高海拔寒區(qū)橋梁耐候鋼耐蝕機(jī)制原位腐蝕試驗(yàn)研究

中圖分類號：U444 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-6717（2025）04-0078-10

In-situ corrosion test study on corrosion resistance mechanism of weathering steel for bridges in high-altitude cold regions

YANG Yingfang12，LI Yapeng1，ZHANG Yiqian1，YAN Ji'，CUI Chuang oolof Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 6lOo31，P.R.China; 2.Central Research Institute of Building and Construction Co.，Ltd.MCC Group，Beijing lOoo88，P.R.China）

Abstract：Weathering steelis suitable for bridge construction in harsh environmental areas such as high-altitude cold areas，but the current corrosion resistance mechanism of weathering steel in high-altitude cold areas is unclear.To reveal it，typical bridge weathering steel and ordinary stel were used as research objects.In-situ corrosion tests of bridge steel were caried out in typical high-altitude cold areas to explore the feasibility of applying weathering steel in high-altitude cold areas.Firstly，2O in-situ corosion specimens were designed according to the specifications，and in-situ corrosion tests with corrosioncycles of 2，4，1O，18and 24 months were carried out; combined with corrosion weight loss data，rust layer macromorphology and micromorphology， the distribution of elements along the rust layer，the corrosion resistance mechanism of weathering steel in highaltitude cold areas was analyzed. The research results show that the corrosion loss of the two specimens in

Kangding atmospheric environment is basically the same before the corrosion cycle is 1O months；when the corrosion cycle is 24 months，the corrosion loss of weathering steel is about 10% lower than that of ordinary carbon steel; the goethite formed in the rust products of weathering steel hinders the accumulation of oxygen， moisture，etc. in the rust layer， further preventing its corrosion; during the corrosion process， Cr is enriched in the iner rust layer of weathering steel，causing the inner rust layer to become denser in subsequent corrosion， further enhancing the corrosion resistance.

Keywords： high-altitude cold regions；weathering steel；corrosion test；corrosion resistance performance; electron microscopy analysis

當(dāng)前交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正在向“上山下?！彪A段發(fā)展，對于高原等典型“上山\"場景而言，高海拔寒區(qū)具有低溫、腐蝕等惡劣的運(yùn)營環(huán)境，因此，發(fā)展耐候、輕量化、裝配式及環(huán)境友好型的橋梁結(jié)構(gòu)，是解決高原山區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難題的有效途徑[1-4]。當(dāng)前對鋼橋、耐候鋼橋在高原復(fù)雜環(huán)境下的腐蝕機(jī)制研究較少，特別是耐候鋼橋材料的原位腐蝕數(shù)據(jù)尤為缺乏，亟需開展相關(guān)研究。

為了保障耐候鋼橋的安全服役性能，研究人員針對不同服役環(huán)境下耐候鋼的耐腐蝕性能進(jìn)行了大量研究[5]。Kucera等認(rèn)為，耐候鋼腐蝕機(jī)理與普通鋼材相同，但耐候鋼的腐蝕產(chǎn)物具有超強(qiáng)致密性且可附著于金屬基體表面，阻止腐蝕進(jìn)一步發(fā)生，繼而降低腐蝕速率，從而提高鋼材耐腐蝕性能。Okada等和Kihira等研究表明，耐候鋼可形成內(nèi)、外兩層腐蝕層，外腐蝕層疏松多孔，內(nèi)腐蝕層致密穩(wěn)定，對耐候鋼基體起到了保護(hù)作用。朱勁松等[2]開展了耐候鋼的加速腐蝕試驗(yàn)，揭示了耐候鋼在海洋大氣中的腐蝕機(jī)理與適用性。上述研究為實(shí)驗(yàn)室條件下的加速腐蝕研究結(jié)果，且未考慮高原復(fù)雜環(huán)境，當(dāng)前高寒地區(qū)的耐候鋼橋材料腐蝕數(shù)據(jù)缺乏。

依據(jù)主要腐蝕離子含量的差異，大氣腐蝕環(huán)境可以分為工業(yè)、海岸和一般自然大氣3種[9]。工業(yè)大氣環(huán)境中，以 SO₂ 作為主要腐蝕物質(zhì)[10]；海岸大氣環(huán)境中，以氯離子作為主要腐蝕物質(zhì)；一般自然大氣環(huán)境則較少含有腐蝕性物質(zhì)[11-2]。由于腐蝕性物質(zhì)的不同，鋼產(chǎn)生的腐蝕情況也有差異，自然大氣暴露試驗(yàn)可以依據(jù)環(huán)境的特點(diǎn)，獲得戶外真實(shí)的腐蝕特征與數(shù)據(jù)，由此開展針對環(huán)境和材料特征主要影響因素和腐蝕規(guī)律的研究，然后進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)和防護(hù)。同時，大氣原位腐蝕試驗(yàn)還可以為實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)提供參照和檢驗(yàn)[13-14]。實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕常用的方法有腐蝕膏試驗(yàn)[15]、鹽霧腐蝕[16]周期浸潤腐蝕和干濕循環(huán)加速腐蝕等[17-22]，其中，干濕循環(huán)加速腐蝕能夠較全面地控制試驗(yàn)過程中的濕度、溫度、腐蝕液濃度等參數(shù)，腐蝕環(huán)境更貼近實(shí)際，也是運(yùn)用最多的一種模擬方法[23]。雖然實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)可以在一定程度上反映材料的腐蝕規(guī)律，但由于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的復(fù)雜性，到目前為止，還沒有一種實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)方法能真正準(zhǔn)確地重現(xiàn)材料在實(shí)際環(huán)境中的腐蝕過程。因此，耐候鋼材料的原位腐蝕試驗(yàn)是反映其腐蝕過程及狀態(tài)最為準(zhǔn)確的方法。

以目前橋梁工程中常用的Q345等級的耐候鋼和普通碳鋼為研究對象，在典型高海拔寒區(qū)環(huán)境下開展大氣暴露試驗(yàn)，并對其腐蝕動力學(xué)、腐蝕宏觀形貌和腐蝕微觀形貌進(jìn)行研究，分析兩者腐蝕特征的差異及原因，以期為高海拔寒區(qū)的橋梁建設(shè)提供理論和數(shù)據(jù)支撐。

1 原位腐蝕試驗(yàn)

1. 1 試驗(yàn)試件

自然掛片試驗(yàn)中使用的試樣為中國某鋼材廠生產(chǎn)的Q345等級的橋梁用鋼板，其中，試驗(yàn)鋼材為Q345qENH，對比鋼材為普通碳鋼Q345qE，兩種試驗(yàn)鋼材的主要化學(xué)成分如表1所示。

試驗(yàn)所用的兩種鋼材試樣均采用線切割加工，根據(jù)形貌觀測、腐蝕失厚以及截面分析，結(jié)合《機(jī)車車輛特種金屬材料耐大氣腐蝕鋼》（TB/T1979—2023）24推薦，制成2種不同的尺寸，第1種尺寸為60mm×40mm×5mm ，用于腐蝕失厚分析以及腐蝕宏觀形貌觀測；第2種尺寸為 10mm×5mm×5 mm ，用于表面腐蝕微觀形貌觀測以及截面形貌觀測。2種腐蝕試樣均經(jīng)砂紙逐步打磨，分別在酒精中用超聲波清洗，然后進(jìn)行稱重，接著將試樣的側(cè)面用環(huán)氧樹脂包裹，留兩個面積最大的面作為腐蝕面，在制樣完成后，將試樣送至康定進(jìn)行大氣暴露掛片腐蝕試驗(yàn)。

1.2大氣暴露試驗(yàn)

大氣原位腐蝕試驗(yàn)是將2種鋼材暴露在四川省康定市的高海拔自然環(huán)境中?？刀ǖ靥幩拇ㄅ璧亍⑶嗖馗咴c云貴高原之間的過渡地帶，屬于典型大陸高原型和山地型氣候，極端低溫 -14.7^°C ，極端高溫 28.9^°C ，年平均氣溫 7.1^°C ，有著海拔高、年溫差大、溫度常年較低、紫外線強(qiáng)烈、氧氣稀薄等特點(diǎn)。在腐蝕試驗(yàn)過程中，保持試樣的腐蝕面能被太陽直曬，周圍不存在遮擋，具體布置如圖1所示。

為了能更完整地展示腐蝕演化過程，依據(jù)規(guī)范，試驗(yàn)設(shè)置為24個月，取樣周期設(shè)置為2、4、10、18、24個月，試件編號及暴露周期見表2。其中“B”代表普通橋梁用鋼暴露試件，“BW\"代表耐候橋梁用鋼暴露試件。達(dá)到腐蝕周期取樣后，將 60mm× 40mm×5mm 的試樣用于宏觀形貌觀測，然后除銹稱重，再進(jìn)行蝕坑形貌觀測；將 10mm×5mm×5 mm 試樣分兩組處理，一組試樣去除環(huán)氧樹脂，制樣后運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行截面腐蝕形貌觀測和能譜分析，另一組試樣直接使用SEM進(jìn)行銹層微觀形貌分析。

2 腐蝕失重結(jié)果

在自然暴露前對2、4、10、18、24個月的試樣進(jìn)行稱重，得到 W₀"，精度為 0.001mg ，在達(dá)到腐蝕周期后進(jìn)行除銹，除去銹層后用水和酒精清洗干凈，然后吹干。由于除銹后鐵基體表面氧化的速度非?？欤蹈蓵r使用冷風(fēng)，且除銹稱重單獨(dú)進(jìn)行，不可多試件同時進(jìn)行，以避免風(fēng)干過程中二次氧化，影響試驗(yàn)結(jié)果。風(fēng)干后再次稱重，得到去除腐蝕產(chǎn)物后質(zhì)量 W_ι（t=2，4，10，18，24） ，然后進(jìn)行腐蝕失厚計(jì)算，最后通過實(shí)際情況以及腐蝕速率經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行分析。在經(jīng)過大氣暴露試驗(yàn)后，鋼的腐蝕速率通?？梢杂酶g厚度損失來表示，見式（1）。

式中： H 為試樣的腐蝕失厚深度， μm;W₀"為暴露前試樣質(zhì)量， g;W_t"為試樣暴露周期除銹后質(zhì)量， g;S 為試樣暴露表面積， cm²?ρ 為試樣密度， 8/cm³"。

在經(jīng)過5個周期暴露試驗(yàn)后，試樣的腐蝕失厚量如圖2所示。由圖2可以看出，在暴露10個月前，Q345qE和Q345qENH腐蝕失厚量幾乎沒有差別。隨著暴露時間的增加，腐蝕時間為18、24個月時，腐蝕失厚量出現(xiàn)差距，Q345qENH耐候鋼腐蝕失厚量增長明顯小于Q345qE普通碳鋼，二者在同一暴露周期的差距均未超過 10% 。整個暴露周期，2種試樣鋼材的腐蝕失重量都隨時間大致呈線性增長趨勢，但均較緩慢。這是由康定大氣環(huán)境所決定的，由于康定地處高寒、高海拔地區(qū)，氧氣含量低，溫度常年低于 30°C ，同時，空氣中 SO₂"與 Cl^-"等腐蝕性物質(zhì)含量較少，因此呈現(xiàn)出圖2中的腐蝕失厚量規(guī)律。

3 高寒環(huán)境腐蝕機(jī)制分析

3.1 銹層宏觀形貌

將腐蝕試樣取樣后，觀察銹層的宏觀形貌，主要觀察銹層的顏色、分布情況等。對銹層宏觀形貌觀察完畢后除銹，除銹后主要觀察蝕坑的大小以及分布規(guī)律等腐蝕宏觀形貌特征。經(jīng)5個周期自然暴露腐蝕試驗(yàn)后，試件表面銹層的宏觀截面形貌如圖3、圖4所示。由圖3和圖4可見：1在腐蝕時長小于10個月時，兩種試件的腐蝕形貌相似，均為腐蝕區(qū)域散布，銹蝕未布滿表面，此結(jié)果與圖2中兩種試驗(yàn)鋼材在開始10個月內(nèi)的腐蝕失厚量較小且相差不大相對應(yīng)。同時，發(fā)現(xiàn)銹蝕痕跡有明顯的方向性，應(yīng)該與雨水積留相關(guān)。2）隨腐蝕周期的增加，銹層的顏色逐漸從較淺的土黃色變?yōu)檩^深的棕色，分布不均，局部銹蝕明顯嚴(yán)重，結(jié)合圖5中除去銹層后的蝕坑形貌圖發(fā)現(xiàn)，某部分蝕坑發(fā)展得比較劇烈。3）在腐蝕時長大于10個月后的腐蝕后期，兩種試件的腐蝕形貌依然沒有太大區(qū)別；特別地，康定地區(qū)海拔較高，低氧且濕度低，導(dǎo)致其形成均勻且穩(wěn)定銹層的時間更長，超過10個月。4）腐蝕周期為18個月時，兩種試樣的銹層均比腐蝕前期密集，整體顏色越來越深，從初期的棕色變?yōu)樽睾谏S著腐蝕時間的增加，腐蝕狀態(tài)逐步加重，同時銹層也逐漸致密。從圖3、圖4中發(fā)現(xiàn)，試樣下邊緣腐蝕較嚴(yán)重，這可能是由于試樣傾斜放置，使得雨水在試樣下半部分附著所致。5）在腐蝕周期為24個月時，耐候鋼的銹層顏色明顯比普通碳鋼的更深，主要因?yàn)槟秃蜾摰匿P層隨著腐蝕時間的增加變得致密，銹層中 α -FeOOH Fe₃O₄ 含量高于普通碳鋼。

在康定高海拔氣候環(huán)境下，整個腐蝕周期內(nèi)2種試件的腐蝕宏觀形貌較相似，都是由表面腐蝕散布到密布，銹層顏色由開始的土黃色逐漸加深至棕黑色，而腐蝕周期為24個月后，耐候鋼銹層致密度明顯高于普通碳鋼。由于試樣放置原因，可以發(fā)現(xiàn)，由于雨水吸附的不同，銹層發(fā)展出銹蝕方向，這也反映出腐蝕發(fā)展與電解質(zhì)層的吸附相關(guān)。

3.2 銹層微觀形貌

截取 10mm×5mm×5mm 達(dá)到腐蝕周期的試樣，使用酒精對試樣銹層表面進(jìn)行輕微清洗。由于銹層結(jié)構(gòu)較疏松，清洗過程中盡量避免手觸碰銹層，以免導(dǎo)致銹層結(jié)構(gòu)破壞。為了探究試樣銹層結(jié)構(gòu)對腐蝕發(fā)展的影響，采用日立的超高分辨場發(fā)射掃描電子顯微鏡Regulus8100進(jìn)行觀察。圖6為Q345qE普通碳銹蝕2、4、24個月時的銹層表明微觀形貌。Q345qE銹層物相主要由圖6（c）（1）的花簇狀、圖6（f的片狀以及圖6（i）的花瓣?duì)罱M成，均對應(yīng)γ -FeOOH（纖鐵礦）[21]，因鋼在大氣環(huán)境中腐蝕產(chǎn)物生成條件的差異，故形成多種形態(tài)和尺寸的物相?；ù貭畹奈锵嘣阡P層腐蝕的各個時期都能大量觀察到，而圖6（i）花瓣?duì)罾w鐵礦則在24個月腐蝕周期中可大量觀察到，其與銹層隨腐蝕時長的增長而發(fā)生物相轉(zhuǎn)換有關(guān)。同時，無論哪種物相，Q345qE鋼的銹層均疏松多孔，孔洞為氧氣、水分以及腐蝕介質(zhì)提供了傳輸通道，導(dǎo)致腐蝕的進(jìn)一步加深，進(jìn)而形成腐坑。

圖7為Q345qENH耐候鋼2、4、24個月的銹層表面微觀形貌。Q345qENH耐候鋼銹層的物相組成主要為圖7（c）、（f的花簇狀、圖7（i）的針狀以及圖7（1）的薄片針狀，其中花簇狀為 γ -FeOOH（纖鐵礦），圖7（i）的針狀為 α -FeOOH（針鐵礦）[22-23]，圖7（1）的薄片針狀可能為無定形的羥基氧化鐵。結(jié)果表明：腐蝕周期2、4個月的耐候鋼與普通碳鋼微觀腐蝕形貌極為相似，都疏松多孔。當(dāng)腐蝕24個月時，將圖7（g）銹層進(jìn)一步放大，由于表面銹層脫落，可見銹層內(nèi)部形成的針鐵礦，同時，需將電子顯微鏡放大倍數(shù)調(diào)至10萬倍，才能明顯觀察到針鐵礦。圖6、圖7中的纖鐵礦疏松多孔，使得水分在銹層中大量聚集，同時也為腐蝕性物質(zhì)提供了向銹層內(nèi)擴(kuò)散的通道。當(dāng)銹層中的水分蒸發(fā)后，這些腐蝕性物質(zhì)就會殘留在銹層內(nèi)部，當(dāng)下一次水分在銹層孔隙中聚集時，這些腐蝕性物質(zhì)與水分形成電解質(zhì)溶液，使得腐蝕繼續(xù)進(jìn)行[24]。而圖7（i）中的針鐵礦，由于其排列細(xì)小致密，使得氧氣、水分等很難向銹層內(nèi)聚集，同時，其穩(wěn)定的化學(xué)特性也阻礙了電化學(xué)腐蝕的進(jìn)行，從而使得銹層能有效阻止金屬基體的進(jìn)一步腐蝕。

在腐蝕早期，Q345qENH耐候鋼與Q345qE普通碳鋼銹層疏松多孔且主要組成均為纖鐵礦。隨著腐蝕時間的增加，耐候鋼銹層中逐漸形成針鐵礦顆粒，使得耐候鋼銹層致密而無縫隙，從而減緩了腐蝕速率，這與圖2所示的在腐蝕周期為10個月后耐候鋼腐蝕失厚量比碳鋼低的規(guī)律一致。

3.3元素沿銹層分布規(guī)律

截取 10mm×5mm×5mm 達(dá)到腐蝕周期的試樣，用刀片和砂紙除去試樣包裹的環(huán)氧樹脂，選取需要觀察的截面，將試樣使用熱鑲機(jī)進(jìn)行鑲樣，使用砂紙對觀測面進(jìn)行打磨，之后進(jìn)行拋光，再使用超聲波進(jìn)行清洗，最后采用掃描電鏡進(jìn)行銹層截面形貌觀察，同時使用能譜分析儀（EDS）測定各元素在銹層中的分布狀況。圖8所示為Q345qE普通碳鋼和Q345qENH耐候鋼暴露4個月和24個月后的銹層截面局部厚度。暴露24個月的鑲樣材料中的較大裂隙為制樣工藝所導(dǎo)致，并非銹層間隙。從圖8中可以看出，2種鋼在兩個腐蝕周期一些局部腐蝕厚度沒有太大差別，且都沒有出現(xiàn)分層現(xiàn)象。在腐蝕周期為4個月時，2種鋼都出現(xiàn)蝕坑發(fā)展的現(xiàn)象，圖8（d）所示的Q345qENH耐候鋼甚至發(fā)展出深約45.31μm 的蝕坑，遠(yuǎn)大于圖中所示的Q345qE局部腐蝕深度。當(dāng)腐蝕周期為24個月時，Q345qE普通碳鋼銹層沿厚度方向并不均勻，如圖8（e）所示，銹層最大深度可達(dá) 58.08μm 。Q345qENH耐候鋼的銹層厚度則較為均勻，大多都在 45μm 左右。同時，從圖8（e）中可以發(fā)現(xiàn)，普通碳鋼銹層與鑲樣材料黏滯而脫出金屬基體，而耐候鋼的銹層則與金屬基體結(jié)合較為牢固，也說明普通鋼銹層與金屬基體結(jié)合較為松散。

結(jié)合圖2的腐蝕失厚數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，圖8中兩個周期的銹層厚度均遠(yuǎn)大于其對應(yīng)周期的腐蝕失厚量，這是由于用于觀察的面為試樣的側(cè)截面，在暴露過程中，側(cè)截面容易聚集水分，因此腐蝕較為嚴(yán)重。同時也可發(fā)現(xiàn)，耐候鋼與普通碳鋼在腐蝕周期4、24個月的銹層厚度相差不大，且耐候鋼銹層中的針鐵礦占比并不是很高，銹層防腐蝕性能尚未形成，這與圖2～圖4反映出的規(guī)律相一致。

為了進(jìn)一步分析2種試驗(yàn)鋼材各元素在銹層中的存在狀態(tài)，圖9與圖10分別給出了Q345qE普通碳鋼和Q345qENH耐候鋼暴露4、24個月后的銹層截面元素分布結(jié)果，表3給出了相應(yīng)截面元素含量的占比。普通鋼材銹層幾乎不含 Cr 與Ni兩種合金元素，耐候鋼的銹層則分布著 Cr，Ni 元素。從表3可以發(fā)現(xiàn)，兩種試驗(yàn)鋼的銹層中幾乎沒有分布S和C1元素，這說明當(dāng)?shù)丨h(huán)境中 SO₂"和 Cl^-"等腐蝕物質(zhì)含量較少。Q450NR1耐候鋼在常規(guī)環(huán)境暴露4個月后腐蝕失厚量為 38.1μm^[25]"，CortenA耐候鋼在青海湖暴露6月后腐蝕失厚量為 22μm^[26]"，而康定4個月腐蝕失重量為 7.13μm 。對比結(jié)果表明，高海拔低氧環(huán)境（青海湖和康定）的腐蝕速率低于常規(guī)低海拔含氧環(huán)境，同時低溫結(jié)冰環(huán)境減緩了銹蝕產(chǎn)物的形成，無論是普通鋼還是耐候鋼，其腐蝕速率均降低。

從圖9和圖10可知， Cr 在耐候鋼銹層中都會出現(xiàn)富集在內(nèi)銹層的現(xiàn)象，而Ni元素則在銹層分布較均勻。Cr在內(nèi)銹層的富集能夠有效促進(jìn) γ -FeOOH在腐蝕過程中向 α -FeOOH轉(zhuǎn)換，并能進(jìn)一步細(xì)化α -FeOOH顆粒，使其變得致密[27]， Cr 可置換 α -FeOOH中的Fe而形成復(fù)合物，當(dāng)Cr的置換量超過 5% 時，能使銹層擁有陽離子選擇性而阻擋腐蝕性陰離子向內(nèi)擴(kuò)散28；Cr的富集能增強(qiáng)銹層與金屬基體的結(jié)合力，在干濕循環(huán)腐蝕過程中修復(fù)裂紋和孔洞，從而提高耐大氣腐蝕性。同時，可以觀察到Ni在銹層中分布較為均勻，并未出現(xiàn)富集現(xiàn)象，Ni與Cr元素一樣，能促進(jìn)銹層變致密[29-30]。相較于Cr，Ni的最主要功能在于 Ni²⁺ 能占據(jù) Fe₃O₄ 中的孔隙，取代部分Fe²⁺ 離子后形成穩(wěn)定的 Fe₂NiO₄ 物相，有利于更致密銹層的形成。同時Ni會改變銹層離子交換特性，在一定程度上能使銹層將C1離子從金屬與銹層接觸面中排除出去，從而更好地保護(hù)金屬基體[31]。相較于Cr，Ni在沿海等高 Cl^- 含量環(huán)境中能更好地發(fā)揮作用，而在康定大氣環(huán)境下， Cr 對銹層的改造作用可能更加明顯。

為了更進(jìn)一步明確耐候鋼銹層中各元素沿著銹層深度方向分布的規(guī)律，圖11、圖12給出了銹層截面Fe、O、Cr、Ni元素的EDS線掃描結(jié)果。線掃描可以通過Fe與O元素的相對強(qiáng)度來判斷銹層與金屬基體，例如，圖11中當(dāng)距離超過 70μm 時，F(xiàn)e元素的強(qiáng)度增加、O元素的強(qiáng)度急劇減小到0左右，這代表在距離為 70μm 以后是金屬基體；在距離為 15～ 70μm 之間，F(xiàn)e與O元素強(qiáng)度相對較強(qiáng)，說明這個區(qū)間段為銹層；在距離為 15μm 之前，F(xiàn)e幾乎沒有反應(yīng)強(qiáng)度，說明這部分區(qū)域?yàn)殍倶硬牧稀Ｔ诮?jīng)歷4個月的暴露試驗(yàn)后，F(xiàn)e與O元素較為均勻地分布在銹層中； Cr 在距離為 45～60μm 區(qū)間出現(xiàn)了較強(qiáng)的峰，而在距離為 0～45μm 區(qū)間的峰強(qiáng)度接近于0，在距離為 60～90μm 區(qū)間峰強(qiáng)度在15左右，表明 Cr 在鋼基體內(nèi)部分布均勻，而 45～60{μm 區(qū)間的 Cr 是由銹層中聚集而成，同時可以發(fā)現(xiàn)， Cr 元素有向銹層內(nèi)部富集的趨勢；Ni則沒有出現(xiàn)富集的現(xiàn)象，較為均勻地分布在銹層中。

由圖12可知，在經(jīng)歷24個月的暴露試驗(yàn)后，F(xiàn)e與O元素在銹層中仍分布較為均勻； Cr 仍舊存在在內(nèi)銹層富集現(xiàn)象，在距離為 50～57μm 之間， Cr 出現(xiàn)了較強(qiáng)的峰，而距離為 57μm 之后為金屬基體。說明在經(jīng)過長時間的腐蝕后Cr已經(jīng)完全在內(nèi)銹層內(nèi)富集，使得內(nèi)銹層在后續(xù)的腐蝕中越發(fā)致密，對氧氣、水分以及腐蝕介質(zhì)向鋼基體內(nèi)滲透的抑制能力越來越強(qiáng)，這與圖2中耐候鋼在暴露周期為24個月時腐蝕失厚量小于普通碳鋼的現(xiàn)象一致。同時，在此階段之后的腐蝕中，耐候鋼的腐蝕發(fā)展遠(yuǎn)低于普通碳鋼，耐候鋼的優(yōu)勢逐步體現(xiàn)；Ni元素較為均勻地分布在銹層中，并沒有出現(xiàn)富集現(xiàn)象。

4結(jié)論

針對橋梁采用的專用普通鋼材Q345qE和耐候鋼材Q345qENH，在典型的高海拔寒區(qū)開展了為期24個月的原位腐蝕試驗(yàn)。通過對不同腐蝕周期（2、4、10、18、24個月）下的腐蝕失重量、銹層宏觀形貌、銹層微觀形貌及元素沿銹層分布規(guī)律進(jìn)行分析，探究其在典型高海拔寒區(qū)的腐蝕機(jī)制，主要結(jié)論如下：

1）兩種試件在康定大氣環(huán)境下的腐蝕失厚量在腐蝕周期為10個月前基本一致，在腐蝕周期為10個月后，耐候鋼的優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)，在腐蝕周期為24個月時，耐候鋼的腐蝕失厚量比普通碳鋼約低10% ，在高海拔、人跡罕至的寒區(qū)采用耐候鋼進(jìn)行橋梁建設(shè)優(yōu)勢明顯。

2）腐蝕24個月后，耐候鋼銹層致密度明顯高于普通碳鋼；耐候鋼銹層中，Ni元素較為均勻地分布在銹層中，并未出現(xiàn)富集現(xiàn)象；同時，Cr元素在內(nèi)銹層富集，促使更致密的 α -FeOOH顆粒產(chǎn)生，導(dǎo)致銹層越發(fā)致密，此為高寒地區(qū)耐候鋼耐腐蝕的根本原因。

3）因?qū)嶋H原位腐蝕速度較慢，長期開展原位腐蝕試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)難以及時應(yīng)用，因此，進(jìn)一步開展腐蝕速率原位試驗(yàn)測試與實(shí)驗(yàn)室條件下加速腐蝕速率等效方法研究是下一階段研究的重點(diǎn)。

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（編輯王秀玲）