濕度對熱鍍鋅鋼材在海洋大氣環(huán)境中氫脆敏感性的影響

張大磊，李 焰

(1. 中國科學(xué)院 海洋研究所，青島 266071；2. 中國科學(xué)院 研究生院，北京 100039)

濕度對熱鍍鋅鋼材在海洋大氣環(huán)境中氫脆敏感性的影響

張大磊1,2，李 焰1

(1. 中國科學(xué)院 海洋研究所，青島 266071；2. 中國科學(xué)院 研究生院，北京 100039)

采用改進(jìn)的雙面電解池檢測熱鍍鋅鋼材在恒溫30 ℃、不同濕度條件下的氫滲透電流，并結(jié)合慢應(yīng)變速率拉伸和斷口形貌分析，研究其在海洋大氣環(huán)境中的氫脆敏感性。結(jié)果表明：在相對濕度小于70%時，熱鍍鋅鋼材未檢測到明顯的氫滲透電流，但隨著濕度的增加，氫滲透電流密度逐漸增大；當(dāng)鍍層存在缺陷時，鍍鋅層在為鋼材基體提供陰極保護(hù)的同時也會促進(jìn)氫向鋼材基體中滲透，且氫滲透電流密度的最大值隨鍍層缺陷面積的增加而降低；氫吸收和氫滲透降低了熱鍍鋅鋼材的斷后伸長率，導(dǎo)致其斷口切邊處出現(xiàn)少量撕裂棱，表明熱鍍鋅鋼材在高溫、潮濕的海洋大氣中使用時，其氫脆敏感性將有所提高。

熱浸鍍鋅層；氫滲透；大氣腐蝕；氫脆

化石能源的日益枯竭迫使汽車的節(jié)能化成為目前汽車業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)。由于具有質(zhì)輕、美觀和耐蝕等優(yōu)點(diǎn)使得熱鍍鋅鋼材成為汽車制造的首選材料之一。在我國東南沿海地區(qū)，得益于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車業(yè)迅速發(fā)展，汽車保有量增大。由于地處高溫、潮濕的海洋大氣環(huán)境中，鍍鋅層的腐蝕問題需引起足夠重視。

目前，有關(guān)鍍鋅層在大氣環(huán)境中腐蝕行為的研究報道較多[1-4]。但是，研究工作主要集中在鍍層的耐蝕性能以及對鋼材提供陰極保護(hù)等方面[5-6]，而由鍍層陰極保護(hù)可能引發(fā)的氫析出、氫滲透以及氫致開裂等問題的研究被忽視。實(shí)際上，在我國出現(xiàn)過熱鍍鋅鋼索在大氣環(huán)境中使用不長時間就發(fā)生脆性斷裂的事故[7]。本文作者的相關(guān)研究表明，熱浸鍍鋅層在海水中對鋼材的陰極保護(hù)會顯著提高鋼材的氫致開裂敏感性?？紤]到具有高溫、高濕以及高含鹽量等特點(diǎn)，海洋大氣可能是熱鍍鋅鋼材發(fā)生氫脆的敏感介質(zhì)，本文作者在前期工作的基礎(chǔ)上，通過氫滲透電流檢測，結(jié)合慢應(yīng)變速率拉伸試驗(SSRT)及斷口形貌分析，對熱鍍鋅鋼材在不同濕度的海洋大氣環(huán)境中的氫滲透和脆性行為進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗

1.1 實(shí)驗材料

實(shí)驗采用市售的厚為1.5 mm的熱鍍鋅鋼板。鋼材基體為低碳鋼，鍍鋅層厚度為10 μm。實(shí)驗所用試劑均為分析純。海水取自青島匯泉灣，經(jīng)凈化、過濾處理。

1.2 氫滲透電流檢測

將熱鍍鋅鋼板加工成直徑為40 mm的圓片，作為氫滲透檢測用試樣。試樣的2個工作面需經(jīng)不同處理。其中一面作為充氫工作面，按以下4種方式進(jìn)行樣品制備：1) A40，鍍層完全去除；2) A00，鍍層保持完整；3) A04，將試樣中心處直徑為4 mm的鍍層去除，模擬鍍層缺陷；4) A10，將試樣中心處直徑為10 mm的鍍層去除，模擬更大的鍍層缺陷。試樣的另一面作為氫滲透檢測工作面，需先將鍍層完全去除，然后經(jīng)水砂紙逐級打磨，最后進(jìn)行鍍鎳處理。鍍鎳液為瓦特浴(250 g/L 硫酸鎳(NiSO4·6H2O)，45 g/L 氯化鎳(NiCl2·6H2O)，40 g/L 硼酸(H3BO3))，電流密度為 3.0 mA/cm2，鍍鎳時間為3 min，鍍鎳層厚度約為180 nm。

實(shí)驗所用裝置為改進(jìn)的Devanathan-Stachurski雙面電解池。該電解池由水平安裝的熱鍍鋅鋼板試樣分隔成的上、下2個工作室構(gòu)成。其中，試樣充氫工作面的上方為陰極室，供試樣在模擬海洋大氣條件下自腐蝕充氫用；試樣檢測工作面的下方為陽極室，供氫滲透電流檢測用，陽極室中的參比電極為汞/氧化汞電極，對電極為鉑電極。對氫滲透電流進(jìn)行檢測和記錄的恒電位儀為CHI 730B電化學(xué)工作站。

在雙面電解池安裝完畢后，在陰極室的充氫工作面上滴加0.36 mL海水，待其鋪展開后烘干，在試樣表面形成一層較為完整、均勻的鹽膜。在陽極室內(nèi)注入0.20 mol/L NaOH溶液并確認(rèn)溶液與檢測面保持充分接觸后，將電解池置于 RXZ-128型智能人工氣候箱中，并將電極引線連接至恒電位儀。在恒溫30 ℃、恒濕45%(Relative humidity, RH)RH條件下對試樣檢測面進(jìn)行恒電位鈍化，控制電位為150 mV(Hg/HgO)，至電流密度低于 0.20 μA/cm2后，調(diào)節(jié)人工氣候箱的濕度，分別于恒濕70% RH，80% RH和90% RH條件下進(jìn)行氫滲透電流檢測和記錄，將檢測數(shù)據(jù)扣除背景電流值即可獲得試樣的氫滲透電流曲線。

1.3 慢應(yīng)變速率拉伸試驗

慢應(yīng)變速率拉伸試驗按照國家標(biāo)準(zhǔn)[8]執(zhí)行。所用試樣為標(biāo)距為50 mm的薄板拉伸試樣，切邊處暴露出鋼材基體。實(shí)驗溫度為(30±2)℃，應(yīng)變速率為 1.0×10-6s-1。試樣按以下4種條件進(jìn)行實(shí)驗：B1，在空氣中進(jìn)行拉伸；B2和B3，在海水中預(yù)浸泡6 h，分別于恒溫30 ℃、恒濕90% RH條件下暴露20 d和40 d，再在空氣中進(jìn)行拉伸試驗；B4，在海水中預(yù)浸泡6 h，于恒溫30 ℃、恒濕90% RH條件下暴露40 d，再在恒濕100% RH條件下進(jìn)行拉伸。試樣拉斷后，用KYKY 2800B型掃描電子顯微鏡進(jìn)行斷口形貌觀察，加速電壓為25 kV。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)境濕度對熱鍍鋅鋼材氫滲透行為的影響

圖1所示為完整鍍層試樣(A00)在恒溫30 ℃、不同濕度下的氫滲透電流曲線。由圖1可看出，在恒濕70%(Relative humidity, RH)的條件下，在整個測試過程中都未測得明顯的氫滲透電流，說明在此條件下熱鍍鋅鋼材表面的析氫反應(yīng)十分微弱。而在恒濕80% RH的大氣環(huán)境中，試樣在測試開始后很長一段時間內(nèi)的氫滲透電流都接近于背景電流，直到1.2×105s后氫滲透電流才開始逐漸增大，并于 1.8×105s達(dá)到最大值(0.32 μA/cm2)，隨后一段時間電流密度維持在這一水平，并在2.2×105s后開始逐漸減小，在測試結(jié)束時(7.0×105s)電流密度降至0.10 μA/cm2。在恒濕90%RH的大氣環(huán)境中，試樣的氫滲透電流曲線的變化趨勢與80% RH時的情況相似，在測試開始后的一段時間內(nèi)氫滲透電流與背景電流接近，1.3×105s后氫滲透電流開始較快增大，于 2.3×105s達(dá)到最大值，0.88μA/cm2，并維持一段時間，在2.6×105s后氫滲透電流開始逐漸減小，于8.0×105s后降至0.20 μA/cm2。與恒濕80% RH的情況相比，恒濕90% RH時出現(xiàn)的明顯氫滲透電流的時間基本相同，但電流增大速度明顯高于前者，且在隨后的檢測過程中其電流一直大于前者。比較兩者的 最大氫滲透電流可以發(fā)現(xiàn)，90% RH環(huán)境中最大電流密度出現(xiàn)的時間有所延遲，但數(shù)值接近前者的3倍 (見表1)。

圖1 鍍鋅層完整試樣在不同濕度的海洋大氣中的氫滲透電流密度隨時間的變化Fig.1 Hydrogen permeation current density as function of time for galvanized steels with perfect zinc coatings exposed to simulated marine atmospheres with different relative humidities

表1 熱鍍鋅鋼材在不同濕度條件下的氫滲透電流密度最大值Table1 Maximum hydrogen permeation current density of galvanized steel with perfect zinc coatings exposed to simulated marine atmospheres with different relative humidities(μA/cm2)

研究表明，海鹽粒子沉積在暴露的金屬表面上，具有很強(qiáng)的吸濕性，能夠促進(jìn)金屬表面微液滴和液膜的形成，進(jìn)而促進(jìn)其大氣腐蝕過程[9]，而空氣的相對濕度既能決定液膜在金屬表面的鋪展速度[10]，又能影響金屬表面薄液膜的厚度，因此，成為影響材料大氣腐蝕的一個非常重要的因素[11]。本文作者在實(shí)驗過程中也觀察到，試樣表面在70% RH條件下并無肉眼可見液膜的形成，表面的鹽膜仍處于較干燥的狀態(tài)；當(dāng)濕度保持在80% RH時，試樣表面有明顯的較為完整的薄液膜形成；而當(dāng)濕度為90% RH時，試樣表面除了有更完整的液膜形成以外，在局部還出現(xiàn)直徑較大的液滴。當(dāng)試樣表面形成液膜后，氧供應(yīng)比較充分，鍍鋅層在液膜中氯離子的作用下發(fā)生溶解，由于此時鍍層比較完整，而鋅表面發(fā)生析氫反應(yīng)所需的過電位較大[12]，因此，在鍍鋅層表面主要發(fā)生以下反應(yīng)：由于鍍鋅層表面幾乎沒有氫原子析出，因此，在很長一段時間內(nèi)氫滲透電流維持在較低水平，這說明鍍鋅層完整時氫的析出受到較強(qiáng)抑制。然而，隨著鍍層的不斷腐蝕，試樣的部分表面會有鋼材基體暴露出來，從而形成由鍍鋅層和鋼材基體構(gòu)成的Zn/Fe電偶，暴露的鋼材基體的表面電位可以達(dá)到-1 020 ~ -1 040 mV[13]，比鋼材基體的析氫電位更負(fù)[14]，因此，在鋼材基體表面除了發(fā)生反應(yīng)(2)之外，還會發(fā)生水去極化反應(yīng)：

反應(yīng)(3)生成原子態(tài)氫并吸附在鐵陰極表面，其中一部分會復(fù)合成氫分子，離開電極表面，但仍將有一部分氫不可避免地擴(kuò)散進(jìn)鋼材基體的晶格內(nèi)[15]，其中可移動的氫原子在擴(kuò)散到試樣檢測面時即被檢測出來[16]：

因此，試樣的氫滲透電流密度開始逐漸增大。

研究表明，液膜厚度對金屬腐蝕速度有顯著的影響，液膜下氧還原反應(yīng)速度隨液層減薄先增快后減慢，在15~25 μm的范圍內(nèi)存在一個極值平臺[17]。在80%RH和90% RH的環(huán)境中幾乎同時觀察到較為明顯的滲氫電流，說明在反應(yīng)的初期，2種環(huán)境下鍍層的腐蝕速度基本一致，鍍層出現(xiàn)破損的時間也比較接近。然而，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，液膜厚度對氫滲透電流的影響開始顯現(xiàn)，由于80% RH下試樣表面的液膜較薄，氧供應(yīng)比較充足，更容易發(fā)生氧去極化反應(yīng)。同時，在此條件下，反應(yīng)(1)生成的Zn2+濃度增加較快，使得鋅的陽極溶解過程受到更大抑制，因此，氫滲透電流增長較為緩慢；而在90% RH的環(huán)境中，由于液膜較厚，吸附在試樣表面的水分子相對較多，水去極化反應(yīng)對陰極過程的貢獻(xiàn)也較大，同時，由于Zn2+濃度相對較低，陽極極化較小，因此，Zn/Fe電偶對的腐蝕較快，氫滲透電流也增長較快，電流密度明顯高于前者的。

隨著氧去極化反應(yīng)(2)以及水去極化反應(yīng)(3)生成的OH-濃度不斷增加，鍍鋅層表面會有腐蝕產(chǎn)物生成，其陽極溶解受到阻滯：

同時，由于試樣表面的液膜中含有Mg2+和Ca2+，隨著暴露的鋼材基體表面pH值的升高[18]，會有其他次生反應(yīng)發(fā)生，抑制其表面的陰極過程：

由于反應(yīng)的陽極和陰極過程同時受到抑制，氫的析出反應(yīng)開始變得更加困難，而腐蝕產(chǎn)物的阻擋層作用也使得析出的氫很難再進(jìn)入鋼材基體。因此，在80%RH和90% RH環(huán)境中，氫滲透電流密度在達(dá)到最大值后都呈現(xiàn)逐漸減小的變化趨勢。

2.2 鍍層缺陷比例對熱鍍鋅鋼材氫滲透行為的影響

圖2 不同比例鍍層缺陷試樣在恒濕90%RH的模擬的海洋大氣中的氫滲透電流曲線Fig.2 Hydrogen permeation current density as function of time for galvanized steel with different ratio coating defects exposed to simulated marine atmosphere with 90% RH

圖2 所示為具有不同比例的鍍層缺陷的熱鍍鋅鋼材試樣暴露在恒溫30 ℃、恒濕90% RH大氣條件下的氫滲透電流曲線。相對于其他試樣，無鍍層保護(hù)的鋼材基體(A40)的氫滲透電流值較小，略高于背景電流值，且在試驗過程中，試樣表面有大量紅銹附著，表現(xiàn)為典型的碳鋼在海洋大氣中的腐蝕行為；完整鍍層試樣(A00)在恒濕 90% RH的大氣環(huán)境中的氫滲透行為如前面所述；而鍍層存在破損的試樣(A04，A10)的氫滲透電流曲線的變化趨勢與鍍層完整的試樣(A00)的變化趨勢基本一致，但出現(xiàn)明顯的氫滲透電流的時間有所提前，氫滲透電流密度最大值也顯著增大(見表2)。其中，存在1.00%鍍層缺陷的試樣(A04)在測試進(jìn)行1.0×105s后氫滲透電流密度就開始逐漸增大，并于2.0×105s后達(dá)到最大值(9.52 μA/m2)，最大電流密度為鍍層完整試樣的10倍左右；存在6.25%鍍層缺陷的試樣(A10)在測試進(jìn)行1.2×105s后，氫滲透電流密度開始逐漸增大，并于2.1×105s時達(dá)到最大值(5.04μA/cm2)，約為鍍層完整試樣的6倍。

表2 不同比例鍍層缺陷試樣的氫滲透電流密度的最大值Table2 Maximum hydrogen permeation current densities of galvanized steel with different ratio coating defects (μA/cm2)

2類鍍層被部分去除的試樣均能很快檢測到較大的氫滲透電流，這是由于試樣表面形成了鍍層/鋼材基體電偶對，發(fā)生反應(yīng)(1)~(6)，鍍層附近暴露的鋼材基體很快有原子態(tài)的氫生成并進(jìn)入鋼材基體造成的。而比較無鍍層保護(hù)的裸鋼試樣(A40)與鍍層完整試樣(A00)的氫滲透電流曲線可以發(fā)現(xiàn)，前者的氫滲透電流在測試初期甚至還略高于后者的(圖2)，這是因為有如下反應(yīng)發(fā)生[19]：

但由于在碳鋼表面陰極反應(yīng)中氧去極化占主導(dǎo)地位，析氫反應(yīng)很微弱，且反應(yīng)過程中生成的Fe3O4等腐蝕產(chǎn)物能有效地阻礙氫進(jìn)入鋼材基體，因此，檢測到的氫滲透電流很小。但是相對于鋅，碳鋼表面析氫反應(yīng)的過電位較小，反應(yīng)相對容易進(jìn)行，因此，在測試初期，無鍍層保護(hù)的裸鋼(A40)的氫滲透電流相對于鍍層完整試樣(A00)的略大。這也說明鍍鋅層在完整時可以在一定程度上抑制氫向鋼材基體滲透。與本文作者關(guān)于熱浸鍍鋼材在海水中的氫滲透行為的研究結(jié)果對比，可以發(fā)現(xiàn)：熱鍍鋅鋼材在2種介質(zhì)中的氫滲透電流變化趨勢基本一致，但在海洋大氣中測得的氫滲透電流值明顯小于在海水中的數(shù)值，而且在海洋大氣中的氫滲透電流達(dá)到最大值后迅速減小，最大電流的持續(xù)時間明顯短于在海水介質(zhì)中最大電流的持續(xù)時間。這是由于在大氣環(huán)境中，供氧更加充分，更易發(fā)生氧還原反應(yīng)，而且在薄液膜的狀態(tài)下，表面生成的Zn2+擴(kuò)散困難，強(qiáng)烈抑制反應(yīng)的陽極過程；隨著pH值的升高，

Zn2+、Mg2+和Ca2+更容易達(dá)到飽和發(fā)生反應(yīng)(7)~(11)，生成的腐蝕產(chǎn)物附著在試樣表面，使得反應(yīng)的陰、陽極過程同時受到抑制，從而抑制氫析出以及析出的氫向鋼材基體滲透造成的。

2.3 熱鍍鋅鋼材在海洋大氣中的氫脆敏感性

圖3所示為30 ℃時SSRT試驗所獲熱鍍鋅鋼材試樣在4種條件下的應(yīng)力—應(yīng)變曲線。由圖3可看出，試樣在空氣中拉伸的應(yīng)力—應(yīng)變曲線(B1)為典型的低碳鋼室溫拉伸曲線。試樣在海水中浸泡6 h、恒濕90%RH環(huán)境中暴露20 d、再在空氣中拉伸所得的應(yīng)力—應(yīng)變曲線(B2)與對照實(shí)驗(B1)相比，彈性階段基本重合，上屈服強(qiáng)度有所增加，但斷后伸長率基本一致；試樣在海水中浸泡6 h、恒濕90% RH中暴露40 d、再在空氣中進(jìn)行拉伸的應(yīng)力—應(yīng)變曲線(B3)與暴露20 d情況(B2)相比，彈性階段和均勻塑性變形階段基本重合，局部塑性變形階段也部分重合，但斷后伸長率下降；而試樣在海水中浸泡6 h、恒濕90% RH條件下暴露40 d，再在恒濕100% RH條件下進(jìn)行拉伸的應(yīng)力—應(yīng)變曲線(B4)與在空氣中拉伸的情況(B3)相比，彈性階段基本重合，均勻塑性變形和局部塑性變形階段也部分重合，但斷后伸長率進(jìn)一步下降，在4組實(shí)驗中顯示出最小的斷后伸長率(見表3)。

圖3 熱鍍鋅鋼材的應(yīng)力—應(yīng)變曲線Fig.3 Stress—strain curves of galvanized steel at 303 K: B1—Tested in ambient atmosphere (blank); B2—Immersed in seawater for 6 h, exposed to wet air with 90%RH for 20 d and tested in ambient atmosphere; B3—Immersed in seawater for 6 h, exposed to wet air with 90%RH for 40 d and tested in ambient atmosphere; B4—Immersed in seawater for 6 h,exposed to wet air with 90%RH for 40 d and tested in wet air with 100%RH

表3 熱鍍鋅鋼材的力學(xué)性能Table3 Mechanical properties of galvanized steel

由氫滲透電流檢測實(shí)驗結(jié)果可知，將熱鍍鋅鋼材暴露于潮濕的海洋大氣環(huán)境中，暴露的鋼材基體表面有析氫反應(yīng)發(fā)生，氫原子通過吸附-吸收過程進(jìn)入鋼材基體。進(jìn)入鋼材基體的氫原子，在鋼材基體的晶界、夾雜物、空位等微觀缺陷處聚集，并在應(yīng)力的作用下向缺陷或裂紋前沿的應(yīng)力集中區(qū)擴(kuò)散，阻礙該區(qū)的位錯運(yùn)動，從而造成局部加工硬化變脆，因此，在外力作用下，能量只能通過裂紋擴(kuò)展來釋放，而氫的存在提高熱鍍鋅鋼材的脆性，使其斷后伸長率降低[20]。在潮濕的大氣環(huán)境中暴露的時間越長，吸收的氫越多，因此，在海水中浸泡6 h、恒濕90% RH環(huán)境中暴露40 d的試樣(B3)與暴露20 d的試樣(B2)相比，其斷后伸長率會有所下降；而在海水中浸泡6 h、恒濕90%RH環(huán)境中暴露40 d、在恒濕100% RH環(huán)境中進(jìn)行拉伸的試樣(B4)，由于在拉伸的過程中會有新的微裂紋和基體暴露，有利于反應(yīng)(3)~(6)發(fā)生，促進(jìn)氫的進(jìn)入，因此，斷后伸長率下降最多。

對照試樣(B1)和預(yù)處理后在恒濕100%RH環(huán)境中拉伸試樣(B4)的斷口形貌分別如圖4和5所示?？諝庵欣煸嚇拥臄嗫谥行奶?圖 4(a))顯示出直徑不一的等軸韌窩，韌窩方向垂直于斷面，顯示為典型的韌性斷裂形貌；斷口側(cè)面的切邊基體暴露處(圖 4(b))也顯出為韌性斷裂形貌。預(yù)處理后在恒濕100% RH環(huán)境中拉伸試樣的斷口中心處(圖5(a))顯示出韌性斷裂形貌；而在斷口側(cè)面的切邊基體暴露處，局部有少量的撕裂棱，存在脆性斷裂的跡象(圖5(b))。

與熱浸鍍鋼材在海水中進(jìn)行SSRT試驗獲得的斷口[8]相比，可以發(fā)現(xiàn)，拉伸試樣均是首先在切邊處觀察到脆性斷裂的跡象，這一方面是由于切邊是鋼材基體與鍍層的交匯處，鍍鋅層與鋼材基體的電偶腐蝕作用促進(jìn)了氫原子的析出；另一方面，是由于試樣板材薄、寬厚比大，當(dāng)其拉伸至發(fā)生塑性變形時在此處易產(chǎn)生三向應(yīng)力集中[21]，促進(jìn)析出的氫進(jìn)入鋼材基體，因此，此處脆性斷裂最為明顯。此外，雖然熱鍍鋅鋼材在潮濕的海洋大氣中氫脆敏感性增加，但與海水中的情況相比，其氫脆敏感性并不高，這也是由于在恒濕的海洋大氣環(huán)境中，隨著電偶腐蝕的進(jìn)行，陰、陽極反應(yīng)更容易受到抑制而使得析氫反應(yīng)難以進(jìn)行，同時，生成的腐蝕產(chǎn)物在一定程度上阻止氫進(jìn)入鋼材基體造成的。

圖4 熱鍍鋅鋼材在空氣中拉伸后試樣斷口中央和邊緣的SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM images of fracture surface for center (a) and fringe (b) of untreated galvanized steel sample

圖 5 熱鍍鋅鋼材在恒濕 100%RH中拉伸試樣斷口的中央和邊緣的SEM照片F(xiàn)ig.5 SEM images of fracture surface for center (a) and fringe (b) of galvanized steel sample tested in wet air with 100%RH

3 結(jié)論

1) 將熱鍍鋅鋼材暴露在濕度高于80%RH的海洋大氣環(huán)境中會造成氫進(jìn)入鋼材基體；氫滲透電流先增大后逐漸減小，其最大值隨著濕度的增加而逐漸增大。

2) 鍍層出現(xiàn)缺陷能顯著加快對氫的吸收，且氫滲透電流的最大值隨鍍層缺陷的面積增加而降低。

3) 熱鍍鋅鋼材對氫的吸收會降低其斷后伸長率，在一定程度上增強(qiáng)其在海洋大氣中的氫脆敏感性。

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Effect of humidity on hydrogen embrittlement susceptivity of hot-dip galvanized steel exposed to simulated marine atmosphere

ZHANG Da-lei1,2, LI Yan1
(1. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China;2. Graduate School, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China)

The hydrogen permeation and embrittlement behavior of hot-dip galvanized steels exposed to stimulated marine atmospheric environments with different relative humidities(RH) at 30 ℃ were investigated by hydrogen permeation current measurement with modified Devanathan-Stachurski cell, slow strain rate tensile test and scanning electron microscopy technique. The results indicate that hydrogen permeation can be negligible if RH is less than 70%.With RH rising, the permeation curves increase gradually. The hydrogen absorption is accelerated by the cathodic protection of scratched steel surface afforded by zinc coating, and hydrogen permeation flux decreases with the exposed area of steel substrate increasing. Hydrogen absorption and permeation reduce the elongation after fracture of galvanized steel specimens; some lacerated phenomena occur in the fracture fringe, indicating that galvanized steels show higher hydrogen embrittlement susceptivity when being exposed to marine atmospheric environment.

hot-dip galvanized coating; hydrogen permeation; atmospheric corrosion; hydrogen embrittlement

TG 174.41

A

1004-0609(2010)03-0476-07

國家自然科學(xué)基金資助項目(40576038)；山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎勵基金資助項目(2006BS07008)

2009-04-27；

2009-09-10

李 焰，研究員，博士；電話：0532-82898832；E-mail: yanlee@ms.qdio.ac.cn

(編輯 楊 華)