·740· 工程科学学报，第39卷，第5期 此可以自由移动并加速钢的腐蚀.水膜润湿时间越 蚀情况，前人已经做过一些研究[8-]，但有关湿热条件 长，钢的腐蚀越严重.S0,和C1同时存在时，钢的腐 下的相关报道却很少见]，钢材的腐蚀特点还不清 蚀还可能会进一步加剧s-0] 楚.为此，本文通过干/湿周浸加速腐蚀实验-)，模 受亚热带季风气候影响，我国南部沿海地区常年 拟研究了低碳钢Q235B、Q345B和SPA-H在湿热工业 高温多雨，大气环境为湿热型，钢材受湿热海洋大气影 海洋大气中的腐蚀行为 响，腐蚀较为严重1门.近些年来，S0,排放量持续上 1实验材料与方法 升，使得C~与$0，共存的大气形势已成为新常态，钢 材的腐蚀也随之出现新的变化.水膜、Clˉ与S02三者 1.1试样制备 长期共存的大气环境是钢材服役的最严酷环境之一， 实验用钢板分别取自冀A和辽E两钢厂，化学成 必须引起高度重视.关于C1ˉ与S0,共存时钢材的腐 分见表1. 表1实验钢化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of experimental steels % 实验钢 C Si Mn P Ni Cr Cu Fe Q235B 0.18 0.15 0.30 0.030 0.016 余量 Q345B 0.18 0.25 1.40 0.028 0.015 余量 SPA-H 0.05 0.40 0.42 0.095 0.004 0.06 0.58 0.28 余量 用线切割沿轧制方向将钢板切割成30mm× S为试样腐蚀面积，cm2,v为腐蚀速率，mm·a1,t为腐 20mm×5mm、20mm×10mm×5mm两种规格的试样， 蚀（取样）时间，h. 分别用于失重分析、物相检测、形貌观察等.用砂纸将 1.4锈层观察与分析 试样表面打磨至800#，之后用丙酮+超声波振动除 用带能谱的卡尔蔡司Ultra Plus场发射扫描电镜 油、蒸馏水除杂除渍、无水乙醇脱水、吹风机吹干，干燥 观察和分析锈层的表面和截面；用X射线衍射仪分析 24h后测量尺寸和质量（分别精确到0.02mm和 腐蚀产物的物相组成，日本理学D/MAX2400、Cu靶、 0.1mg),然后将所有试样同步腐蚀 50kV、150mA,扫描角度为10~70°、速度为2，min. 1.2加速腐蚀实验 2结果与讨论 在周期浸润腐蚀实验箱内模拟钢材的大气腐蚀， 腐蚀介质为0.1molL1NaCl+0.01molL1NaHS0,2.1腐蚀动力学 溶液（记作Cl+S).实验每周期80min,包括干燥、浸 图1为实验钢的腐蚀动力学曲线.随腐蚀时间延 渍和潮湿三个步骤：干燥16min,温度为45℃，相对湿 长，三种钢在湿热Cl+S条件下的腐蚀深度均增加、腐 度为38%：浸渍18min,温度为42℃：潮湿阶段的相对 蚀速率降低，说明锈层的形成和增厚，抑制了外界腐蚀 湿度大于80%，温度为45℃.试样用玻璃绳垂直悬 粒子的入侵，缓解了钢基体的腐蚀.96h之前，三种钢 挂，均匀分布于实验箱内并使中心处于同一高度.分 的腐蚀深度和腐蚀速率顺序均为SPA-H<Q345B< 别于48、96、144、240和336h取样一次，每种试样每次 Q235B:但96h之后，耐候钢SPA-H便开始超越普碳 取5个平行样. 钢Q345B,与Q235B的差距趋于减小，说明随腐蚀时 1.3腐蚀失重 间延长，耐候钢SPA-H在湿热CI+S条件下的耐蚀性 带锈试样用刀片除锈至露出钢基体后，再用除锈 能有所恶化. 液(500mL质量分数为38%的浓盐酸+500mL蒸馏水 用式(3)对腐蚀深度随时间的变化曲线进行拟 +20g六次甲基四胺)+超声波振动清洗，并用空白试 合，回归系数均在0.99以上，结果见表2. 样校正铁损，之后除杂除渍、脱水、吹干并称重 d=At". (3) 用式(1)、(2)计算每个试样的腐蚀深度和腐蚀速 式中：d为腐蚀深度，um;l为腐蚀时间，h;A、n是与环 率，并对同期5个试样的计算结果取平均值，然后作出 境和材料相关的常数.t相同时，d值由A、n决定；d值 腐蚀动力学曲线 越大，钢材腐蚀越严重 d=(mo-m)/(pS), (1) t=1时，d=A,即A为钢材在服役环境中的初始 v=d/t. (2) 单位腐蚀量.n=1时，d=Al,即d与t呈线性关系 式中：d为腐蚀深度，μm;m。和m,分别为腐蚀前、后 0<n<1时，随t增加(t>1),d缓慢增长，即腐蚀速率 (校正)试样质量，gp为实验钢密度，取7.85g·cm3: 下降，说明所得锈层具有保护性：n值越接近0，d增长工程科学学报,第 39 卷,第 5 期 此可以自由移动并加速钢的腐蚀. 水膜润湿时间越 长,钢的腐蚀越严重. SO2和 Cl - 同时存在时,钢的腐 蚀还可能会进一步加剧[8鄄鄄10] . 受亚热带季风气候影响,我国南部沿海地区常年 高温多雨,大气环境为湿热型,钢材受湿热海洋大气影 响,腐蚀较为严重[1,11] . 近些年来,SO2 排放量持续上 升,使得 Cl - 与 SO2共存的大气形势已成为新常态,钢 材的腐蚀也随之出现新的变化. 水膜、Cl - 与 SO2三者 长期共存的大气环境是钢材服役的最严酷环境之一, 必须引起高度重视. 关于 Cl - 与 SO2共存时钢材的腐 蚀情况,前人已经做过一些研究[8鄄鄄10] ,但有关湿热条件 下的相关报道却很少见[11] ,钢材的腐蚀特点还不清 楚. 为此,本文通过干/ 湿周浸加速腐蚀实验[12鄄鄄14] ,模 拟研究了低碳钢 Q235B、Q345B 和 SPA鄄鄄H 在湿热工业 海洋大气中的腐蚀行为. 1 实验材料与方法 1郾 1 试样制备 实验用钢板分别取自冀 A 和辽 E 两钢厂,化学成 分见表 1. 表 1 实验钢化学成分(质量分数) Table 1 Chemical composition of experimental steels % 实验钢 C Si Mn P S Ni Cr Cu Fe Q235B 0郾 18 0郾 15 0郾 30 0郾 030 0郾 016 — — — 余量 Q345B 0郾 18 0郾 25 1郾 40 0郾 028 0郾 015 — — — 余量 SPA鄄鄄H 0郾 05 0郾 40 0郾 42 0郾 095 0郾 004 0郾 06 0郾 58 0郾 28 余量 用线切割沿轧制方向将钢板切割成 30 mm 伊 20 mm 伊 5 mm、20 mm 伊 10 mm 伊 5 mm 两种规格的试样, 分别用于失重分析、物相检测、形貌观察等. 用砂纸将 试样表面打磨至 800 #,之后用丙酮 + 超声波振动除 油、蒸馏水除杂除渍、无水乙醇脱水、吹风机吹干,干燥 24 h后测 量 尺 寸 和 质 量 ( 分 别 精 确 到 0郾 02 mm 和 0郾 1 mg),然后将所有试样同步腐蚀. 1郾 2 加速腐蚀实验 在周期浸润腐蚀实验箱内模拟钢材的大气腐蚀, 腐蚀介质为 0郾 1 mol·L - 1 NaCl + 0郾 01 mol·L - 1 NaHSO3 溶液(记作 Cl + S). 实验每周期 80 min,包括干燥、浸 渍和潮湿三个步骤:干燥 16 min,温度为 45 益 ,相对湿 度为 38% ;浸渍 18 min,温度为 42 益 ;潮湿阶段的相对 湿度大于 80% ,温度为 45 益 . 试样用玻璃绳垂直悬 挂,均匀分布于实验箱内并使中心处于同一高度. 分 别于 48、96、144、240 和 336 h 取样一次,每种试样每次 取 5 个平行样. 1郾 3 腐蚀失重 带锈试样用刀片除锈至露出钢基体后,再用除锈 液(500 mL 质量分数为 38% 的浓盐酸 + 500 mL 蒸馏水 + 20 g 六次甲基四胺) + 超声波振动清洗,并用空白试 样校正铁损,之后除杂除渍、脱水、吹干并称重. 用式(1)、(2)计算每个试样的腐蚀深度和腐蚀速 率,并对同期 5 个试样的计算结果取平均值,然后作出 腐蚀动力学曲线. d = (m0 - m1 ) / (籽S), (1) v = d / t. (2) 式中:d 为腐蚀深度,滋m;m0 和 m1 分别为腐蚀前、后 (校正)试样质量,g;籽 为实验钢密度,取 7郾 85 g·cm - 3 ; S 为试样腐蚀面积,cm 2 ,v 为腐蚀速率,mm·a - 1 ,t 为腐 蚀(取样)时间,h. 1郾 4 锈层观察与分析 用带能谱的卡尔蔡司 Ultra Plus 场发射扫描电镜 观察和分析锈层的表面和截面;用 X 射线衍射仪分析 腐蚀产物的物相组成,日本理学 D/ MAX 2400、Cu 靶、 50 kV、150 mA,扫描角度为 10 ~ 70毅、速度为 2毅·min - 1 . 2 结果与讨论 2郾 1 腐蚀动力学 图 1 为实验钢的腐蚀动力学曲线. 随腐蚀时间延 长,三种钢在湿热 Cl + S 条件下的腐蚀深度均增加、腐 蚀速率降低,说明锈层的形成和增厚,抑制了外界腐蚀 粒子的入侵,缓解了钢基体的腐蚀. 96 h 之前,三种钢 的腐蚀深度和腐蚀速率顺序均为 SPA鄄鄄 H < Q345B < Q235B;但 96 h 之后,耐候钢 SPA鄄鄄 H 便开始超越普碳 钢 Q345B,与 Q235B 的差距趋于减小,说明随腐蚀时 间延长,耐候钢 SPA鄄鄄H 在湿热 Cl + S 条件下的耐蚀性 能有所恶化. 用式(3) 对腐蚀深度随时间的变化曲线进行拟 合,回归系数均在 0郾 99 以上,结果见表 2. d = At n . (3) 式中:d 为腐蚀深度,滋m;t 为腐蚀时间,h;A、n 是与环 境和材料相关的常数. t 相同时,d 值由 A、n 决定;d 值 越大,钢材腐蚀越严重. t = 1 时,d = A,即 A 为钢材在服役环境中的初始 单位腐蚀量. n = 1 时,d = At,即 d 与 t 呈线性关系. 0 < n < 1时,随 t 增加( t > 1),d 缓慢增长,即腐蚀速率 下降,说明所得锈层具有保护性;n 值越接近 0,d 增长 ·740·