李东亮等：低碳钢在湿热工业海洋大气中的腐蚀特征 ·743· 锈层与48h时的Q235B锈层结构相似，锈层保护性显 致密锈层中产生了裂纹，腐蚀性粒子趁机快速涌入，导 然要比Q345B差，很可能是裂纹所致. 致后期锈层受到侵蚀.SPA-H锈层质量有明显改善， 336h时.，Q235B与SPA-H界面新锈层的致密性 与低C设计和Cu、P、Cr、Ni的作用密不可分，但锈层 进一步改善，而Q345B新锈层却出现大量小锈巢，这 中隐藏的裂纹仍时刻对钢基体产生威胁 预示着336h之后三种钢的腐蚀速率将可能再次出现 对图3(d)、(e)、(f)进行点元素能谱分析，结果示 波动.Q235B锈层性能总体有较大改善，但依然存在 于图4.其中：a/b/c、/g/h/i,/o/p/q均为锈层内致密 大量锈巢，保护性明显最差.144h到336h的0345B 区域的点（自内向外分布），又a//I为腐蚀前沿点：d/ 锈层与48h到144h的SPA-H锈层从外锈层结构到后 r为锈巢边缘点；e/j/n为裂纹边缘点；k/m为钢/锈界 期界面新锈层疏松的变化非常类似，这很可能是前期 面疏松区域内的点 60 (a) 170 60 54 50 48 D0235B 。0345B SPA-H 40 42< ····线性拟合 30 36 0 20 30 a/ big/o e/b/p 检测点内→外 24 (b) c 1.0 12 2.0 efj/n a 检测点 检测点 图4图3腐蚀144h实验钢截面锈层点元素能谱分析结果.(a)锈基本元素Fe、0:(b)环境元素S、Cl,Na:(c)合金元素Si、Mn,Cu、Cr、 Ni Fig.4 EDS point analysis images of Fig3 sectional rust layers of experimental steels corroded for 144 hours:(a)rust basic elements Fe,O:(b)el- ements from the environment S,Cl,Na;(c)elements from the steel Si,Mn,Cu,Cr,Ni 由图4可知，自内向外，三种锈层总体上均呈现出 Cu在裂纹处(n)、锈巢边缘处(r)和钢/锈界面疏松区 Fe原子数分数递减和0原子数分数递增的趋势，但变 域(m)都有富集，可帮助修复锈层裂纹：Cr和Ni在外 化幅度较小，说明湿热C1+S条件下的锈层会结成一 部锈层致密处(q)富集较多，它们都具有细化锈层、改 个较为致密的整体，而锈层中的0很可能主要来源于 善锈层致密性和稳定性的作用.Q345B锈层阻挡Cˉ 干燥期的O,扩散和湿润期的H,0渗透两个途径.C1 的能力较强，但对Na却相对减弱，可能具有一定的阳 元素主要分布在锈层内部，以腐蚀前沿(a//I)和界面 离子选择性：SPA-H锈层对大尺寸HSO;和小尺寸 疏松区域(m)分布较多，说明CI~具有很强的穿透能 Na·的阻挡能力较强，但对Clˉ的作用很弱 力，而界面疏松带很可能与C1ˉ的侵蚀有关)：S元素 总体来看：三种钢在遭受湿热+C1+S0,共同侵 主要分布在锈层外部的小锈巢(qx)和内部锈巢边缘 蚀的过程中，因腐蚀速度较快而形成F、0梯度变化 (d),说明HSO,(S0,酸化产生)常会将锈层侵蚀成锈 较小的锈层.钢/锈界面区域常会出现疏松、裂纹和小 巢[)，而自身也因尺寸较大常被锈层阻挡在外.Si和 锈巢，应该与C1ˉ、裂纹和S0,的先后侵蚀作用有关；但 Mn在致密锈层(b/i/g)和裂纹(Gj/n)处有较多分布，它 随腐蚀时间的延长，界面疏松锈层会逐渐成长为致密 们在一定程度上能帮助修复裂纹并改善锈层稳定性. 内锈层的一部分.添加适量的Si、Mn、Cu、Cr、Ni等元李东亮等: 低碳钢在湿热工业海洋大气中的腐蚀特征 锈层与 48 h 时的 Q235B 锈层结构相似,锈层保护性显 然要比 Q345B 差,很可能是裂纹所致. 336 h 时,Q235B 与 SPA鄄鄄 H 界面新锈层的致密性 进一步改善,而 Q345B 新锈层却出现大量小锈巢,这 预示着 336 h 之后三种钢的腐蚀速率将可能再次出现 波动. Q235B 锈层性能总体有较大改善,但依然存在 大量锈巢,保护性明显最差. 144 h 到 336 h 的 Q345B 锈层与 48 h 到 144 h 的 SPA鄄鄄H 锈层从外锈层结构到后 期界面新锈层疏松的变化非常类似,这很可能是前期 致密锈层中产生了裂纹,腐蚀性粒子趁机快速涌入,导 致后期锈层受到侵蚀. SPA鄄鄄 H 锈层质量有明显改善, 与低 C 设计和 Cu、P、Cr、Ni 的作用密不可分,但锈层 中隐藏的裂纹仍时刻对钢基体产生威胁. 对图 3(d)、(e)、(f)进行点元素能谱分析,结果示 于图 4. 其中:a / b / c、f / g / h / i、l / o / p / q 均为锈层内致密 区域的点(自内向外分布),又 a / f / l 为腐蚀前沿点;d / r 为锈巢边缘点;e / j / n 为裂纹边缘点;k / m 为钢/ 锈界 面疏松区域内的点. 图 4 图 3 腐蚀 144 h 实验钢截面锈层点元素能谱分析结果. (a) 锈基本元素 Fe、O; (b) 环境元素 S、Cl、Na; (c) 合金元素 Si、Mn、Cu、Cr、 Ni Fig. 4 EDS point analysis images of Fig郾 3 sectional rust layers of experimental steels corroded for 144 hours: (a)rust basic elements Fe, O; (b) el鄄 ements from the environment S, Cl, Na; (c) elements from the steel Si, Mn, Cu, Cr, Ni 由图 4 可知,自内向外,三种锈层总体上均呈现出 Fe 原子数分数递减和 O 原子数分数递增的趋势,但变 化幅度较小,说明湿热 Cl + S 条件下的锈层会结成一 个较为致密的整体,而锈层中的 O 很可能主要来源于 干燥期的 O2扩散和湿润期的 H2 O 渗透两个途径. Cl 元素主要分布在锈层内部,以腐蚀前沿( a / f / l)和界面 疏松区域(m)分布较多,说明 Cl - 具有很强的穿透能 力,而界面疏松带很可能与 Cl - 的侵蚀有关[7] ;S 元素 主要分布在锈层外部的小锈巢( q / r)和内部锈巢边缘 (d),说明 HSO - 3 (SO2酸化产生)常会将锈层侵蚀成锈 巢[4] ,而自身也因尺寸较大常被锈层阻挡在外. Si 和 Mn 在致密锈层(b / i / g)和裂纹(j / n)处有较多分布,它 们在一定程度上能帮助修复裂纹并改善锈层稳定性. Cu 在裂纹处(n)、锈巢边缘处( r)和钢/ 锈界面疏松区 域(m)都有富集,可帮助修复锈层裂纹;Cr 和 Ni 在外 部锈层致密处(q)富集较多,它们都具有细化锈层、改 善锈层致密性和稳定性的作用. Q345B 锈层阻挡 Cl - 的能力较强,但对 Na + 却相对减弱,可能具有一定的阳 离子选择性;SPA鄄鄄 H 锈层对大尺寸 HSO - 3 和小尺寸 Na + 的阻挡能力较强,但对 Cl - 的作用很弱. 总体来看:三种钢在遭受湿热 + Cl - + SO2共同侵 蚀的过程中,因腐蚀速度较快而形成 Fe、O 梯度变化 较小的锈层. 钢/ 锈界面区域常会出现疏松、裂纹和小 锈巢,应该与 Cl - 、裂纹和 SO2的先后侵蚀作用有关;但 随腐蚀时间的延长,界面疏松锈层会逐渐成长为致密 内锈层的一部分. 添加适量的 Si、Mn、Cu、Cr、Ni 等元 ·743·