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.1240 北京科技大学学报 第31卷 环境，腐蚀产物的特点也有明显差异.王建军等] 个月，对其形成的锈层特点进行了详细探讨 研究了青岛和海南3年的碳钢挂片，在青岛挂片表 1实验材料与方法 面锈层中发现了C1元素的均匀分布，而在海南挂片 锈层中C1元素为局部富集. 实验材料为Q235碳钢，化学成分（质量分 西沙实验站位于中国南海上，拥有我国最恶劣 数，%)：C0.16,S0.023,P0.019,Mn0.61,Si 的海洋环境条件，是典型的高温、高湿和高盐分的环 0.20,其余为Fe,经过线切割和机工打磨，试样的 境，常年高温，空气中盐含量很高，碳钢由于价格低 尺寸为200mm×100mm×5mm,电化学试样采用 廉而被广泛用作各种环境下的桥梁、建筑物等构件， 环氧树脂封装，暴露工作面积为l0mm×10mm,暴 在西沙地区的民用及军用设施中也采用了大量的钢 晒前将工作面用砂纸打磨至2000.暴晒地点为我 构件，同时，在黑色金属暴晒实验中，碳钢一般被用 国西沙永兴岛，暴晒试样正面向阳，与地面的倾角为 来作为对比材料，因此，研究碳钢在西沙特殊环境 45°，实验场距海岸150m·统一按照1S08565-87 下的腐蚀规律对于科学研究和国防建设均具有重要 标准进行大气暴晒实验，暴晒场的主要环境参数如 意义，目前，在西沙特殊环境下碳钢的腐蚀规律鲜 表1所示，暴晒自2007年12月3日开始，周期为3 有报道；本文将Q235碳钢在西沙大气环境下暴晒3 个月 表1实验地点的环境因素 Table 1 Environment conditions of exposure location 年平均 年平均湿度， 年平均降雨 年日照时 空气中盐的质量 风速/ 温度/℃ RH/% 量/mm 数h 浓度/(mgm-3) (ms) 27.0 82 1600 2700 1.5 4.3 采用金相显微镜、JXA一81O0型电子探针分析 35 仪等对试样暴晒后表面和截面的形貌、组成等进行 30 观察与分析，拉曼光谱测量仪器采用法国JY公司 具 HR800型激光显微拉曼光谱仪，激光波长为 20 532nm,光斑直径为2m,功率为0.26mW.采用电 15 化学综合测试仪2273测量电化学交流阻抗谱，电解 10 质溶液为0,3molL的NaCl溶液.三电极测试体 20 4060 80 100 系中，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电 时间d 极，试样为工作电极，其面积为1cm2,电压幅值为 5mV,扫描范围为100kk~5Mh,用Zsimpwin3.0 图10235钢的腐蚀深度时间曲线 对阻抗谱进行分析. Fig-1 Corrosion depth of Q235 steel vs.exposure time 2 结果与讨论 Q235碳钢的腐蚀深度与时间呈指数变化关系， 符合公式： 2.1腐蚀动力学分析 D=KtB. 图1为Q235钢在西沙暴晒3个月的腐蚀深 式中，K和B为材料常数，t为腐蚀时间.公式两端 度时间曲线腐蚀深度通过公式。一研进行计算。 取对数得： 式中，d为腐蚀深度，m:W为失重量，g:P为钢的 lg d=lgk+Blgt. 密度，gcm3,这里p取7.85gcm3;A为暴晒的 K值主要表征初始腐蚀速率的大小，与环境密 面积，cm2. 切相关.对于公式中的常数B,主要表征腐蚀的发 从Q235碳钢在西沙大气环境中暴露3个月的 展趋势.Zhang等认为：对于由扩散机制控制的 实验结果可知，碳钢在西沙的腐蚀非常严重，其3个 腐蚀过程，B=0.5;如果大于0.5，说明腐蚀介质直 月的腐蚀深度为33.9m,根据我国环境腐蚀站网 接参与钢基体的腐蚀过程；如果小于0.5，说明钢表 提供的碳钢腐蚀数据，这已经超过了碳钢在我国北 面生成了保护性锈层，并且逐渐致密，导致腐蚀性介 京试验站暴露1年的腐蚀量31.7m, 质与基体接触越来越困难，如图2，由回归分析结果环境腐蚀产物的特点也有明显差异．王建军等［12］ 研究了青岛和海南3年的碳钢挂片在青岛挂片表 面锈层中发现了 Cl 元素的均匀分布而在海南挂片 锈层中 Cl 元素为局部富集． 西沙实验站位于中国南海上拥有我国最恶劣 的海洋环境条件是典型的高温、高湿和高盐分的环 境常年高温空气中盐含量很高．碳钢由于价格低 廉而被广泛用作各种环境下的桥梁、建筑物等构件 在西沙地区的民用及军用设施中也采用了大量的钢 构件．同时在黑色金属暴晒实验中碳钢一般被用 来作为对比材料．因此研究碳钢在西沙特殊环境 下的腐蚀规律对于科学研究和国防建设均具有重要 意义．目前在西沙特殊环境下碳钢的腐蚀规律鲜 有报道；本文将 Q235碳钢在西沙大气环境下暴晒3 个月对其形成的锈层特点进行了详细探讨． 1 实验材料与方法 实验材料为 Q235 碳钢化学成分 （质量分 数％）：C 0∙16S 0∙023P 0∙019Mn 0∙61Si 0∙20其余为 Fe．经过线切割和机工打磨试样的 尺寸为200mm×100mm×5mm．电化学试样采用 环氧树脂封装暴露工作面积为10mm×10mm暴 晒前将工作面用砂纸打磨至2000＃．暴晒地点为我 国西沙永兴岛暴晒试样正面向阳与地面的倾角为 45°实验场距海岸150m．统一按照 ISO8565－87 标准进行大气暴晒实验暴晒场的主要环境参数如 表1所示暴晒自2007年12月3日开始周期为3 个月． 表1 实验地点的环境因素 Table1 Environment conditions of exposure location 年平均 温度／℃ 年平均湿度 RH／％ 年平均降雨 量／mm 年日照时 数／h 空气中盐的质量 浓度／（mg·m －3） 风速／ （m·s －1） 27∙0 82 1600 2700 1∙5 4∙3 采用金相显微镜、JXA－8100型电子探针分析 仪等对试样暴晒后表面和截面的形貌、组成等进行 观察与分析．拉曼光谱测量仪器采用法国 JY 公司 HR800型 激 光 显 微 拉 曼 光 谱 仪激 光 波 长 为 532nm光斑直径为2μm功率为0∙26mW．采用电 化学综合测试仪2273测量电化学交流阻抗谱电解 质溶液为0∙3mol·L －1的 NaCl 溶液．三电极测试体 系中参比电极为饱和甘汞电极辅助电极为铂电 极试样为工作电极其面积为1cm 2电压幅值为 5mV扫描范围为100kHz～5MHz用Zsimpwin3∙0 对阻抗谱进行分析． 2 结果与讨论 2∙1 腐蚀动力学分析 图1为 Q235钢在西沙暴晒3个月的腐蚀深 度－时间曲线．腐蚀深度通过公式 d＝ W ρA 进行计算． 式中d 为腐蚀深度μm；W 为失重量g；ρ为钢的 密度g·cm －3这里 ρ取7∙85g·cm －3 ；A 为暴晒的 面积cm 2． 从 Q235碳钢在西沙大气环境中暴露3个月的 实验结果可知碳钢在西沙的腐蚀非常严重其3个 月的腐蚀深度为33∙9μm．根据我国环境腐蚀站网 提供的碳钢腐蚀数据这已经超过了碳钢在我国北 京试验站暴露1年的腐蚀量31∙7μm． 图1 Q235钢的腐蚀深度－时间曲线 Fig．1 Corrosion depth of Q235steel vs．exposure time Q235碳钢的腐蚀深度与时间呈指数变化关系 符合公式： D＝ Kt B． 式中K 和 B 为材料常数t 为腐蚀时间．公式两端 取对数得： lg d＝lg k＋Blg t． K 值主要表征初始腐蚀速率的大小与环境密 切相关．对于公式中的常数 B主要表征腐蚀的发 展趋势．Zhang 等［13］认为：对于由扩散机制控制的 腐蚀过程B＝0∙5；如果大于0∙5说明腐蚀介质直 接参与钢基体的腐蚀过程；如果小于0∙5说明钢表 面生成了保护性锈层并且逐渐致密导致腐蚀性介 质与基体接触越来越困难．如图2由回归分析结果 ·1240· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷