耐候钢表面保护性锈层与基体结合强度的研究

耐候钢曝晒4a后，表面生成了致密锈层，降低了基体的大气腐蚀速率。基于锈层／基体界面结合强度对基体的保护作用有直接影响，通过界面在承受压载时的受力分析，建立数学模型，计算出界面结合强度。结果表明：曝晒3a后锈层与基体的结合强度最好。     

不同铬含量耐候钢在高湿热模拟环境中的耐腐蚀性能

采用周期轮浸加速腐蚀试验箱模拟南海高湿热环境,在该环境中对2种铬质量分数(1.990%,3.194%)耐候钢进行周浸腐蚀试验,对周浸腐蚀不同时间的耐候钢进行了电化学试验,研究了不同耐候钢的耐腐蚀性能并与Q235钢(铬质量分数0.164%)的进行了对比。结果表明:铬含量越高,试验钢的腐蚀速率越小;在腐蚀初期,铬质量分数3.194%钢的自腐蚀电流密度最小,容抗弧半径较大,电荷转移电阻和总电阻(锈层电阻+电荷转移电阻)最大,耐腐蚀性能最好;在腐蚀后期,由于出现腐蚀加速现象,铬质量分数3.194%钢的锈层电阻、电荷转移电阻和总电阻均小于铬质量分数1.990%钢的。     

输电铁塔用耐候钢的研制

耐候钢在大气中能形成致密和粘附良好的稳定锈层,使其耐腐蚀性能明显优于普通碳钢。西方国家已将耐候钢应用于输电杆塔中,而国内还未开始使用。采用新型环保耐腐蚀钢是未来输电铁塔选材方向。采用金相、拉伸、扫描、周期浸润和盐雾加速腐蚀、电化学等实验方法,对实验室冶炼轧制输电铁塔用耐候钢进行了组织、力学性能研究,以及对比试样Q345B钢模拟实际应用环境中的腐蚀行为规律,探讨了铬元素对耐候钢耐腐蚀性能的影响。结果表明,试验耐候钢具有优异的力学性能;耐腐蚀性优于Q345B钢;随着铬含量的增加,耐候钢的耐腐蚀性逐渐提高。     

S355J2W耐候钢的耐腐蚀性能

通过周期浸润腐蚀试验,对比研究了S355J2W耐候钢和Q345R低合金钢在NaHSO₃溶液中的耐腐蚀性能,并用扫描电镜对腐蚀产物进行了观察和分析。结果表明:在相同试验条件下,S355J2W耐候钢的腐蚀速率低于Q345R钢的;S355J2W耐候钢会在表面形成黑褐色锈层,而Q345R钢表面形成橘红色易剥落的疏松锈层;S355J2W耐候钢腐蚀产物微观形貌为沿放射性方向生长的针状晶体,Q345R钢为颗粒状聚合物堆积而成,形状无规则,颗粒之间有较大的空隙。     

铁路车辆用高强耐候钢的开发

开发了Q500NQR1和Q550NQR1高强耐候钢,研究了其显微组织、力学性能和耐腐蚀性能。结果表明:2种耐候钢的显微组织均由铁素体、珠光体和贝氏体组成,其综合力学性能优良,满足铁道车辆用钢的指标要求;在周期浸润腐蚀72h后,Q500NQR1和Q550NQR1耐候钢的相对腐蚀速率(对比材料为Q345B钢)分别为44.5%和40.1%,耐大气腐蚀性能优良,满足铁路用耐候钢的标准要求;随着腐蚀时间的延长,2种耐候钢表面的腐蚀产物逐渐变成球状团簇,且球状团簇间变得紧密,对钢基体的保护作用增强。     

锑和铝元素对耐候钢在模拟工业大气环境下耐腐蚀性能的影响

对自制的锑、铝复合添加Cr-Ni-Cu系耐候钢(1^#)、含铝Cr-Ni-Cu系耐候钢(2^#),市购S450AW含锑耐候钢、Q450EWR1高铬耐候钢以及Q355B低合金钢进行周期浸润腐蚀试验,对比研究了5种钢的耐腐蚀性能以及表面锈层的结构和物相组成,分析了锑和铝元素对耐腐蚀性能的影响。结果表明：4种耐候钢表面锈层均含有高含量α-FeOOH、Fe₃O₄和α-Fe₂O₃等具有保护作用的物相,耐腐蚀性能均优于Q355B低合金钢;1^#钢内锈层出现硅、铬、铜、锑、铝元素的富集,2^#钢内锈层出现硅、铝元素的富集,这些元素的富集提高了内锈层的耐腐蚀性能;1^#钢和2^#钢、S450AW钢的耐腐蚀性能相近,说明复合添加锑和铝可以在保证耐候钢良好耐腐蚀性能的同时减少铝、锑、铬元素的单独添加量。     

应变诱导铁素体相变轧制铝硅系耐候钢的组织与性能

通过测定自制铝硅系耐候钢的连续冷却转变曲线,确定了应变诱导铁素体相变轧制工艺;采用该工艺对试验钢进行轧制,研究了轧制后的显微组织、力学性能以及在质量分数3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能,并与SPA-H钢的进行了对比。结果表明:试验钢在0.5～25℃·s-1冷速范围内只存在铁素体和珠光体转变区;热轧后的显微组织由单一铁素体组成,部分铁素体的晶粒尺寸小于3μm;与SPA-H钢相比,试验钢具有更高的伸长率和更低的屈强比,且冲击韧性优良;在NaCl溶液中腐蚀后,试验钢表面锈层中存在多层致密铝、硅元素富集层,且表面锈层的耐腐蚀性能优于SPA-H钢表面锈层的,因此试验钢的耐氯离子腐蚀性能优于SPA-H钢的。     

周浸加速循环腐蚀试验中耐候钢锈层的电化学特征

通过周浸加速腐蚀试验研究了耐候钢和碳钢在3．5％NaCl溶液中的腐蚀情况。试验结果表明：腐蚀200h的耐候钢表面生成的致密锈层主要由α-CrxFe1-xOOH组成。通过人工合成相应组分的腐蚀产物，并测试其离子选择性，发现该锈层有阳离子选择特性，能阻挡氯离子进入，降低钢的大气腐蚀速率；电化学交流阻抗（EIS）分析表明耐候钢的腐蚀过程主要由扩散控制。     

高强耐候钢在NaCl溶液中的腐蚀锈层特征和耐腐蚀性研究

为了研究高强耐候钢Q450NQR1和B2在2.0%NaCl溶液中的腐蚀锈层特征,获得其耐腐蚀性规律。采用交流阻抗谱（Electrochemical impedance spectroscopy,EIS）、X射线衍射仪（X-ray diffracmeter,XRD）、扫描电镜（Scanning electron microscope,SEM）和电感耦合等离子体（Inductively coupled plasma,ICP）手段分析它们的腐蚀行为和锈层特征,并讨论合金元素Cu、Ni、Cr、Mo等对耐腐蚀性的影响。结果表明：B2耐候钢的耐蚀性要优于Q450NQR1耐候钢的,其锈层表现出较高的电荷转移电阻（R_t）特征;两种耐候钢的非连续性（Non-adherent rusts,NAR）和连续性（Adherent rusts,AR）型锈层物相组成分别一致,但含量有差别;NAR型锈层主要由大量的γ-FeOOH和少量的Fe₃O₄、α-FeOOH组成,紧贴基体的AR型锈层几乎全为Fe₃O₄。Cu、Ni、Cr、Mo合金元素在两种锈层中的分布不同,影响着NAR型锈和AR型锈的协同保护作用,从而改变了基体表面的锈层特征,稳定锈层的存在可显著抑制Cl^-渗入,有助于改善材料耐腐蚀性。     

新型耐候钢和碳钢在模拟工业大气环境中的腐蚀行为与机理研究

通过比较在模拟工业大气环境中的周期浸润腐蚀试验结果研究了两种新型耐候钢和传统Q235B碳钢的腐蚀行为。采用X射线衍射技术、电子探针分析技术、交流阻抗频谱分析技术以及显微压痕表征方法等对腐蚀产物膜的物相组成、合金元素分布情况、电化学特性及其与钢基材的结合强度等特性进行了综合分析,探讨了钢的耐腐蚀机理。结果表明:在模拟工业大气环境下,降低S含量、增加P含量、添加合金元素Cu、Ni、Cr的耐候钢具有良好的耐蚀性能。Cr、Ni和Cu元素在锈层中的局部富集促进了保护作用强的α-FeOOH相的形成,提高了锈层的阻抗,阻碍了腐蚀介质的渗透,从而提高了钢的耐腐蚀性能。     

Q345D低合金钢在海洋潮差区的腐蚀规律及电化学行为研究

通过在青岛海域2年实海挂片暴露试验研究Q345D低合金钢和对比材料Q235B普碳钢在潮差区的腐蚀行为。试验结果表明,Q345D钢在实海潮差区1年和2年周期的平均腐蚀速率都小于Q235B钢,且两种钢锈层组成和结构基本类似,但Q345D钢表面锈层较厚,且更致密均匀。通过室内模拟海水周浸腐蚀试验研究两种钢的初期腐蚀行为,通过腐蚀数据的回归拟合分析得出,在腐蚀起始阶段,Q345D钢与Q235B钢的腐蚀倾向差别不大,但随着周浸时间的延长,腐蚀速率逐渐降低,且Q345D钢表现出比Q235B更好的耐全面腐蚀性能。宏观电化学阻抗谱和微区阻抗谱测试结果也证实,Q345D低合金钢形成的腐蚀产物膜层具有比Q235B钢更高的膜层电阻,且能够在更短时间内形成稳定的腐蚀产物膜层。     

薄带连铸B480GNQR耐候钢的腐蚀行为

采用72h周期浸润加速腐蚀试验和电化学测试方法研究了薄带连铸B480GNQR耐候钢在0.01mol·L~(-1) NaHSO_3溶液中的腐蚀行为,并与B800NQ耐候钢和DOCOL700耐候钢,以及Q345B低碳钢的进行对比。结果表明:薄带连铸B480GNQR耐候钢的单位面积质量损失为11.888mg·cm~(-2),相对Q345B低碳钢的腐蚀率为43%;4种裸钢试样中薄带连铸B480GNQR耐候钢的自腐蚀电位最高,耐腐蚀性能最好,其电化学交流阻抗谱表现为具有一个时间常数的单一容抗弧特征;4种带锈层试样中薄带连铸B480GNQR耐候钢的自腐蚀电位最高,耐腐蚀性能最好,其电化学交流阻抗谱表现为高频端的容抗弧及中低频端的近似45°直线段的扩散弧特征;距薄带连铸B480GNQR耐候钢铸带表面150～200μm处磷元素含量最高,呈典型的磷元素负偏析现象,因此大大提高了其耐腐蚀性能。     

SO_2质量分数对污染海洋大气环境中高强钢E690腐蚀行为的影响

采用干湿交替腐蚀试验方法,结合电化学测试、锈层截面和腐蚀产物X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析,研究SO_2质量分数对E690钢在模拟污染海洋大气环境中腐蚀行为的影响。结果表明,海洋大气环境中的SO_2改变了E690钢海洋大气腐蚀的电化学机制,使得极化曲线的阳极分支由弱钝化特征转变为活性溶解特征,阴极分支由氧扩散过程控制转变为氧扩散和析氢反应共同控制,因而大大促进了阳极和阴极的电化学反应过程。同时,SO_2又显著促进α-Fe OOH的生成和Ni、Cr合金元素在内锈层中的富集,大大促进锈层的致密化,使均匀腐蚀速率逐渐减低,并促进锈层底部点蚀坑的生长。随着模拟溶液中Na HSO_3浓度的增加,E690钢在60 d内的平均腐蚀速率逐渐增加,当Na HSO_3浓度达到0.03 mol/L时,又出现一定程度的降低;同时,锈层底部的点蚀坑随Na HSO_3浓度的增加显著长大。     

10MnCuPTi耐候钢及其焊接

10MnCuPTi钢是我国仿制NAW—50钢的耐大气腐蚀钢。在该钢种的研制中,我院对该钢种进行了焊接性试验研究,为该钢种的推广应用提供了焊接基本数据,现简单介绍如下。 一、10MnCuPTi钢的基本特性 10MnCuPTi钢是Cu—P系高耐候性结构钢。其强度级别为390MPa,是我国目前研制的强度级别较高的耐候钢之一。 10MnCuPTi钢的合金元素主要起两种作用:一是确保钢具有良好的耐大气腐蚀性能;二是提高钢     

Q355NH桥梁支架用钢的加速腐蚀与电化学研究

采用周期浸润加速试验模拟海洋大气环境,对某企业使用的Q355NH用钢进行了加速腐蚀实验;通过OM、SEM、XRD以及电化学工作站等试验方法对试验钢的锈层形貌、成分和电化学性能进行了表征和分析。结果表明:试验钢初期腐蚀速率主要受锈层厚度的影响,表现为加速-稳定-再加速-再稳定的变化规律;锈层成分主要为Fe3O4和Fe2O3。总体来看,该企业使用的Q355NH用钢的锈层在模拟的实验环境下对基体没有明显的保护作用。     

纯钛表面渗钽改性层在硫酸中的耐腐蚀性能

为了提高纯钛在强酸中的耐蚀性能,采用双层辉光等离子渗金属技术对纯钛表面渗钽;使用电化学扫描法和失重法对比研究了钽改性层及纯钛基体在硫酸中的耐腐蚀性能,并通过扫描电镜观察其腐蚀形貌。结果表明:改性层厚约15μm,由沉积层和扩散层组成,与基体形成了冶金结合,钽呈梯度分布;在质量分数10%和40%硫酸中,钽改性层年腐蚀速率分别只有纯钛的30%和1.2%,在75%硫酸中改性层年腐蚀速率依然很小,只有0.008 8 mm·a~(-1);纯钛基体在浓硫酸中腐蚀120 h后,腐蚀表面已出现许多腐蚀坑,而钽改性层腐蚀前后的试样表面没有明显变化,整个改性层依然完整致密。     

NH35q耐大气腐蚀钢的焊接性研究

NH35q钢是由武汉钢铁公司、冶金部建筑研究总院和钢铁研究总院共同开发研制的焊接结构用耐大气腐蚀钢(简称耐候钢),其屈服强度为345MPa。它是日前国内研制的强度级别较高的耐候钢。该钢采用加入少量的Cu、Cr、Ni和V等元素,使其在金属基体表面上形成保护层,以提高其耐候性能。该钢相当于美国cortenB耐候钢。NH35q钢可应用于桥梁、铁塔、建筑、车辆和工程机械等各类耐大气腐蚀的钢结构。     

高湿热海洋大气环境下温度和湿度对Q345钢耐蚀性能的影响

利用周浸腐蚀试验、扫描电镜观察、X射线衍射分析等方法研究了在模拟高湿热海洋大气环境中NaCl溶液温度(35~55℃)和相对湿度(60%~80%)对Q345钢耐蚀性能的影响。结果表明:随着溶液温度的升高,试验钢的腐蚀速率增大且温度越高增大速率越快,表面锈层厚度增大且锈层中的孔洞变大,腐蚀产物Fe_3O_4的含量增多;随相对湿度的增加,试验钢的腐蚀速率增大,锈层也越来越厚,锈层中的物相组成变化较小。     

高温高压下20钢和13Cr钢在不同含量甲酸-CO_2环境中的腐蚀行为

采用腐蚀失重测试、腐蚀产物分析等方法,研究了20钢和13Cr钢在模拟油井管道环境(甲酸与CO_2共存,100℃、1MPa)中的腐蚀速率和腐蚀类型,并探讨了甲酸含量对其腐蚀行为的影响。结果表明:两种钢的腐蚀速率均随甲酸含量的增加而增大,13Cr钢的腐蚀速率低于20钢的;20钢的腐蚀类型为均匀腐蚀,13Cr钢的为点蚀;20钢表面有FeCO_3的生成和碳酸盐的沉积,FeCO_3产物层覆盖部位不断发生基体的溶解,而钙、镁碳酸盐沉积的位置不断出现产物沉积,在基体腐蚀相对较慢的部位形成突起;13Cr钢优先发生铬的溶解,形成以Cr(OH)_3为主的钝化膜,随着甲酸含量的增加,钝化膜的稳定性、致密性均降低,H~+和Cl~-通过钝化膜与基体接触,促进了点蚀的发生。     

Q235钢在3种典型土壤环境中的腐蚀行为

选择取自武汉的近中性黄棕壤、取自天津的碱性盐碱土和取自南昌的酸性红壤作为腐蚀介质,对Q235钢进行室内模拟加速腐蚀试验,对比研究了试验钢的腐蚀速率、腐蚀形貌和腐蚀产物组成,分析了其腐蚀机理。结果表明:在3种土壤中试验钢均发生了不均匀的全面腐蚀和局部点蚀。腐蚀产物外层结构疏松,主要由Fe_2O_3、FeOOH组成;内层结构致密,主要由Fe_3O_4组成。在碱性盐碱土中,试验钢表面形成了结构完整的腐蚀产物层,抑制了阴极的耗氧反应,腐蚀速率最低;酸性红壤中较高浓度的H~+促进了阴极析氢反应的进行以及裂纹的产生,试验钢腐蚀速率最高;在腐蚀后期,试验钢表面形成了致密的Fe_3O_4内锈层,因此腐蚀15d时的腐蚀速率大于腐蚀30d时的。