耐候钢SPA－H 和09CuPTiRE大气腐蚀性能试验

刘建容 马 颖 何 锐

（武汉钢铁（集团）公司研究院 湖北 武汉：430080）

0 前言

腐蚀是使材料破坏的主要形式之一，对国民经济和国防建设中的各个部门造成的损失很大［1－2］。利用已积累的腐蚀数据，正确选用耐蚀材料和防腐措施，进行合理的防腐结构设计，可延长设施、设备使用寿命，有效地降低腐蚀损失。

腐蚀是一个渐进的过程，受自然环境影响，情况十分复杂，影响因素很多，只有通过环境现场暴露试验才能得到符合实际的数据，从而才可为合理选材、采取防护措施提供科学依据。为了缩短钢材与防护材料筛选和研制的周期，腐蚀工作者创造了各种各样的室内加速腐蚀试验方法［3－5］。但最终向防护与设计部门提供的数据，最可靠的、可直接纳入产品设计的仍只有挂片暴露试验结果。该结果的直观性与实用性一直受到各个国家和地区的普遍重视，使其作为基础研究，长期不衰，至今仍在广泛进行。本文对SPA－H 等耐候钢在大气中的腐蚀行为进行了研究。

1 主要试验条件及方法

1.1 试验材料

试验材料为武钢生产的热轧板，以Q345 钢作为对比，化学成分见表1。试样经机加工成为100 mm×100mm×（3～4）mm 的试样，表面磨光，粗糙度Ra为3.2μm。

表1 试验钢的主要化学成分／wt%

1.2 试验站及其环境要素

大气暴露点选在青岛海洋腐蚀研究所大气暴晒场、广州电器科学研究院琼海大气暴晒场和重庆西南技术工程研究院江津大气暴晒场，主要环境因素与气象特征见表2。

试验钢各周期试样在各试验点一次投放，经1、3、5年等不同时间取出。试样曝露前、后的处理均符合GB／T 14165－93［6］的要求。

表2 各试验站主要环境因素与气象特征

1.3 带锈样阳极极化曲线的测定

将带锈样（10mm×10mm）在温度为30℃，测试介质为0.1mol／L Na2SO4，采用M273A 恒电位仪测试，参比电极为饱和甘汞电极。从低于自然腐蚀电位100mV 开始，以0.5mV／s扫描速度进行极化曲线测定。

2 试验结果与分析

2.1 试验钢的腐蚀性能

试验钢在各试验站腐蚀量随时间的变化见图1至图3。

大气暴露试验结果表明，SPA－H 和09CuPTiRE钢的耐蚀性在各试验站均优于Q345钢，暴露试验5年时，SPA－H、09CuPTiRE钢与Q345钢相比的耐蚀性在青岛站是150%、118%，在江津站是148%、149%，在琼海站是151%、140%。

2.2 锈层的附着率

试验钢在各试验站锈层的附着率见图4。

图4 试验钢在各试验站暴露3年的附着率

钢材耐大气腐蚀性能与钢表面腐蚀产物的附着率有着密切的关系。从图4可看出，腐蚀较轻的琼海站，其腐蚀产物附着率高于其它站，在青岛和琼海试验站，SPA－H 钢的附着率最高，Q345钢的附着率最低，在江津站09CuPTiRE 钢的附着率比SPA－H钢稍高，附着率的变化与试样失重的规律一致。说明环境的腐蚀性与腐蚀产物附着率呈负相关。

2.3 合金元素在锈层中的分布分析

采用电子探针对大气暴露5年的带锈样进行合金元素在锈层中的分布分析，见图5。

图5 SPA－H 钢在青岛暴露5年时锈层中合金元素的分布

从探针分析结果可看出，试验钢的锈层中有Cu、P、Cr元素的富集，Ni的富集较少。耐候钢比普碳钢具有更好的耐大气腐蚀性能，主要原因是经过长期大气暴晒后，在其表面上形成了稳定致密的保护性锈层，而合金元素在锈体中细小孔隙及微细裂纹处富集，又堵塞了水、氧等对钢基浸蚀的通路，阻碍了腐蚀介质的进入；而普碳钢表面形成的锈层疏松，且有微裂纹存在，故对基体不能起到保护作用。

2.4 带锈样的极化曲线

试验钢在各站暴露5年极化曲线测试结果见图6、图7、图8。

图6 试验钢在青岛站暴露5年锈样的极化曲线

从图中可看出，耐候钢的致钝电流、维钝电流均比对比钢Q345的致钝电流、维钝电流小，维钝电流的大小从电化学角度反映了锈层的致密性，维钝电流愈小，说明其锈层愈致密，其传质能力愈差，锈层防护性能就愈好。

3 结论

（1）大 气 暴 露5 年 的 结果 表 明，SPA－H 和09CuPTiRE钢的耐蚀性在各试验站均优于Q345钢，是一种优良的耐大气腐蚀用钢。

（2）大气暴露5年带锈样的阳极极化曲线测试结果表明，耐候钢锈层的保护性能优于对比钢Q345。

［1］曹楚南.悄悄进行的破坏——金属腐蚀［M］.北京：清华大学出版社，暨南大学出版社，2000.

［2］叶康民.金属腐蚀与防护概论［M］.北京：人民教育出版社，1981.

［3］Johnson J B，Elliott P，Winterbottom M A，et al.Short－Term Atmospheric Corrosion of Wild Steel at Two Weather and Pollution Monitored Sites［J］.Corrosion Science，1977，（17）：691－700.

［4］徐乃欣，张承典，丁翠红.加速大气腐蚀试验的一个新方案［J］.中国腐蚀与防护学报，1990，10（3）：228－231.

［5］王风平，张学元，杜元龙.大气腐蚀研究动态与进展［J］.腐蚀科学与防护技术，2000，12（2）：104－108.

［6］GB／T 14165－93，黑色金属室外大气暴露试验方法［S］.