WNQ570鋼在工業(yè)大氣下的腐蝕性能研究

劉建容 張萬靈 郎豐軍 馬 穎 龐 濤

（武鋼研究院 湖北 武漢：430080）

為滿足我國鐵路橋梁不斷向大跨度、重載荷、高速度方向發(fā)展的特點(diǎn)，武鋼開發(fā)了高強(qiáng)度橋梁鋼WNQ570，該鋼具有高強(qiáng)度（R≥570MPa，）、高韌性（－40℃ ，Akv≥120J）、優(yōu)異的焊接性（P≤0.20），以及良好的耐候性能等優(yōu)點(diǎn)［1］。近年來，人們對WNQ570鋼的力學(xué)性能、焊接性能等做了大量的研究工作［2］，但對WNQ570鋼的長期大氣暴露試驗(yàn)的大氣腐蝕性能的研究尚未見報(bào)導(dǎo)。本文采用實(shí)際大氣暴露的方法，對WNQ570鋼在工業(yè)大氣下的腐蝕性能進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為武鋼生產(chǎn)的 WNQ570熱軋板，以09CPCrNi和Q345鋼作為對比，化學(xué)成分見表1。試樣經(jīng)機(jī)械加工成為100mm×100mm×（3～4）mm的試樣，表面磨光，Ra為3.2μm。

表1 試驗(yàn)鋼的主要化學(xué)成分／wt%

1.2 試驗(yàn)站及其環(huán)境要素

大氣暴露點(diǎn)在武鋼曝曬場，武鋼站位于武漢市的東北部，處在武鋼廠區(qū)，年平均氣溫為17.4℃，平均相對濕度在70%～80%之間，SO2為0.072 mg／N·m3，屬典型的嚴(yán)酷工業(yè)大氣環(huán)境。試樣暴露前、后的處理與戶外暴露掛樣方式均符合GB／T 14165－93《黑色金屬室外大氣暴露試驗(yàn)方法》的要求。

1.3 帶銹樣陽極極化曲線的測定

帶銹樣留10mm×10mm的面積作為試驗(yàn)面，其余表面用石蠟密封。測試介質(zhì)為0.1mol／L Na2SO4溶液，溫度為30℃，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掃描速度向陽極極化方向，進(jìn)行極化曲線測定。

1.4 帶銹樣交流阻抗的測定

測試溫度：30℃；測試介質(zhì)：3%NaCl；測試儀器：電化學(xué)綜合測試儀（M273A恒電位儀、M5，210鎖相放大器）；輔助電極為鉑片，參比電極為飽和甘汞電極。交流阻抗譜的頻率響應(yīng)范圍為100kHz～100MHz，交流激勵(lì)信號(hào)幅值為10mV。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)鋼的腐蝕性能

圖1為三種材料的腐蝕量隨試驗(yàn)時(shí)間的變化曲線，試驗(yàn)初期腐蝕量增長較快，隨試驗(yàn)時(shí)間的延長腐蝕失重逐漸增大，但有逐漸減緩的趨勢。WNQ570鋼的耐蝕性與09CuPCrNi鋼相近優(yōu)于Q345鋼，在暴露試驗(yàn)8年時(shí)，WNQ570鋼、09CuPCrNi鋼的腐蝕率是Q345鋼的69%和60% 說明WNQ570鋼是一種優(yōu)良的耐工業(yè)大氣腐蝕用鋼。

圖1 試驗(yàn)鋼的腐蝕量與時(shí)間的變化

對各鋼種周期腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，證明符合以下公式。

式中：P 為腐蝕深度（μm）；t為暴露時(shí)間（d）；A、B為常數(shù)。

根據(jù)試驗(yàn)鋼的腐蝕數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析，求出其A、B系數(shù)，見表2。

表2 試驗(yàn)鋼腐蝕與時(shí)間方程的系數(shù)

2.2 帶銹樣的極化曲線

試驗(yàn)鋼暴露8年帶銹樣的陽極極化曲線測試結(jié)果見圖2。測試結(jié)果表明，WNQ570鋼的維鈍電流密度介于09CuPCrNi與Q345鋼之間。說明WNQ570鋼生成的銹層致密，工業(yè)大氣環(huán)境中，銹層的保護(hù)性優(yōu)于Q345鋼。

圖2 試驗(yàn)鋼在瓊海站暴露5年銹樣的極化曲線

2.3 帶銹樣的交流阻抗測試

對試驗(yàn)鋼暴露8年的帶銹樣進(jìn)行了交流阻抗測試，從阻抗圖譜可明顯看出為一復(fù)雜等效電路的阻抗譜，采用ZSimpWin3.10軟件，對測試圖進(jìn)行擬合分析，見圖3、圖4、圖5。結(jié)果表明，用等效電路描述為R（C（R（C（RT）（RW）））））的等效電路擬合時(shí)，其擬合曲線與實(shí)測曲線在各頻段符合得很好.其擬合方差小于10－4數(shù)量級，說明等效電路可很好地描述銹層下金屬的腐蝕與傳質(zhì)過程。描述碼中R表示電阻、C表示電容、T表示雙曲線正切導(dǎo)納、W 表示W(wǎng)arburg阻納。

圖3 WNQ570鋼交流阻抗測試圖譜

圖4 09CuPCrNi鋼交流阻抗測試圖譜

圖5 Q345鋼交流阻抗測試圖譜

根據(jù)等效電路圖及擬合結(jié)果得出各試樣的銹層電阻和反應(yīng)電阻隨測試浸泡的關(guān)系如圖6、圖7。從圖中可看出WNQ570鋼和09CuPCrNi鋼的銹層電阻和反應(yīng)電阻均高于Q345鋼，并隨浸泡時(shí)間延長而下降，Q345鋼銹層電阻和反應(yīng)電阻較小，浸泡時(shí)間的長短影響不大。

圖6 銹層電阻與浸泡時(shí)間的關(guān)系

圖7 反應(yīng)電阻與浸泡時(shí)間的關(guān)系

3 結(jié)論

（1）經(jīng)8年大氣暴露試驗(yàn)證明，WNQ570鋼的耐蝕性與09CuPCrNi鋼相近，優(yōu)于Q 345鋼，暴露試驗(yàn)8年時(shí)，WNQ570鋼的腐蝕率是Q345鋼69%，是一種優(yōu)良的耐工業(yè)大氣腐蝕用鋼。

（2）對大氣暴露8年銹樣的測試結(jié)果表明，WNQ570鋼銹層的維鈍電流小于Q345鋼的維鈍電流，銹層電阻和反應(yīng)電阻大于Q345鋼，其銹層保護(hù)性能優(yōu)于對比鋼Q345。

［1］鄒德輝，郭愛民.我國鐵路橋梁用鋼的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2009，24（9）：1－5.

［2］繆凱，胡因洪，牟文廣.WNQ570鋼超厚板氣保焊接頭性能的研究［J］.鋼鐵研究，2013，41（5）：30－31.