海洋大氣環(huán)境下磷釩系耐候鋼腐蝕數(shù)據(jù)分析

楊海洋 ，高志賢 ，黃桂橋

（1.鋼鐵研究總院 青島海洋腐蝕研究所，青島 266071； 2.青島鋼研納克檢測防護(hù)技術(shù)有限公司，青島 266071）

長期以來，海洋大氣環(huán)境中鋼結(jié)構(gòu)如鐵道、車輛、橋梁、塔架等的防腐和延壽備受關(guān)注，而耐候鋼因其良好的耐大氣腐蝕性能得到廣泛應(yīng)用。耐候鋼通常分為銅系、磷釩系和磷稀土系等，而磷釩系在實(shí)際中應(yīng)用廣泛，如12MnPV 等在海洋大氣中用于建造塔架等設(shè)施[1]。近年來，在海洋大氣環(huán)境中，耐候鋼腐蝕速率和腐蝕趨勢的研究獲得廣泛的重視[2-7]，對于獲得性能突出的耐候鋼并揭示耐候鋼的腐蝕規(guī)律有重要意義。本文選取了08PV、10MoPV、10CuPV 和10CrPV 四種耐候鋼（Q235作為用于對比鋼）進(jìn)行10年共5 周期的大氣暴露試驗(yàn)，研究磷礬系耐蝕鋼的腐蝕規(guī)律和其它元素對腐蝕的影響。

表1 試驗(yàn)站的地理位置及環(huán)境因素與氣象特征

1 試驗(yàn)方法

五種鋼暴露在國家大氣環(huán)境腐蝕青島海洋大氣腐蝕試驗(yàn)站，地理位置與環(huán)境氣象特征見表1 所示。試驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6464-1997《金屬及其覆蓋層大氣腐蝕試驗(yàn)現(xiàn)場試驗(yàn)的一般要求》，Q235 和四種磷釩系耐候鋼鋼樣品均為平板，尺寸為200mm×100mm×5mm，成分如表2 所示；暴露共分為5 個周期，分別為1年、2年、4年、7年和10年。

表2 五種鋼的成分

圖1 五種鋼暴露10年的試驗(yàn)腐蝕速率

2 結(jié)果和討論

2.1 腐蝕速率

五種材料暴露10年5 周期的試驗(yàn)腐蝕速率如圖1 所示，而Q235 鋼與耐候鋼腐蝕速率比值數(shù)據(jù)如圖2 和表3所示。

五種鋼的腐蝕速率的關(guān)系為：10CrPV ＜10CuPV＜10MoPV ＜08PV ＜Q235，結(jié)果顯示，四種耐候鋼耐大氣腐蝕屬性均好于對比鋼Q235，在四種耐候鋼中，含有Cr、Cu 和Mo 元素的三種材料腐蝕速率小于08PV。

圖2 Q235 與耐候鋼腐蝕速率比值與時間的關(guān)系

表3 Q235 鋼與耐候鋼腐蝕速率比值

在不同的周期，腐蝕速率的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。在暴露1年時，四種耐候鋼的腐蝕速率在0.0455 ～0.0583mm/a，而Q235 的腐蝕速率為0.0601mm/a；暴露2年時，四種耐候鋼的腐蝕速率在0.0283 ～0.034mm/a，而Q235 的腐蝕速率為0.042mm/a；暴露4年時，四種耐候鋼的腐蝕速率在0.021 ～0.0257mm/a，而Q235的腐蝕速率為0.0321mm/a；暴露7年時，四種耐候鋼的腐蝕速率在0.0162 ～0.0231mm/a，而Q235 的腐蝕速率為0.0307mm/a；暴露10年時，四種耐候鋼的腐蝕速率在0.0133 ～0.0205mm/a，而Q235 的腐蝕速率為0.0268mm/a。從表3 來看，Q235 鋼與耐候鋼腐蝕速率比值隨著周期的增大而逐漸增大，表明周期越長，耐候鋼耐蝕效果越好。從圖2 可以看出，Q235 鋼與耐候鋼腐蝕速率比值變化趨勢不同，08PV 的變化趨勢較為平緩，10MoPV 次之，10CuPV 和10CrPV 變化較快。這些趨勢表明在暴露五周期內(nèi)耐蝕效果為：08PV ＜10MoPV ＜10CuPV ＜10CrPV。

耐侯鋼的耐蝕性與添加元素類別和添加量息息相關(guān)，磷、釩、鉬、銅、鉻等元素的加入會促使鋼表面生成致密的內(nèi)銹層，增加界面電阻，抑制材料腐蝕的趨勢。通常認(rèn)為[1]，磷的富集會細(xì)化內(nèi)銹層的晶粒，促進(jìn)鋼的均勻溶解，使得內(nèi)銹層導(dǎo)電性下降，從而提高耐蝕性；釩都能細(xì)化晶粒，提高鋼的抗氧化性能，促使鋼形成致密的內(nèi)部組織；鉬主要是能提高鋼耐蝕性能，促進(jìn)穩(wěn)定銹層的形成；銅可以在銹層表面富集，提高銹層致密性，同時，會限制鋼中硫元素的有害作用；鉻在耐候鋼中的作用主要體現(xiàn)在促進(jìn)穩(wěn)定化銹層的形成。

2.2 平均腐蝕深度

四種耐候鋼與對比鋼Q235 的平均腐蝕深度與時間的關(guān)系如圖3 所示。數(shù)據(jù)按照D=Atn公式。獲得的A、n 數(shù)值如表4 所示。A 值主要與環(huán)境因素和污染物數(shù)據(jù)相關(guān)，而n 值表征腐蝕的發(fā)展趨勢[2～4]。A 值大小順序?yàn)椋篞235 ＞08PV ＞10MoPV ＞10CuPV ＞10CrPV，而n 值 的 順 序 是：Q235 ＞08PV ＞10MoPV ＞10CrPV ＞10CuPV，結(jié)果表明10CuPV 和10CrPV 的耐蝕效果最好。而對于10CuPV 和10CrPV，在10年范圍內(nèi)，10CrPV 的效果更好，而對于更長時間的暴露，10CuPV 的腐蝕效果會更好。

圖3 五種鋼試驗(yàn)平均腐蝕深度

表4 五種鋼數(shù)據(jù)擬合得到的A 和n 值

3 結(jié)論

1）四種磷釩系耐候鋼的腐蝕速率的關(guān)系為：10CrPV＜10CuPV ＜10MoPV ＜08PV，耐侯鋼的耐蝕性與添加元素類別和添加量相關(guān)。

2） 平均腐蝕深度數(shù)據(jù)結(jié)果表明，A 值大小順序?yàn)椋?0CrPV ＜10CuPV ＜10MoPV ＜08PV，而n 值 的順序是：10CuPV ＜10CrPV ＜10MoPV ＜08PV。

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