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 Balsignificance 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