WNQ570钢在工业大气下的腐蚀性能研究

刘建容 张万灵 郎丰军 马 颖 庞 涛

（武钢研究院 湖北 武汉：430080）

为满足我国铁路桥梁不断向大跨度、重载荷、高速度方向发展的特点，武钢开发了高强度桥梁钢WNQ570，该钢具有高强度（R≥570MPa，）、高韧性（－40℃ ，Akv≥120J）、优异的焊接性（P≤0.20），以及良好的耐候性能等优点［1］。近年来，人们对WNQ570钢的力学性能、焊接性能等做了大量的研究工作［2］，但对WNQ570钢的长期大气暴露试验的大气腐蚀性能的研究尚未见报导。本文采用实际大气暴露的方法，对WNQ570钢在工业大气下的腐蚀性能进行了研究。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验材料为武钢生产的 WNQ570热轧板，以09CPCrNi和Q345钢作为对比，化学成分见表1。试样经机械加工成为100mm×100mm×（3～4）mm的试样，表面磨光，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

大气暴露点在武钢曝晒场，武钢站位于武汉市的东北部，处在武钢厂区，年平均气温为17.4℃，平均相对湿度在70%～80%之间，SO2为0.072 mg／N·m3，属典型的严酷工业大气环境。试样暴露前、后的处理与户外暴露挂样方式均符合GB／T 14165－93《黑色金属室外大气暴露试验方法》的要求。

1.3 带锈样阳极极化曲线的测定

带锈样留10mm×10mm的面积作为试验面，其余表面用石蜡密封。测试介质为0.1mol／L Na2SO4溶液，温度为30℃，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扫描速度向阳极极化方向，进行极化曲线测定。

1.4 带锈样交流阻抗的测定

测试温度：30℃；测试介质：3%NaCl；测试仪器：电化学综合测试仪（M273A恒电位仪、M5，210锁相放大器）；辅助电极为铂片，参比电极为饱和甘汞电极。交流阻抗谱的频率响应范围为100kHz～100MHz，交流激励信号幅值为10mV。

2 试验结果与分析

2.1 试验钢的腐蚀性能

图1为三种材料的腐蚀量随试验时间的变化曲线，试验初期腐蚀量增长较快，随试验时间的延长腐蚀失重逐渐增大，但有逐渐减缓的趋势。WNQ570钢的耐蚀性与09CuPCrNi钢相近优于Q345钢，在暴露试验8年时，WNQ570钢、09CuPCrNi钢的腐蚀率是Q345钢的69%和60% 说明WNQ570钢是一种优良的耐工业大气腐蚀用钢。

图1 试验钢的腐蚀量与时间的变化

对各钢种周期腐蚀数据进行回归分析，证明符合以下公式。

式中：P 为腐蚀深度（μm）；t为暴露时间（d）；A、B为常数。

根据试验钢的腐蚀数据，分别进行数据拟合分析，求出其A、B系数，见表2。

表2 试验钢腐蚀与时间方程的系数

2.2 带锈样的极化曲线

试验钢暴露8年带锈样的阳极极化曲线测试结果见图2。测试结果表明，WNQ570钢的维钝电流密度介于09CuPCrNi与Q345钢之间。说明WNQ570钢生成的锈层致密，工业大气环境中，锈层的保护性优于Q345钢。

图2 试验钢在琼海站暴露5年锈样的极化曲线

2.3 带锈样的交流阻抗测试

对试验钢暴露8年的带锈样进行了交流阻抗测试，从阻抗图谱可明显看出为一复杂等效电路的阻抗谱，采用ZSimpWin3.10软件，对测试图进行拟合分析，见图3、图4、图5。结果表明，用等效电路描述为R（C（R（C（RT）（RW）））））的等效电路拟合时，其拟合曲线与实测曲线在各频段符合得很好.其拟合方差小于10－4数量级，说明等效电路可很好地描述锈层下金属的腐蚀与传质过程。描述码中R表示电阻、C表示电容、T表示双曲线正切导纳、W 表示Warburg阻纳。

图3 WNQ570钢交流阻抗测试图谱

图4 09CuPCrNi钢交流阻抗测试图谱

图5 Q345钢交流阻抗测试图谱

根据等效电路图及拟合结果得出各试样的锈层电阻和反应电阻随测试浸泡的关系如图6、图7。从图中可看出WNQ570钢和09CuPCrNi钢的锈层电阻和反应电阻均高于Q345钢，并随浸泡时间延长而下降，Q345钢锈层电阻和反应电阻较小，浸泡时间的长短影响不大。

图6 锈层电阻与浸泡时间的关系

图7 反应电阻与浸泡时间的关系

3 结论

（1）经8年大气暴露试验证明，WNQ570钢的耐蚀性与09CuPCrNi钢相近，优于Q 345钢，暴露试验8年时，WNQ570钢的腐蚀率是Q345钢69%，是一种优良的耐工业大气腐蚀用钢。

（2）对大气暴露8年锈样的测试结果表明，WNQ570钢锈层的维钝电流小于Q345钢的维钝电流，锈层电阻和反应电阻大于Q345钢，其锈层保护性能优于对比钢Q345。

［1］邹德辉，郭爱民.我国铁路桥梁用钢的现状与发展［J］.钢结构，2009，24（9）：1－5.

［2］缪凯，胡因洪，牟文广.WNQ570钢超厚板气保焊接头性能的研究［J］.钢铁研究，2013，41（5）：30－31.