第7期 郭佳等：大气腐蚀在低合金钢显微组织中的发生与发展 ·849。 应用的O9 CuPCrNi钢就是其中之一.但是， 度耐候钢提供理论基础，为此设计了一种贝氏体耐 CORTEN一A的不足之处，如强度偏低等问题，在这 候钢，其合金元素含量略高于O9 CuPCrNi,.以便在大 些低合金耐候钢中依然存在 生产条件下无需热处理就可得到贝氏体组织，同时 在钢成分基本不变的情况下，通过改变其显微 大幅度降低磷含量以保证低温韧性，并通过与 组织，也可以提高钢的力学性能但显微组织改变后 O9 CuPCrNi对比，了解贝氏体耐候钢的腐蚀行为. 对钢的耐候性能又可能产生影响.Zhag等9的工 本文重在揭示显微组织对腐蚀行为的影响，为了排 作表明，将低合金耐候钢O9 CuPCrNi的显微组织由 除合金元素含量不同的影响，另外设计了一种合金 铁素体十珠光体通过热处理改变为铁素体十马氏体 元素含量基本相同，但碳含量大幅度降低的全铁素 后，力学性能明显提高，同时耐腐蚀性能也有所改 体钢作为对比钢.期望借此了解大气腐蚀在显微组 善.李少坡等9也发现贝氏体钢的腐蚀速率明显 织中的发生发展规律，以揭示显微组织影响初期乃 低于同样成分的铁素体十珠光体钢的腐蚀速率.显 至长期腐蚀行为的原因. 微组织对钢的耐候性能的影响首先应该体现在保护 1材料与实验方法 性锈层尚未形成、钢基体直接与腐蚀介质接触的腐 蚀初期：但是以上这些工作都未涉及对初期腐蚀行 1.1实验钢的成分与制备工艺 为的直接观察，因而未能揭示显微组织影响腐蚀性 实验钢的化学成分如表1所示.实验钢采用 能的机制.目前涉及初期腐蚀方面的一些研究工 200kg真空感应炉冶炼，并轧成厚度为6mm的板 付一0，实际上反映的仍然是锈层覆盖基体以后的 材.贝氏体钢LAS一B采用两阶段控制轧制，终轧后 腐蚀行为 水冷，以提高其强度.铁素体钢LAS一A与传统耐候 本文致力于为发展新型低合金、低成本和高强 钢O9 CuPCrNi采用热轧方式制备，轧后空冷. 表1实验钢的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of tested steels % 钢种 Si Mn Ni Ti Mo Cu Nb Cr LAS-A 00036 030 1.77 <001 0005 0.34 002 020 050 004 LAS-B 010 031 1.79 <001 0005 0.33 002 020 050 004 09CuP℃Ni0.08 0454 0347 0089 0005 0.30 0298 0.45 12模拟大气腐蚀实验与初期腐蚀行为的跟踪观 表面滴加质量分数为0.5%的NaCI水溶液，滴加后 察 试样表面处于润湿状态的时间约为6h,实验温度为 腐蚀试样尺寸为10mm×10mm×5mm,腐蚀 室温. 面为10mm×10mm,经机械磨抛后，以无水乙醇脱 依据ASTMG5标准，采用1287A恒压电位仪 水，丙酮除油 和1255B频率响应分析仪组成阻抗测试系统，在室 为了研究腐蚀在显微组织中的发展，先用体积 温条件下测量加速腐蚀不同时间的样品的交流阻 分数为3%的硝酸乙醇轻微侵蚀试样表面，在光学 抗.激励信号为5mV幅值的正弦波，频率范围为 显微镜下能观察到部分显微组织的轮廓，以便选定 10°~10-2Hz.辅助电极采用面积为2cm2的铂电 研究区域.然后在表面滴加质量分数为0.5%的 极，参比电极为饱和的甘汞电极，电解液是质量分数 NaCl水溶液形成薄液膜，继续侵蚀50，I70,290min 为0.5%的NaCl水溶液. 后，用去离子水清洗表面盐沉积，用脱脂棉擦去表面 2实验结果与讨论 浮锈后，在光学显微镜下定位观察侵蚀在显微组织 中的发展.滴加盐水的腐蚀实验在密封的容器内进 2.1不同组织的初期腐蚀特征 行，以保持样品在表面有一层液膜存在，符合一般大 光学显微镜下观察铁素体钢LAS一A试样在体 气腐蚀的特征.实验温度为室温. 积分数为3%的硝酸乙醇中轻微侵蚀后，又在质量 13交流阻抗谱的测试 分数为0.5%的NaCI水溶液薄膜下继续侵蚀50， 交流阻抗谱用于反映较长时间的腐蚀所形成的 170,290min后的腐蚀特征（如图1所示）.其中图1 锈层的性能.样品的加速腐蚀（模拟大气腐蚀）方式 (a)是在体积分数为3%的硝酸-乙醇浅侵蚀下显现 如下：每日8时、20时两次给密封在容器中的试样 的金相组织.由图1(a)可见，该样品由标准的多边应用 的 09CuPCrNi 钢 就 是 其 中 之 一 .但 是 , CORTEN-A 的不足之处 , 如强度偏低等问题, 在这 些低合金耐候钢中依然存在. 在钢成分基本不变的情况下, 通过改变其显微 组织 ,也可以提高钢的力学性能,但显微组织改变后 对钢的耐候性能又可能产生影响.Zhang 等[ 5] 的工 作表明,将低合金耐候钢 09CuPCrNi 的显微组织由 铁素体+珠光体通过热处理改变为铁素体+马氏体 后,力学性能明显提高 , 同时耐腐蚀性能也有所改 善.李少坡等[ 6] 也发现, 贝氏体钢的腐蚀速率明显 低于同样成分的铁素体+珠光体钢的腐蚀速率 .显 微组织对钢的耐候性能的影响首先应该体现在保护 性锈层尚未形成 、钢基体直接与腐蚀介质接触的腐 蚀初期 ;但是以上这些工作都未涉及对初期腐蚀行 为的直接观察, 因而未能揭示显微组织影响腐蚀性 能的机制 .目前涉及初期腐蚀方面的一些研究工 作[ 7-10] ,实际上反映的仍然是锈层覆盖基体以后的 腐蚀行为 . 本文致力于为发展新型低合金、低成本和高强 度耐候钢提供理论基础 , 为此设计了一种贝氏体耐 候钢,其合金元素含量略高于 09CuPCrNi , 以便在大 生产条件下无需热处理就可得到贝氏体组织 ,同时 大幅度降低磷含量以保证低温韧性, 并通过与 09CuPC rNi 对比, 了解贝氏体耐候钢的腐蚀行为. 本文重在揭示显微组织对腐蚀行为的影响 ,为了排 除合金元素含量不同的影响 ,另外设计了一种合金 元素含量基本相同, 但碳含量大幅度降低的全铁素 体钢作为对比钢.期望借此了解大气腐蚀在显微组 织中的发生发展规律 , 以揭示显微组织影响初期乃 至长期腐蚀行为的原因 . 1 材料与实验方法 1.1 实验钢的成分与制备工艺 实验钢的化学成分如表 1 所示 .实验钢采用 200 kg 真空感应炉冶炼 , 并轧成厚度为 6 mm 的板 材 .贝氏体钢 LAS -B 采用两阶段控制轧制, 终轧后 水冷,以提高其强度.铁素体钢 LAS-A 与传统耐候 钢 09CuPCrNi 采用热轧方式制备,轧后空冷. 表 1 实验钢的化学成分(质量分数) Table 1 Chemical composition of test ed steels % 钢种 C Si M n P S Ni Ti Mo Cu Nb C r LAS-A 0.003 6 0.30 1.77 <0.01 0.005 0.34 0.02 0.20 0.50 0.04 — LAS-B 0.10 0.31 1.79 <0.01 0.005 0.33 0.02 0.20 0.50 0.04 — 09CuPC rNi 0.08 0.454 0.347 0.089 0.005 0.30 — — 0.298 — 0.45 1.2 模拟大气腐蚀实验与初期腐蚀行为的跟踪观 察 腐蚀试样尺寸为 10 mm ×10 mm ×5 mm , 腐蚀 面为 10 mm ×10 mm ,经机械磨抛后, 以无水乙醇脱 水,丙酮除油. 为了研究腐蚀在显微组织中的发展 ,先用体积 分数为 3 %的硝酸-乙醇轻微侵蚀试样表面 ,在光学 显微镜下能观察到部分显微组织的轮廓, 以便选定 研究区域.然后在表面滴加质量分数为 0.5 %的 NaCl 水溶液形成薄液膜 ,继续侵蚀 50 , 170 , 290 min 后,用去离子水清洗表面盐沉积,用脱脂棉擦去表面 浮锈后 ,在光学显微镜下定位观察侵蚀在显微组织 中的发展 .滴加盐水的腐蚀实验在密封的容器内进 行,以保持样品在表面有一层液膜存在 ,符合一般大 气腐蚀的特征.实验温度为室温 . 1.3 交流阻抗谱的测试 交流阻抗谱用于反映较长时间的腐蚀所形成的 锈层的性能 .样品的加速腐蚀(模拟大气腐蚀)方式 如下 :每日 8 时、20 时两次给密封在容器中的试样 表面滴加质量分数为 0.5 %的 NaCl 水溶液, 滴加后 试样表面处于润湿状态的时间约为 6 h , 实验温度为 室温. 依据 AS TMG5 标准, 采用 1287A 恒压电位仪 和 1255B 频率响应分析仪组成阻抗测试系统 ,在室 温条件下测量加速腐蚀不同时间的样品的交流阻 抗 .激励信号为 5 mV 幅值的正弦波 , 频率范围为 10 6 ～ 10 -2 Hz .辅助电极采用面积为 2 cm 2 的铂电 极 ,参比电极为饱和的甘汞电极 ,电解液是质量分数 为 0.5 %的 NaCl 水溶液. 2 实验结果与讨论 2.1 不同组织的初期腐蚀特征 光学显微镜下观察铁素体钢 LAS -A 试样在体 积分数为 3 %的硝酸-乙醇中轻微侵蚀后, 又在质量 分数为 0.5 %的 NaCl 水溶液薄膜下继续侵蚀 50 , 170 , 290 min 后的腐蚀特征(如图 1 所示).其中图1 (a)是在体积分数为 3 %的硝酸-乙醇浅侵蚀下显现 的金相组织.由图 1(a)可见 ,该样品由标准的多边 第 7 期 郭 佳等:大气腐蚀在低合金钢显微组织中的发生与发展 · 849 ·