李东亮等：低碳钢在湿热工业海洋大气中的腐蚀特征 ·745· 钢材表面，锈层形成后又不断向内渗透并滞留，使得钢 膜长期润湿钢材和锈层，大大延长了腐蚀性粒子对钢 基体的腐蚀一直以较快的速率进行. 基体的侵蚀时间：C~能穿透锈层侵蚀钢基体，并导致 腐蚀初期，HSO;抑制了C1ˉ对锈层的破坏作 钢/锈界面形成疏松带；少量S0,可以抑制CI~的破坏 用]，使腐蚀产物结成了比较致密的初始锈层，而非 作用，并改善（外）锈层的致密性：HS0,因尺寸较大常 C1~侵蚀的疏松锈层).腐蚀液膜的不断形成和持续 被致密锈层阻挡在外，但HSO,随后会通过较大裂纹 渗透加快了钢基体的腐蚀，锈层厚度不断增加，致密性 大量涌入，并侵蚀锈层，导致锈巢形成.添加适量稳定 随之增强，并很快结成一个致密的整体，对钢基体的保 元素或耐蚀元素可以改善锈层的稳定性和致密性，抑 护也相应增强.锈层的韧性很差，具有微观多孔结构. 制钢基体的腐蚀 Cˉ、0，和H,0等小尺寸粒子可以通过锈层中的孔隙 渗透到钢/锈界面，并与钢基体发生反应，结果使得钢/ 参考文献 锈界面出现一条疏松带.而大粒径的HSO,等则暂时 [1]Liang C F,Hou W T.Atmospheric corrosivity for steels.Chin 被锈层阻挡在外.钢/锈界面腐蚀产物受致密锈层的 Soc Corros Prot,1998,18(1):1 阻挡而难以向外部迁移，于是便在钢/锈界面处堆积， (梁彩凤，侯文泰.环境因素对钢的大气腐蚀的影响.中国腐 并逐渐形成致密内锈层的一部分. 蚀与防护学报，1998,18(1)：1) [2]Yang D J,Shen Z S.Metal Corrosion Study.2nd Ed.Beijing: 随着锈层厚度的增加，内部腐蚀反应与外界大气 Metallurgical Industry Press,1999:208 环境的关系逐渐减弱，渗入锈层内的腐蚀液逐渐成为 (杨德钧，沈卓身.金属腐蚀学.2版.北京：治金工业出版 影响腐蚀进程的主导因素).受重力作用影响，越往 社.1999：208) 下腐蚀液膜越厚、存在时间越长.但液膜过厚反而阻 [3]Cao C N.Material Corrosion in Natural Environment of China 碍了0，的扩散，进而使得钢的腐蚀速率不增反降[] Beijing:Chemical Industry Press,2005:2 因此，腐蚀的极值，即最严重的区域往往出现在钢材的 (曹楚南.中国材料的自然环境腐蚀.北京：化学工业出版 中下部或“吃水线”附近.腐蚀液膜的不均匀使得腐蚀 社.2005：2) 不均匀，经由腐蚀产物的就近堆积又引起锈层的不均 [4]Lin C.Zhao Q,Liu Y E,et al.Evolution of corrosion products of 20 carbon steel in atmosphere containing S0,.Acta Metall Sin, 匀并使局部质量出现差异.锈层在抑制外界粒子入侵 2010,46(3):358 的同时，也在不断阻止新生腐蚀产物向外迁移，从而使 (林翠，赵晴，刘月娥，等.含S02大气中20碳钢腐蚀产物的 得新生反应引起的体积变化不断被束缚，内应力不断 演变.金属学报，2010,46(3)：358) 积聚.内应力与锈层之间相互作用的结果就导致裂纹 [5]Hao L,Zhang S X,Dong J H,et al.Rusting evolution of MnCuP 不断生成，而裂纹往往生成于锈层的干燥过程中.钢 weathering steel submitted to simulated industrial atmospheric cor 材耐蚀性越差，所生锈层质量也越差，裂纹越容易生成 rosion.Metall Mater Trans A,2012,43(5):1724 并不断扩大，通过裂纹并滞留在锈层内的HSO,越多， [6]Dawson J L,Ferreira M G S.Electrochemical studies of the pitting of austenitic stainless steel.Corros Sci,1986,26(12):1009 侵蚀形成的锈巢直径越大，锈层结构破坏越严重，钢基 [7]Qu Q,Yan C W,Bai W.et al.Role of NaCl in the atmospherie 体的腐蚀同比越快.而添加适量的Si、Mn等稳定元素 corrosion of A3 steel.J Chin Soc Corros Prot,2003,23(3):160 或Cu、Cr、Ni等耐蚀元素可以改善锈层的稳定性和致 (屈庆，严川伟，白玮，等.NaC1在A3钢大气腐蚀中的作用. 密性，进而使钢材的耐蚀性增强.致密和稳定的锈层 中国腐蚀与防护学报.，2003.23(3)：160) 承受的应力极限较大，可以推迟但不能阻止裂纹的生 [8]Qu Q,Yan C W,Zhang L,et al.Synergism of NaCl and $02 in 成，局部裂纹的扩大或突然生成在不断进行，钢基体也 the initial atmospheric corrosion of A3 steel.Acta Metall Sin, 在时刻应对腐蚀的威胁，这可能是SPA-H钢的锈层看 2002,38(10):1062 (屈庆，严川伟，张蕾，等.NaCI和SO2在A3钢初期大气腐 似致密但耐蚀性一般的原因所在. 蚀中的协同效应.金属学报，2002,38(10)：1062) 3结论 [9] Cui L,Yang S W,Wang S T,et al.Corrosion behavior and cor- rosion products of a low carbon bainite steel in three kinds of typi- (1)三种实验钢的腐蚀过程均遵循幂函数d=A cal environments.J Unir Sci Technol Beijing,2009,31(3):306 分布规律，钢种不同A、n值不同：腐蚀产物主要由非晶 (崔雷，杨善武，王树涛，等.低碳贝氏体钢在三种典型环境 物质和少量a-FeOOH、B-FeOOH、y-FeOOH和Fe,0,晶 中的腐蚀行为和腐蚀产物.北京科技大学学报，2009,31 体组成：锈层致密性较好时，晶体的物相峰变化可正确 (3):306) [10]Chen W J,Hao L,Dong J H,et al.Effect of S02 on corrosion 反映钢材的腐蚀变化趋势. evolution of Q235B steel in simulated coastal-industrial atmos (2)湿热工业海洋大气中，钢材腐蚀所得锈层由 phere.Acta Metall Sin,2014,50(7):802 主体锈层和界面疏松带两部分构成；因长期处于快速 (陈文娟，郝龙，董俊华，等.模拟工业-海岸大气中S02对 腐蚀状态，锈层中由内至外Fe、0的浓度梯度较小.水 Q235B钢腐蚀行为的影响.金属学报，2014,50(7)：802)李东亮等: 低碳钢在湿热工业海洋大气中的腐蚀特征 钢材表面,锈层形成后又不断向内渗透并滞留,使得钢 基体的腐蚀一直以较快的速率进行. 腐蚀初期, HSO - 3 抑制 了 Cl - 对 锈 层 的 破 坏 作 用[10] ,使腐蚀产物结成了比较致密的初始锈层,而非 Cl - 侵蚀的疏松锈层[7] . 腐蚀液膜的不断形成和持续 渗透加快了钢基体的腐蚀,锈层厚度不断增加,致密性 随之增强,并很快结成一个致密的整体,对钢基体的保 护也相应增强. 锈层的韧性很差,具有微观多孔结构. Cl - 、O2和 H2O 等小尺寸粒子可以通过锈层中的孔隙 渗透到钢/ 锈界面,并与钢基体发生反应,结果使得钢/ 锈界面出现一条疏松带. 而大粒径的 HSO - 3 等则暂时 被锈层阻挡在外. 钢/ 锈界面腐蚀产物受致密锈层的 阻挡而难以向外部迁移,于是便在钢/ 锈界面处堆积, 并逐渐形成致密内锈层的一部分. 随着锈层厚度的增加,内部腐蚀反应与外界大气 环境的关系逐渐减弱,渗入锈层内的腐蚀液逐渐成为 影响腐蚀进程的主导因素[1] . 受重力作用影响,越往 下腐蚀液膜越厚、存在时间越长. 但液膜过厚反而阻 碍了 O2的扩散,进而使得钢的腐蚀速率不增反降[2] . 因此,腐蚀的极值,即最严重的区域往往出现在钢材的 中下部或“吃水线冶附近. 腐蚀液膜的不均匀使得腐蚀 不均匀,经由腐蚀产物的就近堆积又引起锈层的不均 匀并使局部质量出现差异. 锈层在抑制外界粒子入侵 的同时,也在不断阻止新生腐蚀产物向外迁移,从而使 得新生反应引起的体积变化不断被束缚,内应力不断 积聚. 内应力与锈层之间相互作用的结果就导致裂纹 不断生成,而裂纹往往生成于锈层的干燥过程中. 钢 材耐蚀性越差,所生锈层质量也越差,裂纹越容易生成 并不断扩大,通过裂纹并滞留在锈层内的 HSO - 3 越多, 侵蚀形成的锈巢直径越大,锈层结构破坏越严重,钢基 体的腐蚀同比越快. 而添加适量的 Si、Mn 等稳定元素 或 Cu、Cr、Ni 等耐蚀元素可以改善锈层的稳定性和致 密性,进而使钢材的耐蚀性增强. 致密和稳定的锈层 承受的应力极限较大,可以推迟但不能阻止裂纹的生 成,局部裂纹的扩大或突然生成在不断进行,钢基体也 在时刻应对腐蚀的威胁,这可能是 SPA鄄鄄H 钢的锈层看 似致密但耐蚀性一般的原因所在. 3 结论 (1)三种实验钢的腐蚀过程均遵循幂函数 d = At n 分布规律,钢种不同 A、n 值不同;腐蚀产物主要由非晶 物质和少量 琢鄄FeOOH、茁鄄FeOOH、酌鄄FeOOH 和 Fe3O4晶 体组成;锈层致密性较好时,晶体的物相峰变化可正确 反映钢材的腐蚀变化趋势. (2)湿热工业海洋大气中,钢材腐蚀所得锈层由 主体锈层和界面疏松带两部分构成;因长期处于快速 腐蚀状态,锈层中由内至外 Fe、O 的浓度梯度较小. 水 膜长期润湿钢材和锈层,大大延长了腐蚀性粒子对钢 基体的侵蚀时间;Cl - 能穿透锈层侵蚀钢基体,并导致 钢/ 锈界面形成疏松带;少量 SO2可以抑制 Cl - 的破坏 作用,并改善(外)锈层的致密性;HSO - 3 因尺寸较大常 被致密锈层阻挡在外,但 HSO - 3 随后会通过较大裂纹 大量涌入,并侵蚀锈层,导致锈巢形成. 添加适量稳定 元素或耐蚀元素可以改善锈层的稳定性和致密性,抑 制钢基体的腐蚀. 参 考 文 献 [1] Liang C F, Hou W T. Atmospheric corrosivity for steels. J Chin Soc Corros Prot, 1998, 18(1): 1 (梁彩凤, 侯文泰. 环境因素对钢的大气腐蚀的影响. 中国腐 蚀与防护学报, 1998, 18(1): 1) [2] Yang D J, Shen Z S. Metal Corrosion Study. 2nd Ed. Beijing: Metallurgical Industry Press, 1999: 208 (杨德钧, 沈卓身. 金属腐蚀学. 2 版. 北京: 冶金工业出版 社, 1999: 208) [3] Cao C N. Material Corrosion in Natural Environment of China. Beijing: Chemical Industry Press, 2005: 2 (曹楚南. 中国材料的自然环境腐蚀. 北京: 化学工业出版 社, 2005: 2) [4] Lin C, Zhao Q, Liu Y E, et al. Evolution of corrosion products of 20 carbon steel in atmosphere containing SO2 . Acta Metall Sin, 2010, 46(3): 358 (林翠, 赵晴, 刘月娥, 等. 含 SO2 大气中20 碳钢腐蚀产物的 演变. 金属学报, 2010, 46(3): 358) [5] Hao L, Zhang S X, Dong J H, et al. Rusting evolution of MnCuP weathering steel submitted to simulated industrial atmospheric cor鄄 rosion. Metall Mater Trans A, 2012, 43(5): 1724 [6] Dawson J L, Ferreira M G S. Electrochemical studies of the pitting of austenitic stainless steel. Corros Sci, 1986, 26(12): 1009 [7] Qu Q, Yan C W, Bai W, et al. Role of NaCl in the atmospheric corrosion of A3 steel. J Chin Soc Corros Prot, 2003, 23(3): 160 (屈庆, 严川伟, 白玮, 等. NaCl 在 A3 钢大气腐蚀中的作用. 中国腐蚀与防护学报, 2003, 23(3): 160) [8] Qu Q, Yan C W, Zhang L, et al. Synergism of NaCl and SO2 in the initial atmospheric corrosion of A3 steel. Acta Metall Sin, 2002, 38(10): 1062 (屈庆, 严川伟, 张蕾, 等. NaCl 和 SO2 在 A3 钢初期大气腐 蚀中的协同效应. 金属学报, 2002, 38(10): 1062) [9] Cui L, Yang S W, Wang S T, et al. Corrosion behavior and cor鄄 rosion products of a low carbon bainite steel in three kinds of typi鄄 cal environments. J Univ Sci Technol Beijing, 2009, 31(3): 306 (崔雷, 杨善武, 王树涛, 等. 低碳贝氏体钢在三种典型环境 中的腐蚀行为和腐蚀产物. 北京科技大学学报, 2009, 31 (3): 306) [10] Chen W J, Hao L, Dong J H, et al. Effect of SO2 on corrosion evolution of Q235B steel in simulated coastal鄄鄄 industrial atmos鄄 phere. Acta Metall Sin, 2014, 50(7): 802 (陈文娟, 郝龙, 董俊华, 等. 模拟工业鄄鄄海岸大气中 SO2 对 Q235B 钢腐蚀行为的影响. 金属学报, 2014, 50(7): 802) ·745·