1180级超高强钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为研究

摘" 要：利用扫描电镜（SEM）、极化曲线及阻抗测试等电化学测试研究2种1 180 MPa级超高强钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为，为后续超高强钢的研究提供参考。电化学测试结果均表明，2种1 180 MPa级超高强钢在3.5%NaCl溶液中，DP1180钢的耐蚀性能更好，TWIP1180钢腐蚀倾向明显，耐腐蚀能力较差。从腐蚀后EDS结果中分析，TWIP1180钢在3.5% NaCl溶液中发生腐蚀后的腐蚀产物中出现大量氧化物（可能出现Mn及Fe的氧化物），从腐蚀产物可推断，TWIP1180钢腐蚀主要是吸氧腐蚀。分析认为TWIP1180钢耐蚀性能较差的主要原因是其成分中Mn含量较高，Mn在3.5%NaCl溶液中比Fe更具电化学活性，Mn易溶解生成Mn2+离子，在Cl-的侵蚀作用下，TWIP1180钢表面局部位置发生点蚀。

关键词：超高强钢；DP1180钢；TWIP1180钢；腐蚀行为；耐蚀性能

中图分类号：TG178""""" 文献标志码：A""""""""" 文章编号：2095-2945（2025）04-0061-04

Abstract： The corrosion behavior of two 1 180 MPa ultra-high strength steels in 3.5% NaCl solution was studied by electrochemical tests such as scanning electron microscopy （SEM）， polarization curves and impedance testing， providing a reference for subsequent research on ultra-high strength steels. Electrochemical test results show that in 3.5% NaCl solution， DP1180 steel has better corrosion resistance， and TWIP1180 steel has obvious corrosion tendency and poor corrosion resistance. Analysis from the EDS results after corrosion shows that a large number of oxides （oxides of Mn and Fe may appear） appear in the corrosion products of TWIP1180 steel after corrosion in 3.5% NaCl solution. It can be inferred from the corrosion products that the corrosion of TWIP1180 steel is mainly oxygen-absorbing corrosion. It is believed that the main reason for the poor corrosion resistance of TWIP1180 steel is the high content of Mn in its composition. Mn is more electrochemically active than Fe in 3.5% NaCl solution. Mn is easily dissolved to form Mn2+ ions. Under the erosion of Cl-， pitting pits occur in local locations on the surface of TWIP1180 steel.

Keywords： ultra-high strength steel; DP1180 steel; TWIP1180 steel; corrosion behavior; corrosion resistance

随着能源问题和环境保护问题的日益突出，根据国家政策导向，可持续发展已经成为了当代各行各业的指向标，超高强钢越来越多地应用于汽车车身结构当中。从汽车设计与制造的角度来看，在保证车身强度与安全性的前提下，通过优化材料来实现汽车轻量化是满足交通领域绿色发展要求的重要途径。安全、环保、节能成为当前汽车制造业发展的主题，采用高强度钢板制造的车身不仅可以有效减轻车身质量，降低油耗，还可以提高汽车的安全性和舒适性，是同时实现车体轻量化和提高碰撞安全性的最佳途径。通过轻量化可有效提高能源利用率，提高续航里程，因此，在不断严苛的排放法规和新能源汽车提高续航里程的迫切需求的影响下，对高强度汽车用钢产品的数量和质量都提出了更高的要求[1]。目前汽车行业中，在汽车轻量化发展技术中，采用大量高强钢和超高强钢成为最简单和最有效的途径[2-3]。并且在汽车应用上，汽车零部件由于长期暴露在大气环境中容易发生电化学腐蚀，汽车用钢还需要在整个使用阶段能够抵抗酸雨和粉尘的腐蚀，有时候也会处于氯离子环境，比如行驶在有防冻盐的道路上，这些都是容易发生点蚀的环境[4]。所以，对于高强钢和超高强钢的腐蚀性能进行研究具有着重要的意义。

本文对DP1180以及TWIP1180两种1180 MPa级超高强钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为进行研究。利用扫描电镜（SEM）、极化曲线及阻抗测试等电化学测试对2种1180 MPa级超高强钢在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能进行分析。通过实验结果分析、对比2种1180 MPa级超高强钢在3.5%NaCl溶液中耐蚀性能，为后续超高强钢的研究提供参考。

1" 试样材料与实验方法

实验采用规格15 mm×15 mm×1 mm的汽车1 180 MPa级别用钢DP1180和TWIP1180高强钢板料为研究材料，2种试样用钢的化学成分见表1。TWIP1180用钢的化学成分与DP1180用钢差别较大，DP1180钢中C含量和Mn含量较低，C含量为0.12%，Mn含量为2.43%，而TWIP1180钢中C含量和Mn含量较高，C含量达到0.64%，Mn含量达到18.54%。Mn元素在提高层错能方面起着至关重要的作用，并且Mn元素可以扩大奥氏体相的相区，起到稳定奥氏体的作用[5]。根据文献[6-8]可知，DP1180钢组织为马氏体（M）+铁素体（F），TWIP1180钢组织为单一奥氏体。

对DP1180和TWIP1180两种超高强钢进行取样，磨制金相试样，用4%的硝酸酒精浸蚀，通过蔡司Sigma 300场发射扫描电镜（SEM）对其微观组织进行观察。

对DP1180和TWIP1180两种超高强钢在3.5%NaCl溶液中的电化学性能进行测试，选用武汉科思特CS350H电化学工作站，采用传统的三电极体系：工作电极分别为DP1180钢和TWIP1180钢试样（露出工作面积为1 cm2，非工作面使用硅橡胶封装），铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极。在每次测试前先将待测试的试样放在测试溶液中浸泡一段时间，等待开路电位稳定后再开始进行动电位极化曲线测量，极化曲线的电位（相对于开路电位）扫描范围为-0.4～1.5 V，扫描速率为1 mV/s。电化学流阻抗谱的测量频率范围为10 mHz～100 kHz，以幅值为10 mV的正弦波作为激励信号。

采用蔡司EVO10型扫描电子显微镜（SEM）观察试样腐蚀前后形貌。使用蔡司EVO10型扫描电子显微镜配套的牛津能量色散谱仪（EDS）对试样表面的成分进行分析。

2" 实验结果与分析

2.1" 动电位极化曲线

DP1180和TWIP1180两种超高强钢试样在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线如图1所示。对2种超高强钢试样在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线进行Tafel拟合，拟合结果见表2。材料在溶液中发生腐蚀的倾向性和可能性可以通过腐蚀电位的高低预测，而腐蚀电流可以表征材料在溶液中的实际腐蚀速率。通常来说，腐蚀电位越小腐蚀倾向性越大，越容易发生腐蚀，腐蚀电流越大则腐蚀速率越大。

对比2种超高强钢试样在3.5%NaCl溶液中的拟合结果，DP1180钢的自腐蚀电位（Ecorr）较高，在-0.40 V，腐蚀倾向性较小；而TWIP1180钢的Ecorr最低在-0.82 V，腐蚀的倾向性更大。除此之外，与DP1180钢相比，TWIP1180钢的自腐蚀电流密度（Icorr）明显增大，自腐蚀电流密度提高了一个数量级，2种试样相比较，DP1180钢的腐蚀速度较小，TWIP1180钢的腐蚀速度最大。从腐蚀速度的拟合结果来看，腐蚀速度的大小DP1180钢小于TWIP1180钢。因此，从表2综合来看，2种超高强钢Tafel拟合结果相比较，DP1180钢的耐蚀性能更好。

2.2" 开路电位

图3为2种超高强钢试样在3.5% NaCl溶液中的开路电位随浸泡时间的变化曲线。由图3可以看出，2种超高强钢试样的开路电位各不相同，整体变化趋势随着浸泡时间的延长而有所下降，其中DP1180钢开路电位较高，而TWIP钢的开路电位较低，整体变化趋势平缓。

2.3" 阻抗图谱

图3为2种超高强钢试样在3.5% NaCl溶液中的电化学阻抗谱Nyquist曲线图。一般可以认为，阻抗图谱中的容抗弧代表的是电极表面的电荷转移电阻以及双电层电容组成的容抗驰豫过程，这一过程反映的是腐蚀阻力的大小，可以由此反映出试样的耐蚀性能。材料的耐蚀性能可以通过Nyquist曲线半圆弧的直径来判断，半圆弧的直径越大，说明材料的耐蚀性能越好。如图3所示，通过对比容抗弧的半径，与TWIP1180钢相比较，DP1180钢试样由于具有较大的容抗弧，耐蚀性能更好，与动电位极化曲线分析的结论一致。

本实验对测试的阻抗图谱进行拟合，通过建立等效电路模型，如图4所示。对测试结果进行曲线拟合，求出等效电路中各个元件的参数值。Rs代表溶液的电阻，C为具有双电层电容特性的常相位角元件，Rp代表极化电阻。2种试样钢在3.5% NaCl溶液中的各个元件的拟合结果见表3。从表3中可以看出，极化电阻Rp大小顺序：DP1180钢大于TWIP1180钢，DP1180钢具有更好的耐蚀性。

2.4" 腐蚀形貌

通过扫描电镜对2种超高强钢试样在3.5% NaCl溶液中的腐蚀前后形貌进行观察，DP1180钢腐蚀前后形貌如图5所示，TWIP1180钢腐蚀前后形貌如图6所示。

由图5和图6可知，通过腐蚀前后形貌图对比可以明显看到，DP1180钢在3.5%NaCl溶液中腐蚀后表面破坏严重，TWIP1180钢在3.5%NaCl溶液中局部位置出现了蚀坑。在试件的表面上能看到出现大面积裂纹的腐蚀产物，并且出现大小不等的裂纹，交叉纵横形成“网状”结构，并且不均匀地分布在表面。可以看见裂纹之间的相互交错使得裂纹的密度相应增加。

从文献中可知，Mn在3.5% NaCl溶液中比Fe更具电化学活性，Mn易溶解生成Mn2+离子，所以Fe-Mn合金在中性溶液中也不会发生钝化，并且随着Mn含量的增加，合金的腐蚀电流密度增大[9]。而本实验所用TWIP1180钢中Mn含量为18.54%，在Cl-的侵蚀作用下，TWIP1180钢表面局部位置出现了点蚀坑。腐蚀后化学成分中氧元素占比大幅提高，Mn元素占比下降，Fe元素占比下降，TWIP1180钢在3.5% NaCl溶液中发生腐蚀后的腐蚀产物中出现大量氧化物（可能出现Mn及Fe的氧化物），从腐蚀产物可推断，TWIP1180钢腐蚀主要是吸氧腐蚀。

3" 结论

1）通过动电位极化曲线、阻抗图谱等电化学测试结果显示，在3.5%NaCl溶液中，DP1180钢与TWIP1180钢相比较，DP1180钢自腐蚀电位较高，腐蚀倾向性较小。从腐蚀速度的拟合结果来看，DP1180钢的腐蚀速度较小，腐蚀速度的大小为DP1180钢小于TWIP1180钢。DP1180钢的耐蚀性能更好。

2）从腐蚀后EDS结果中分析，本实验所用TWIP1180钢中Mn含量为18.54%，在Cl-的侵蚀作用下，TWIP1180钢表面局部位置出现了点蚀坑。TWIP1180钢在3.5% NaCl溶液中发生腐蚀后的腐蚀产物中出现大量氧化物（可能出现Mn及Fe的氧化物），从腐蚀产物可推断，TWIP1180钢腐蚀主要是吸氧腐蚀。

参考文献：

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