耐大氣腐蝕鋼的耐點(diǎn)蝕性能研究分析

  通過(guò)電子探針、掃描電鏡和能譜儀等物理手段和極化實(shí)驗(yàn)、交流阻抗等電化學(xué)方法研究了稀土耐候鋼的耐點(diǎn)蝕性能。結(jié)果表明，稀土元素的加入提高了耐候鋼的點(diǎn)蝕電位。普通Cu-P耐候鋼的耐點(diǎn)蝕性和點(diǎn)蝕形貌與普碳鋼相接近。耐候鋼加入稀土后，稀土元素能使鋼中長(zhǎng)條狀硫化錳或尖角鏈狀的硅酸鹽等有害夾雜物變質(zhì)為細(xì)小球形的稀土夾雜，從而降低鋼的點(diǎn)蝕敏感性，提高了鋼的耐點(diǎn)蝕能力。且球狀稀土夾雜物誘發(fā)的點(diǎn)蝕坑更加細(xì)小均勻，有利于腐蝕后期致密銹層的生成，能提高鋼的耐蝕性。

  鋼中存在的非金屬夾雜物往往會(huì)影響鋼的力學(xué)性能和耐蝕性，如鋼中存在的長(zhǎng)條狀MnS夾雜物會(huì)使鋼材的性能具有明顯的各向異性，且使得材料的抗沖擊和疲勞性能降低。在含氯離子的腐蝕介質(zhì)中，鋼中的非金屬夾雜物常常作為腐蝕電池的陰極成為點(diǎn)蝕的誘發(fā)源，進(jìn)一步加速鋼的腐蝕。有研究表明，在鋼中加入適量的稀土元素能改變非金屬夾雜物的成分和形態(tài)，從而改善鋼的諸多力學(xué)性能，同時(shí)還可改善鋼的耐蝕性。Cu-P系耐候鋼作為一種已廣泛應(yīng)用于鐵路、橋梁、建筑等領(lǐng)域的耐大氣腐蝕鋼，在使用一段時(shí)間后一般會(huì)發(fā)生全面腐蝕，但在初期腐蝕反應(yīng)總是在一些敏感的腐蝕活性點(diǎn)位置優(yōu)先發(fā)生，腐蝕初期的局部點(diǎn)蝕行為及鋼的耐點(diǎn)蝕能力對(duì)耐候鋼的耐蝕性能有著重要影響。鑒于此，本文主要針對(duì)10CuPRE耐候鋼，對(duì)鋼中夾雜物的點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性以及鋼的耐點(diǎn)蝕性進(jìn)行研究。

  采用的試樣為不同氧硫含量和稀土含量的耐候鋼軋板，以普碳鋼Q235作為對(duì)比鋼種，實(shí)驗(yàn)鋼的成分如表所示。采用型號(hào)為JXA-8230型的電子探針和KYKY-2800B掃描電鏡對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼中非金屬夾雜物進(jìn)行形貌分析和成分分析。為了研究夾雜物對(duì)鋼耐點(diǎn)蝕性能的影響，采用美國(guó)普林斯頓2273電化學(xué)工作站測(cè)定鋼樣在3.5%NaCl溶液中的極化曲線，得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用PowerSuite軟件分析擬合。實(shí)驗(yàn)裝置采用的是三電極體系，光亮鉑電極作為輔助電極，參比電極是飽和甘汞電極（SCE）。實(shí)驗(yàn)鋼工作面積為10mm×10mm，其余部分用冷鑲嵌料封裝，打磨、拋光后進(jìn)行電化學(xué)極化曲線測(cè)試，極化至陽(yáng)極極化曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)或電流密度達(dá)到100μA/cm2時(shí)，停止試驗(yàn)，在型號(hào)為NANO450的高分辨掃描電鏡下分析點(diǎn)蝕形貌和夾雜物周圍鋼基體的變化。利用電化學(xué)工作站對(duì)鋼樣在3.5%NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間的電化學(xué)交流阻抗譜進(jìn)行測(cè)試，同樣采用三電極體系，測(cè)試頻率范圍105~10-2Hz，頻率震蕩為10mV，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)ZsimpWin軟件進(jìn)行擬合。

  圖為Q235鋼中的夾雜物形貌和能譜圖?？煽闯觯琎235鋼中主要包括長(zhǎng)條狀的MnS夾雜和鏈狀的鋁硅酸鹽夾雜物。從圖可看出，1#鋼中主要包括長(zhǎng)條狀的MnS夾雜和鏈狀的硅酸鹽夾雜物。而加了稀土的2#、3#鋼中主要是球狀的稀土氧硫化物。對(duì)于氧約為0.002%、硫約為0.004%的普通耐候鋼，雖然氧硫含量較低，但鋼中依然存在著一定量的長(zhǎng)條狀MnS和硅鋁酸鹽等有害夾雜物，危害鋼的力學(xué)性能和耐蝕性。加入少量稀土元素后，鋼中長(zhǎng)條硫化錳夾雜消失，主要為球狀的稀土夾雜，這說(shuō)明耐候鋼中加入的稀土對(duì)有害夾雜物起到了較好的改性作用。并且由于鋼的潔凈度較高，鋼中的球狀稀土夾雜尺寸均較小，小于2μm。如此細(xì)小的夾雜對(duì)于改善耐候鋼的力學(xué)性能和耐腐蝕性具有較好的作用。圖為4#鋼現(xiàn)場(chǎng)稀土耐候鋼中的長(zhǎng)條狀MnS夾雜物的形貌和成分圖?？煽闯?，4#鋼為現(xiàn)場(chǎng)耐候鋼，氧含量0.015%，硫含量0.02%，屬于高氧硫含量的實(shí)驗(yàn)鋼，鋼中的稀土含量為0.018%。與其他試驗(yàn)鋼相比較，4#鋼中的稀土含量不低，但是由于鋼中的氧硫含量較高，鋼中依然存在很多長(zhǎng)條狀的MnS夾雜物和尺寸較大的硅鋁酸鹽夾雜，加入的稀土元素僅對(duì)部分有害夾雜物起到改性。所以對(duì)于這種高氧硫含量的鋼種稀土元素對(duì)其中有害夾雜物的改性沒(méi)有達(dá)到很好效果。稀土的化學(xué)活性較高，與氧的親和力較大，在此種高氧硫含量的條件下，加入的稀土優(yōu)先與鋁硅酸鹽氧化物進(jìn)行了復(fù)合，其剩余量將不足對(duì)鋼液凝固后期析出的硫化錳變性，具有危害性的長(zhǎng)條硫化錳依然存在，所以加稀土前鋼液的氧硫含量是稀土能否發(fā)揮有效冶金效果的一個(gè)重要前提條件。