为研究. 中国腐蚀与防护学报, 2019, 39（3）：274） [10] Sarkar P P, Kumar P, Manna M K, et al. Microstructural influence on the electrochemical corrosion behavior of dual-phase steels in 3.5% NaCl solution. Mater Lett, 2005, 59（19-20）: 2488 [11] Qiao Q Q, Lu L, Fan E D, et al. Effects of Nb on stress corrosion cracking of high-strength low-alloy steel in simulated seawater. Int J Hydrogen Energy, 2019, 44（51）: 27962 [12] Zhang S Q, Fan E D, Wan J F, et al. Effect of Nb on the hydrogeninduced cracking of high-strength low-alloy steel. Corros Sci, 2018, 139: 83 [13] Chen H, Lu L. Effect of residual stress on localized corrosion behavior of metallic materials. Chin J Eng, 2019, 41（7）: 929 （陈恒, 卢琳. 残余应力对金属材料局部腐蚀行为的影响. 工程科学学报, 2019, 41（7）：929） [14] Guo J, Yang S W, Shang C J, et al. Influence of carbon content and microstructure on corrosion behavior of low alloy steels in a Cl- containing environment. Corros Sci, 2009, 51（2）: 242 [15] Schino A D, Barteri M, Kenny J M. Grain size dependence of mechanical, corrosion and tribological properties of high nitrogen stainless steels. J Mater Sci, 2003, 38（15）: 3257 [16] Zhang F, Chen H F, Chai F, et al. Effect of inclusions on corrosion resistance of Cr ‒Ni high-strength steels. J Iron Steel Res, 2017, 29（11）: 945 （张峰, 陈惠芬, 柴锋, 等. 夹杂物对Cr‒Ni系高强度钢耐蚀性能的影响. 钢铁研究学报, 2017, 29（11）：945） [17] Liu C, Revilla R I, Zhang D W, et al. Role of Al2O3 inclusions on the localized corrosion of Q460NH weathering steel in marine environment. Corros Sci, 2018, 138: 96 [18] [19] Liu C, Revilla R I, Liu Z Y, et al. Effect of inclusions modified by 赵起越等：低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据 · 261 ·

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