1180級(jí)超高強(qiáng)鋼在3.5%NaCl溶液中的腐蝕行為研究

摘" 要：利用掃描電鏡（SEM）、極化曲線及阻抗測(cè)試等電化學(xué)測(cè)試研究2種1 180 MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼在3.5%NaCl溶液中的腐蝕行為，為后續(xù)超高強(qiáng)鋼的研究提供參考。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果均表明，2種1 180 MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼在3.5%NaCl溶液中，DP1180鋼的耐蝕性能更好，TWIP1180鋼腐蝕傾向明顯，耐腐蝕能力較差。從腐蝕后EDS結(jié)果中分析，TWIP1180鋼在3.5% NaCl溶液中發(fā)生腐蝕后的腐蝕產(chǎn)物中出現(xiàn)大量氧化物（可能出現(xiàn)Mn及Fe的氧化物），從腐蝕產(chǎn)物可推斷，TWIP1180鋼腐蝕主要是吸氧腐蝕。分析認(rèn)為TWIP1180鋼耐蝕性能較差的主要原因是其成分中Mn含量較高，Mn在3.5%NaCl溶液中比Fe更具電化學(xué)活性，Mn易溶解生成Mn2+離子，在Cl-的侵蝕作用下，TWIP1180鋼表面局部位置發(fā)生點(diǎn)蝕。

關(guān)鍵詞：超高強(qiáng)鋼；DP1180鋼；TWIP1180鋼；腐蝕行為；耐蝕性能

中圖分類號(hào)：TG178""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""""""""" 文章編號(hào)：2095-2945（2025）04-0061-04

Abstract： The corrosion behavior of two 1 180 MPa ultra-high strength steels in 3.5% NaCl solution was studied by electrochemical tests such as scanning electron microscopy （SEM）， polarization curves and impedance testing， providing a reference for subsequent research on ultra-high strength steels. Electrochemical test results show that in 3.5% NaCl solution， DP1180 steel has better corrosion resistance， and TWIP1180 steel has obvious corrosion tendency and poor corrosion resistance. Analysis from the EDS results after corrosion shows that a large number of oxides （oxides of Mn and Fe may appear） appear in the corrosion products of TWIP1180 steel after corrosion in 3.5% NaCl solution. It can be inferred from the corrosion products that the corrosion of TWIP1180 steel is mainly oxygen-absorbing corrosion. It is believed that the main reason for the poor corrosion resistance of TWIP1180 steel is the high content of Mn in its composition. Mn is more electrochemically active than Fe in 3.5% NaCl solution. Mn is easily dissolved to form Mn2+ ions. Under the erosion of Cl-， pitting pits occur in local locations on the surface of TWIP1180 steel.

Keywords： ultra-high strength steel; DP1180 steel; TWIP1180 steel; corrosion behavior; corrosion resistance

隨著能源問題和環(huán)境保護(hù)問題的日益突出，根據(jù)國家政策導(dǎo)向，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為了當(dāng)代各行各業(yè)的指向標(biāo)，超高強(qiáng)鋼越來越多地應(yīng)用于汽車車身結(jié)構(gòu)當(dāng)中。從汽車設(shè)計(jì)與制造的角度來看，在保證車身強(qiáng)度與安全性的前提下，通過優(yōu)化材料來實(shí)現(xiàn)汽車輕量化是滿足交通領(lǐng)域綠色發(fā)展要求的重要途徑。安全、環(huán)保、節(jié)能成為當(dāng)前汽車制造業(yè)發(fā)展的主題，采用高強(qiáng)度鋼板制造的車身不僅可以有效減輕車身質(zhì)量，降低油耗，還可以提高汽車的安全性和舒適性，是同時(shí)實(shí)現(xiàn)車體輕量化和提高碰撞安全性的最佳途徑。通過輕量化可有效提高能源利用率，提高續(xù)航里程，因此，在不斷嚴(yán)苛的排放法規(guī)和新能源汽車提高續(xù)航里程的迫切需求的影響下，對(duì)高強(qiáng)度汽車用鋼產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量都提出了更高的要求[1]。目前汽車行業(yè)中，在汽車輕量化發(fā)展技術(shù)中，采用大量高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼成為最簡(jiǎn)單和最有效的途徑[2-3]。并且在汽車應(yīng)用上，汽車零部件由于長(zhǎng)期暴露在大氣環(huán)境中容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，汽車用鋼還需要在整個(gè)使用階段能夠抵抗酸雨和粉塵的腐蝕，有時(shí)候也會(huì)處于氯離子環(huán)境，比如行駛在有防凍鹽的道路上，這些都是容易發(fā)生點(diǎn)蝕的環(huán)境[4]。所以，對(duì)于高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼的腐蝕性能進(jìn)行研究具有著重要的意義。

本文對(duì)DP1180以及TWIP1180兩種1180 MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼在3.5%NaCl溶液中的腐蝕行為進(jìn)行研究。利用掃描電鏡（SEM）、極化曲線及阻抗測(cè)試等電化學(xué)測(cè)試對(duì)2種1180 MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼在3.5%NaCl溶液中的耐蝕性能進(jìn)行分析。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、對(duì)比2種1180 MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼在3.5%NaCl溶液中耐蝕性能，為后續(xù)超高強(qiáng)鋼的研究提供參考。

1" 試樣材料與實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用規(guī)格15 mm×15 mm×1 mm的汽車1 180 MPa級(jí)別用鋼DP1180和TWIP1180高強(qiáng)鋼板料為研究材料，2種試樣用鋼的化學(xué)成分見表1。TWIP1180用鋼的化學(xué)成分與DP1180用鋼差別較大，DP1180鋼中C含量和Mn含量較低，C含量為0.12%，Mn含量為2.43%，而TWIP1180鋼中C含量和Mn含量較高，C含量達(dá)到0.64%，Mn含量達(dá)到18.54%。Mn元素在提高層錯(cuò)能方面起著至關(guān)重要的作用，并且Mn元素可以擴(kuò)大奧氏體相的相區(qū)，起到穩(wěn)定奧氏體的作用[5]。根據(jù)文獻(xiàn)[6-8]可知，DP1180鋼組織為馬氏體（M）+鐵素體（F），TWIP1180鋼組織為單一奧氏體。

對(duì)DP1180和TWIP1180兩種超高強(qiáng)鋼進(jìn)行取樣，磨制金相試樣，用4%的硝酸酒精浸蝕，通過蔡司Sigma 300場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（SEM）對(duì)其微觀組織進(jìn)行觀察。

對(duì)DP1180和TWIP1180兩種超高強(qiáng)鋼在3.5%NaCl溶液中的電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，選用武漢科思特CS350H電化學(xué)工作站，采用傳統(tǒng)的三電極體系：工作電極分別為DP1180鋼和TWIP1180鋼試樣（露出工作面積為1 cm2，非工作面使用硅橡膠封裝），鉑電極作為輔助電極，飽和甘汞電極（SCE）作為參比電極。在每次測(cè)試前先將待測(cè)試的試樣放在測(cè)試溶液中浸泡一段時(shí)間，等待開路電位穩(wěn)定后再開始進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測(cè)量，極化曲線的電位（相對(duì)于開路電位）掃描范圍為-0.4～1.5 V，掃描速率為1 mV/s。電化學(xué)流阻抗譜的測(cè)量頻率范圍為10 mHz～100 kHz，以幅值為10 mV的正弦波作為激勵(lì)信號(hào)。

采用蔡司EVO10型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察試樣腐蝕前后形貌。使用蔡司EVO10型掃描電子顯微鏡配套的牛津能量色散譜儀（EDS）對(duì)試樣表面的成分進(jìn)行分析。

2" 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1" 動(dòng)電位極化曲線

DP1180和TWIP1180兩種超高強(qiáng)鋼試樣在3.5%NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線如圖1所示。對(duì)2種超高強(qiáng)鋼試樣在3.5%NaCl溶液中的動(dòng)電位極化曲線進(jìn)行Tafel擬合，擬合結(jié)果見表2。材料在溶液中發(fā)生腐蝕的傾向性和可能性可以通過腐蝕電位的高低預(yù)測(cè)，而腐蝕電流可以表征材料在溶液中的實(shí)際腐蝕速率。通常來說，腐蝕電位越小腐蝕傾向性越大，越容易發(fā)生腐蝕，腐蝕電流越大則腐蝕速率越大。

對(duì)比2種超高強(qiáng)鋼試樣在3.5%NaCl溶液中的擬合結(jié)果，DP1180鋼的自腐蝕電位（Ecorr）較高，在-0.40 V，腐蝕傾向性較?。欢鳷WIP1180鋼的Ecorr最低在-0.82 V，腐蝕的傾向性更大。除此之外，與DP1180鋼相比，TWIP1180鋼的自腐蝕電流密度（Icorr）明顯增大，自腐蝕電流密度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，2種試樣相比較，DP1180鋼的腐蝕速度較小，TWIP1180鋼的腐蝕速度最大。從腐蝕速度的擬合結(jié)果來看，腐蝕速度的大小DP1180鋼小于TWIP1180鋼。因此，從表2綜合來看，2種超高強(qiáng)鋼Tafel擬合結(jié)果相比較，DP1180鋼的耐蝕性能更好。

2.2" 開路電位

圖3為2種超高強(qiáng)鋼試樣在3.5% NaCl溶液中的開路電位隨浸泡時(shí)間的變化曲線。由圖3可以看出，2種超高強(qiáng)鋼試樣的開路電位各不相同，整體變化趨勢(shì)隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而有所下降，其中DP1180鋼開路電位較高，而TWIP鋼的開路電位較低，整體變化趨勢(shì)平緩。

2.3" 阻抗圖譜

圖3為2種超高強(qiáng)鋼試樣在3.5% NaCl溶液中的電化學(xué)阻抗譜Nyquist曲線圖。一般可以認(rèn)為，阻抗圖譜中的容抗弧代表的是電極表面的電荷轉(zhuǎn)移電阻以及雙電層電容組成的容抗馳豫過程，這一過程反映的是腐蝕阻力的大小，可以由此反映出試樣的耐蝕性能。材料的耐蝕性能可以通過Nyquist曲線半圓弧的直徑來判斷，半圓弧的直徑越大，說明材料的耐蝕性能越好。如圖3所示，通過對(duì)比容抗弧的半徑，與TWIP1180鋼相比較，DP1180鋼試樣由于具有較大的容抗弧，耐蝕性能更好，與動(dòng)電位極化曲線分析的結(jié)論一致。

本實(shí)驗(yàn)對(duì)測(cè)試的阻抗圖譜進(jìn)行擬合，通過建立等效電路模型，如圖4所示。對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行曲線擬合，求出等效電路中各個(gè)元件的參數(shù)值。Rs代表溶液的電阻，C為具有雙電層電容特性的常相位角元件，Rp代表極化電阻。2種試樣鋼在3.5% NaCl溶液中的各個(gè)元件的擬合結(jié)果見表3。從表3中可以看出，極化電阻Rp大小順序：DP1180鋼大于TWIP1180鋼，DP1180鋼具有更好的耐蝕性。

2.4" 腐蝕形貌

通過掃描電鏡對(duì)2種超高強(qiáng)鋼試樣在3.5% NaCl溶液中的腐蝕前后形貌進(jìn)行觀察，DP1180鋼腐蝕前后形貌如圖5所示，TWIP1180鋼腐蝕前后形貌如圖6所示。

由圖5和圖6可知，通過腐蝕前后形貌圖對(duì)比可以明顯看到，DP1180鋼在3.5%NaCl溶液中腐蝕后表面破壞嚴(yán)重，TWIP1180鋼在3.5%NaCl溶液中局部位置出現(xiàn)了蝕坑。在試件的表面上能看到出現(xiàn)大面積裂紋的腐蝕產(chǎn)物，并且出現(xiàn)大小不等的裂紋，交叉縱橫形成“網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)，并且不均勻地分布在表面?？梢钥匆娏鸭y之間的相互交錯(cuò)使得裂紋的密度相應(yīng)增加。

從文獻(xiàn)中可知，Mn在3.5% NaCl溶液中比Fe更具電化學(xué)活性，Mn易溶解生成Mn2+離子，所以Fe-Mn合金在中性溶液中也不會(huì)發(fā)生鈍化，并且隨著Mn含量的增加，合金的腐蝕電流密度增大[9]。而本實(shí)驗(yàn)所用TWIP1180鋼中Mn含量為18.54%，在Cl-的侵蝕作用下，TWIP1180鋼表面局部位置出現(xiàn)了點(diǎn)蝕坑。腐蝕后化學(xué)成分中氧元素占比大幅提高，Mn元素占比下降，F(xiàn)e元素占比下降，TWIP1180鋼在3.5% NaCl溶液中發(fā)生腐蝕后的腐蝕產(chǎn)物中出現(xiàn)大量氧化物（可能出現(xiàn)Mn及Fe的氧化物），從腐蝕產(chǎn)物可推斷，TWIP1180鋼腐蝕主要是吸氧腐蝕。

3" 結(jié)論

1）通過動(dòng)電位極化曲線、阻抗圖譜等電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，在3.5%NaCl溶液中，DP1180鋼與TWIP1180鋼相比較，DP1180鋼自腐蝕電位較高，腐蝕傾向性較小。從腐蝕速度的擬合結(jié)果來看，DP1180鋼的腐蝕速度較小，腐蝕速度的大小為DP1180鋼小于TWIP1180鋼。DP1180鋼的耐蝕性能更好。

2）從腐蝕后EDS結(jié)果中分析，本實(shí)驗(yàn)所用TWIP1180鋼中Mn含量為18.54%，在Cl-的侵蝕作用下，TWIP1180鋼表面局部位置出現(xiàn)了點(diǎn)蝕坑。TWIP1180鋼在3.5% NaCl溶液中發(fā)生腐蝕后的腐蝕產(chǎn)物中出現(xiàn)大量氧化物（可能出現(xiàn)Mn及Fe的氧化物），從腐蝕產(chǎn)物可推斷，TWIP1180鋼腐蝕主要是吸氧腐蝕。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙征志，陳偉健，高鵬飛，等.先進(jìn)高強(qiáng)度汽車用鋼研究進(jìn)展及展望[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2020，32（12）：1059-1076.

[2] 朱錚.汽車用高強(qiáng)度鋼板的開發(fā)應(yīng)用和發(fā)展前景[J].鋼鐵，2000（11）：66-70，14.

[3] 王利，楊雄飛，陸匠心.汽車輕量化用高強(qiáng)度鋼板的發(fā)展[J].鋼鐵，2006（9）：1-8.

[4] 白煜.氫對(duì)雙相不銹鋼和汽車碳鋼腐蝕性能的影響[D].北京：北京科技大學(xué)，2005.

[5] 陳希杰．高錳鋼[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989．

[6] 濮振謙，林建平，葉又，等.QP980和DP980高強(qiáng)鋼板的抗延遲斷裂性能[J].鍛壓技術(shù)，2017，42（4）：153-158．

[7] 代啟鋒，宋仁伯，范午言，等．DP1180雙相鋼在高應(yīng)變速率變形條件下應(yīng)變硬化行為及機(jī)制[J].金屬學(xué)報(bào)，2012，48（10）：1160-1165．

[8] 萬榮春，付立銘，王學(xué)雙.大氣環(huán)境下1180MPa級(jí)超高強(qiáng)鋼延遲開裂壽命研究[J].鍛壓技術(shù)，2021，46（1）：164-169.

[9] 楊明輝.TWIP鋼的腐蝕行為及表面化學(xué)鍍層性能研究[D].青島：山東科技大學(xué)，2020.