銹層損傷對低合金耐候鋼大氣腐蝕行為的影響

銹層損傷 2100433B

低合金耐候鋼的耐大氣腐蝕性能源于其表面在腐蝕過程中形成的致密保護(hù)性銹層。但是在鋼結(jié)構(gòu)的服役過程中，該保護(hù)性銹層常常受到損傷。耐候鋼在銹層損傷后的繼續(xù)腐蝕行為，在很大程度上決定了耐候鋼的應(yīng)用價值。本申請擬模擬自然過程，通過l冷凍、熱震、擠壓等方式，在成分不同、且在不同條件下腐蝕不同時間的耐候鋼表面銹層中人為引入損傷，然后繼續(xù)進(jìn)行大氣腐蝕。通過電化學(xué)實(shí)驗(yàn)、力學(xué)實(shí)驗(yàn)和直接觀察，分析損傷處的繼續(xù)腐蝕行為，特別是損傷處新形成的腐蝕產(chǎn)物的成分、相組成、比表面積、缺陷形態(tài)、PH值變化、腐蝕前沿推進(jìn)速率以及局部腐蝕在鋼基體顯微組織中的發(fā)生發(fā)展規(guī)律。通過所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定影響銹層損傷處局部腐蝕行為的主導(dǎo)因素，為設(shè)計(jì)具備銹層損傷自修復(fù)性能的耐候鋼提供支持。在銹層中制造損傷的最大難度在于損傷程度控制。本申請?zhí)岢龅睦鋬?、熱震、擠壓等損傷制造方式，不僅模擬了實(shí)際服役過程，還能夠定量控制損傷程度。

低合金耐候鋼抵抗大氣腐蝕的能力源于其表面的保護(hù)性銹層。這一保護(hù)性銹層形成于腐蝕過程中，并將在腐蝕過程中發(fā)生演化。本工作將對腐蝕過程中銹層的性能變化進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，同時分析對應(yīng)的銹層結(jié)構(gòu)變化，明確決定銹層保護(hù)性的主要性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)因素。通過方法創(chuàng)新，將以單位厚度銹層的性能、結(jié)構(gòu)取代以往的全厚度銹層數(shù)據(jù)。集中研究鋼基體顯微組織、內(nèi)外銹層的相互作用、預(yù)腐蝕、銹層損傷、熱震等以往被忽視的因素的作用，并通過銹層吸水-脫水試驗(yàn)等獨(dú)創(chuàng)方法，獲得對銹層演化更深入的了解。預(yù)期本工作完成后，將對保護(hù)性銹層在低合金鋼表面的形成與演化，低合金耐候鋼的適用范圍獲得第一手資料。對環(huán)境因素的影響、銹層損傷后的進(jìn)一步腐蝕行為、銹層成分、銹層中腐蝕產(chǎn)物的組成、腐蝕產(chǎn)物顆粒的形成與長大、長期腐蝕行為的預(yù)測等方面獲得有效數(shù)據(jù)，為低合金耐候鋼的合理設(shè)計(jì)、合理應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

低合金耐候鋼抵抗大氣腐蝕的能力源于其表面的保護(hù)性銹層。這一保護(hù)性銹層形成于腐蝕過程中，并將在腐蝕過程中發(fā)生演化。本工作創(chuàng)新性的利用不同腐蝕溶液交替腐蝕的方法，來研究耐候鋼在周期交替環(huán)境下的腐蝕行為，研究發(fā)現(xiàn)，耐候鋼在周期交替的環(huán)境下比在單一的環(huán)境下能更快地形成致密的保護(hù)性銹層，這不但可以作為一種加速銹層致密化的方法在工程上應(yīng)用，而且從理論上解釋了耐候鋼致密銹層形成的機(jī)理。依據(jù)銹層演化的數(shù)據(jù)，估算出致密銹層形成后，腐蝕速率約為腐蝕環(huán)境最苛刻時的十分之一。通過方法創(chuàng)新，將耐候鋼與碳鋼的外銹層除去，定量地研究了內(nèi)銹層與外銹層對碳鋼與耐候鋼腐蝕行為的影響，研究發(fā)現(xiàn)，耐候鋼的外銹層對耐蝕性影響很小，并且耐候鋼對濕潤時間不敏感。而碳鋼的外銹層可以加速腐蝕。本工作針對銹層損傷后鋼基體暴露在空氣中的現(xiàn)象，做了細(xì)致的電化學(xué)研究，結(jié)果表明裸鋼與帶銹鋼基體共存的體系的腐蝕機(jī)制，與帶銹樣品的腐蝕機(jī)制相同。銹層損傷后，新銹的生長會受到兩側(cè)原有銹層的影響，產(chǎn)生的應(yīng)力以裂紋的形式釋放。最后，本工作定量的研究了耐候鋼與碳鋼豎直方向上的腐蝕程度，結(jié)果表明在鋼結(jié)構(gòu)的最下部腐蝕量最大，這為耐候鋼工程上應(yīng)用提供了理論參考。 2100433B

在耐候鋼使用過程中，最初階段和普通鋼一樣，有腐蝕發(fā)生，但后來腐蝕速度逐漸變慢，經(jīng)過一定時間，腐蝕就幾乎不再進(jìn)行，從而達(dá)到保護(hù)基體的目的，這個現(xiàn)象稱作銹層的穩(wěn)定化，處于這種狀態(tài)的銹層叫做穩(wěn)定化銹層。

從腐蝕產(chǎn)物對腐蝕過程的影響看，鋼的大氣腐蝕是在水膜存在下，空氣中的氧通過銹層進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的過程。銹層是由疏松的外銹層及致密的內(nèi)銹層所組成，鋼中合金元素主要是通過內(nèi)銹層的影響而起作用。