耐候鋼SPA－H 和09CuPTiRE大氣腐蝕性能試驗

劉建容 馬 穎 何 銳

（武漢鋼鐵（集團）公司研究院 湖北 武漢：430080）

0 前言

腐蝕是使材料破壞的主要形式之一，對國民經濟和國防建設中的各個部門造成的損失很大［1－2］。利用已積累的腐蝕數據，正確選用耐蝕材料和防腐措施，進行合理的防腐結構設計，可延長設施、設備使用壽命，有效地降低腐蝕損失。

腐蝕是一個漸進的過程，受自然環境影響，情況十分復雜，影響因素很多，只有通過環境現場暴露試驗才能得到符合實際的數據，從而才可為合理選材、采取防護措施提供科學依據。為了縮短鋼材與防護材料篩選和研制的周期，腐蝕工作者創造了各種各樣的室內加速腐蝕試驗方法［3－5］。但最終向防護與設計部門提供的數據，最可靠的、可直接納入產品設計的仍只有掛片暴露試驗結果。該結果的直觀性與實用性一直受到各個國家和地區的普遍重視，使其作為基礎研究，長期不衰，至今仍在廣泛進行。本文對SPA－H 等耐候鋼在大氣中的腐蝕行為進行了研究。

1 主要試驗條件及方法

1.1 試驗材料

試驗材料為武鋼生產的熱軋板，以Q345 鋼作為對比，化學成分見表1。試樣經機加工成為100 mm×100mm×（3～4）mm 的試樣，表面磨光，粗糙度Ra為3.2μm。

表1 試驗鋼的主要化學成分／wt%

1.2 試驗站及其環境要素

大氣暴露點選在青島海洋腐蝕研究所大氣暴曬場、廣州電器科學研究院瓊海大氣暴曬場和重慶西南技術工程研究院江津大氣暴曬場，主要環境因素與氣象特征見表2。

試驗鋼各周期試樣在各試驗點一次投放，經1、3、5年等不同時間取出。試樣曝露前、后的處理均符合GB／T 14165－93［6］的要求。

表2 各試驗站主要環境因素與氣象特征

1.3 帶銹樣陽極極化曲線的測定

將帶銹樣（10mm×10mm）在溫度為30℃，測試介質為0.1mol／L Na2SO4，采用M273A 恒電位儀測試，參比電極為飽和甘汞電極。從低于自然腐蝕電位100mV 開始，以0.5mV／s掃描速度進行極化曲線測定。

2 試驗結果與分析

2.1 試驗鋼的腐蝕性能

試驗鋼在各試驗站腐蝕量隨時間的變化見圖1至圖3。

大氣暴露試驗結果表明，SPA－H 和09CuPTiRE鋼的耐蝕性在各試驗站均優于Q345鋼，暴露試驗5年時，SPA－H、09CuPTiRE鋼與Q345鋼相比的耐蝕性在青島站是150%、118%，在江津站是148%、149%，在瓊海站是151%、140%。

2.2 銹層的附著率

試驗鋼在各試驗站銹層的附著率見圖4。

圖4 試驗鋼在各試驗站暴露3年的附著率

鋼材耐大氣腐蝕性能與鋼表面腐蝕產物的附著率有著密切的關系。從圖4可看出，腐蝕較輕的瓊海站，其腐蝕產物附著率高于其它站，在青島和瓊海試驗站，SPA－H 鋼的附著率最高，Q345鋼的附著率最低，在江津站09CuPTiRE 鋼的附著率比SPA－H鋼稍高，附著率的變化與試樣失重的規律一致。說明環境的腐蝕性與腐蝕產物附著率呈負相關。

2.3 合金元素在銹層中的分布分析

采用電子探針對大氣暴露5年的帶銹樣進行合金元素在銹層中的分布分析，見圖5。

圖5 SPA－H 鋼在青島暴露5年時銹層中合金元素的分布

從探針分析結果可看出，試驗鋼的銹層中有Cu、P、Cr元素的富集，Ni的富集較少。耐候鋼比普碳鋼具有更好的耐大氣腐蝕性能，主要原因是經過長期大氣暴曬后，在其表面上形成了穩定致密的保護性銹層，而合金元素在銹體中細小孔隙及微細裂紋處富集，又堵塞了水、氧等對鋼基浸蝕的通路，阻礙了腐蝕介質的進入；而普碳鋼表面形成的銹層疏松，且有微裂紋存在，故對基體不能起到保護作用。

2.4 帶銹樣的極化曲線

試驗鋼在各站暴露5年極化曲線測試結果見圖6、圖7、圖8。

圖6 試驗鋼在青島站暴露5年銹樣的極化曲線

從圖中可看出，耐候鋼的致鈍電流、維鈍電流均比對比鋼Q345的致鈍電流、維鈍電流小，維鈍電流的大小從電化學角度反映了銹層的致密性，維鈍電流愈小，說明其銹層愈致密，其傳質能力愈差，銹層防護性能就愈好。

3 結論

（1）大 氣 暴 露5 年 的 結果 表 明，SPA－H 和09CuPTiRE鋼的耐蝕性在各試驗站均優于Q345鋼，是一種優良的耐大氣腐蝕用鋼。

（2）大氣暴露5年帶銹樣的陽極極化曲線測試結果表明，耐候鋼銹層的保護性能優于對比鋼Q345。

［1］曹楚南.悄悄進行的破壞——金屬腐蝕［M］.北京：清華大學出版社，暨南大學出版社，2000.

［2］葉康民.金屬腐蝕與防護概論［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，張承典，丁翠紅.加速大氣腐蝕試驗的一個新方案［J］.中國腐蝕與防護學報，1990，10（3）：228－231.

［5］王風平，張學元，杜元龍.大氣腐蝕研究動態與進展［J］.腐蝕科學與防護技術，2000，12（2）：104－108.

［6］GB／T 14165－93，黑色金屬室外大氣暴露試驗方法［S］.