Q345钢与贝氏体耐候钢盐雾腐蚀产物研究

邵长静

辽宁装备制造职业技术学院 （沈阳 110164）

Q345钢与贝氏体耐候钢盐雾腐蚀产物研究

邵长静

辽宁装备制造职业技术学院 （沈阳 110164）

对Q345钢和两种不同成分的低碳贝氏体耐候钢在5%的NaCl溶液中模拟海洋大气环境进行了盐雾干湿交替腐蚀试验。采用扫描电镜和X射线衍射仪对钢的腐蚀形貌、锈层截面和腐蚀产物进行了观察和分析。结果表明：主要腐蚀产物相同,均为Fe+3O（OH）、FeO（OH）及Fe3O4，但腐蚀产物的致密程度和锈层厚度明显不同，这主要是由于合金元素含量不同导致的。

盐雾干湿交替腐蚀试验 Q345钢 贝氏体耐候钢 锈层

金属腐蚀现象遍及国民经济和国防建设各个领域，危害十分严重，给国民经济带来了巨大损失。据统计，材料因大气腐蚀所造成的经济损失约占总腐蚀损失的50%。因此,国内外学者在提高材料的抗大气腐蚀性能方面进行了广泛深入的研究，并且开发出了一系列具有良好的抗大气腐蚀性能耐候钢。美国及日本已开发出诸如Croten A、Croten B等一系列耐候钢。近年来，对于耐候钢的研究主要涉及在发展锈层稳定化技术、开发新型经济耐候钢种、研究合金元素对耐候性能影响的协同作用、腐蚀产物的结构、转化及其保护机理等诸方面。对Q345钢和贝氏体耐候钢的腐蚀产物进行了分析,结果表明贝氏体耐候钢相对于碳钢来说具有良好的耐大气腐蚀性能,主要原因是在大气中贝氏体耐候钢表面形成了稳定致密的保护性锈层,阻碍了腐蚀介质的进入。

1 试验

1.1 试验材料

试验材料为Q345钢和两种不同成分的贝氏体钢（为便于区分两种贝氏体钢分别用1#钢和2#钢表示），其成分如表1所示：

1.2 试验方法

实验设备为DCTC1200P盐雾腐蚀试验箱，试验参数参照GB10125-1997标准设定。试验过程采用循环喷雾，每周期24 h，其中，盐雾喷雾8 h，在60 ℃ 下干燥16 h；实验24周期。试验结束后，利用荷兰panalytical B.V公司生产的TW3040/60型X，pert pro MPD衍射仪分析试样表面的腐蚀产物，采用日本岛津公司的 SSX－550型扫描电镜对经过盐雾加速循环腐蚀不同时间的试样分别进行锈层表面形貌和锈层断面形貌的观察，以研究锈层的变化规律。

表1 实验钢的化学成分（mass%）

2 结果与分析

2.1 腐蚀产物结构分析

对腐蚀8天后试样的腐蚀产物进行XRD分析。如图1所示,三种钢在NaCl溶液中腐蚀后的主要腐蚀产物相同，均为Fe+3O（OH）（α－FeO（OH）），FeO（OH）（γ－FeO（OH）和β－FeO（OH））和Fe3O4，由于溶液中盐含量较高，试样表面附着了大量的NaCl。

图1 实验钢腐蚀8周期外锈层XRD图谱

2.2 腐蚀产物的表面形貌

利用扫描电镜观察了三种钢腐蚀8周期、16周期和24周期后的表面产物，见图2。可以明显地看出，腐蚀初期（8周期）的三种钢的晶体形貌不同，Q345钢和1#钢腐蚀产物形貌为针状枝晶的β－FeO（OH），它们交叉排列表面空隙不仅数量多，而且尺寸大，非常疏松，在这种情况下，表面锈层对基体的保护作用就很小，因为腐蚀性离子和氧气很容易穿透锈层而到达基体与其反应，生成的反应物也能快速到达溶液而溶解，促进腐蚀反应的进一步进行；2#钢晶体形貌呈蜂窝状和片状，依形貌判断应为细小的γ－FeO（OH），各个晶体团本体之间结合紧密，钢的锈层相对较致密，虽然其上也有空洞，但较稀少，相应地，它的保护作用就较强。而且2#钢的腐蚀产物晶体尺寸明显小于Q345钢和1#钢的腐蚀产物晶体尺寸。

在腐蚀中期（16周期），Q345钢和1#钢的针状腐蚀产物逐渐长大，在一次针上长出许多二次支针，二次支针慢慢长大，其侧面又会长出三次支针（图2b、2e） ，如此越来越多的支针逐渐长大，相互接触、堆积，渐渐把表面覆盖起来（图2b、2e） ，像一个个直立的、紧排列的柱状层。但从图2可以看出，腐蚀16周期时1#钢表面锈层的致密度明显高于Q345钢。从腐蚀产物的形貌看，Q345钢的腐蚀产物为细长针状，应为β－FeO（OH），而1#钢的腐蚀产物比Q345钢的腐蚀产物短小且稍粗，应该正处于β－FeO（OH）向γ－FeO（OH）转化过程中。2#钢腐蚀产物一部分为表面上带晶须的棉花球样结构，这种类型的相被鉴定为α－FeO（OH），大部分为γ－FeO（OH），同时存在少量的β－FeO（OH）。

在腐蚀后期（24周期），腐蚀产物的表面形貌与腐蚀中期相比变化较大，Q345钢的腐蚀产物为蜂窝状小块多孔的γ－FeO（OH）和细长针状的β－FeO（OH），γ－FeO（OH）的数量多于β－FeO（OH）说明由腐蚀中期到腐蚀后期发生了β－FeO（OH）向γ- FeO（OH）的转变；1#钢的腐蚀产物以γ－FeO（OH）居多，同时有少量的β－FeO（OH）和α－FeO（OH）；2#钢腐蚀产物全部为细小的α－FeO（OH），且每个晶体之间结合紧密，像一张致密的薄膜覆盖在钢的基体表面，这层致密的锈层能对钢的基体起到有效的保护作用。

图2 盐雾腐蚀不同时间后实验钢腐蚀产物表面形貌

2.3 腐蚀产物的断面形貌

图3是实验钢经过5周期盐雾腐蚀后的锈层断面SEM像。Q345钢的锈层厚度大约为190μm左右，锈层不分层，基体与锈层界面出现局部的腐蚀坑，锈层与基体结合力小，黏附力差，产生了很大的裂纹，在磨样过程中易剥落；1#钢的锈层厚度大约为120μm左右，锈层厚度比Q345薄，但锈层较疏松，有明显的孔洞。1#钢与Q345钢锈层的不同点是，1#钢外锈层部位有一层坚硬的保护壳，可以阻碍腐蚀介质的侵入，保护基体免受进一步腐蚀，钢基体与锈层界面最为平整不出现局部腐蚀坑；2#钢的锈层最薄仅为85μm左右，基体与锈层界面有局部腐蚀的特征。在2#钢基体锈层结合处与外锈层位置均出现一层连续的白亮坚硬的保护壳，分析认为这种白亮层为磷酸盐保护层，由于基体与锈层结合处的保护壳厚度可达到10μm左右，且组织致密，它与外锈层处的保护壳联合作用对基体有很好的保护作用，有效地阻止了腐蚀介质（O2和氯离子等）向基体的渗透，起到良好的物理阻挡效果，降低了钢的腐蚀速率，使2#钢在盐雾腐蚀过程中表现出良好的抗大气腐蚀性。2#钢的锈层断面进行面扫描后未发现Cu、P和Ni等合金元素富集现象，这说明，合金元素的扩散需要一个漫长的过程（一般室外大气暴露试验至少为3年）。

图3 实验钢5周期盐雾腐蚀后的断面形貌像 （a）-Q345钢, （b）-1#钢, （c） -2#钢.

3 结论

（1）实验钢铁锈均由Fe+3O（OH），FeO（OH）和Fe3O4组成。

（2）表面形貌观察表明三种钢腐蚀产物中均存在α－FeO（OH），β－FeO（OH）和γ－FeO（OH），但是锈层致密程度不同。

（3）三种钢锈层截面观察发现锈层厚度明显不同，贝氏体耐候钢内合金元素的存在有利于稳定锈层的形成，提高钢的耐蚀性能。

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齐婷婷）