耐候钢在海洋大气环境下的腐蚀行为研究

摘要

我国是一个海陆兼备的发展大国，提高海洋资源开发能力、发展海洋经济、建设海洋强国已被我国提升到前所未有的战略高度。随着海洋资源的不断开发利用，越来越多的结构设备等都会在海洋大气环境下服役，加上我国的海岸线较长，海岸工程、跨海桥梁等建设的数量迅速增长，耐候钢也被越来越广泛的应用于铁道车辆、桥梁、塔架、集装箱中。现阶段人们对耐候钢在工业大气环境下的腐蚀规律、耐蚀性已经有了较多的研究，但对于其在海洋大气环境中的腐蚀问题目前研究的还不是很深入，而由于海洋大气环境中含有大量Cl-，温度高湿度大，面临这种苛刻的腐蚀环境，对耐候钢的初期腐蚀行为及腐蚀规律进行研究，对提高其耐蚀性、增强钢结构的耐久性和安全性、延长使用寿命以及开发高湿热环境下的新型耐候钢等具有重要的意义。　　本文对Q345GNHL耐候钢在Cl-环境中的点蚀行为进行了研究，并通过周浸加速腐蚀实验方法，改变实验的温度和Cl-浓度来模拟不同的海洋大气环境，对其初期腐蚀行为进行了研究。通过在耐候钢表面喷淋不同配方的锈层稳定剂，对表面锈层的稳定化进行了初步研究。对试样的腐蚀动力学、锈层形貌、锈层的物相组成、耐蚀性的影响因素等进行了分析，结果表明：在含Cl-的环境中，耐候钢在腐蚀初期也会发生点蚀，点蚀主要从夹杂物处开始，继而诱发全面的腐蚀。不同的夹杂物对点蚀的诱发能力不同，由于钢中MnS夹杂电极电位较高，热力学稳定性差，因此诱发的点蚀较严重，同时点蚀的扩展受环境的温度和Cl-浓度的影响，温度和Cl-浓度的升高，使得钢的点蚀敏感性增加，点蚀电位降低，点蚀坑数量增多，面积增大，耐点蚀性能下降。相比于Cl-浓度，温度对点蚀的影响更大。　　湿度和Cl-浓度对耐候钢在海洋大气环境中的腐蚀行为有较大的影响。湿度从40%增加到80%时，耐候钢的腐蚀失重速率明显增加。湿度较低时，钢基体表面干燥的时间比较长，在基体表面形成的液膜也比较薄，氧气的供应充足，从而加快了锈层的稳定化进程，同时由于湿度低，Cl-在液膜中的吸附量减少，介质的导电能力降低，使得基体的溶解量减少，生成的锈层颗粒也更加细小，锈层更致密，保护能力增强。随着Cl-浓度的增加，耐候钢的腐蚀失重速率增大，相同腐蚀时间内高Cl-浓度下耐候钢表面锈层的厚度增加，但锈层的致密性降低，锈层颗粒粗大，裂纹增多，进而锈层的保护性能降低，稳定性的锈层难以形成。　　在海洋大气环境下，随着腐蚀时间的延长，锈层的物相结构会发生转变。在腐蚀初期，锈层中的腐蚀产物为带有晶须的球状腐蚀产物Fe(OH)3，锈层较疏松，随着腐蚀时间的增加，锈层的结构向片状转变，生成γ-FeOOH，随着腐蚀的进一步进行，片状结构不断长大，片层增厚，交错排列形成网状结构或者团聚成球状组织，形成稳定性更好的α-FeOOH，锈层颗粒不断细化，锈层的致密性提高，保护性增强。内锈层与外锈层的物相组成有明显不同，外锈层主要由大量Fe3O4/γ-Fe2O3、γ-FeOOH及少量α-FeOOH组成，而内锈层的成分主要为Fe3O4/γ-Fe2O3、β-FeOOH、α-FeOOH，其中含量最多的为Fe3O4/γ-Fe2O3，其次为β-FeOOH，含量最少的是α-FeOOH。　　对耐候钢经过锈层稳定剂喷淋处理后腐蚀速率在短时间迅速降低，与未喷淋处理的试样相比，经锈层稳定剂喷淋处理后加速了基体的快速溶解，促进了锈层的形成，带锈试样的腐蚀电位明显比未处理带锈试样的腐蚀电位要正，腐蚀电流密度也更小，但喷淋处理与未喷淋处理形成的锈层物相组成没有区别，都是由Fe3O4/γ-Fe2O3、γ-FeOOH以及α-FeOOH组成，但前者生成的锈层中α-FeOOH的含量增多，说明锈层稳定剂促进了稳定性物相α-FeOOH的生成。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2.1 大气腐蚀的定义

1.2.2 影响大气腐蚀的环境因素

1.3 大气腐蚀的实验方法

1.3.1 自然环境下大气腐蚀暴晒实验

1.3.2 室内加速模拟实验

1.3.3 电化学研究

1.4.1 钢的点蚀机理

1.4.2 点蚀的影响因素

1.4.3 点蚀的主要研究方法

1.5 耐候钢的发展现状

1.6 本课题的研究内容和意义

2 实验材料和实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.2.1 夹杂物分析

2.2.2 极化曲线测试

2.2.3 实验室加速腐蚀试验

2.2.4 腐蚀动力学分析

2.2.5 锈层形貌分析

2.2.6 锈层成分分析

2.2.7 电化学测试

3耐候钢的点蚀行为的研究

3.1 夹杂物分析

3.2 夹杂物诱发点蚀的分析

3.3 点蚀扩展实验

3.4 Cl-浓度对点蚀的影响

3.5温度对点蚀的影响

3.6 本章小结

4 不同海洋大气环境下耐候钢腐蚀行为的研究

4.1 湿度对耐候钢腐蚀行为的影响

4.1.1 腐蚀动力学分析

4.1.2 宏观形貌分析

4.1.3 表面微观形貌分析

4.1.4 锈层截面微观形貌分析

4.1.5 锈层物相分析

4.1.6 带锈试样的电化学结果

4.2 Cl-浓度对耐候钢腐蚀行为的影响

4.2.1 腐蚀动力学分析

4.2.2 宏观形貌分析

4.2.3 锈层表面微观形貌分析

4.2.4 截面微观形貌分析

4.2.5 锈层物相分析

4.2.6 带锈试样的电化学结果

4.3 Cl-环境下锈层演变过程的研究

4.3.1 锈层宏观形貌分析

4.3.2 表面锈层微观形貌分析

4.3.3 XRD物相分析

4.3.4 带锈试样的电化学结果

4.4 本章小结

5 耐候钢表面锈层稳定剂处理

5.1 处理方法

5.2 腐蚀动力学分析

5.3 宏观形貌分析

5.4.1 表面微观形貌分析

5.4.2 截面微观形貌分析

5.5 锈层物相分析

5.6.1 极化曲线测试结果及分析

5.7 本章小结

6 全文结论

参考文献

作者简历

致谢

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