杨轶轩等：夹杂物对Q235钢耐腐蚀行为的影响 29. 90 基体被消耗完时，夹杂物会从基体中脱落，形成蚀 ☐Sulfide inclusions Composite inclusions 坑，腐蚀不再加速发生.反应机理见图5(b),反应 Oxide inclusions 步骤如式(1)~(3)所示.总体来说硫化物夹杂所 诱发的腐蚀比氧化物夹杂诱发的腐蚀影响更严 重，因此尺寸较大的氧化物夹杂对钢腐蚀的危害 最严重 Fe→Fe2++2e (1) Fe2++2H2O Fe(OH)2+2H* (2) 0 0-2 2-5 5-10 >10 2Ht+2e-→H2 (3) Inclusion size/um 2HS+2e→2HS+H2 (4) 图2不同类型夹杂物尺寸及数量 2.3Q235钢中复合类夹杂物的腐蚀行为 Fig.2 Dimension and number of different types of inclusions 为研究钢中复合夹杂物对钢的腐蚀行为的影 图4给出了三类夹杂物在5mm×5mm扫描区 响，采用质量分数6%的FCl3溶液对试样进行5、 域的实际分布，可以直观地看出硫化物夹杂的数 30s的加速侵蚀，并对不同时间下的夹杂物腐蚀形 量多、尺寸小且分布均匀，氧化物夹杂的数量较 貌进行观察.图6中(a1)为氧化物和硫化物复合 少、尺寸偏大且分布均匀性差 的夹杂物，在侵蚀5s时夹杂物边界周围出现腐蚀 2.2硫化物夹杂和氧化物夹杂对钢基体的腐蚀机理 相，因为硫化物包裹在氧化物外部，硫化物开始出 钢中的硫化物和氧化物夹杂诱发的腐蚀是两 现溶解，溶解现象在30s时更明显，如图6(a2)所 种不同类型的腐蚀7-81.以MnS夹杂来说，腐蚀过 示.可以看出基体腐蚀和硫化物腐蚀同时进行，当 程中环境中的C会在夹杂物与钢基体的交界处 硫化物腐蚀至露出氧化物时会加速硫化物的溶 促使Fe发生水解产生H,H会使局部的pH值降 解，这时的腐蚀现象可以看作是氧化物夹杂与硫 低而导致MnS夹杂发生溶解，MnS溶解后会产生 化物夹杂及钢基体之间形成析氢腐蚀.图6(b1)为 S2-结合H生成HS促使Fe的水解向着反应的正 镁铝尖晶石夹杂，是两种氧化物所复合的夹杂物 方向进行.由于Fe的水解使钢的局部酸化，溶解 从图中可以看出侵蚀5s时夹杂物周围的钢的基 已经产生的氧化保护膜，不断地使正常的部位产 体开始腐蚀，侵蚀30s时夹杂物周围的钢的基体 生电化学腐蚀反应.反应机理见图5(a),反应步骤 腐蚀变得严重，如图6(b2)所示，而氧化物夹杂本 如式(1)~(4)所示.氧化物夹杂在诱发腐蚀过程 身并无明显变化.氧化物复合夹杂物的腐蚀行为 中主要以电化学腐蚀的模式进行.A12O3夹杂拥有 与单一的A1,O3腐蚀行为类似，都是在接触基体界 较高的电位，在和钢基体接触时在接触部位形成 面发生腐蚀.图7(a)是硫化物复合夹杂物侵蚀5s 高-低电位差，形成腐蚀电池.C促进Fe原子水 的面扫描图，从图中可以看出硫元素向周围扩散， 解，在接触部位发生析氢腐蚀，当接触夹杂物的钢 到30s时扩散的硫元素不再聚集在夹杂物周围， Si 304m 10μm 图3复合类夹杂物形貌图 Fig.3 Morphologies of composite inclusions图 4 给出了三类夹杂物在 5 mm×5 mm 扫描区 域的实际分布，可以直观地看出硫化物夹杂的数 量多、尺寸小且分布均匀，氧化物夹杂的数量较 少、尺寸偏大且分布均匀性差. 2.2    硫化物夹杂和氧化物夹杂对钢基体的腐蚀机理 钢中的硫化物和氧化物夹杂诱发的腐蚀是两 种不同类型的腐蚀[7−8] . 以 MnS 夹杂来说，腐蚀过 程中环境中的 Cl−会在夹杂物与钢基体的交界处 促使 Fe 发生水解产生 H + ，H +会使局部的 pH 值降 低而导致 MnS 夹杂发生溶解，MnS 溶解后会产生 S 2−结合 H +生成 HS−促使 Fe 的水解向着反应的正 方向进行. 由于 Fe 的水解使钢的局部酸化，溶解 已经产生的氧化保护膜，不断地使正常的部位产 生电化学腐蚀反应. 反应机理见图 5（a），反应步骤 如式（1）～（4）所示. 氧化物夹杂在诱发腐蚀过程 中主要以电化学腐蚀的模式进行. Al2O3 夹杂拥有 较高的电位，在和钢基体接触时在接触部位形成 高-低电位差，形成腐蚀电池. Cl−促进 Fe 原子水 解，在接触部位发生析氢腐蚀，当接触夹杂物的钢 基体被消耗完时，夹杂物会从基体中脱落，形成蚀 坑，腐蚀不再加速发生. 反应机理见图 5（b），反应 步骤如式（1）～（3）所示. 总体来说硫化物夹杂所 诱发的腐蚀比氧化物夹杂诱发的腐蚀影响更严 重，因此尺寸较大的氧化物夹杂对钢腐蚀的危害 最严重. Fe → Fe2+ +2e− （1） Fe2+ +2H2O → Fe(OH) 2+ 2H+ （2） 2H+ +2e− → H2 （3） 2H2S+2e− → 2HS− +H 2 （4） 2.3    Q235 钢中复合类夹杂物的腐蚀行为 为研究钢中复合夹杂物对钢的腐蚀行为的影 响，采用质量分数 6% 的 FeCl3 溶液对试样进行 5、 30 s 的加速侵蚀，并对不同时间下的夹杂物腐蚀形 貌进行观察. 图 6 中（a1）为氧化物和硫化物复合 的夹杂物，在侵蚀 5 s 时夹杂物边界周围出现腐蚀 相，因为硫化物包裹在氧化物外部，硫化物开始出 现溶解，溶解现象在 30 s 时更明显，如图 6（a2）所 示. 可以看出基体腐蚀和硫化物腐蚀同时进行，当 硫化物腐蚀至露出氧化物时会加速硫化物的溶 解，这时的腐蚀现象可以看作是氧化物夹杂与硫 化物夹杂及钢基体之间形成析氢腐蚀. 图 6（b1）为 镁铝尖晶石夹杂，是两种氧化物所复合的夹杂物. 从图中可以看出侵蚀 5 s 时夹杂物周围的钢的基 体开始腐蚀，侵蚀 30 s 时夹杂物周围的钢的基体 腐蚀变得严重，如图 6（b2）所示，而氧化物夹杂本 身并无明显变化. 氧化物复合夹杂物的腐蚀行为 与单一的 Al2O3 腐蚀行为类似，都是在接触基体界 面发生腐蚀. 图 7（a）是硫化物复合夹杂物侵蚀 5 s 的面扫描图，从图中可以看出硫元素向周围扩散， 到 30 s 时扩散的硫元素不再聚集在夹杂物周围， 0 0−2 2−5 5−10 >10 Inclusion size/μm Number of inclusions 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Sulfide inclusions Composite inclusions Oxide inclusions 图 2    不同类型夹杂物尺寸及数量 Fig.2    Dimension and number of different types of inclusions 30 μm Si O O Al Al Ca S 10 μm 图 3    复合类夹杂物形貌图 Fig.3    Morphologies of composite inclusions 杨轶轩等： 夹杂物对 Q235 钢耐腐蚀行为的影响 · 29 ·