含Al-Si-Ni的低碳鋼耐腐蝕行為.pdf

1、耐候鋼是指在大氣中具有良好耐腐蝕性能的低合金高強(qiáng)度鋼，廣泛應(yīng)用于車輛、橋梁和集裝箱等鋼結(jié)構(gòu)。大氣腐蝕是造成這些鋼結(jié)構(gòu)損壞的原因之一。世界上每年約有1/6年產(chǎn)量的鋼材因大氣腐蝕而損耗。開發(fā)耐大氣腐蝕性能優(yōu)良的鋼種，對于延長鋼材的使用壽命、減少維修、節(jié)約合金資源等均具有重要的意義。近年來，通過在鋼中添加Al、Si等元素來改善鋼材耐候性的研究引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。
　　 依據(jù)耐候鋼成分設(shè)計(jì)原理，采用在工業(yè)純鐵中加入Al、Si、Cu、

2、P、Cr或Ni等合金元素，嘗試用Al和Si來取代或部分取代昂貴的金屬元素Ni，通過冶煉、鍛造和軋制，制備了4種含Al-Si和Al-Si-Ni的實(shí)驗(yàn)鋼。然后對實(shí)驗(yàn)鋼和Q235對比鋼進(jìn)行浸漬干濕循環(huán)加速腐蝕實(shí)驗(yàn)測定其年蝕率；應(yīng)用OM和EPMA觀察腐蝕產(chǎn)物的表面形貌和斷面元素分布；運(yùn)用XRD測量腐蝕產(chǎn)物的物相組成；采用電化學(xué)方法測定了浸漬干濕循環(huán)加速腐蝕24h、72h、120h后試樣銹層的極化曲線和交流阻抗值。通過上述研究，揭示Al、Si、N

3、i、Cu、Cr等合金元素在實(shí)驗(yàn)鋼銹層中的作用，探討銹層對基體的保護(hù)機(jī)理。課題獲得的主要結(jié)論如下：
　　 (1)A1-Si和Al-Si-Ni實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能均優(yōu)于Q235。Al-Si實(shí)驗(yàn)鋼中2＃鋼的抗拉強(qiáng)度達(dá)到505MPa，屈服強(qiáng)度為373.33MPa，分別是Q235的1.35倍和1.16倍；Al-Si-Ni實(shí)驗(yàn)鋼中3#鋼的屈服強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度分別是Q235的1.18倍和1.48倍。
　　 (2)浸漬干濕循環(huán)加速腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4、表明：實(shí)驗(yàn)初期實(shí)驗(yàn)鋼與Q235的年腐蝕率都較高，超過一定時間后年蝕率逐漸降低。腐蝕120h后，Al-Si實(shí)驗(yàn)鋼中2#鋼的年蝕率較Al-Si-Ni實(shí)驗(yàn)鋼中3#鋼的年蝕率低0.145mm/a，Q235的年蝕率是2#鋼的1.96倍，是3#鋼的1.78倍。
　　 (3)由X射線衍射分析結(jié)果可知：在加速腐蝕120h后實(shí)驗(yàn)鋼腐蝕產(chǎn)物均含有FeOOH、γ-FeOOH、α-FeOOH、γ-Fe2O3、Fe3O4等Fe的氧化物。1#鋼中以FeOO

5、H和α-FeOOH為主；2#、3#鋼主要以Fe3O4和α-FeOOH為主；Q235以Fe3O4和γ-FeOOH為主，γ-Fe2O3含量較高。1#、2#和3#鋼的銹層中都含有較多的穩(wěn)定性好的α-FeOOH,對提高耐蝕性有利。
　　 (4)電子探針微區(qū)分析結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)鋼銹層中均有明顯的Cu、Cr的富集，呈層狀，Si和Al也有富集，但未發(fā)現(xiàn)P的富集。在Al-Si-Ni實(shí)驗(yàn)鋼的銹層中還有少量的Ni富集。這些合金元素的富集，使緊靠著基體

6、的內(nèi)銹層更致密，具有保護(hù)性。Q235鋼銹層中沒有合金元素的富集。
　　 (5)對測定的極化曲線進(jìn)行了Tafel擬合得出：在4個時間點(diǎn)實(shí)驗(yàn)鋼的開路電位都高于Q235，腐蝕電流都小于Q235。在Al-Si實(shí)驗(yàn)鋼中1#鋼的腐蝕電流小于2#鋼；Al-Si-Ni系實(shí)驗(yàn)鋼中，在腐蝕前、腐蝕24h和72h后3#鋼的腐蝕電流小于4#鋼，腐蝕120h后4#鋼的腐蝕電流小于3#鋼。對測得的交流阻抗擬合得出：在腐蝕前和腐蝕后實(shí)驗(yàn)鋼的交流阻抗值都大于Q