550NH 耐候鋼在3 種典型大氣環(huán)境中的初期腐蝕行為

李宗強(qiáng)， 韋素欣， 王艷麗， 張盛華

(1.廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心， 廣西 柳州 545002；2.廣西大學(xué)a.資源環(huán)境與材料學(xué)院， b.化學(xué)化工學(xué)院， 廣西 南寧 530004；3.特色金屬材料與組合結(jié)構(gòu)全壽命安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣西 南寧 530004)

0 前 言

耐候鋼常通過(guò)在冶煉過(guò)程中添加少量的耐候抗蝕合金元素，如Cu、Ni、Cr、Ti 等，來(lái)促進(jìn)表面形成致密保護(hù)性銹層，阻礙大氣環(huán)境中氧氣、水、CO2、SO2、Cl-、NOx等腐蝕物質(zhì)進(jìn)入鋼基體，進(jìn)而減緩腐蝕行為，延長(zhǎng)使用壽命[1-5]。 戶(hù)外大氣暴露試驗(yàn)可以直觀、可靠地反映耐候鋼在大氣環(huán)境下的腐蝕行為[6，7]。 近年來(lái)，研究人員廣泛開(kāi)展了對(duì)不同地區(qū)典型氣候下耐候鋼腐蝕行為的研究。 王發(fā)倉(cāng)等[8]分析了在馬累島暴曬6 個(gè)月的碳鋼、普通耐候鋼和新型Ni 系耐候鋼的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)新型Ni 系耐候鋼形成的銹層表面平整致密，Ni 的存在有效減緩了腐蝕過(guò)程。 劉雨薇等[9]在南海地區(qū)對(duì)暴露2 個(gè)月、5 個(gè)月的碳鋼和耐候鋼腐蝕速率進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)暴露2 個(gè)月兩者腐蝕速率相近，經(jīng)過(guò)5 個(gè)月腐蝕后，耐候鋼的腐蝕速率出現(xiàn)明顯下降。 潘雪新等[10]對(duì)4 個(gè)不同典型大氣環(huán)境下G-355NH 耐候鋼腐蝕行為進(jìn)行探討，發(fā)現(xiàn)溫度、濕度不同造成的區(qū)域性差異顯著影響該耐候鋼初期大氣腐蝕行為，但在12 個(gè)月后腐蝕速率相近。 王力等[11]在吐魯番干熱大氣環(huán)境中對(duì)碳鋼和耐候鋼進(jìn)行長(zhǎng)期暴露試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)耐候鋼表面形成了更多的α-FeOOH，銹層更為致密，在干熱大氣環(huán)境下也具有較好的耐腐蝕性。 而廣西壯族自治區(qū)的氣候環(huán)境與上述地區(qū)有所不同，地處低緯地區(qū)，南瀕熱帶海洋，雨、熱資源豐富，且雨熱同季，獨(dú)特的氣候特征對(duì)耐候鋼的腐蝕規(guī)律也會(huì)有所差異。 目前，針對(duì)廣西壯族自治區(qū)的耐候鋼腐蝕行為研究較少，尤其是針對(duì)不同區(qū)域氣候環(huán)境下較長(zhǎng)周期暴露腐蝕行為研究甚少。 為此，本工作針對(duì)城市大氣環(huán)境(南寧市)、工業(yè)大氣環(huán)境(柳州市)和海岸大氣環(huán)境(防城港市)3 個(gè)典型氣候，采用較長(zhǎng)周期的大氣暴露腐蝕試驗(yàn)與電化學(xué)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)550NH 耐候鋼的初期腐蝕行為進(jìn)行對(duì)比分析，這一研究對(duì)于耐候鋼的開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用具有重要的科研意義。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用材料為550NH 耐候鋼，其主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)如下:C≤0.100，Si≤0.150，Mn≤1.200，P≤0.025，S≤0.015，Ti≤0.100，Cu≤0.550，Cr≤0.600，Ni≤0.650，F(xiàn)e 余量。 按照GB/T 14165-2008 將大氣暴露腐蝕試驗(yàn)試樣加工成尺寸為100 mm×60 mm×4 mm的小片，大氣暴露腐蝕試驗(yàn)前所有試樣打磨至表面粗糙度為Ra＝0.2 μm，并對(duì)試樣表面進(jìn)行除油、清洗和烘干。 在腐蝕周期結(jié)束后需要將所有試樣置于干燥箱內(nèi)烘干24 h 后取出。

電化學(xué)試驗(yàn)的試樣尺寸為15 mm×15 mm×3 mm。采用Cu 導(dǎo)線與試樣的非測(cè)試面進(jìn)行焊接，最后用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行封裝，露出尺寸為15 mm×15 mm 的表面用于測(cè)試。 測(cè)試前，將表面依次用400，600，1 000，1 500，2 000號(hào)磨砂紙進(jìn)行打磨，拋光后用乙醇清洗，烘干后備用。

1.2 大氣暴露腐蝕試驗(yàn)

大氣暴露腐蝕試驗(yàn)樣品放置地點(diǎn)位于南寧市、柳州市、防城港市，3 地的氣候條件分別對(duì)應(yīng)城市大氣環(huán)境、工業(yè)大氣環(huán)境、海岸大氣環(huán)境，以下分別簡(jiǎn)稱(chēng)為城市、工業(yè)、海岸。 按照GB/T 14162-2008，將樣品正面與水平面成45°朝東擺放，試驗(yàn)時(shí)間為2022 年10 月29日至2023 年4 月29 日，取樣周期為6 個(gè)月。 每種試驗(yàn)材料放4 片平行樣品，其中3 片試樣用于腐蝕速率分析，1 片試樣用于銹層產(chǎn)物形貌結(jié)構(gòu)和成分分析。 對(duì)于銹層產(chǎn)物的獲取是利用小刀輕輕刮下3 片試樣表面腐蝕產(chǎn)物并研磨成粉末樣品。 對(duì)于腐蝕速率分析，試驗(yàn)前后采用精度為0.000 1 g 的電子天平分別稱(chēng)取樣品的質(zhì)量，采用失重法，按照GB/T 16545-2015 的規(guī)定，使用3.5 g 的六次甲基四胺、500 mL 的濃鹽酸(ρ＝1.19 g/mL)和去離子水配制的1 L 除銹液進(jìn)行除銹，除銹后對(duì)樣品進(jìn)行干燥，稱(chēng)重后按照式(1)計(jì)算樣品腐蝕速率。

式中:m0為試樣腐蝕前的質(zhì)量，g；m1為試樣腐蝕后的質(zhì)量，g；S為試樣的表面積，cm2；t為腐蝕時(shí)間，a；vcorr為單位面積腐蝕失重速率，g/(cm2·a)。

使用Rigaku D/MAX 2500V 型X 射線衍射儀(XRD)對(duì)表面腐蝕產(chǎn)物粉末進(jìn)行物相分析，采用Cu靶，電壓設(shè)為40 kV，電流設(shè)為150 mA，掃描角度設(shè)為10°～100°，步長(zhǎng)設(shè)為0.02°，掃描速率設(shè)為2 (°)/min。利用Jade 軟件對(duì)腐蝕產(chǎn)物的相組成及相對(duì)含量進(jìn)行分析。 使用數(shù)碼相機(jī)對(duì)表面腐蝕產(chǎn)物的宏觀形貌進(jìn)行拍攝，并使用S-3400N 掃描電子顯微鏡(SEM)與X 射線能譜儀(EDS)對(duì)腐蝕產(chǎn)物粉末和腐蝕銹層的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察與分析。

1.3 電化學(xué)試驗(yàn)

為進(jìn)一步探究硫離子和氯離子對(duì)550NH 耐候鋼的耐腐蝕性的影響，將550NH 耐候鋼試樣浸泡在海洋大氣環(huán)境模擬溶液和工業(yè)大氣環(huán)境模擬溶液中，對(duì)其動(dòng)電位極化曲線和浸泡30 d 內(nèi)的電化學(xué)阻抗譜進(jìn)行了測(cè)試，研究550NH 耐候鋼在上述2 種模擬環(huán)境中的腐蝕變化過(guò)程。 海洋大氣環(huán)境模擬溶液為3.5%NaCl 溶液，工業(yè)大氣環(huán)境模擬溶液為0.1 mol/L Na2SO4溶液[12，13]。使用Reference3000 電化學(xué)工作站，在銀/氯化銀/飽和氯化鉀溶液(Ag/AgCl)電極作為參比電極，鉑作為對(duì)電極，耐候鋼試樣作為工作電極的三電極體系下，對(duì)耐候鋼進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試。 所有測(cè)試均在樣品的開(kāi)路電位穩(wěn)定后在室溫下進(jìn)行。 電化學(xué)阻抗譜測(cè)量采用的掃描頻率范圍為1.0×(10-2～105)Hz，激勵(lì)信號(hào)為幅值10 mV 的正弦波交流電壓。 動(dòng)電位極化曲線測(cè)量采用的掃描速率為0.5 mV/s，掃描電位區(qū)間為-0.5 V(vsEOCP)～0.5 V(vsEref)。 利用Gamry Echem Analyst 軟件和ZSimpWin 軟件對(duì)電化學(xué)結(jié)果進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 腐蝕動(dòng)力學(xué)

550NH 耐候鋼試樣在不同區(qū)域腐蝕6 個(gè)月后的腐蝕速率差異較大，氣候特征影響顯著。 其中耐候鋼在城市大氣環(huán)境中的腐蝕速率[38.44 mg/(cm2·a)]最小，這表明在城市大氣環(huán)境中耐候鋼具備較好的耐腐蝕性能。 550NH 耐候鋼在工業(yè)大氣環(huán)境中的耐腐蝕性能[腐蝕速率71.76 mg/(cm2·a)]優(yōu)于在海岸大氣環(huán)境中的耐腐蝕性能[腐蝕速率246.04 mg/(cm2·a)]，這可能歸因于在工業(yè)大氣環(huán)境中，材料腐蝕主要受到大氣氣氛中硫離子的影響，對(duì)于海岸大氣環(huán)境，材料主要受到氯離子的作用。

2.2 銹層成分

圖1 為550NH 耐候鋼試樣分別在城市、工業(yè)、海岸大氣暴露腐蝕試驗(yàn)6 個(gè)月后的XRD 譜。 結(jié)果表明，550NH 耐候鋼在3 地腐蝕6 個(gè)月后的腐蝕產(chǎn)物類(lèi)型沒(méi)有明顯差別，主要為Fe3O4、α-FeOOH、γ-FeOOH，其中防城港海岸大氣中還含有β-FeOOH。 圖2 為對(duì)耐候鋼成分進(jìn)行半定量分析后的計(jì)算結(jié)果。 可以看出不同大氣環(huán)境中耐候鋼的成分含量存在差異。 在圖2 的對(duì)比分析城市和工業(yè)大氣環(huán)境的耐候鋼表面銹層成分中，α-FeOOH的含量要高于海岸大氣環(huán)境的耐候鋼，α-FeOOH主要由腐蝕初期形成的γ-FeOOH 轉(zhuǎn)化而來(lái)，這就表明，耐候鋼在海岸大氣環(huán)境中，γ-FeOOH 相向α-FeOOH相的轉(zhuǎn)變進(jìn)程受阻，這可能與該環(huán)境中樣品表面的氯離子濃度較高有關(guān)。 氯離子對(duì)鋼的腐蝕具有催化作用，導(dǎo)致耐候鋼基體被侵蝕的程度更大，因而轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定相α-FeOOH 的速度更慢。 此外，α-FeOOH的存在是有利于增加耐候鋼表面銹層的保護(hù)性的，所以在海岸大氣環(huán)境中的耐候鋼表現(xiàn)出更大的腐蝕速率。 Fe3O4主要由耐候鋼基體氧化和γ-FeOOH 的轉(zhuǎn)化而來(lái)，氯離子對(duì)鋼腐蝕的催化，也促使耐候鋼基體氧化和γ-FeOOH 向Fe3O4的轉(zhuǎn)化速度變快，因此海岸大氣環(huán)境中Fe3O4的含量高于另外2 種環(huán)境。 此外，在海岸大氣環(huán)境中耐候鋼檢測(cè)出β-FeOOH，這可能與該地空氣中Cl-含量高有關(guān)[14]，這也是導(dǎo)致圖2 中海岸大氣環(huán)境的耐候鋼表面銹層中γ-FeOOH 含量相對(duì)較少的一個(gè)原因，部分γ-FeOOH 轉(zhuǎn)化為了β-FeOOH。

圖1 550NH 耐候鋼在3 地腐蝕6 個(gè)月后的XRD 譜Fig.1 XRD spectra of 550NH steel after 6 months of corrosion in three places

圖2 550NH 耐候鋼在3 地所形成的表層銹層成分半定量計(jì)算結(jié)果Fig.2 RIR results of 550NH steel after 6 months of corrosion in three places

2.3 銹層形貌

2.3.1 宏觀腐蝕形貌

550NH 耐候鋼在城市、工業(yè)、海岸大氣環(huán)境中腐蝕6 個(gè)月后，銹層均覆蓋了整個(gè)樣品表面。 置于城市大氣環(huán)境腐蝕6 個(gè)月后顏色為較為鮮艷的橙棕色，置于工業(yè)大氣環(huán)境腐蝕6 個(gè)月后顏色為淺褐色，置于海岸大氣環(huán)境腐蝕6 個(gè)月后顏色為深褐色。 根據(jù)實(shí)際所處環(huán)境分析，城市大氣環(huán)境腐蝕影響較輕，且根據(jù)城市大氣環(huán)境的耐候鋼試樣腐蝕速率在3 種環(huán)境中最慢，因此耐候鋼試樣銹層成分轉(zhuǎn)變慢于另外2 個(gè)環(huán)境的試樣，試樣在腐蝕6 個(gè)月后更為鮮艷，樣品表面也較為平整。而對(duì)于海岸大氣環(huán)境，由于氣候環(huán)境高濕且含鹽霧，會(huì)伴隨有海鹽離子沉積于試樣表面，耐候鋼試樣腐蝕速率最快，腐蝕產(chǎn)物增多，腐蝕程度加重，試樣在腐蝕6個(gè)月后顏色更深。

2.3.2 微觀腐蝕形貌

圖3 為550NH 耐候鋼的金相顯微組織，其中深灰色組織為鐵素體(F)，灰白色組織為珠光體(P)。 可以看出550NH 耐候鋼以鐵素體相為主，并含有珠光體相。圖4 和5 分別為550NH 耐候鋼試樣腐蝕6 個(gè)月后截面和表面SEM 形貌。 由圖4 看出，550NH 耐候鋼在不同地區(qū)均發(fā)生了嚴(yán)重的均勻腐蝕，但是腐蝕后銹層的平均厚度、致密度有明顯差異。 其中在城市大氣環(huán)境形成的銹層主要由致密的小棉團(tuán)狀結(jié)構(gòu)組成，銹層較薄且致密。 工業(yè)大氣環(huán)境形成的銹層主要由疏松的針狀組織組成，靠近基體部分銹層內(nèi)部及表面存在少量裂紋。 海岸大氣環(huán)境形成的銹層主要由松散的針片狀組織組成，銹層較厚，靠近基體處存在大量裂紋。 這也與文獻(xiàn)報(bào)道的一致，耐候鋼表面的產(chǎn)物主要為一些片狀、針狀γ-FeOOH 和棉球狀、團(tuán)狀α-FeOOH[14]。 由圖5的EDS 結(jié)果可見(jiàn)，銹層主要由鐵氧化物組成，在銹層檢測(cè)出微量Cu 和Cr 元素。 根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，銹層致密且無(wú)貫穿性裂紋可能歸因于550NH 耐候鋼中適量的Cu和Cr 含量。 Cu 和Cr 元素在腐蝕過(guò)程中會(huì)對(duì)微裂紋和微孔起到一定的修復(fù)作用[15]。

圖3 550NH 耐候鋼的金相組織Fig.3 Microstructures of 550NH steel

圖4 550NH 耐候鋼銹層截面SEM 形貌和EDS 元素分布Fig.4 Cross-sectional SEM morphology and EDS element distribution of the rust layer on 550NH steel

圖5 550NH 耐候鋼腐蝕產(chǎn)物的表面SEM 形貌Fig.5 Surface morphology of corrosion products on 550NH steel

2.3.3 大氣腐蝕機(jī)理

大氣腐蝕主要是由大氣中的水、氧、二氧化碳以及其他雜質(zhì)離子與鋼基體在表面水膜中的電化學(xué)作用所引起的。 城市、工業(yè)、海岸大氣環(huán)境的耐候鋼的大氣腐蝕行為大致可以分為以下階段[2，16，17]:首先在腐蝕初期，空氣中的水蒸氣在耐候鋼表面吸附形成水膜，在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中主要充當(dāng)電解質(zhì)溶液，起到傳質(zhì)的作用。 大氣中的氧氣溶解進(jìn)入水膜，生成相應(yīng)的OH-[式(2)]，而耐候鋼基體則發(fā)生陽(yáng)極活性溶解[式(3)]，進(jìn)而在其表面形成氧化物或羥基氧化物液膜[FeOH+，式(4)]。 海岸大氣環(huán)境中Cl-濃度要比工業(yè)和城市大氣環(huán)境要高，Cl-溶入到液膜中，可增加液膜的導(dǎo)電性。 此外，Cl-具有很強(qiáng)的侵蝕性，可以破壞基體表面的氧化膜，通過(guò)裂紋滲透到基體表面，誘發(fā)基體的進(jìn)一步腐蝕。 工業(yè)大氣環(huán)境中存在大量SO2，SO2溶入液膜后進(jìn)一步增加液膜的酸性，在基體表面觸發(fā)酸生循環(huán)效應(yīng)，加快鋼基體的腐蝕[式(5)～式(7)][12]。 耐候鋼表面吸附了各種腐蝕物質(zhì)的液膜逐漸轉(zhuǎn)變成各種羥基復(fù)合物，并在空氣中被氧化成橙褐色的γ-FeOOH，隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，液膜的酸度增加，γ-FeOOH 溶解并進(jìn)一步發(fā)生固相轉(zhuǎn)變，逐漸轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的α-FeOOH 或Fe3O4[式(8)]。 SO2溶于水后形成的HSO3-也會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)γ-FeOOH 轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的α-FeOOH[18]。 α-FeOOH 的生長(zhǎng)在一定程度上是有利于提高耐候鋼的耐蝕性能。 然而，由于海岸大氣中Cl-含量較多，表層吸附的Cl-會(huì)促進(jìn)部分γ - FeOOH 轉(zhuǎn)化為β - FeOOH[式(9)]，而β-FeOOH的生成導(dǎo)致耐候鋼的耐大氣腐蝕性能下降，因而耐候鋼在此地區(qū)的失重速率大于另外2 個(gè)地區(qū)。

此外，合金元素含量對(duì)耐候鋼的腐蝕性能有著重要的影響。 550NH 耐候鋼的表層銹層雖然存在裂紋，但是，未存在裂紋的部分銹層致密，這可能主要?dú)w因于合金中適量的Cu 和Cr 含量。 Cu 和Cr 元素易在銹層內(nèi)富集，促進(jìn)上述氧化物的形成，增加銹層的致密性。

2.4 電化學(xué)分析

2.4.1 模擬海洋大氣環(huán)境下的電化學(xué)腐蝕行為

圖6 為在海洋大氣環(huán)境模擬溶液中550NH 耐候鋼的動(dòng)電位極化曲線。 由圖可以看出，550NH 耐候鋼在自腐蝕電位下均處于活性溶解的狀態(tài)。 根據(jù)Tafel 外推法得到海洋大氣環(huán)境下，550NH 耐候鋼的腐蝕電流密度約為10.01 μA/cm2，腐蝕電位約為-0.4 V(vs Ag/AgCl)。 一般可認(rèn)為，腐蝕電流密度越小，腐蝕電位越靠近正值，耐腐蝕性越好。

圖6 模擬海洋大氣環(huán)境下550NH 耐候鋼的動(dòng)電位極化曲線Fig.6 Potentiodynamic polarization curve of 550NH steel in simulated marine atmosphere

為了進(jìn)一步探討550NH 耐候鋼的耐腐蝕性能，對(duì)在模擬海洋大氣環(huán)境溶液中浸泡720 h 的耐候鋼進(jìn)行了EIS 測(cè)試，圖7 展示了550NH 耐候鋼的Nyquist 譜。由圖可以看出，550NH 耐候鋼的Nyquist 譜主要由2 個(gè)壓扁的容抗弧組成。 利用圖8 所示的等效電路圖對(duì)EIS 結(jié)果進(jìn)行了擬合，得到了如表1 所示的擬合參數(shù)。圖8 中Rs為模擬溶液電阻，Cr和Rr分別表示銹層的電容和電阻，以Cdl和Rct表示基體/銹層界面處的雙層電容和電荷轉(zhuǎn)移電阻。 但在實(shí)際模擬過(guò)程中因樣品表面成分的變化導(dǎo)致的彌散效應(yīng)的存在，因而常用相位角元件Q來(lái)代替理想電容C，因此阻抗可以表示為:

表1 模擬海洋大氣環(huán)境550NH 耐候鋼的EIS 擬合參數(shù)值Table 1 Equivalent circuit parameters of EIS date in simulated marine atmosphere

圖7 模擬海洋大氣環(huán)境下550NH 耐候鋼腐蝕720 h 的Nyquist 譜Fig.7 Nyquist plots of 550NH steel in simulated marine atmosphere for different periods of time

圖8 模擬海洋大氣環(huán)境550NH 耐候鋼的EIS 等效電路Fig.8 Equivalent circuit used to fit the experimental EIS data in simulated marine atmosphere

擬合參數(shù)中的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct常被用于判斷腐蝕的難易程度。 表1 所展示的EIS 擬合數(shù)據(jù)中，浸泡前144 h 電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct數(shù)值呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，這可能歸因于樣品表面逐步形成致密氧化層，對(duì)腐蝕離子的擴(kuò)散起到阻擋作用，提高了耐候鋼的耐蝕性能；而隨著浸泡時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，Rct略有降低，這可能與銹層存在缺陷有關(guān)。 此外，銹層電阻Rr在整個(gè)浸泡過(guò)程中呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)，前期阻值的降低是由于初始形成的氧化膜較薄且疏松不均勻，腐蝕離子的滲透導(dǎo)致電導(dǎo)率的增加，而隨著表層氧化膜逐漸增厚，顯然銹層電阻Rr增加。 總體而言，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，550NH 耐候鋼的阻值整體Rct+Rr呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，但整體仍處于較高的數(shù)值， 這表明550NH 耐候鋼本身的耐腐蝕性較好，表面形成的銹層較為致密，具有良好的保護(hù)作用。

2.4.2 模擬工業(yè)大氣環(huán)境下的電化學(xué)腐蝕行為

圖9 為工業(yè)大氣環(huán)境下550NH 耐候鋼的動(dòng)電位極化曲線。 由圖可以看出550NH 耐候鋼在腐蝕電位下處于活性溶解，隨著施加電位向陽(yáng)極區(qū)移動(dòng)，腐蝕電流增加緩慢，這可能與表面逐漸形成鈍化膜有關(guān)，當(dāng)電位增加至-0.45 VAg/AgCl時(shí)，腐蝕電流出現(xiàn)短暫的顯著增加而后減小的趨勢(shì)，這可能歸因于已形成的鈍化膜發(fā)生了擊穿，隨后樣品又發(fā)生了再鈍化過(guò)程。 根據(jù)動(dòng)電位極化曲線測(cè)試結(jié)果采用Tafel 外推法擬合得到在模擬工業(yè)大氣環(huán)境下，550NH 耐候鋼的腐蝕電流密度約為4.67 μA/cm2，比在海洋大氣環(huán)境下的腐蝕速率要小，這一結(jié)果與大氣暴露腐蝕試驗(yàn)結(jié)果相一致。以在一定程度上減緩SO42-穿過(guò)疏松銹層腐蝕基體。整體而言，在腐蝕后期550NH 耐候鋼的阻值整體Rct+Rr呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，且阻值要大于在海洋大氣環(huán)境下的整體阻值，這也表明工業(yè)大氣環(huán)境下550NH 耐候鋼的耐腐蝕性更好。

圖9 模擬工業(yè)大氣環(huán)境下550NH 耐候鋼的動(dòng)電位極化曲線Fig.9 Potentiodynamic polarization curve of 550NH steel in simulated industrial atmosphere

圖10 給出了耐候鋼在工業(yè)大氣環(huán)境浸泡720 h 的EIS 的Nyquist 譜，由圖可以看出，腐蝕初期，550NH 耐候鋼的Nyquist 圖均由1 個(gè)壓扁的容抗弧組成。 隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)，圖中出現(xiàn)了2 個(gè)壓扁的容抗弧。 利用圖11 所示的等效電路對(duì)結(jié)果進(jìn)行了擬合，擬合參數(shù)如表2 所示。 擬合電路中，Rs、Rr和Rct分別表示模擬溶液電阻、銹層電阻以及電荷轉(zhuǎn)移電阻，Qr和Qdl分別表示銹層電容和基體/銹層界面處的雙層電容。 根據(jù)EIS擬合結(jié)果，耐候鋼的腐蝕前期，Rct呈現(xiàn)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)性的變化，這種變化可能歸因于基體表面的活性溶解和腐蝕產(chǎn)物膜形成的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，此時(shí)基體表面尚未被腐蝕產(chǎn)物層完全覆蓋。 隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，Rct增大，這意味著表面形成了一層疏松的腐蝕銹層，可

表2 模擬工業(yè)大氣環(huán)境下550NH 耐候鋼的EIS 擬合參數(shù)值Table 2 Equivalent circuit parameters of EIS date in simulated industrial atmosphere

圖10 模擬工業(yè)大氣環(huán)境下550NH 耐候鋼腐蝕720 h 的Nyquist 譜Fig.10 Nyquist plots of EIS results of 550NH steel in simulated industrial atmosphere for different periods

圖11 模擬工業(yè)大氣環(huán)境下550NH 耐候鋼的等效電路Fig.11 Equivalent circuit used to fit the experimental EIS data in simulated industrial atmosphere

3 結(jié) 論

(1)經(jīng)過(guò)6 個(gè)月戶(hù)外暴露試驗(yàn)后，在城市大氣環(huán)境的耐候鋼腐蝕速率較慢，耐候鋼表面銹層較薄，銹層致密，在海岸大氣環(huán)境的耐候鋼腐蝕速率最快，且隨著環(huán)境中硫離子或氯離子的增加，銹層中開(kāi)始出現(xiàn)裂紋，其中氯離子對(duì)耐候鋼腐蝕的影響更為劇烈。

(2)550NH 耐候鋼的腐蝕產(chǎn)物主要由Fe3O4、α-FeOOH、γ-FeOOH 3 種成分組成，在海岸高Cl-的環(huán)境下檢測(cè)到了β-FeOOH 的存在，550NH 耐候鋼中所含的合金元素在銹層內(nèi)的富集促進(jìn)了耐候鋼表面氧化物的形成，增加了銹層的致密性。

(3)極化曲線表明550NH 耐候鋼在工業(yè)大氣環(huán)境模擬溶液中的腐蝕電流密度(約為4.67 μA/cm2)小于在模擬海洋大氣環(huán)境中的腐蝕電流密度值(約10.01 μA/cm2)，電化學(xué)阻抗譜表明工業(yè)大氣環(huán)境模擬溶液中的銹層整體電阻值大于模擬海洋大氣環(huán)境的銹層整體電阻值，電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果均進(jìn)一步證明550NH 耐候鋼抵御氯離子腐蝕能力弱于抵御硫離子腐蝕能力。