重軌鋼腐蝕的研究進(jìn)展

吳世杰，劉麗霞,b，彭軍,b

（內(nèi)蒙古科技大學(xué) a.材料與冶金學(xué)院，b.內(nèi)蒙古自治區(qū)先進(jìn)陶瓷與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

從1997年至2007年，我國鐵路完成六次大提速。開行時(shí)速200 km/h以上的車組52對(duì)，出現(xiàn)中國品牌的 CRH，形成一批快速客運(yùn)通道，高速鐵路進(jìn)一步發(fā)展。京包、京九等鐵路速度提升至200 km/h；京滬、京廣最高時(shí)速達(dá)250 km/h，我國鐵路已經(jīng)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。發(fā)展高速鐵路有利于交通狀況改善，歐美、亞洲等國和地區(qū)均計(jì)劃進(jìn)一步發(fā)展高速鐵路。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年金屬腐蝕是地震、水災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害造成損失總和的6倍。多年來，鐵路腐蝕給鐵路行業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。鋼軌腐蝕會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鐵軌的損壞，給交通帶來巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)，造成人民財(cái)產(chǎn)的損失[1]。鋼軌腐蝕問題越來越受到人們的重視，大氣腐蝕已成為影響鋼軌使用壽命的重要因素。隨著我國社會(huì)的發(fā)展，大氣污染日益加重，鋼軌腐蝕的問題必然會(huì)更加嚴(yán)重。因此，為了提高鋼軌耐蝕性能，國內(nèi)外相關(guān)科技工作者很早就開始在鋼軌腐蝕機(jī)理、銹層成分、腐蝕電化學(xué)等方面進(jìn)行了理論研究與技術(shù)探索，但實(shí)際應(yīng)用卻進(jìn)展緩慢。國內(nèi)對(duì)鋼軌損傷的研究僅限于對(duì)鋼軌的機(jī)械和疲勞分析，很少考慮各種腐蝕因素（如水分、大氣污染、溫差、雜散電流等）的影響。所以，研究鋼軌的腐蝕原理，找出防止其腐蝕的措施十分必要。

1 國內(nèi)外重軌鋼研究簡介

鋼軌是軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，承擔(dān)著引導(dǎo)車輪、傳遞載荷的作用。我國早期使用的鋼軌為碳素鋼軌，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，開始使用微合金和合金鋼軌，90年代又成功研發(fā)了Cr-Mn-Mo系貝氏體鋼軌，近幾年國內(nèi)開發(fā)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.90%～1.0%的過共析鋼軌，目前正在進(jìn)行使用考核[2]。重軌鋼在我國主要是指生產(chǎn)60～70 kg/m的重軌（含道岔）使用的鋼種。國內(nèi)重軌鋼生產(chǎn)廠家包括包鋼、武鋼、鞍鋼、攀鋼、邯鋼等鋼鐵企業(yè)。攀鋼主要生產(chǎn)的鋼種有 U71Mn/U71MnG、U75V/U75VG、U78CrV等材質(zhì)鋼軌，道岔用50AT、60AT、60D40、60TY等品種鋼軌。鞍鋼主要生產(chǎn)的鋼種有U71Mn/U71MnG、U75V/U75VG、U77MnCr等材質(zhì)鋼軌，道岔用 50AT、60AT等品種鋼軌。包鋼和武鋼生產(chǎn)百米定尺鋼軌[3]。目前關(guān)于高速重軌鋼的研究主要集中在提高重軌鋼的抗疲勞、抗磨耗性能和純凈度方面。

國外大約有23家比較知名的重軌生產(chǎn)廠家，一直在研制高強(qiáng)重軌鋼。日本新日鐵公司[4]研制出來的高強(qiáng)重軌鋼是過共析鋼軌鋼，通過增加鋼軌成分中的碳含量，達(dá)到增加珠光體組織中滲碳體片層厚度的目的，進(jìn)而使重軌鋼具有更高的強(qiáng)度和耐磨性。英鋼聯(lián)研究開發(fā)出硬度達(dá) 445HB的低碳馬氏體鋼軌，該鋼軌的耐磨性和韌性均較高[6]。德國Thyssenstarh研制出的高強(qiáng)重軌鋼是貝氏體鋼軌，軌頭硬度達(dá)425HB，已經(jīng)進(jìn)行了鋪設(shè)試驗(yàn)，證實(shí)其耐磨性比普通熱處理鋼軌好。貝氏體鋼軌強(qiáng)度高、韌性和塑性好，是珠光體鋼軌的2～5倍，同時(shí)還易于與珠光體鋼軌焊接。美國鐵路、日本NKK和Burlington Northern聯(lián)合開發(fā)了“抗破損”的高強(qiáng)重軌鋼，與普通鋼軌相比，該種鋼軌具有更強(qiáng)的抗破損能力[5]。

國內(nèi)通過在重軌鋼中添加合金元素，改善鋼軌性能，提高鋼軌耐磨性方面的研究較多。攀鋼通過添加V研制開發(fā)了PD3、PD4等合金重軌鋼，包鋼通過添加V、Nb、Cr、RE，研制開發(fā)了U75V、U76CrRE、BNbRE等合金重軌鋼。鋪設(shè)結(jié)果表明，添加了合金元素的重軌鋼，其耐磨性能和使用壽命均比普通鋼軌有所提高。

全世界的鋼鐵和金屬設(shè)備每年因腐蝕造成的損失非常高，腐蝕帶來的環(huán)境污染等問題在嚴(yán)重時(shí)甚至讓人民的生命安全難以得到保障。按照產(chǎn)生腐蝕的環(huán)境狀態(tài)，腐蝕可以分為大氣腐蝕、土壤腐蝕、微生物腐蝕、淡水和海水腐蝕，鐵路鋼軌的腐蝕多數(shù)情況下屬于大氣腐蝕。根據(jù)機(jī)理的不同，可以將腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，鋼軌腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。鐵路軌道的腐蝕主要發(fā)生在海邊、陰暗隧道和濕潤的大氣環(huán)境中，其失效的主要原因是大氣腐蝕和應(yīng)力損壞。鋼軌腐蝕是以下因素的綜合作用，首先，大氣中的濕潤空氣、污染的氣體、雨水和晝夜溫差為軌道的電化學(xué)腐蝕提供了條件。其次，機(jī)車的頻繁應(yīng)力導(dǎo)致軌道變形和進(jìn)一步加快電化學(xué)腐蝕。同時(shí)，由于軌道對(duì)地面的絕緣受限，機(jī)車牽引電流在電路回路中不可避免地泄漏，這使得電化學(xué)反應(yīng)速度加快，鐵路腐蝕加劇[1]。

2 合金元素對(duì)重軌鋼腐蝕的影響

目前重軌鋼中加入的合金元素有C、Si、Mn、V、Nb、Ti、W、Cu、Al、Si、Cr或Ni等，其中 C是添加最廣的元素，可以提高屈服點(diǎn)及抗拉強(qiáng)度，但其對(duì)材料的塑性和沖擊性的影響是消極的，當(dāng)材料中 C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.23%時(shí)，鋼材焊接性能急劇下降，大氣腐蝕能力變差，已發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。這是因?yàn)樘荚氐难趸^電位較低，發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的熱力學(xué)趨勢(shì)較大。Si通常在煉鋼的過程中作為還原劑和氧化劑，所以鋼材一般都含有Si，可以明顯增強(qiáng)鋼材的彈性極限值，屈服點(diǎn)和抗拉伸強(qiáng)度也會(huì)提高。Mn在鋼鐵煉制的過程中通常作為良好的脫氧、脫硫劑，錳鋼較普通鋼材具有許多優(yōu)點(diǎn)，如機(jī)械強(qiáng)度高、韌性更強(qiáng)、硬度高、抗拉伸能力好，同時(shí)熱處理及加工性能方面同樣表現(xiàn)優(yōu)異，淬性好，屈服點(diǎn)較普通鋼提高40%，耐磨性能優(yōu)異，但高錳鋼影響材料的抗腐蝕性能和焊接性能。在不同環(huán)境下合金元素對(duì)腐蝕速率的影響是不同的，Cr可有效降低鋼材在較高 Cl?濃度中的點(diǎn)腐蝕速率，相反，Cu、P可以有效防止二氧化硫污染的影響[7]。V在鋼鐵生產(chǎn)過程中起到優(yōu)良脫氧劑的作用，鋼材中V的添加可以使材料的強(qiáng)度和韌性顯著增加，并且在后續(xù)熱處理的過程中對(duì)微觀組織的晶粒有細(xì)化作用，并且在高溫高壓下抗氫腐蝕能力明顯增強(qiáng)。

Nb的添加主要作用于鋼材微觀組織，細(xì)化晶粒的同時(shí)可以使材料過熱敏感性降低，回火脆性減弱，強(qiáng)度增強(qiáng)，抗大氣腐蝕性能提高，高溫高壓下耐受氫、氮、氧的腐蝕，并且適當(dāng)?shù)奶砑涌梢允共牧弦子诤附?。王曉麗等[8-9]在U76CrRE重軌鋼中添加合金元素Nb，在模擬工業(yè)大氣腐蝕中發(fā)現(xiàn)，Nb的添加有利于銹層中物質(zhì)的生成，因此加入適量的Nb有利于提高鋼材的耐腐蝕性。通過研究表明，RE在基體的局部富集促進(jìn)了銹層中穩(wěn)定性α-FeOOH的快速生成，改善了重軌鋼在工業(yè)大氣環(huán)境下的耐腐蝕性能。吳志峰等[10]研究發(fā)現(xiàn)，La可以使點(diǎn)蝕電位升高，添加La后腐蝕銹層更加連續(xù)、致密，腐蝕性粒子難以進(jìn)入金屬基體，從而使得重軌鋼的耐腐蝕性能提高。竇為學(xué)等[11]在U75V高速重軌鋼中加入合金元素Cr，通過電化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，適量的Cr有利于提高鋼基體銹層的致密性，進(jìn)而提高耐腐蝕性。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.45%Cr的試驗(yàn)鋼自腐蝕電流密度比其他三種試驗(yàn)鋼都低，耐腐蝕能最佳。

Y.H.Qian等[12]研究了Cr含量對(duì)鋼軌耐腐蝕性能的影響，Cr的加入提高了鋼的鈍化能力，除銹后，Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于7%的鋼的腐蝕電流密度明顯降低。T.Misawa等[13]的研究結(jié)果表明，合金元素在重軌鋼的內(nèi)層銹層中富集，使得鋼軌的內(nèi)層銹層明顯比碳鋼的內(nèi)層銹層致密，增強(qiáng)了鋼的耐蝕性。T.Kamimura[14]研究了含Cr鋼在濕/干循環(huán)過程中的腐蝕，發(fā)現(xiàn)在干燥過程中，含Cr鋼的腐蝕速率低是由于在Cr摻雜的氧化物存在下，生銹層內(nèi)的銹蝕減少，F(xiàn)e2+的形成受到抑制，從而提高了Cr重軌鋼的耐腐蝕性。同時(shí)通過電化學(xué)分析，也能了解到重軌鋼腐蝕速率較低。

B.Panda等[15]采用失重法、紅外光譜、銹蝕形貌和EIS分析等方法，研究了添加銅、鉬、鉻、鎳、硅合金的新型鋼軌鋼在潮濕干燥鹽霧49 a后的腐蝕行為，所有鋼軌的減重值相似。所有鋼軌內(nèi)層和外層鐵銹層的鑒定相為非晶 γ-FeOOH（lepidocrocite）、Fe3?xO4（磁鐵礦）、非晶 α-FeOOH（goethite）和非晶δ-FeOOH。在所有鋼軌中，F(xiàn)e3?xO4被認(rèn)為是主要的銹蝕相。與C-Mn、Cu-Si鋼軌鋼相比，Cu-Mo、Cr-Mn、Cu-Ni、Cr-Cu-Ni、Cr-Cu-Ni、Cr-Cu-Si鋼軌鋼的 ZCP要高，所有鋼軌鋼在沒有任何外部電位情況下的自由腐蝕電位（FCP）均相似。由于氧在室溫下的最大溶解度很低，陰極反應(yīng)速率受氧從本體溶液擴(kuò)散到鋼表面的限制，因此所有鋼軌鋼的陰極反應(yīng)均受到擴(kuò)散的限制。在銹蝕 49 a后，所有鋼軌的阻抗譜中均出現(xiàn)了兩個(gè)時(shí)間常數(shù)。通過對(duì)低頻阻抗數(shù)據(jù)的比較發(fā)現(xiàn)，鉻銅鎳鋼軌的擴(kuò)散效應(yīng)低于其他鋼軌。曝露氣體條件下中性溶液的主要還原反應(yīng)是氧的還原（O2+2H2O+4e=4OH?），這與CrCuNi鋼軌銹蝕大孔數(shù)減少有關(guān)。CrCuNi和CrCuNiSi鋼軌上形成的致密鐵銹使得高頻區(qū)域的阻抗較高，耐腐蝕性能更好。CrCuNi和CrCuNiSi鋼軌表面銹蝕的顯微形貌如圖1所示[15]。

圖1 CrCuNi和CrCuNiSi鋼軌表面銹蝕的顯微形貌Fig.1 SEM micrograph of corrosion on CrCuNi and CrCuNiSi steel rails surface

3 組織結(jié)構(gòu)對(duì)重軌鋼腐蝕的影響

在很長時(shí)間內(nèi)，國內(nèi)外學(xué)者就合金元素和晶粒尺寸等對(duì)鋼大氣腐蝕性能的影響做了很多研究，卻很少研究金相組織對(duì)鋼腐蝕的影響。由于鋼軌的腐蝕日益嚴(yán)重，人們逐漸發(fā)現(xiàn)金相組織對(duì)鋼的腐蝕也有較大程度的影響。有人曾對(duì)不同組織的耐候鋼進(jìn)行耐腐蝕分析，發(fā)現(xiàn)低碳貝氏體組織比其他組織類型的鋼更耐腐蝕。在模擬大氣腐蝕環(huán)境下，馬氏體鋼耐腐蝕性能大于針狀鐵素體鋼和珠光體+鐵素體鋼。不同組織對(duì)鋼的耐腐蝕性能有很大的影響，所以非常有必要研究組織對(duì)鋼腐蝕的作用和機(jī)理[16]。重軌鋼通過熱處理的方法來減少組織晶間間距，以提高其耐腐蝕性。郭佳等[17]研究發(fā)現(xiàn)顯微組織直接影響鋼初期腐蝕，并間接影響長期腐蝕。在初期腐蝕時(shí)，鐵素體鋼中大角晶界易于優(yōu)先腐蝕，而貝氏體內(nèi)小角晶界擇優(yōu)腐蝕減弱，鐵素體加珠光體的擇優(yōu)腐蝕集中于珠光體及其邊界。鐵素體裸鋼有較強(qiáng)的耐腐蝕性，貝氏體與鐵素體+珠光體裸鋼初期耐腐蝕性差，長期腐蝕性能更優(yōu)。貝氏體鋼不僅具備優(yōu)良的強(qiáng)韌性，也具備優(yōu)良的耐腐蝕性能。鐵素體+珠光體鋼的長期耐腐蝕性能也較好的原因可能是由于珠光體中的滲碳體片對(duì)銹層與基體起鉚接作用[18]。

邵軍[19]研究了組織為馬氏體、貝氏體＋鐵素珠、珠光體＋鐵素體的低合金高強(qiáng)度船板鋼在酸性氯離子環(huán)境下的耐蝕性，結(jié)果表明組織對(duì)鋼的耐蝕性有明顯的影響。馬氏體結(jié)構(gòu)單一以及碳化析出量少，結(jié)構(gòu)之間沒有明顯的相位差，腐蝕反應(yīng)均勻分布在鋼材表面，易形成致密的銹層，對(duì)基體具有較好的保護(hù)效果。董杰吉[20]等研究發(fā)現(xiàn)，由于碳濃度分布不均，加速了鐵素體+珠光體組織鋼中微電池的形成，降低了鋼的耐蝕性。ULCB鋼是一種均勻、細(xì)密的板條狀貝氏體組織，不會(huì)產(chǎn)生明顯的電化學(xué)效應(yīng)，因而ULCB鋼具有良好的耐蝕性，能夠滿足使用條件。Z.F.Wang等[21]比較了加速循環(huán)腐蝕試驗(yàn)后的ULCB鋼和09CuPCrNi鋼的耐蝕性，并研究了微觀結(jié)構(gòu)對(duì)腐蝕的影響，發(fā)現(xiàn)采用均勻的組織、較低的碳含量、大量的低角度邊界和隨機(jī)分布的Σ3邊界可以有效地提高ULCB鋼的耐蝕性。

任安超等[22]通過掃描電鏡觀察和測(cè)量 U75V和U68CrCu鋼軌鋼的珠光體，研究這兩種鋼早期的腐蝕機(jī)理。研究結(jié)果表明，熱軋后 U68CrCu鋼軌鋼珠光體片層間距明顯減少，表面形成更多的微電池，更容易形成均勻腐蝕，銹層更加致密。相對(duì)于U68CrCu，U75V鋼軌珠光體片層間距大且比較粗糙，形成微電池相對(duì)較少，更容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕，從而導(dǎo)致腐蝕速度相對(duì)較快。珠光體鋼容易被腐蝕主要與珠光體片層間距有關(guān)，如圖2所示。微觀組織為珠光體復(fù)相組織的U71Mn鋼樣，經(jīng)過周期性浸潤腐蝕，自腐蝕電位隨著時(shí)間的增加而降低，腐蝕傾向較大，腐蝕電流的增加表明，隨著腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展，鋼材的抗腐蝕能力降低。通過對(duì)腐蝕產(chǎn)物的觀察可知，銹層形貌較為粗糙，且分布均勻性差，其中包含的滲碳體會(huì)在U71Mn內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕微電池，進(jìn)而使得鋼中鐵素體組織的腐蝕速率增加。

圖2 U68CrCu鋼軌鋼珠光體腐蝕Fig.2 Pearlite corrosion of U68CrCu steel rail

D.Clover[23]研究表明，腐蝕/滲透速率的變化部分是由微觀結(jié)構(gòu)的差異而造成的。研究發(fā)現(xiàn)，具有帶狀鐵素體/珠光體結(jié)構(gòu)的鋼在局部腐蝕方面表現(xiàn)不佳，這歸因于碳化鐵相滲碳體（Fe3C）的分離分布。相比之下，觀察到的所有其他微觀結(jié)構(gòu)為均勻的滲碳體。鋼的細(xì)化鐵素體、鐵素體/粗粒、點(diǎn)針狀珠光體/珠光體或回火馬氏體微觀組織的腐蝕性能存在微不足道的差異。無論如何，鐵素體/粗粒和少量珠光體/珠光體材料在平均腐蝕和滲透性方面表現(xiàn)得更好。D.Clover推測(cè)，在富碳相和大塊鋼之間形成了電偶，注意到滲碳體相對(duì)于鐵是陰極的。同樣，與鐵相比，錳的陽極性更強(qiáng)，這可能有利于在錳和大塊材料之間形成一對(duì)電偶。顯然，這兩種效應(yīng)將相互競(jìng)爭。錳還影響鋼中含碳相的形成，富含錳的區(qū)域有優(yōu)先形成珠光體的趨勢(shì)。T.Perez[24]等研究表明，鐵素體在珠光體晶粒中的優(yōu)先腐蝕，珠光體鋼表面形成層狀或片狀滲碳體（珠光體為滲碳體的層狀結(jié)構(gòu)，F(xiàn)e3C、鐵氧體和鐵）。隨后，碳酸鐵垢被困在片層珠光體之間，進(jìn)而形成電解質(zhì)和鋼之間的物理屏障，然而，表面不均勻的鱗片覆蓋可能有利于局部腐蝕。

4 熱處理工藝或加工工藝對(duì)重軌鋼腐蝕的影響

通過不同熱處理工藝獲取不同細(xì)小程度的珠光體組織，研究珠光體組織對(duì)抗大氣腐蝕的影響。研究不同的熱處理工藝，以獲取不同程度的晶粒，達(dá)到不同的耐腐蝕效果，從而研究不同的重軌鋼耐腐蝕性能。周麗等[25]對(duì)含Cr重軌鋼進(jìn)行不同加工工藝處理，以模擬其在工業(yè)大氣環(huán)境下的腐蝕，研究表明，經(jīng)軋制處理的含Cr重軌鋼的耐腐蝕性明顯比經(jīng)鍛造處理的高。含Cr重軌鋼經(jīng)軋制處理后能促進(jìn)保護(hù)性銹層增加，提高了銹層阻止侵蝕性介質(zhì)穿透的能力。另外，軋制處理可提高重軌鋼的耐工業(yè)性大氣腐蝕性。隨時(shí)間的增加，軋制鋼比鑄造鋼更容易生成均勻的銹層。

E.Robert[26]研究了低水平的拉伸應(yīng)變應(yīng)用于先前腐蝕的鋼試樣，結(jié)果表明低水平拉伸應(yīng)變對(duì)金屬表面的附著銹蝕損失的影響相對(duì)較小，Songbo Yin[27]研究了預(yù)變形對(duì)碳鋼磨損腐蝕協(xié)同效應(yīng)的影響，結(jié)果表明總的磨損和腐蝕磨損協(xié)同作用均隨應(yīng)變率的增加而增強(qiáng)。預(yù)變形對(duì)腐蝕磨損有兩個(gè)影響。一方面，之前的應(yīng)變硬化可能或多或少有利于耐磨性[28-29]，因?yàn)殡S著材料硬度的增加，磨損損失降低，盡管這種好處會(huì)受到位錯(cuò)構(gòu)型的影響。另一方面，預(yù)變形引起的位錯(cuò)密度的增加會(huì)增大腐蝕速率[30]，從而增強(qiáng)磨損腐蝕的協(xié)同作用，進(jìn)而導(dǎo)致更大的材料損失。更重要的是，其他缺陷，特別是之前的高應(yīng)變率變形所產(chǎn)生的高密度微裂紋，可能會(huì)在腐蝕磨損過程中顯著惡化目標(biāo)材料的力學(xué)性能。腐蝕輔助裂紋擴(kuò)展已被廣泛研究[31]，裂紋主要通過溶解作用擴(kuò)展，殘余韌帶在外加應(yīng)力的作用下因機(jī)械斷裂而失效[32]。朱曄[33]研究了U74鋼軌，獲得超細(xì)珠光體，結(jié)果表明變形溫度控制在850～900 ℃、變形程度控制在50%時(shí)珠光體片層間距最小，并且隨冷卻速度增加而減小。變形溫度在850～900 ℃時(shí)，球團(tuán)最小，并隨變形程度、冷卻速度的增大而減小。通過多道次熱軋變形工藝模擬試驗(yàn)測(cè)定獲得超細(xì)珠光體組織的最佳變形工藝為 850 ℃終軋、5～10 ℃/s。細(xì)化珠光體晶粒有利于提高耐腐蝕性。

吳慶輝等[34]通過在熱模擬機(jī)上對(duì)耐腐蝕鋼進(jìn)行單道次壓縮試驗(yàn)，測(cè)定在變形溫度和變形量一定的情況下，降低變形速率有利于原奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為，空冷后獲得的珠光體間距減少。劉天模等[35]研究了不同冷卻速度對(duì)珠光體重軌鋼組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)冷卻速度主要影響鋼的珠光體片間距，但對(duì)珠光體的大小沒有明顯影響。細(xì)化珠光體片間距可以提高鋼的耐腐蝕性。鋼材腐蝕是一個(gè)嚴(yán)重的問題，因此研究鋼的腐蝕機(jī)理和腐蝕性能，目的是提出保護(hù)措施和防腐辦法。吳紅艷[36]采用多道次軋制，用TEM觀察試驗(yàn)鋼組織為針狀鐵素體和板條貝氏體，析出物為Ti和Nb的復(fù)合碳氮化物。在熱連軋生產(chǎn)線上采用兩階段軋制，生產(chǎn)了09CuPTi系耐候鋼。結(jié)果表明，在腐蝕初期，腐蝕速度隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而增大，在后期腐蝕速度逐漸降低，09CuPTi鋼的腐蝕速率與SPA-H鋼相當(dāng)，但低于Q345鋼。09CuPTi鋼銹層分為內(nèi)外兩層，內(nèi)銹層致密，主要由 α-FeOOH和少量γ-Fe2O3組成；Q345鋼銹層主要由 α-FeOOH、γ-Fe2O3和Fe3O4組成。電化學(xué)試驗(yàn)表明，腐蝕產(chǎn)物促進(jìn)陰極過程，抑制陽極過程。

5 結(jié)語

隨著中國鐵路建設(shè)和鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，應(yīng)該加快耐腐蝕鐵路的研發(fā)，以滿足我國多樣化的氣候。雖然研究耐腐蝕鋼軌鋼多年，但還有許多亟待解決的課題，例如合金元素含量與非晶態(tài)銹物質(zhì)之間的關(guān)系、工業(yè)大氣氣氛中β-FeOOH和SO42+的關(guān)系、銹層穩(wěn)定化技術(shù)的開發(fā)、新型經(jīng)濟(jì)耐候鋼種的研發(fā)、缺乏對(duì)重軌鋼腐蝕數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等等。應(yīng)該結(jié)合自身特點(diǎn)，借鑒外國先進(jìn)研究成果，開發(fā)適合我國的耐腐蝕的重軌鋼，在重軌鋼中加入合金元素、不同組織、熱處理等加工工藝來研究鋼軌腐蝕。重軌鋼腐蝕過程是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，包含物理領(lǐng)域、化學(xué)領(lǐng)域、電化學(xué)領(lǐng)域等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。對(duì)大氣腐蝕的機(jī)理研究，應(yīng)該在不同階段采用不同的研究方法進(jìn)行機(jī)理、銹層產(chǎn)物探索。在原有的基礎(chǔ)上，結(jié)合一些新的研究手段，能使我們更清楚地了解重軌鋼腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)及演變作用機(jī)理。