增刊1 王晓丽等：RE重轨钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为 ·73· ×30mm×6mm,各表面用120"~800砂纸逐级打磨 1.4 至光亮，然后用丙酮除油，无水乙醇和去离子水冲 L.2 洗，电吹风吹干后备用.电化学试样尺寸为10mm× 10mm×6mm,制作方法：以电化学试样的一个大面 1.0 为工作面，相应的背面焊接铜导线，所有非工作面 0.8 用环氧树脂封装剂密封，24h后，工作面依次经120°~ 800金相砂纸打磨，然后丙酮除油，无水乙醇和去 0.6 离子水冲洗，吹干后备用.实验钢的化学成分如 0.4 表1. 120 240 360 480 表1实验钢化学成分（质量分数） 取样周期凸 Table 1 Chemical composition of experimental steel 图1年蚀率随腐蚀时间的变化趋势 Fig.1 Variation of annual corrosion rate of the samples with time 钢种 Si Mn P RE 1# 0.780.580.930.0050.01140.059 能提高也更为明显，说明在本实验条件下2"试样的 2# 0.790.560.880.0050.01130.0620.02 耐腐蚀性能比1"试样的要好 将试样在周期浸润实验箱中进行为期480h的 两种实验钢耐腐蚀性能的差异与钢的合金成分 浸润实验.腐蚀液体系为0.01mol·L-1NaHs03溶 有直接的联系.有关研究表明，稀土元素改变了钢 液.每个交替周期为60min,其中在腐蚀液中浸润 中硫化物夹杂的成分和非金属夹杂物的形态，并降 时间10min,大气中干燥时间50min.腐蚀液温度控 低了钢中硫含量0，促进了稳定的锈蚀相afe0OH 制为35℃，干燥室温度为45℃.每天加0.02mol· 的生成，使锈层的保护能力更强，提高了钢的耐蚀 L-的NaHS03补给液至规定刻度.每120h取五个 性的.2试样中添加了有利于改善钢耐大气腐蚀性 平行失重试样和两个电化学试样，其中失重样中的 的RE合金元素，使得2"试样的耐腐蚀性能较优异. 三个用于失重实验，一个用于X射线衍射实验，另 2.2腐蚀形貌分析 一个用激光共聚焦显微镜对各周期失重前后试样表 激光共聚焦显微镜可以对凹凸不平的试样表面 面腐蚀形貌进行观察.两个电化学试样中的一个用 进行观察，故可对锈层及除锈后的蚀坑进行立体观 于电化学测试，另一个备用，共取四次，合计480h. 察囿，蚀坑的深浅可根据图中的标尺得出：红褐色 应用Solartron(1287+1260)电化学工作站进行极 的铁锈一般为FezO3,较疏松；而深褐色的铁锈为 化曲线测定，测试采用三电极体系，工作电极为本次 Fe,0,,很致密：图2为腐蚀周期360h两种钢去除腐 实验电化学试样，辅助电极为20mm×20mm的铂电 蚀产物前通过激光共聚焦显微镜得到的腐蚀形貌. 极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE),腐蚀液为与周 从图2(a)和图2(b)可以看出，两种钢均被腐蚀产 浸实验相同的0.01mol·L的NaHSO,溶液.电化 物所覆盖，图2(a)试样的腐蚀产物覆盖的面积较 学测试采用动态极化法，经拟合分析得到自腐蚀电 大，区域内的腐蚀产物成大面积堆积并呈现红褐色， 流和自腐蚀电位等电化学参数间 图2(b)试样的腐蚀产物覆盖的面积较少，区域内的 腐蚀产物呈现深褐色 2结果与讨论 图3为腐蚀周期360h的试样去除腐蚀产物后 2.1试样腐蚀失重规律分析 的腐蚀形貌.从1试样除锈后对应的图3(a)可以 采用失重方法对腐蚀试样的腐蚀率进行对比分 看出其腐蚀面积大而集中，2试样除锈后对应的图 析.在实验的第120、240、360和480小时分别取 3(b)的腐蚀面积有所减小且比较均匀，蚀坑的深度 样，测定试样失重量，根据腐蚀失重原理对所得到的 也浅了许多；从除锈前后表面形貌观察可以看出，1" 实验数据进行处理，计算年蚀率后作图，见图1. 试样产生了疏松的红褐色的铁锈，且蚀坑较深；2"试 由图1可以看出，在本实验条件下，随着实验时 样产生了致密的深褐色的铁锈，且蚀坑较浅.说明 间的增加，两种重轨钢的年蚀率都呈现出降低的趋 2”试样的表面被腐蚀程度更低 势，说明稳定的保护性锈层逐渐生成.不同实验周 试样1·、2在360h时对应的除锈后的立体形貌 期下2"试样的年蚀率均比1"试样的年蚀率要低，并 如图4和图5所示.从除锈后的立体形貌观察可以 且在360h之前，随着实验时间的增加，其耐腐蚀性 看出，1"试样基体上形成的锈蚀坑较大、深且深浅不增刊 1 王晓丽等: ＲE 重轨钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为 × 30 mm × 6 mm，各表面用120# ～ 800# 砂纸逐级打磨 至光亮，然后用丙酮除油，无水乙醇和去离子水冲 洗，电吹风吹干后备用． 电化学试样尺寸为10 mm × 10 mm × 6 mm，制作方法: 以电化学试样的一个大面 为工作面，相应的背面焊接铜导线，所有非工作面 用环氧树脂封装剂密封，24 h 后，工作面依次经 120# ～ 800# 金相砂纸打磨，然后丙酮除油，无水乙醇和去 离子水冲洗，吹干后备用． 实验钢的化学成分如 表 1． 表 1 实验钢化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of experimental steel % 钢种 C Si Mn S P V ＲE 1# 0. 78 0. 58 0. 93 0. 005 0. 0114 0. 059 — 2# 0. 79 0. 56 0. 88 0. 005 0. 0113 0. 062 0. 02 将试样在周期浸润实验箱中进行为期 480 h 的 浸润实验． 腐蚀液体系为 0. 01 mol·L － 1 NaHSO3 溶 液． 每个交替周期为 60 min，其中在腐蚀液中浸润 时间 10 min，大气中干燥时间 50 min． 腐蚀液温度控 制为 35 ℃，干燥室温度为 45 ℃ ． 每天加 0. 02 mol· L － 1 的 NaHSO3补给液至规定刻度． 每 120 h 取五个 平行失重试样和两个电化学试样，其中失重样中的 三个用于失重实验，一个用于 X 射线衍射实验，另 一个用激光共聚焦显微镜对各周期失重前后试样表 面腐蚀形貌进行观察． 两个电化学试样中的一个用 于电化学测试，另一个备用，共取四次，合计 480 h． 应用 Solartron ( 1287 + 1260) 电化学工作站进行极 化曲线测定，测试采用三电极体系，工作电极为本次 实验电化学试样，辅助电极为20 mm × 20 mm 的铂电 极，参比电极为饱和甘汞电极( SCE) ，腐蚀液为与周 浸实验相同的 0. 01 mol·L － 1 的 NaHSO4 溶液． 电化 学测试采用动态极化法，经拟合分析得到自腐蚀电 流和自腐蚀电位等电化学参数［3］． 2 结果与讨论 2. 1 试样腐蚀失重规律分析 采用失重方法对腐蚀试样的腐蚀率进行对比分 析． 在实验的第 120、240、360 和 480 小时分别取 样，测定试样失重量，根据腐蚀失重原理对所得到的 实验数据进行处理，计算年蚀率后作图，见图 1． 由图 1 可以看出，在本实验条件下，随着实验时 间的增加，两种重轨钢的年蚀率都呈现出降低的趋 势，说明稳定的保护性锈层逐渐生成． 不同实验周 期下 2# 试样的年蚀率均比 1# 试样的年蚀率要低，并 且在 360 h 之前，随着实验时间的增加，其耐腐蚀性 图 1 年蚀率随腐蚀时间的变化趋势 Fig． 1 Variation of annual corrosion rate of the samples with time 能提高也更为明显，说明在本实验条件下 2# 试样的 耐腐蚀性能比 1# 试样的要好． 两种实验钢耐腐蚀性能的差异与钢的合金成分 有直接的联系． 有关研究表明，稀土元素改变了钢 中硫化物夹杂的成分和非金属夹杂物的形态，并降 低了钢中硫含量［4］，促进了稳定的锈蚀相 α--FeOOH 的生成，使锈层的保护能力更强，提高了钢的耐蚀 性［5］． 2# 试样中添加了有利于改善钢耐大气腐蚀性 的 ＲE 合金元素，使得 2# 试样的耐腐蚀性能较优异． 2. 2 腐蚀形貌分析 激光共聚焦显微镜可以对凹凸不平的试样表面 进行观察，故可对锈层及除锈后的蚀坑进行立体观 察［6］，蚀坑的深浅可根据图中的标尺得出; 红褐色 的铁锈一般为 Fe2 O3，较疏松; 而深褐色的铁锈为 Fe3O4，很致密; 图 2 为腐蚀周期 360 h 两种钢去除腐 蚀产物前通过激光共聚焦显微镜得到的腐蚀形貌． 从图 2( a) 和图 2( b) 可以看出，两种钢均被腐蚀产 物所覆盖，图 2 ( a) 试样的腐蚀产物覆盖的面积较 大，区域内的腐蚀产物成大面积堆积并呈现红褐色， 图 2( b) 试样的腐蚀产物覆盖的面积较少，区域内的 腐蚀产物呈现深褐色． 图 3 为腐蚀周期 360 h 的试样去除腐蚀产物后 的腐蚀形貌． 从 1# 试样除锈后对应的图 3( a) 可以 看出其腐蚀面积大而集中，2# 试样除锈后对应的图 3( b) 的腐蚀面积有所减小且比较均匀，蚀坑的深度 也浅了许多; 从除锈前后表面形貌观察可以看出，1# 试样产生了疏松的红褐色的铁锈，且蚀坑较深; 2# 试 样产生了致密的深褐色的铁锈，且蚀坑较浅． 说明 2# 试样的表面被腐蚀程度更低． 试样1# 、2# 在360 h 时对应的除锈后的立体形貌 如图 4 和图 5 所示． 从除锈后的立体形貌观察可以 看出，1# 试样基体上形成的锈蚀坑较大、深且深浅不 ·73·