第3期 崔雷等：低碳贝氏体钢在三种典型环境中的腐蚀行为和腐蚀产物 ·311。 60, 90 60 CI CI+S 504 1 60 40 30 0◆ 20 1 0.20.40.6 0.81.0 0 0.20.40.60.8 1.0 150 0.20.40.60.81.0 相对压力，pp 相对压力.pp 相对压力，pp 图11S用三种溶液腐蚀35d时腐蚀产物的N2吸附等温线 Fig.11 N2 adsorption isotherms of corrosion products formed in different solutions for 35 d 却趋同.这说明BS在三种环境中表现出的良好耐 NaHSO3溶液中，C厂的活化作用使钢表面的腐蚀产 候性及耐候性差异，与其相应腐蚀产物的相成分及 物膜出现细微裂纹加大了产物中Fe2+的浓度.在 含量关系不大，而应该归结为其他因素. C厂浓度高的区域，由SO转化而来的S0通过 研究表明，合金元素的富集能够愈合锈层中的 与C「竞争，能够更快地与Fe+反应从而提高了该 缺陷，阻塞腐蚀介质到达基体的通道，增强钢的耐候 区域硫化物的含量.因此C「浓度的升高相当于参 性(.合金元素Cu在锈层与基体处的富集能形成 加反应的$04浓度升高，从而大大加速了腐蚀的 阻挡层，降低锈的导电性，形成致密内锈层以保护基 进行，即CI厂和SO在NaC+NaHSO3溶液中产 体7.Cr能抑制阴极反应，使锈层呈现阳离子选 生了“协同作用”. 择性并促进致密锈层的形成0.从BS的截面 SEM照片及图9可以看出，在锈层与基体的界面处 4结论 均出现了一定程度的Cu和Cr富集. (1)低碳贝氏体钢在用三种溶液(NaCl 但是，同种钢在三种溶液中所形成的内、外锈层 NaHSO3和NaC+NaHSO3溶液)分别模拟的三种大 中合金元素(Cu和Cr)的含量比值存在差异；在 气环境中的腐蚀速率均低于商业化耐候钢 NaHS03溶液中该比值最大.这是由于合金元素的 O9 CuPCrNi.贝氏体钢自身在上述三种溶液中的腐 富集需要一个过程，在腐蚀条件最为和缓的 蚀速率也有较大差别，其中用NaCl十NaHSO3溶液 NaHSO3溶液中较低的腐蚀速率有利于其富集.同 腐蚀的程度最为严重，而用仅存在SO的NaHSO3 时，在NHSO3溶液中形成的腐蚀产物也更为细小、 溶液时腐蚀的程度最轻. 致密.合金元素在内锈层的富集与腐蚀产物的细化 (2)低碳贝氏体钢在用不同溶液腐蚀后形成的 又提高了锈层的保护性，由此构成一个良性循环. 腐蚀产物相组成差别很小，但锈层致密程度相差较 3.2环境因素对钢耐候性的影响 大，并且锈层越致密，对应的腐蚀速率越低， 从图2(d)可以看出，BS用NaC+NaHSO3溶 (3)低碳贝氏体钢用三种溶液所进行的腐蚀对 液腐蚀后腐蚀程度最严，而用NaHSO3溶液腐蚀后 其力学性能影响较小，为其实际应用提供了保证，同 腐蚀程度最轻.可见环境因素对钢的腐蚀行为有着 时也说明材料没有产生严重的局部腐蚀，所发生的 严重影响. 主要为均匀腐蚀. 我们知道，在海洋大气环境中的腐蚀因子为 C厂，在工业大气环境中的腐蚀因子为$0，而海 参考文献 洋工业大气环境中的腐蚀因子则为C厂和$O. [I]Daw son J L Ferneira M G.Electmchemical studies of the pitting of austeritic stainless steel Corros Sci,1986 26(12):1009 C厂具有很强的侵蚀性，不仅能起到导电介质的作 [2 Lyon S B Thomson G E.Johnson J B et al.Accelerated at mo 用，还会增加钝化膜破坏的几率，使腐蚀膜层出现微 spheric corrosion testing using a cyclic wet/dry exposure test:a- 裂纹刂.大气中的S02溶于水后形成S0,S0 minum galvanized steel and steel.Corrosion,1987,43(12): 又可以转化为$0并按照“酸的再生循环机制”进 719 3 Kamimura T.Hara S Miyuki H.ct al.Composition and protec- 行腐蚀 tive ability of rust layer formed on weathering steel exposed to 然而，同时存在CT和$O3的腐蚀行为不同 various envimnments.Corras Sci,2006.48(9):2799 于仅有单一腐蚀因素存在的情形.在NCI十 (下转第356页)图 11 BS 用三种溶液腐蚀 35 d 时腐蚀产物的 N2 吸附等温线 Fig.11 N2 adsorption isotherms of corrosion products formed in different solutions for 35 d 却趋同.这说明 BS 在三种环境中表现出的良好耐 候性及耐候性差异 ,与其相应腐蚀产物的相成分及 含量关系不大, 而应该归结为其他因素 . 研究表明, 合金元素的富集能够愈合锈层中的 缺陷 ,阻塞腐蚀介质到达基体的通道,增强钢的耐候 性[ 6] .合金元素 Cu 在锈层与基体处的富集能形成 阻挡层,降低锈的导电性 ,形成致密内锈层以保护基 体[ 6-7] .Cr 能抑制阴极反应 ,使锈层呈现阳离子选 择性并促进致密锈层的形成[ 8-10] .从 BS 的截面 SEM 照片及图 9 可以看出,在锈层与基体的界面处 均出现了一定程度的 Cu 和 Cr 富集. 但是 ,同种钢在三种溶液中所形成的内、外锈层 中合金元素(Cu 和 Cr)的含量比值存在差异 ;在 NaHSO3 溶液中该比值最大 .这是由于合金元素的 富集需 要一 个 过程 , 在腐 蚀 条件 最 为和 缓 的 NaHSO3溶液中较低的腐蚀速率有利于其富集.同 时,在 NaHSO3 溶液中形成的腐蚀产物也更为细小 、 致密 .合金元素在内锈层的富集与腐蚀产物的细化 又提高了锈层的保护性, 由此构成一个良性循环. 3.2 环境因素对钢耐候性的影响 从图 2(d)可以看出, BS 用 NaCl +NaHSO3 溶 液腐蚀后腐蚀程度最严 , 而用 NaHSO3 溶液腐蚀后 腐蚀程度最轻.可见环境因素对钢的腐蚀行为有着 严重影响 . 我们知道, 在海洋大气环境中的腐蚀因子为 Cl -,在工业大气环境中的腐蚀因子为 SO 2- 3 , 而海 洋工业大气环境中的腐蚀因子则为 Cl -和 SO 2- 3 . Cl -具有很强的侵蚀性 , 不仅能起到导电介质的作 用,还会增加钝化膜破坏的几率,使腐蚀膜层出现微 裂纹 [ 1] .大气中的 SO2 溶于水后形成 SO 2 - 3 , SO 2 - 3 又可以转化为 SO 2- 4 并按照“酸的再生循环机制”进 行腐蚀 [ 2] . 然而, 同时存在 Cl -和 SO 2 - 3 的腐蚀行为不同 于仅 有单 一 腐蚀 因素 存 在的 情 形.在 NaCl + NaHSO3溶液中,Cl -的活化作用使钢表面的腐蚀产 物膜出现细微裂纹, 加大了产物中 Fe 2+的浓度.在 Cl -浓度高的区域 ,由 SO 2- 3 转化而来的 SO 2 - 4 通过 与 Cl -竞争, 能够更快地与 Fe 2 +反应从而提高了该 区域硫化物的含量 .因此 Cl -浓度的升高相当于参 加反应的SO 2- 4 浓度升高, 从而大大加速了腐蚀的 进行 , 即 Cl -和 SO 2- 3 在 NaCl +NaHSO3 溶液中产 生了“协同作用” . 4 结论 (1)低 碳贝 氏 体钢 在 用 三种 溶 液 (NaCl, NaHSO3和NaCl +NaHSO3溶液)分别模拟的三种大 气环 境 中 的 腐 蚀 速 率 均 低 于 商 业 化 耐 候 钢 09CuPC rNi .贝氏体钢自身在上述三种溶液中的腐 蚀速率也有较大差别, 其中用 NaCl +NaHSO3 溶液 腐蚀的程度最为严重 ,而用仅存在SO 2 - 3 的NaHSO3 溶液时腐蚀的程度最轻 . (2)低碳贝氏体钢在用不同溶液腐蚀后形成的 腐蚀产物相组成差别很小 ,但锈层致密程度相差较 大 ,并且锈层越致密,对应的腐蚀速率越低 . (3)低碳贝氏体钢用三种溶液所进行的腐蚀对 其力学性能影响较小, 为其实际应用提供了保证 ,同 时也说明材料没有产生严重的局部腐蚀 , 所发生的 主要为均匀腐蚀. 参 考 文 献 [ 1] Daw son J L, Ferreira M G .Electrochemical studies of the pitting of austenitic stainless st eel.Corros Sci , 1986 , 26(12):1009 [ 2] Lyon S B, Thomson G E , Johnson J B, et al.Accelerated atmo￾spheric corrosion t esting using a cyclic w et/ dry exposure test:alu￾minum , galvanized st eel and steel.Corrosion , 1987 , 43(12): 719 [ 3] Kamimura T , Hara S , Miyuki H , et al.Composition and prot ec￾tive ability of rust layer formed on w eathering steel exposed t o various environmen ts.Corros S ci , 2006 , 48(9):2799 (下转第 356 页) 第 3 期 崔 雷等:低碳贝氏体钢在三种典型环境中的腐蚀行为和腐蚀产物 · 311 ·