耐大氣腐蝕鋼的耐點(diǎn)蝕性能研究分析

  通過電子探針、掃描電鏡和能譜儀等物理手段和極化實(shí)驗(yàn)、交流阻抗等電化學(xué)方法研究了稀土耐候鋼的耐點(diǎn)蝕性能。結(jié)果表明，稀土元素的加入提高了耐候鋼的點(diǎn)蝕電位。普通Cu-P耐候鋼的耐點(diǎn)蝕性和點(diǎn)蝕形貌與普碳鋼相接近。耐候鋼加入稀土后，稀土元素能使鋼中長條狀硫化錳或尖角鏈狀的硅酸鹽等有害夾雜物變質(zhì)為細(xì)小球形的稀土夾雜，從而降低鋼的點(diǎn)蝕敏感性，提高了鋼的耐點(diǎn)蝕能力。且球狀稀土夾雜物誘發(fā)的點(diǎn)蝕坑更加細(xì)小均勻，有利于腐蝕后期致密銹層的生成，能提高鋼的耐蝕性。

  鋼中存在的非金屬夾雜物往往會影響鋼的力學(xué)性能和耐蝕性，如鋼中存在的長條狀MnS夾雜物會使鋼材的性能具有明顯的各向異性，且使得材料的抗沖擊和疲勞性能降低。在含氯離子的腐蝕介質(zhì)中，鋼中的非金屬夾雜物常常作為腐蝕電池的陰極成為點(diǎn)蝕的誘發(fā)源，進(jìn)一步加速鋼的腐蝕。有研究表明，在鋼中加入適量的稀土元素能改變非金屬夾雜物的成分和形態(tài)，從而改善鋼的諸多力學(xué)性能，同時還可改善鋼的耐蝕性。Cu-P系耐候鋼作為一種已廣泛應(yīng)用于鐵路、橋梁、建筑等領(lǐng)域的耐大氣腐蝕鋼，在使用一段時間后一般會發(fā)生全面腐蝕，但在初期腐蝕反應(yīng)總是在一些敏感的腐蝕活性點(diǎn)位置優(yōu)先發(fā)生，腐蝕初期的局部點(diǎn)蝕行為及鋼的耐點(diǎn)蝕能力對耐候鋼的耐蝕性能有著重要影響。鑒于此，本文主要針對10CuPRE耐候鋼，對鋼中夾雜物的點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性以及鋼的耐點(diǎn)蝕性進(jìn)行研究。

  采用的試樣為不同氧硫含量和稀土含量的耐候鋼軋板，以普碳鋼Q235作為對比鋼種，實(shí)驗(yàn)鋼的成分如表所示。采用型號為JXA-8230型的電子探針和KYKY-2800B掃描電鏡對實(shí)驗(yàn)鋼中非金屬夾雜物進(jìn)行形貌分析和成分分析。為了研究夾雜物對鋼耐點(diǎn)蝕性能的影響，采用美國普林斯頓2273電化學(xué)工作站測定鋼樣在3.5%NaCl溶液中的極化曲線，得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用PowerSuite軟件分析擬合。實(shí)驗(yàn)裝置采用的是三電極體系，光亮鉑電極作為輔助電極，參比電極是飽和甘汞電極（SCE）。實(shí)驗(yàn)鋼工作面積為10mm×10mm，其余部分用冷鑲嵌料封裝，打磨、拋光后進(jìn)行電化學(xué)極化曲線測試，極化至陽極極化曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)或電流密度達(dá)到100μA/cm2時，停止試驗(yàn)，在型號為NANO450的高分辨掃描電鏡下分析點(diǎn)蝕形貌和夾雜物周圍鋼基體的變化。利用電化學(xué)工作站對鋼樣在3.5%NaCl溶液中浸泡不同時間的電化學(xué)交流阻抗譜進(jìn)行測試，同樣采用三電極體系，測試頻率范圍105~10-2Hz，頻率震蕩為10mV，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過ZsimpWin軟件進(jìn)行擬合。

  圖為Q235鋼中的夾雜物形貌和能譜圖。可看出，Q235鋼中主要包括長條狀的MnS夾雜和鏈狀的鋁硅酸鹽夾雜物。從圖可看出，1#鋼中主要包括長條狀的MnS夾雜和鏈狀的硅酸鹽夾雜物。而加了稀土的2#、3#鋼中主要是球狀的稀土氧硫化物。對于氧約為0.002%、硫約為0.004%的普通耐候鋼，雖然氧硫含量較低，但鋼中依然存在著一定量的長條狀MnS和硅鋁酸鹽等有害夾雜物，危害鋼的力學(xué)性能和耐蝕性。加入少量稀土元素后，鋼中長條硫化錳夾雜消失，主要為球狀的稀土夾雜，這說明耐候鋼中加入的稀土對有害夾雜物起到了較好的改性作用。并且由于鋼的潔凈度較高，鋼中的球狀稀土夾雜尺寸均較小，小于2μm。如此細(xì)小的夾雜對于改善耐候鋼的力學(xué)性能和耐腐蝕性具有較好的作用。圖為4#鋼現(xiàn)場稀土耐候鋼中的長條狀MnS夾雜物的形貌和成分圖。可看出，4#鋼為現(xiàn)場耐候鋼，氧含量0.015%，硫含量0.02%，屬于高氧硫含量的實(shí)驗(yàn)鋼，鋼中的稀土含量為0.018%。與其他試驗(yàn)鋼相比較，4#鋼中的稀土含量不低，但是由于鋼中的氧硫含量較高，鋼中依然存在很多長條狀的MnS夾雜物和尺寸較大的硅鋁酸鹽夾雜，加入的稀土元素僅對部分有害夾雜物起到改性。所以對于這種高氧硫含量的鋼種稀土元素對其中有害夾雜物的改性沒有達(dá)到很好效果。稀土的化學(xué)活性較高，與氧的親和力較大，在此種高氧硫含量的條件下，加入的稀土優(yōu)先與鋁硅酸鹽氧化物進(jìn)行了復(fù)合，其剩余量將不足對鋼液凝固后期析出的硫化錳變性，具有危害性的長條硫化錳依然存在，所以加稀土前鋼液的氧硫含量是稀土能否發(fā)揮有效冶金效果的一個重要前提條件。