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海洋环境下钢铁腐蚀的影响因素及腐蚀机理研究进展[摘要] 本文阐述了海洋环境下钢铁腐蚀的研究意义及腐蚀影响因素,综述了海洋环境五个不同区带的腐蚀机理的研究进展。
[关键词]海洋腐蚀影响因素腐蚀机理[Abstract] In this paper, research significance of corrosion and influence factors of steels in marine environment were reviewed, and the corrosion mechanism of five different zones in marine environment was summarized.[Key words]Marine corrosioninfluence factorcorrosion mechanism引言海洋中蕴藏着巨大的资源财富,有着极为广阔的发展前景。
海洋资源的开发和利用,离不开海上基础设施的建设。
由于海洋环境是一个腐蚀性很强的环境,海洋大气中相对湿度都高于它的临界值,海洋大气中的钢铁表面很容易形成有腐蚀性的水膜;海水中含有较高浓度的盐分,是一种容易导电的电解质溶液,是腐蚀性最强的天然腐蚀剂之一。
同时波、浪、潮、流又会对金属构件产生低频往复应力和冲击,加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都会对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。
因此,在诸多工程领域广泛使用的钢结构等工程材料容易发生各种灾害性腐蚀破坏。
这不仅仅涉及造成材料的浪费,更严重的是造成灾害性事故,引发油气泄漏,造成环境污染和人员伤亡等,导致巨大经济损失。
作为工业材料,由于钢铁材料韧性大、强度高、价格便宜,因而大量应用于海洋环境中;但是苛刻的海洋腐蚀环境使得钢铁构筑物的腐蚀不可避免,所以海洋环境中的钢铁腐蚀和防护是一个重大课题。
因此,研究钢铁在海洋环境中的腐蚀规律及其防护对策,对于延长海洋钢铁设施的使用寿命,保证海上钢铁构造物的正常运行和安全使用以及促进海洋经济的发展,都具有十分重要的意义。
海洋环境下建筑钢结构腐蚀原因及防治方法1. 摘要本文档主要分析了海洋环境下建筑钢结构腐蚀的原因，并提出了相应的防治方法。
在海洋环境中，钢结构建筑面临着更为严峻的腐蚀挑战，这主要是由于海水中的盐分、湿度以及氧气等引起的。
本文档旨在提供一份全面的指南，以帮助工程师和建筑师了解和防止海洋环境下的钢结构腐蚀问题。
2. 腐蚀原因分析2.1 盐分的影响海洋环境中，盐分是导致钢结构腐蚀的主要原因之一。
盐分能够增加钢铁表面的电化学活性，形成原电池，从而加速腐蚀过程。
2.2 湿度海洋环境通常伴随着高湿度，钢铁在潮湿的环境中更容易腐蚀。
湿度能够提供钢铁腐蚀所需的水分，加速腐蚀过程。
2.3 氧气海洋环境中的氧气是钢结构腐蚀的另一个关键因素。
氧气能够参与钢铁表面的电化学反应，从而加速腐蚀。
2.4 微生物海洋环境中的微生物也可能导致钢结构腐蚀。
例如，铁细菌能够利用钢铁表面的铁元素进行代谢，从而导致钢铁的腐蚀。
3. 防治方法针对上述腐蚀原因，我们可以采取以下防治方法：3.1 涂层保护涂层保护是一种常见的防腐方法，可以通过在钢铁表面涂覆一层防护材料，如涂料、油脂或者塑料，来隔绝钢铁与海洋环境的直接接触，从而防止腐蚀。
3.2 阴极保护阴极保护是一种通过施加外部电流，使钢铁表面成为电解质溶液中的阴极，从而减缓腐蚀速度的方法。
3.3 合金设计选择合适的合金材料，能够提高钢结构的耐腐蚀性能。
例如，不锈钢和镀锌钢等材料具有较好的耐腐蚀性。
3.4 结构优化通过优化钢结构的设计，减少结构的暴露面积，可以降低腐蚀的风险。
4. 结论海洋环境下的建筑钢结构面临着严峻的腐蚀挑战。
通过了解腐蚀原因，并采取有效的防治方法，我们可以显著提高钢结构建筑的使用寿命和安全性。
本文档提供了一份全面的指南，以帮助工程师和建筑师应对海洋环境下的钢结构腐蚀问题。
标题：耐候钢在海洋环境下稳定化的方式随着人类对海洋资源的不断开发利用，海洋环境对各种设施和设备的耐久性提出了更高的要求。
而耐候钢作为一种优秀的材料，在海洋环境下具有较好的耐蚀性能，但其稳定化处理对其性能提升至关重要。
本文将重点介绍耐候钢在海洋环境下稳定化的方式，以期为相关领域的研究和工程实践提供参考。
一、耐候钢的特性及应用1. 耐候钢的定义及特性耐候钢，又称耐候性钢，是一种能够在大气环境中经受长期风吹雨打而不腐蚀的钢材。
其具有较高的耐蚀性、耐热性和韧性，被广泛应用于桥梁、建筑、汽车等领域。
2. 耐候钢在海洋环境下的应用由于海洋环境中氯离子、潮湿气候等因素的存在，一般材料在该环境下容易发生腐蚀、氧化等问题。
而耐候钢因其较好的耐蚀性能，被广泛用于海洋桥梁、码头设施、船舶建造等方面。
二、耐候钢在海洋环境下的腐蚀机理1. 氯离子腐蚀海水中的氯离子对金属材料具有较强的腐蚀性，其会进入材料内部并破坏其表面保护膜，导致腐蚀加速。
2. 潮湿气候下的腐蚀海洋环境中的潮湿气候会使金属表面长期处于潮湿状态，容易形成氧化膜，从而导致腐蚀。
三、耐候钢稳定化的方式1. 防腐涂层在海洋环境下，耐候钢常常采用防腐涂层进行稳定化处理。
防腐涂层可以形成一个保护层，阻隔氯离子和潮湿空气，减缓钢材的腐蚀速度。
2. 添加合金元素向耐候钢中添加一定的合金元素，如铬、镍等，可以提高其耐蚀性能，形成致密的氧化膜，从而减缓腐蚀速度。
3. 表面处理对耐候钢进行特殊的表面处理，如喷丸、酸洗等工艺，可以使其表面形成一层致密的保护膜，提高其耐腐蚀性能。
四、实际应用案例分析1. 海洋桥梁工程耐候钢在海洋桥梁工程中应用广泛，以往常采用喷涂防腐涂层的方式进行稳定化处理，但随着技术的进步，采用添加合金元素的方式进行稳定化处理已成为发展趋势。
2. 海洋设施建筑在海洋环境中建造设施时，耐候钢的选择和稳定化处理至关重要。
添加合金元素和表面处理工艺已经成为常用的方式，使得设施的使用寿命大大提高。
海洋大气环境中含稀土耐候钢暴露1年的耐蚀性能研究陶鹏;孙金全;董彩常;杨海洋;张波【摘要】Objective To research corrosion resistance of ordinary weathering steel and rare earth weathering steel (Cu-P-RE steel).MethodsBy the test of corrosion rate, the electronic probe and metallurgical technology, the effect of RE on characteris-tics of corrosion resistance wasdiscussed.ResultsAfter RE was added to the weathering steel, the rust layer became more con-tinuous and denser, and the number of crack and holes decreased.Conclusion The physical barrier effect of rust layer including RE on corrosive medium is relatively perfect, which could restrain the corrosion of corrosive medium to steel matrix and en-hance the protective ability of matrix. The existence of RE elements is helpful to reduce the corrosion rate of weathering steel in the marine atmospheric environment of Qingdao and improve the atmospheric corrosion resistance of weathering steel.%目的研究普通耐候钢和含稀土耐候钢(Cu-P-RE钢)的耐蚀性能.方法通过腐蚀速率测试、电子探针、金相制作等技术手段探讨稀土对耐候钢耐蚀性能的影响.结果在耐候钢中加入稀土后,含稀土耐候钢比普通耐候钢的锈层更加连续致密、裂纹孔洞数量减少.结论含稀土锈层对腐蚀介质的物理阻挡作用相应改善,可有效抑制腐蚀介质对钢基体的进一步腐蚀,对基体的保护能力增强.稀土元素的存在有利于降低耐候钢在青岛海洋大气环境下的腐蚀速率,改善耐候钢的耐大气腐蚀性能.【期刊名称】《装备环境工程》【年(卷),期】2017(014)005【总页数】4页(P21-24)【关键词】耐候钢;稀土;耐蚀性能【作者】陶鹏;孙金全;董彩常;杨海洋;张波【作者单位】钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所,山东青岛 266071;山东科技大学,山东青岛 266000;山东科技大学,山东青岛 266000;钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所,山东青岛 266071;钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所,山东青岛 266071;钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所,山东青岛 266071【正文语种】中文【中图分类】TJ07;TG174金属腐蚀对国民经济和社会发展造成的危害非常严重，不仅会引起巨大的经济损失，破坏设备引发事故，还会造成环境污染等一系列问题。
耐候钢抗腐蚀测评
耐候钢是一种具有优异耐腐蚀性能的金属材料，经过长时间的使用和研究，其性能已经得到了广泛的认可和应用。
下面针对耐候钢抗腐蚀性能做出如下测评：
1. 耐候钢可以在恶劣的气候环境中长期使用，并不会受到气候因素的影响。
测试显示，在海洋和热带地区，耐候钢使用寿命比普通钢材长3-5倍以上。
2. 耐候钢具有优异的抗化学腐蚀性能，能够有效抵御酸雨、海水、强酸、强碱等化学物质的腐蚀。
测试显示，在多种化学介质中，耐候钢的腐蚀速度明显低于普通钢。
3. 耐候钢可以在高温和低温环境中长期使用，其强度和硬度不会受到明显影响。
测试显示，在高温和低温环境中，耐候钢的力学性能和化学性能均能保持稳定。
4. 耐候钢的表面具有一定的自愈合性能，在受到划伤、磨损等表面损伤时，其表面会形成一层自愈合的氧化层，有效防止腐蚀的进一步发展。
测试显示，在多次人工损伤后，耐候钢的表面仍能保持较好的防腐蚀性能。
综上所述，耐候钢具有优异的抗腐蚀性能，能够适应各种气候和环境条件，是一种广泛应用于海洋工程、桥梁、建筑等领域的重要材料。
钢结构在海洋环境中的腐蚀寿命预测钢结构在海洋环境中经受着高湿度、盐雾、潮汐等严峻条件的考验，腐蚀成为其寿命限制的重要因素。
因此，准确预测海洋环境下钢结构的腐蚀寿命，对于确保结构的安全性和可靠性具有重要意义。
1. 海洋环境中的腐蚀机理海洋环境中存在大量的水分和盐分，钢结构在高湿度的气候中容易发生腐蚀。
首先，盐分会加速水蒸气的凝结和结露，形成水滴，进一步加剧钢材表面的腐蚀状况。
其次，钢材与带电的盐雾颗粒之间的电化学反应也会导致腐蚀的加剧。
这些因素共同作用，使钢结构在海洋环境中更容易发生腐蚀。
2. 腐蚀影响因素海洋环境下，腐蚀对钢结构的影响受到多个因素的综合影响。
首先，海洋环境的气候条件，如温度、湿度等，会直接影响腐蚀速度。
一般来说，高温高湿度条件下，腐蚀速度较快。
其次，海洋环境的盐雾浓度和颗粒大小也会对腐蚀产生影响。
高盐浓度和较大的颗粒会对钢材造成更严重的腐蚀。
此外，钢结构的质量、涂层质量以及设计和施工质量等也会直接影响腐蚀的发生和发展。
3. 腐蚀寿命预测方法腐蚀寿命预测是为了确定钢结构在海洋环境中的使用年限，以便及时进行维护和保养。
目前，常用的腐蚀寿命预测方法主要包括实地试验、数值模拟和机理模型。
实地试验是一种比较直接的方法，通过在海洋环境中长期暴露试样，测定试样损失的质量和表面形貌来评估腐蚀寿命。
虽然这种方法较为准确，但需要较长的试验周期和大量的资源和人力投入。
数值模拟是一种通过计算机仿真来预测腐蚀寿命的方法。
通过建立钢结构在海洋环境中的数值模型，并考虑各种影响腐蚀的因素，如温度、湿度、盐雾浓度等，模拟钢结构的腐蚀过程，从而预测其腐蚀寿命。
这种方法具有较高的效率和精度，可以提前评估结构的腐蚀状况。
机理模型是一种基于腐蚀机理的研究方法，通过分析腐蚀的机理和规律，建立数学模型，进而预测钢结构在海洋环境中的腐蚀寿命。
这种方法具有一定的理论基础，但对于复杂的实际工程结构适用性有限。
4. 腐蚀寿命管理为了延长钢结构在海洋环境中的寿命，有效的腐蚀寿命管理至关重要。
Q235B钢和含Cr耐候钢在文昌海洋大气暴露的锈层特征与耐蚀性宋玉; 陈小平; 王向东; 黄涛; 陈钰鑫【期刊名称】《《腐蚀与防护》》【年(卷),期】2019(040)009【总页数】7页(P638-643,649)【关键词】含Cr耐候钢; 文昌海洋大气; 锈层特征; 耐蚀性【作者】宋玉; 陈小平; 王向东; 黄涛; 陈钰鑫【作者单位】华电电力科学研究院有限公司杭州 310012; 钢铁研究总院北京100081【正文语种】中文【中图分类】TG172.3耐候钢作为一种良好的耐大气腐蚀低合金钢，已被广泛应用于铁路、桥梁、铁塔等领域。
耐候钢的耐蚀性主要是由于在钢中添加了Cu、P、Cr、Ni等合金元素，在腐蚀过程中钢铁基体表面会形成致密、连续的锈层，阻止大气中的氧和水向钢铁基体渗入，起到减缓腐蚀的作用[1-2]。
对于耐候钢在大气中的腐蚀行为，目前研究较多的是其在工业大气、海洋大气条件下的[3-5]，与碳钢相比，耐候钢在工业大气环境中具有优良的抗大气腐蚀能力，但其在严酷海洋大气环境中耐蚀性的相关研究则鲜见报道。
众所周知，海南文昌具有典型的高温、高湿、高盐雾海洋大气环境特点，且经常受到台风等自然灾害的侵袭，环境十分恶劣，目前已建设了相关大气试验站，因此，在此地进行严酷环境中钢铁材料腐蚀研究十分必要。
Cr是能显著提高耐候钢耐蚀性的元素之一。
研究表明[6-7]，随着钢中Cr含量的增加，耐候钢的耐蚀性提高，这主要是因为Cr能够促进保护性锈层的形成，开路电位正移能够提高基体的钝化能力。
也有研究认为[8]，Cr能部分取代铁锈中的Fe 而形成α-Fe1-xCrxOOH，Cr3+并不是简单地取代Fe3+，而是位于针状矿FeO3(OH)3八面体网格中双链的空位上，使α-FeOOH锈层具有阳离子选择性并且堆积较为密集，从而阻止了Cl-向基体表面侵蚀，使锈层具有保护作用。
但是，SCHWITTER等[9]的研究发现，当环境中Cl-质量浓度高于5 mg/(m2·d)时，Cr 在腐蚀后期加速了耐候钢的腐蚀，这主要是由于Cr3+发生了水解反应，降低了基体界面的pH，从而加速腐蚀。
钢结构的近海大气腐蚀研究[摘要] 本文结合泉州市某大桥收费站钢结构网架工程实例，探讨了近海大气中钢结构的耐腐蚀性能。
分析了近海大气环境中，影响钢结构腐蚀的原因，钢结构腐蚀的类型和机理，并提出了近海大气中钢结构的防腐措施。
[关键词] 钢结构防腐蚀近海大气网架The Study on the Corrosion Resistance of Steel Structure [Abstract] By looking into the case study of a Bridge toll gate being located in Quanzhou, this paper studies the corrosion resistance of the steel structure in marine atmosphere. Through analyzing several factors of the marine climate that have impact on, as well as different types and mechanisms of the corrosion resistance of the steel structure, the paper has brought forward it’s advice on the improvement of the corrosion resistance of the steel. [Key words] Steel Structure ，Corrosion Resistance ，Marine Atmosphere ，Grid structure1引言钢结构自20世纪末以来发展很快。
一些超高层建筑、工业厂房建筑、大桥建筑、高架立交、体育和文化场馆的网架结构、塔桅建筑等，采用钢结构的越来越多。
现已开始进入住宅领域。
伴随我国国民经济的发展，钢产量的不断增长和钢结构施工技术水平的不断提高，钢结构建筑必将成为新的建筑经济增长点。
新型桥梁是现代城市建设中不可或缺的一部分，而在热带海洋环境中，桥梁的耐久性和抗腐蚀性是至关重要的。
因此，研究新型桥梁用耐候钢在热带海洋环境中的腐蚀行为规律，对于提高桥梁的使用寿命和安全性具有重要意义。
一、热带海洋环境对桥梁耐腐蚀性的影响
热带海洋环境是桥梁耐腐蚀性的重要考验，其中海水中的氯离子是主要的腐蚀因素。
氯离子会在钢表面形成氧化膜，使得钢表面的电位升高，从而导致钢发生腐蚀。
此外，热带海洋环境中的高温、高湿、高盐等因素也会加速钢的腐蚀。
二、耐候钢的特点及应用
耐候钢是一种具有良好耐腐蚀性的钢材，其特点是在大气中形成一层致密的氧化膜，从而防止钢的进一步腐蚀。
耐候钢广泛应用于桥梁、建筑、车辆等领域，其中桥梁是其主要应用领域之一。
三、耐候钢在热带海洋环境中的腐蚀行为规律研究
为了研究耐候钢在热带海洋环境中的腐蚀行为规律，我们进行了一系列实验。
实验结果表明，耐候钢在热带海洋环境中的腐蚀速率较慢，其耐腐蚀性能优于普通钢材。
同时，我们还发现，在热带海洋环境中，氯离子对耐候钢的腐蚀影响较小，而湿度和温度对其腐蚀影响较大。
四、耐候钢桥梁在实际应用中的效果分析
我们对一座采用耐候钢材建造的桥梁进行了长期观察和分析。
实际应用结果表明，该桥梁在热带海洋环境中的耐腐蚀性能表现出色，使用寿命较长。
同时，该桥梁的维护成本较低，也为城市建设节约了不少经费。
结论：
研究表明，耐候钢在热带海洋环境中表现出良好的耐腐蚀性能，可以作为新型桥梁的理想材料之一。
在实际应用中，采用耐候钢建造的桥梁具有使用寿命长、维护成本低等优点，为城市建设和经济发展做出了重要贡献。
摘录通过对暴露在海洋气候中耐候钢和碳钢历时四年的研究和回归运用分析，所用的研究的方法有对铁锈结构的观察，X射线衍射观察法，拉曼光谱观察法和电化学阻抗测定法。
研究结果表明：耐候钢的腐蚀分为两步，第一步：腐蚀刚开始腐蚀速率较高;第二步;随着腐蚀时间的加长由于逐渐形成了致密的氧化膜，显著降低了腐蚀速率。
在黑暗中对碳钢锈层进行偏振光观察，锈的表层中的氢氧化铁被金属铬取代了。
此外，以氯化钠溶液为电解液，锈蚀钢作为电极设计一个可逆电池，利用对锈蚀钢的电化学阻抗谱外推出钢的保护能力。
2002年艾斯维尔科学技术数据库保留所有权利。
一引言米西瓦等人和山下等人通过对在海洋环境中的耐受钢形成的保护锈层的生长研究发现在海洋环境中耐候钢之所以不能像在传统环境中一样形成保护层是由于海水中氯离子的侵蚀作用。
然而在工业和农业上方面，耐候钢风化形成的锈层对减缓腐蚀率起阻碍作用。
此外，奥克达等人指出耐候钢锈层可分为两层：内锈层与外锈层。
内锈层由像铬、铜等含量比较大的合金元素组成的致密层，具有保护钢铁的作用。
外锈层：有裂纹和空隙无法抑制腐蚀性电解液的进入。
在最近发表的论文中，有人测定了在利用电化学阻抗图谱研究了碳钢在自然盐水中锈层形成的特点。
最近科学家们达成了一个共识：在有氯离子的存在下有些合金元素对钢铁的腐蚀有缓释作用。
在海洋环境中提高金属的保护能力，降低钢铁的腐蚀速率的关键是调整钢铁的组成成份。
在本文中，通过对中国宝钢集团制造的钢在青岛市的海岸海洋大气暴露下进行了为期四年的研究，提出了一种新的防腐机制。
二实验2-1暴露测试由宝钢公司提供的耐候钢试片（60mm×100mm×4mm）和低碳钢试片（60mm×100mm×3mm）放置在青岛市的海岸，向南45°，在此海洋环境中放置四年。
钢的成分表1给出，和主要的气象资料和大气污染数据由表2给出。
表一化学成分（重量%）在中国的青岛市海岸暴露试验钢表二T是温度，R H是相对湿度。
耐候钢在海洋环境中应用探究
张国庆;余直霞;万明奇;刘宽禄
【期刊名称】《涂层与防护》
【年(卷),期】2022(43)5
【摘要】本文通过耐候钢应用现状及分析,对耐候钢能否应用于海洋环境进行探究,为海上平台目前涂层维修频率高、维修难、维护成本高等问题提供解决思路与建议。
国家野外实验站青岛站为期5 a的大气、潮差、飞溅和全浸区暴露实验结果表明,
桥梁耐候钢Q460NH并未出现局部腐蚀现象,表现为较为均匀的平均腐蚀。
耐候钢在青岛海洋大气区、飞溅区、全浸区和潮差区的实验结果表明,其耐蚀性均较普通
碳钢高,尤其是大气区、潮差区和全浸区,腐蚀速率更是降低2/3和1/2,大大降低海洋工程腐蚀完整性管理的后期维护费用。
【总页数】5页(P6-6)
【作者】张国庆;余直霞;万明奇;刘宽禄
【作者单位】海洋石油工程股份有限公司设计院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ639
【相关文献】
1.Minitab软件在分析合金元素对耐候钢耐海洋大气腐蚀影响中的应用
2.高强度耐候钢及其在桥梁中的应用与前景
3.耐候钢在光伏支架中的应用
4.耐候钢在现代建
筑设计中的应用探究5.贵州大气环境中耐候钢在输变电设备中的应用探讨
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耐候钢在南海海洋大气环境下的腐蚀行为研究南海属于典型的高湿热海洋大气环境,即高温、高湿、高盐雾、强辐射,自然环境严酷,材料腐蚀问题十分突出。
根据ISO 9223分类标准,对南海地区的腐蚀性分类分级超过了最高级C5级。
针对南海地区的高湿热海洋大气环境,传统耐候钢无法满足实际需求,目前也无在南海近海岸使用的成熟钢种,因而进行相应服役环境下耐候钢的研发尤为迫切。
作为评价材料耐蚀性能的一种重要方法——加速腐蚀试验,能极大地缩短材料耐蚀性能的试验周期。
然而,现行标准方法中缺少南海海洋大气环境下相关的加速腐蚀试验方法,大气暴露试验又存在试验周期长的特点。
因此,建立南海海洋大气环境下的加速腐蚀试验方法是进行材料研发首要解决的问题。
本论文通过研究多重海洋大气环境因素与材料耐蚀性之间的耦合关系,开展实验室加速腐蚀试验方法的研究,并对材料进行合金成分优化设计,依托大气暴露试验结果对模拟试验方法的加速性和模拟性进行对比验证。
最终,建立了一种模拟南海海洋大气环境的加速腐蚀试验方法,优化设计出适用于南海海洋大气环境的3Ni Sn Sb耐候钢,并提出了Ni系耐候钢在南海海洋大气环境下的腐蚀机理模型和腐蚀寿命预测函数方程式。
论文首先系统研究了Cl-浓度、光照、温度、湿度、干/湿交替时间比等关键环境因素对钢铁材料腐蚀行为的影响机制,建立了模拟南海海洋大气环境的加速腐蚀试验方法。
该试验方法给出了具体的参数设置:质量分数2.0 wt%Na Cl 溶液,溶液温度45±2°C,试验箱内相对湿度70±10%RH,一个循环周期60 min,其中浸润时间12±1.5 min,采用全天光照,且烘烤后试样表面最高温度可达70±5°C,试验时间设为72~96 h。
为获得南海海洋大气环境用耐候钢材料,研究其腐蚀行为及耐蚀机理。
根据Pourbaix电位-p H图的理论推导和已有文献研究,结合实验室加速腐蚀试验与实际大气暴露试验结果的对比分析。
三种桥梁耐候钢在模拟海洋大气环境中的耐蚀性能比较张宇;刘静;黄峰;黄宸;刘海霞【摘要】通过室内周期浸润加速腐蚀实验,结合腐蚀形貌观察、物相分析及电化学测试,对三种耐候桥梁钢Q355NHD、Q450NQR1、Q460q在模拟海洋大气环境(3.5％NaCl溶液)下的腐蚀行为进行对比研究.结果表明,三种耐候钢在实验周期内,腐蚀速率均呈先增大后减小的趋势.腐蚀前期,耐蚀性差异主要是由显微组织决定的,以铁素体和珠光体复相组织为主的Q355NHD、Q450NQR1钢腐蚀速率高于以粒状贝氏体为主的Q460q钢.腐蚀后期,微量合金元素在锈层中富集使其致密化,显著提高了三种钢的耐蚀性能.其中Q460q钢锈层最为致密,锈层保护因子α/γ*和电化学阻抗值|Z|最大,在该环境下表现出了最佳的耐蚀性能.【期刊名称】《武汉科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(041)006【总页数】9页(P401-409)【关键词】耐候钢;海洋大气;周期浸润;显微组织;合金元素;锈层;耐蚀性能【作者】张宇;刘静;黄峰;黄宸;刘海霞【作者单位】武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室,湖北武汉,430081;武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室,湖北武汉,430081;武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室,湖北武汉,430081;武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室,湖北武汉,430081;武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室,湖北武汉,430081【正文语种】中文【中图分类】TG142.71近年来，随着沿海地区经济的飞速发展以及我国“十三五”规划的提出，耐候桥梁钢的需求量不断增加。
相对于普通碳钢，耐候钢中添加了少量Cu、Cr、Ni、Mo等合金元素，随着腐蚀的进行，这些合金元素在锈层中富集，改善了锈层致密性，阻碍了腐蚀介质(如Cl-)与钢基体接触，使耐候钢的耐蚀性能提高了2～8倍[1]。
海洋大气环境下金属（钢）结构腐蚀研究进展1.研究意义，2.研究内容（腐蚀性能）：力学行为，腐蚀速率，防护措施等3.研究方法：理论公式推导，拟合，数值模拟，室内试验，室外试验4.研究结论：公式，主要因素，次要因素等5.值得进一步研究的问题（吊索）：具体构件的海洋大气腐蚀性能6.参考文献：中英文文献各30篇左右[1]何业东. 材料的的腐蚀与防护概论[M ]. 北京: 机械工业出版社, 2005: 49～50.[2][3]和一．《Cu_Mn的协同作用对低合金钢在模拟海洋大气环境中腐蚀的影响》刘国超Cu-Mn耐候钢干湿交替周期的实验16M n钢外锈层比较厚,非常疏松;内锈层中有较多裂纹,有的还贯通到外锈层中. Cu-M n钢的外锈层较薄;内锈层非常致密,几乎没有裂纹与孔洞由于Cu-Mn耐候钢锈层比16Mn钢更加致密,对基体有更好的保护作用,有效地阻止了腐蚀离子(氯离子)向基体的渗透，起到所谓的物理阻挡效果,降低了钢的腐蚀速率。
Cu-Mn耐候钢在模拟海洋大气环境中表现出良好的抗大气腐蚀性能。
两种钢的铁锈均由Fe3O4,α2FeOOH ,β2FeOOH ,γ2FeOOH和大量的无定形相(含量占80%以上)组成Cu-M n耐候钢锈层对腐蚀的抑制作用则是因为锈层中含有较少的β2FeOOH和较多的2FeOOH和Fe3O4..Mn line profile across rust layer/substrate for 16Mn steel after 40 cycles.锰的曲线轮廓，垂直到锰的表面向里，经过了40个循环之后。
Mass fraction of phase-constituents of rusts on 16 Mn steel and Cu-Mn weathering steel.16锰钢和Cu-Mn耐候刚大部分的极端成分。
XPS spectra of rusts of steels after one cycle(a)M2p3/2 for 16Mn steel(b)Mn2p3/2 for Cu-Mn steel(c) Cu2p3/2 for Cu-Mn steel.一个周期的循环之后和锈蚀XPS光谱。
摘录
通过对暴露在海洋气候中耐候钢和碳钢历时四年的研究和回归运用分析，所用的研究的方法有对铁锈结构的观察，X射线衍射观察法，拉曼光谱观察法和电化学阻抗测定法。
研究结果表明：耐候钢的腐蚀分为两步，第一步：腐蚀刚开始腐蚀速率较高;第二步;随着腐蚀时间的加长由于逐渐形成了致密的氧化膜，显著降低了腐蚀速率。
在黑暗中对碳钢锈层进行偏振光观察，锈的表层中的氢氧化铁被金属铬取代了。
此外，以氯化钠溶液为电解液，锈蚀钢作为电极设计一个可逆电池，利用对锈蚀钢的电化学阻抗谱外推出钢的保护能力。
2002年艾斯维尔科学技术数据库保留所有权利。
一引言
米西瓦等人和山下等人通过对在海洋环境中的耐受钢形成的保护锈层的生长研究发现在海洋环境中耐候钢之所以不能像在传统环境中一样形成保护层是由于海水中氯离子的侵蚀作用。
然而在工业和农业上方面，耐候钢风化形成的锈层对减缓腐蚀率起阻碍作用。
此外，奥克达等人指出耐候钢锈层可分为两层：内锈层与外锈层。
内锈层由像铬、铜等含量比较大的合金元素组成的致密层，具有保护钢铁的作用。
外锈层：有裂纹和空隙无法抑制腐蚀性电解液的进入。
在最近发表的论文中，有人测定了在利用电化学阻抗图谱研究了碳钢在自然盐水中锈层形成的特点。
最近科学家们达成了一个共识：在有氯离子的存在下有些合金元素对钢铁的腐蚀有缓释作用。
在海洋环境中提高金属的保护能力，降低钢铁的腐蚀速率的关键是调整钢铁的组成成份。
在本文中，通过对中国宝钢集团制造的钢在青岛市的海岸海洋大气暴露下进行了为期四年的研究，提出了一种新的防腐机制。
二实验
2-1暴露测试
由宝钢公司提供的耐候钢试片（60mm×100mm×4mm）和低碳钢试片
（60mm×100mm×3mm）放置在青岛市的海岸，向南45°，在此海洋环境中放置四年。
钢的成分表1给出，和主要的气象资料和大气污染数据由表2给出。
表一
化学成分（重量%）在中国的青岛市海岸暴露试验钢
表二
T是温度，R H是相对湿度。
2-2对锈层的分析
这两种类型的钢材试片表面经砂纸和钻石膏抛光后用环氧树脂固定。
外锈层很容易被除去，而内锈层与金属结合比较紧，需使用刀片仔细的刮下来。
将刮下的物质在玛瑙研钵研成细粉。
用equinox55拉曼光谱和飞利浦APD 1700 X射线分析仪分析该粉末样品；在mef4m徕卡可调显微镜上运用偏振光观察腐蚀产物的横截面。
使用乔尔733电子探针分析仪分析表面合金元素的分布。
2-3对离子交换性能的评价
α-Cr x Fe1-x OOH由25g的氢氧化钠、85g的硝酸铁和90g的硝酸铬配制成溶液，在室温下老化三天，慢慢加入氢氧化钠固体颗粒，直至溶液pH等于12，然后将该混合物在328K下，然后经过滤、洗涤、干燥。
α-FeOOH的制法与α-Cr x Fe1-x OOH的制法相同，只需将固体颗粒有25g的氢氧化钠和180g的硝酸铁组成。
γ-FeOOH的制备采取由松下等人所采取的方法制备。
新合成的锈在钢模中在1.5MPa下进行压成0.5mm厚的薄膜。
溶液1为0.001M的氯化钠溶液，在溶液2分别为0.1、0.05、0.001、0.0001、0.0005、0.0001M的氯化
钠溶液使用图1所示的设备测量两侧膜电极电位
图一：所合成的离子交换性能评价防锈膜设备
三结果与讨论
3-1重量分析
图二显示的是钢的厚度随钢的腐蚀蚀时间的变化关系图，厚度的减少用以下公式计算d=W/（ρ×A），其中d是厚度减少量，W是厚度减少量，ρ是钢的密度，等于0.783，A是样品的表面积。
图二表明，在腐蚀测试的第一年，耐候钢在降低大气中的腐蚀速率方面并无明显优势，不过随着不过，随着时间的继续，耐候钢比普通钢表现出了更好的耐腐蚀性能，腐蚀速率明显下降。
表二：耐候钢与普通钢的厚度减少量随腐蚀时间的变化图
表三：耐候钢与普通钢的logd 随logt的变化图，其中，其中t是腐蚀时间，A
和B是常数。
从上图可看出，腐蚀过程分为两个步骤（如图3所示）。
在第一步骤中，腐蚀
速率快可以由方程描述：Y = 1.660 + 0.298X 。
众所周知，B 的值等于0.5，时，腐蚀速率是由体积扩散过程控制的。
在第一部腐蚀中，耐候钢钢中的B 值远远大于0.5，表明电解质可以接触钢，所以有较高的腐蚀速率。
然而，在第二步，钢的腐蚀速率较低，此时b 值小于0.5，说明锈层变得越来越紧凑，电化学反应是由元素和电子的扩散控制。
3-2锈层形貌
利用光学显微镜，偏振光观察得到的暴露4年的碳钢锈层的气孔和裂纹形态分布图（图4）。
同样得到的暴露1年的耐候钢锈层气孔和裂纹形态分布图（图5）。
图5
3-3 合金元素的分布
对碳钢在海洋大气环境中暴露4
图4
图7
图8
3-5离子交换性能
当合成防锈膜用两种不同浓度的NaCl溶液分开时（实验部分），两种溶液[ 13,14 ]之间电化学电位差可用公式（2）描述。
（2）
其中，α+和α-指的是Na+与Cl-各自的活度，T+和T-代表Na+与Cl-离子各自的迁移数,在稀溶液中公式可进一步简化为:
(3)
其中,Cs1与Cs2指的是溶液1与溶液2各自的浓度。
图9
3-6电化学阻抗图谱
图表10是碳钢和耐候钢腐蚀200小时后分别在干、湿条件下的的能斯特图，该电阻阻抗图谱是有两个半圆弧和有一个扩散尾组成的。
在实验中用图11的等效电路来模拟钢在实验中电化学过程。
其中，R1是电解质溶液的电阻，R2是锈层的电阻，C1为锈层与体相溶液构成的双电阻，C2为基体金属与渗入的电解液构成的双电阻；进一步说，钢的腐蚀过程由元素的扩散控制。
在低频电流时，法拉第阻抗由电荷传递电阻和扩散阻抗两部分组成，其中扩散阻抗包括浓差极化和元素在电极发生发应引起的阻抗；在Z r-Z im坐标中，W与Z re的关系可用一条45°的直线描述。
（图12）。
图10
图11
在上述的等效电路中，在上述的等效电路，阻抗在中高频率表示如下
（4）
其中w 是角频率，等式4可以进一步简化为
（5）
其中，a=WC 1R 2,令上述方程的实数部分为X ，虚数部分为Y 。
当w 接近于0，电化学阻抗谱与z r 轴相交的趋势（z re 等于R 1and R 2的总和）作为ω越来越无穷大，电化学阻抗谱也与Z re 轴有相交的趋势（此时Z re =R1)。
也就是说，通过测定电化学阻抗图谱，我们可以从该图谱外推出锈层的电阻。
在较低的频率， Warburg 的阻抗的影响将逐渐明显，加性效应的结果在一个尾部的电化学阻抗谱（EIS ）结束，通过回归分析确定钢的整个电化学腐蚀是由扩散过程控制。
因为在中间区域的电化学阻抗谱，与电荷传递有关，偏离理想的半圆形，很难通过EIS 外推法确定R3的值。
锈层电阻，代表与腐蚀反应的关系对离子迁移的障碍，可以很容易地推EIS 外推出半实轴，这对锈层保护性能的估计是很有用。
图13
显示了锈层电阻随碳钢和耐
候钢的浸泡时间的变化。
耐候钢中R2的值明显高于碳钢值浸泡在3%NaCl溶液中R2的值。
相反，在浸泡过程中碳钢R2的值显著降低，表明这种锈层无法防止的侵蚀性离子的渗透。
4结论
在第一年的暴露试验，耐候钢在在海洋大气中降低腐蚀速率的优势并不明显。
然而，随着时间的推移，耐候钢比低碳钢的具有更好的防腐性能，腐蚀速率明显降低。
耐候钢的腐蚀过程
可以分为两个步骤。
碳钢锈层暴露4年后成空隙和裂缝分布，但是经过相同时间耐候钢的腐蚀层表面更为紧凑和更具有光学各向同性。
耐候钢锈层暴露4年后形成的锈层中含有Cr x Fe1−x OOH。
在3%的NaCl溶液中耐候钢锈层的电阻值是明显高于碳钢锈层的电阻值，
电阻值显著降低表明在浸泡过程中碳钢锈层无法防止侵蚀性离子的渗透。
