鍍鋅鋼在不同大氣環(huán)境中的腐蝕行為

楊海洋,丁國清,黃桂橋,劉凱吉,楊朝暉

(鋼鐵研究總院 青島海洋腐蝕研究所，青島 266071)

試驗研究

鍍鋅鋼在不同大氣環(huán)境中的腐蝕行為

楊海洋,丁國清,黃桂橋,劉凱吉,楊朝暉

(鋼鐵研究總院 青島海洋腐蝕研究所，青島 266071)

通過鍍鋅鋼在全國13個大氣腐蝕試驗站8 a的現(xiàn)場暴露試驗，觀察了鍍鋅鋼的表面形貌，進(jìn)行了表面評級，測試了腐蝕速率，并計算了碳鋼與鍍鋅鋼的腐蝕速率比值。結(jié)果表明:所有鍍鋅鋼板均出現(xiàn)表面變暗的現(xiàn)象，在拉薩、敦煌等站其表面變化較小，在青島、江津等站其腐蝕較為嚴(yán)重，表面存在一定程度的銹蝕，在萬寧站其表面銹蝕最嚴(yán)重；在13個站點鍍鋅鋼的腐蝕速率由大到小依次為萬寧>武漢>青島>沈陽>廣州>江津>北京>瓊海>西雙版納>庫爾勒>漠河>敦煌>拉薩；通過計算，碳鋼與鍍鋅鋼的腐蝕速率之比為9.2～2 000.0。在實際應(yīng)用中，鍍鋅鋼在不同環(huán)境中的厚度應(yīng)不同。

鍍鋅鋼;大氣環(huán)境;數(shù)據(jù)分析

研究和實踐表明[1-6]，鋅鍍層能大幅提高鋼基體抗大氣環(huán)境腐蝕的能力。鍍鋅層對鋼基體防護(hù)作用主要有鋅對鋼基體的陰極保護(hù)作用以及鋅所生成的氧化物、氫氧化物和各種堿式鹽等腐蝕產(chǎn)物對腐蝕的抑制作用。使用環(huán)境是影響鍍鋅層防護(hù)性能的主要因素之一[7]，大氣環(huán)境可分為鄉(xiāng)村大氣、城市大氣、工業(yè)大氣和海洋大氣，在不同環(huán)境中，腐蝕產(chǎn)物的組成不同，最終造成鍍鋅板腐蝕速率不同。

目前，有關(guān)鍍鋅層在不同環(huán)境中的腐蝕速率等相關(guān)數(shù)據(jù)以模擬試驗[8-9]所得數(shù)據(jù)為主，而有關(guān)其在實際工作環(huán)境中的腐蝕速率相關(guān)數(shù)據(jù)較少。本工作觀察了在武漢、庫爾勒、北京、萬寧、江津、拉薩、漠河、敦煌、西雙版納、青島、沈陽、廣州、瓊海等全國13個大氣環(huán)境腐蝕試驗站暴露8 a的鍍鋅板試樣，并對其進(jìn)行了腐蝕評級，研究鍍鋅層在實際大氣環(huán)境中的腐蝕規(guī)律。

1 試驗

將鍍鋅板試樣置于全國13個大氣環(huán)境腐蝕試驗站中，進(jìn)行為期8 a的大氣環(huán)境暴露試驗。試樣涂裝體系為鍍鋅(鈍化)，試樣尺寸為200 mm×100 mm，包邊處理，鍍鋅層施鍍量為275 g/m2，無鋅花。大氣環(huán)境暴露試驗后，觀察鍍鋅板試樣的腐蝕形貌并計算其腐蝕速率。

所有鍍鋅板試樣統(tǒng)一制備，分別在武漢、庫爾勒、北京、萬寧、江津、拉薩、漠河、敦煌、西雙版納、青島、沈陽、廣州、瓊海等13個國家大氣腐蝕試驗站投樣。各試驗站的氣象及環(huán)境因素見表1。

表1 大氣腐蝕試驗站的環(huán)境因素

鍍鋅板試樣暴露試驗參照GB/T 14165-1996《金屬和合金 大氣腐蝕試驗 現(xiàn)場實驗的一般要求》；試驗后的試樣評級參照GB/T 6461-2002《金屬基體上金屬和其他無機(jī)覆蓋層經(jīng)腐蝕試驗后的試樣和時間的評級》；試樣處理參照GB/T 16465-1996《金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》。

2 結(jié)果與討論

2.1 腐蝕形貌與表面評級

由圖1可見，所有鍍鋅板試樣表面均變暗，腐蝕較輕的試樣(如拉薩站、敦煌等站的試樣)表面無銹蝕，表面變暗不明顯；腐蝕較為嚴(yán)重的試樣(如青島站、江津等站的試樣)表面存在一定程度的銹蝕，而腐蝕最為嚴(yán)重的試樣(如萬寧站的試樣)表面嚴(yán)重銹蝕，出現(xiàn)開裂、鼓泡等現(xiàn)象。相關(guān)的表面評級結(jié)果見表2。

2.2 腐蝕速率

(a) 武漢 (b) 庫爾勒(c) 北京(d) 瓊海 (e) 江津

(f) 拉薩 (g) 漠河 (h) 敦煌 (i) 西雙版納 (j) 沈陽

(k) 青島 (l) 廣州 (m) 萬寧圖1 鍍鋅板試樣在13個試驗站經(jīng)8 a大氣環(huán)境暴露試驗后的表面形貌Fig. 1 Surface morphology of galvanized samples in 13 test stations after 8 a atmospheric exposure test

表2 鍍鋅板試樣在13個試驗站經(jīng)8 a大氣環(huán)境暴露試驗后的表面評級

表3 鍍鋅鋼與碳鋼在13個試驗站8 a大氣環(huán)境暴露試驗后的腐蝕數(shù)據(jù)

由表3可見，鍍鋅板試樣在13個站點的腐蝕速率有大到小，依次為萬寧>武漢>青島>沈陽>廣州>江津>北京>瓊海>西雙版納>庫爾勒>漠河>敦煌>拉薩，其中鍍鋅板試樣在萬寧站腐蝕最嚴(yán)重，腐蝕速率為17.175 μm·a-1，鍍鋅板試樣在拉薩站、敦煌站、漠河站、庫爾勒站腐蝕較輕，腐蝕速率為0.001～0.035 μm·a-1。而西雙版納、瓊海、青島、武漢等站點的腐蝕速率適中，為0.125～1.040 μm·a-1。碳鋼與鍍鋅鋼的腐蝕速率之比為9.2～2 000.0，其中在沈陽、武漢、青島、廣州、西雙版納、北京的比值較小，在瓊海和江津的比值居中，在漠河、敦煌、庫爾勒和拉薩的比值較高。

試驗結(jié)果表明:在庫爾勒、拉薩、漠河以及敦煌等試驗站點鍍鋅板腐蝕較輕，主要由于這些站點氣候干燥且污染物較少，在鍍鋅層表面難以形成電化學(xué)腐蝕薄液膜，腐蝕層的形成更加困難，其生成腐蝕產(chǎn)物的時間更長，腐蝕相對較輕；西雙版納、瓊海和北京次之，西雙版納試驗站屬于季雨林氣候，瓊海試驗站屬于北熱帶濕潤區(qū)強(qiáng)村氣候，而北京試驗站屬于暖溫帶亞濕潤區(qū)半鄉(xiāng)村氣候，它們存在一定的濕度和污染物影響，但影響適中；而在典型海洋性大氣環(huán)境或工業(yè)大氣環(huán)境中，由于侵蝕性的Cl-和腐蝕性的SO2氣體，Cl-的沉積會加速鋅的腐蝕，而在潮濕環(huán)境中，鋅和SO2會相互作用生成Zn2+和SO42-，推動電化學(xué)腐蝕過程的發(fā)生。鍍鋅板試樣在屬于工業(yè)大氣環(huán)境的武漢、沈陽、廣州、江津以及屬于海洋大氣環(huán)境的青島、萬寧均有比較嚴(yán)重的腐蝕，而其中腐蝕最嚴(yán)重的是在萬寧站的鍍鋅板試樣，其表面已失去保護(hù)作用，基體已被腐蝕。因此，針對不同的環(huán)境設(shè)計鍍鋅層的厚度應(yīng)該不同，在腐蝕嚴(yán)重的地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)增加鍍鋅層厚度避免出現(xiàn)基體的銹蝕或開裂現(xiàn)象。

3 結(jié)論

(1) 經(jīng)8 a大氣環(huán)境暴露試驗后，13個站點的鍍鋅板試樣表面均變暗，腐蝕較輕的如拉薩、敦煌等站的試樣表面無銹蝕，表面變暗不明顯，腐蝕較嚴(yán)重的如青島、江津等站的試樣表面存在一定程度的銹蝕，腐蝕最嚴(yán)重是在萬寧站的試樣，其表面嚴(yán)重銹蝕，出現(xiàn)開裂、鼓泡等現(xiàn)象。

(2) 13個站點腐蝕速率由大到小依次為萬寧>武漢>青島>沈陽>廣州>江津>北京>瓊海>西雙版納>庫爾勒>漠河>敦煌>拉薩。

(3) 碳鋼Q235B與鍍鋅鋼的腐蝕速率之比為9.2～2 000.0，其中沈陽、武漢、青島、廣州、西雙版納、北京的比值較小，瓊海和江津居中，漠河、敦煌、庫爾勒和拉薩比值較高。

(4) 針對不同的使用環(huán)境，鍍鋅層的厚度應(yīng)該不同，在腐蝕嚴(yán)重的地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)增加鍍鋅層厚度避免出現(xiàn)基體的銹蝕或開裂現(xiàn)象。

致謝:本文所獲的數(shù)據(jù)是由北京621所、鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所、武漢材料保護(hù)研究所、重慶五九所、中國電器科學(xué)研究院、中國科學(xué)院金屬研究所等多家單位長期工作的結(jié)果，成果屬于全體工作人員。

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Corrosion Behavior of Galvanized Steels in Different Atmospheric Environments

YANG Haiyang, DING Guoqing, HUANG Guiqiao, LIU Kaiji, YANG Zhaohui

(Qingdao Marine Corrosion Institute, Central Research Institute of Iron and Steel, Qingdao 266071, China)

Galvanized steels were exposed in 13 atmospheric sites in China for 8 a, the surface morphology was observed, surface rating was carried out, corrosion rate was tested and the corrosion rate ratio of carbon steel to galvanized steels was calculated. The results showed that the surface of all galvanized steels got dark, the change was little in Lasa and Dunhuang, but rusting appeared in Qingdao and Jiangjin and the most serious corrosion appeared in Wanning. The order of corrosion rate in 13 sites was: Wanning>Wuhan>Qingdao>Shenyang>Guangzhou>Jiangjin>Beijing>Qionghai>Xishuangbanna>Kuerle>Mohe>Dunhuang>Lasa. By calculating, the corrosion rate ratio of carbon steel to galvanized steels was between 9.2 to 2 000.0. In practical application, the thickness of galvanized steel should be different for the different environmental conditions.

galvanized steel; atmospheric environment; data analysis

10.11973/fsyfh-201705011

2015-10-22

國家科技基礎(chǔ)條件平臺項目(2005DKA10400)

楊海洋(1982-)，工程師，碩士，從事海洋環(huán)境腐蝕與防護(hù)相關(guān)工作,13864220632,yanghaiyang2001@sina.com

TG172

A

1005-748X(2017)05-0369-03