畢業(yè)論文鋼板樁鋼耐海水腐蝕及暴曬性能研究【完稿】 23424

1、本科畢業(yè)論文題目：鋼板樁鋼耐海水腐蝕及暴曬性能研究學(xué) 院:材料與冶金學(xué)院專 業(yè):金屬材料工程學(xué) 號(hào):200602127073學(xué)生姓名:黃 進(jìn)指導(dǎo)教師:袁澤喜日 期:2010年6月3日摘 要 鋼板樁鋼具有良好的耐海水腐蝕性能，這是由于在鋼的表面生成了致密的保護(hù)性內(nèi)銹層。耐蝕鋼在海水環(huán)境下的耐蝕性能下降，是因?yàn)楹Ｋ械腸l-使鋼的表面不能形成致密的內(nèi)銹層，銹層起不到保護(hù)作用的結(jié)果。本文通過(guò)干濕交替周浸試驗(yàn)來(lái)模擬海水環(huán)境下鋼板樁鋼的腐蝕行為，通過(guò)掃描電鏡、能譜儀和動(dòng)電位極化曲線等分析測(cè)試方法，觀察銹層表面形貌和截面形貌，分析合金元素截面分布和銹層的相組成，并測(cè)試表面無(wú)銹層的低合金鋼的電化學(xué)性能，計(jì)算

2、腐蝕速率，從而討論合金元素對(duì)海水耐蝕性能的影響。主要獲得以下的主要結(jié)論：在基體成分鋼的基礎(chǔ)上添加高含量的p(0.082%)使得鋼的耐海水腐蝕性能有所升高，加入含量比較高的cu(0.40%)、ni(0.11%)和cr(0.21%)也提高了鋼的耐蝕性。其組織為多邊形鐵素體和塊狀珠光體及粒狀貝氏體。周浸試驗(yàn)240h后的高p鋼的腐蝕速率最小。在腐蝕時(shí)間較短時(shí)，銹層表面主要由黃褐色及橘黃色銹層組成；隨時(shí)間延長(zhǎng)，試樣表面主要由黑褐色的銹層組成，并出現(xiàn)明顯的腐蝕坑。隨腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)鋼的腐蝕速率均是先快速增大到一定時(shí)間后，腐蝕速率減小。合金元素的含量對(duì)銹層成分影響不大，其主要腐蝕產(chǎn)物為fe3o4、-fe

3、ooh和-feooh組成。在本論文所選用的試驗(yàn)參數(shù)條件下，干/濕交替周浸試驗(yàn)?zāi)軌蜉^好的反映p、cu元素存在的海水環(huán)境條件下鋼鐵的腐蝕趨勢(shì)。周浸實(shí)驗(yàn)可以作為評(píng)價(jià)材料耐蝕性的有效手段。關(guān)鍵詞： 海水環(huán)境； 耐蝕鋼； 鋼板樁鋼； 干/濕交替周浸試驗(yàn)； 銹層abstract the sheet piling steels show considerable resistance to seawater corrosion through the formation of a dense and compact inner rust layer, but it is difficult to form

4、in seawater environments containing cl-. the corrosion behavior of sheet piling steels was studied by the wet/dry cyclic contusion tests which are commonly used to simulate the corrosion of the low alloy steels in the seawater environments. the relation among the structure of rust and corrosion resi

5、stance，corrosion rate and the influence of the added alloy elements of p, cu and cr were analyzed by potentiodynamic (pd) tests, scanning electron microscopy (sem), energy dispersive spectrum (eds). mainly judgments have received the following main conclusions:in the matrix composition steel adding

6、high p (0.082%) makes corrosion resistance of the steel increased in seawater, adding the higher content of cu (0.40%), ni (0.11%) and cr (0.21%) also improves corrosion resistance of the steel. the organizations are the polygon ferrites, block pearlites and grainy bainites. after the 240h cyclic co

7、ntusion of the contenting high p steel has the smallest corrosion rate. the beginning of corrosion, the rust layer surface is mainly brown and orange; with developing of the time, the surface of specimens are mainly composed of dark brown rust, and appear the discernible corrosion pits. with the ext

8、ension of time for corrosion, the corrosion rates of the experiment steels quickly grow to a certain time, then the corrosion rates decrease. elements of content have little effect on the rust layer composition, the main corrosion products are fe3o4, - feooh and -feooh. the results of the cyclic wet

9、/dry test could indicate the tendency in the seawater environment containing p and cu. the cyclic wet/dry test could be used for evaluating the corrosion resistance of the steel.key words： seawater environment; corrosion resisting steels; sheet piling steels; cyclic wet/dry test; rust目 錄1 文獻(xiàn)綜述11.1 鋼

10、板樁鋼的簡(jiǎn)介11.1.1 鋼板樁鋼的發(fā)展歷史11.1.2 鋼板樁鋼的發(fā)展前景21.1.3 國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展21.2 鋼的海水腐蝕機(jī)制31.2.1 海水的特性31.2.2 海水腐蝕的電化學(xué)過(guò)程41.3 低合金鋼的耐蝕性51.3.1 低合金鋼的性能51.3.2 合金元素的作用51.4 耐蝕鋼銹層結(jié)構(gòu)及影響因素71.4.1 銹層的構(gòu)成71.4.2 環(huán)境因素的影響81.4.3 元素對(duì)銹層的影響91.5 海水腐蝕的實(shí)驗(yàn)研究方法91.5.1 海水腐蝕的室內(nèi)加速試驗(yàn)方法91.5.2 海水腐蝕電化學(xué)研究方法111.5.3 其它研究方法111.6 本論文的研究?jī)?nèi)容及意義112 實(shí)驗(yàn)研究方法132.1 實(shí)驗(yàn)材料

11、132.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備132.3 實(shí)驗(yàn)方法142.3.1 金相組織觀察142.3.2 ebsd試樣的制備142.3.3 測(cè)量極化曲線142.3.4 周浸試驗(yàn)153 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析163.1 金相組織分析163.2 實(shí)驗(yàn)鋼的極化曲線分析173.3 周浸試驗(yàn)結(jié)果與分析183.3.1 失重試驗(yàn)結(jié)果及分析183.3.2 腐蝕宏觀形貌分析193.3.3 腐蝕微觀形貌分析223.4 銹層微觀截面分析264 全文總結(jié)28參考文獻(xiàn)29致 謝311 文獻(xiàn)綜述1.1 鋼板樁鋼的簡(jiǎn)介耐海水腐蝕的鋼板樁鋼是為了應(yīng)用于潮流發(fā)電、海水發(fā)電、海水溫差發(fā)電設(shè)備及海濱大型跨海橋梁、與海洋開(kāi)發(fā)相關(guān)的海底容器、用于資源開(kāi)發(fā)的各種大型

12、海洋構(gòu)件以及造船用鋼等領(lǐng)域而開(kāi)發(fā)的一類低合金工程結(jié)構(gòu)鋼。它具有獨(dú)特的優(yōu)良性能：高強(qiáng)度、輕型、隔水性能好、耐久性強(qiáng)等，使用壽命達(dá)到2050年，可重復(fù)使用，一般可使用35次，環(huán)保效果顯著。承載力強(qiáng)，自身結(jié)構(gòu)輕，鋼板樁構(gòu)成的連續(xù)墻體具有很高的強(qiáng)度與剛性。水密性好，鋼板樁連接處鎖口結(jié)合緊密，可自然防滲1。1.1.1 鋼板樁鋼的發(fā)展歷史鋼板樁鋼于20世紀(jì)初在歐洲開(kāi)始生產(chǎn)。1903年，日本首次通過(guò)進(jìn)口在三井本館的擋土施工中采用，基于鋼板樁鋼特殊的使用性能，1923年，日本在關(guān)東大震災(zāi)修復(fù)工程中大量進(jìn)口采用。由于鋼板樁鋼具有較大的市場(chǎng)潛力和發(fā)展前景，1931年，日本在國(guó)內(nèi)開(kāi)始生產(chǎn)，鋼板樁鋼起始有冷彎薄壁輕型

13、和熱軋型，由于前者具有較大的加工、使用局限性，因而熱軋鋼板樁鋼成為鋼板樁產(chǎn)品發(fā)展的主流。20世紀(jì)50年代，我國(guó)首次在鐵路橋梁圍堰施工中，由鐵道部大橋局從原蘇聯(lián)引進(jìn)使用。由于受廉價(jià)土地資源及人力資源的影響，加之國(guó)內(nèi)生產(chǎn)基本處于空白狀態(tài)，作為金屬建材的鋼板樁鋼，在我國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展仍然十分緩慢。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各類快捷、高效、環(huán)保的建筑工法得以認(rèn)可并發(fā)展，20世紀(jì)末，我國(guó)的鋼板樁鋼應(yīng)用工程已有一定的發(fā)展。毫無(wú)疑問(wèn)，21世紀(jì)上半葉，鋼板樁鋼的廣泛應(yīng)用必將開(kāi)創(chuàng)中國(guó)水工及基礎(chǔ)施工建筑領(lǐng)域的新紀(jì)元，成就中國(guó)建筑工業(yè)的新革命。由于歷史的原因，目前我國(guó)的鋼板樁鋼年消耗量還不到1萬(wàn)噸，只占世界的三百分之一

14、，與我國(guó)鋼鐵總量占世界三分之一的消費(fèi)總量極不相稱。隨著中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，鋼板樁鋼在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用是越來(lái)越頻繁，需求量在不斷增長(zhǎng)。但同時(shí)處于剛起步的鋼板樁鋼行業(yè)無(wú)論是生產(chǎn)工藝、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范都處于摸索階段，存在很多不足和值得探索的地方。目前，國(guó)內(nèi)需求主要依靠進(jìn)口，其中以拉森iii、iv號(hào)鋼板樁鋼為主。同時(shí)，國(guó)內(nèi)沒(méi)有鋼板樁鋼的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)行業(yè)的規(guī)范等沒(méi)有形成完整體系，使得國(guó)內(nèi)鋼板樁的推廣應(yīng)用受到很大程度上制約。 差距就是潛力，中國(guó)目前鋼板樁鋼的應(yīng)用與推廣與幾年前中國(guó)的h型鋼應(yīng)用與推廣的市場(chǎng)形勢(shì)有著相當(dāng)大的雷同。據(jù)調(diào)研，未來(lái)的1020年中我國(guó)的水域改造及臨江靠海地區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)將為鋼板樁鋼應(yīng)用

15、提供了廣闊的空間。 1.1.2 鋼板樁鋼的發(fā)展前景隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各類快捷、高效、環(huán)保的建筑工法得以認(rèn)可并發(fā)展。據(jù)市場(chǎng)業(yè)內(nèi)人士調(diào)研，我國(guó)的水域改造及臨江靠海地區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)為鋼板樁鋼的應(yīng)用提供了廣闊的空間。具體說(shuō)南水北調(diào)及國(guó)家在交通工程上投人的加大，必將掀起江河流域甚至跨海大橋建設(shè)的高潮，這必將對(duì)未來(lái)鋼板樁鋼市場(chǎng)提供強(qiáng)有力支撐。據(jù)報(bào)道今后在長(zhǎng)江上還需建造70座橋梁，四川宜賓以下長(zhǎng)江干流河段已建和在建的橋梁達(dá)到了54座。理論上計(jì)算，長(zhǎng)江上還需建大約70座橋梁，才能讓國(guó)家的高速公路網(wǎng)、沿江省區(qū)的高等級(jí)公路網(wǎng)發(fā)揮出應(yīng)有效益。目前，長(zhǎng)江上已建和在建橋梁以重慶市最多，共計(jì)20座2。總之，隨著我國(guó)經(jīng)

16、濟(jì)建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，根據(jù)我國(guó)的地域、地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有u型鋼板樁鋼的特殊性和廣泛性，預(yù)見(jiàn)在未來(lái)10年內(nèi)，我國(guó)將具備年消耗3040萬(wàn)噸的鋼板樁能力，鋼板樁市場(chǎng)前景十分廣闊。可以預(yù)見(jiàn)，21世紀(jì)上半葉鋼板樁的廣泛應(yīng)用，必將開(kāi)創(chuàng)中國(guó)水利工程建設(shè)及基礎(chǔ)施工建筑領(lǐng)域的新紀(jì)元，鋼板樁鋼的大力推廣應(yīng)用，將給中國(guó)建筑施工領(lǐng)域帶來(lái)一次新的革命。1.1.3 國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展國(guó)外對(duì)耐海水環(huán)境腐蝕的鋼板樁鋼的研究始于20世紀(jì)30年代，其中最為活躍的國(guó)家是美國(guó)和日本。美國(guó)自1946年開(kāi)始致力于對(duì)具有耐飛濺區(qū)腐蝕性能的耐海水用鋼板樁鋼進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。在耐蝕性、經(jīng)濟(jì)性等方面更詳細(xì)地研究了nicup系的低合金鋼，于1951年誕生了mar

17、iner鋼，其在飛濺區(qū)比普通鋼具有優(yōu)秀的耐蝕性。日本從經(jīng)濟(jì)性、焊接性及耐蝕性等方面對(duì)耐海水腐蝕鋼進(jìn)行了改進(jìn)，為了抑制生產(chǎn)成本的提高，把高價(jià)的添加元素ni替換為cr；為了進(jìn)一步提高耐蝕性，考慮了nicup或cr以外的其它合金元素，如添加a1、co、mo、nb、ti等；為了擴(kuò)大鋼板樁或者鋼樁以外的使用領(lǐng)域，著重提高焊接性及可加工性能，形成了具有自身特色的cucrp、cucra1一p、cucrmo等系列耐海水腐蝕鋼3。我國(guó)從1965年起對(duì)16種耐海水腐蝕鋼在東海、南海和北海3個(gè)海域進(jìn)行為期10年的試驗(yàn)評(píng)估，發(fā)現(xiàn)在海水中crmoa1鋼和crmoa1一re鋼具有良好的全浸耐蝕性。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的低合金耐海水腐

18、蝕鋼基本上是引進(jìn)了國(guó)外成熟的鋼種牌號(hào)，主要有：cupni系mariner(美國(guó))；crcumo系的mariloy(日本)；cral系的aps(法國(guó))。寶鋼一期工程從日本新日鐵引進(jìn)了mariloy g41和mariloy$50耐海水腐蝕鋼。鋼板樁鋼有冷彎薄壁輕型和熱軋型，由于前者有較大的加工、使用局限性，因而，熱軋鋼板樁鋼成為鋼板樁產(chǎn)品發(fā)展的主流。為進(jìn)一步改進(jìn)鋼材在海洋環(huán)境飛濺帶的耐腐蝕性能及可焊性，寶鋼技術(shù)中心在充分借鑒日本耐海水腐蝕鋼成分特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化調(diào)整化學(xué)成分及合理采用熱軋軋制工藝技術(shù)，成功開(kāi)發(fā)出了具有優(yōu)良耐海水腐蝕及焊接性能的耐海水腐蝕鋼種q345cnhy3，現(xiàn)已于東海洋山港深

19、水碼頭工程取得了良好的應(yīng)用實(shí)績(jī)。此外前人對(duì)鋼板樁鋼中加入一些合金元素可以更進(jìn)一步的提高其耐蝕性，增強(qiáng)鋼板樁鋼的使用壽命。海內(nèi)外材料科研工作者對(duì)耐蝕鋼的研制和發(fā)展進(jìn)行了大量研究，取得了許多成果，但很多方面的研究還缺少系統(tǒng)性。海水大氣腐蝕的防護(hù)工作還有很多方面不能盡如人意。此外由于耐蝕鋼的價(jià)格較高，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中依舊處于劣勢(shì)，這些都給耐蝕鋼的開(kāi)發(fā)和使用帶來(lái)了很大困難4-6。 1.2 鋼的海水腐蝕機(jī)制 海洋約占地球表面積的十分之七。海水是自然界中數(shù)量最大，而且還具很強(qiáng)腐蝕性的天然電解質(zhì)。近年來(lái)海洋開(kāi)發(fā)受到普遍重視，各種海上運(yùn)輸工具、各種類型的艦艇、海上采油平臺(tái)、開(kāi)采和水下輸送及儲(chǔ)存設(shè)備、海岸設(shè)施等不斷

20、增加，工業(yè)的發(fā)展使沿岸的污染增加，腐蝕問(wèn)題也更為突出。所以研究和解決金屬材料的海水腐蝕問(wèn)題，對(duì)于發(fā)展我國(guó)海運(yùn)和海洋開(kāi)發(fā)，以及海軍現(xiàn)代化建設(shè)具有重要意義。1.2.1 海水的特性 海水中溶有大量的氯化鈉為主的鹽類，人們常把海水近似地看作為3%或3.5%的nacl溶液。海水中含鹽量用鹽度或氯度來(lái)表示。鹽度是指1000g海水中溶解的固體鹽類物質(zhì)的總克數(shù)，而氯度是表示1000g海水中的氯離子克數(shù)，常用百分?jǐn)?shù)或千分?jǐn)?shù)作單位。通常先測(cè)定海水的氯度(cl)，然后用經(jīng)驗(yàn)公式推算得到鹽度(s)值，公式如下：s=1.80655cl正常海水的鹽度一般在32%到37.5%之間變化，通常取鹽度35(相對(duì)的氯度為19)作為

21、海洋中海水的鹽度的平均值。海水中的氧含量是海水腐蝕的主要因素。在海面正常情況下，海水表面層被空氣飽和。表1-1為海水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓空氣飽和下的溶氧量，氧的濃度隨水溫變化大體在(510)10-6范圍內(nèi)變化7。表1-1 海水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓空氣飽和下的溶氧量氯度（）05101520鹽度（）09.0618.0827.1136.11010203014.611.39.27.713.310.78.77.312.810.08.26.811.99.47.86.411.08.77.25.41.2.2 海水腐蝕的電化學(xué)過(guò)程海水既然是典型的電解質(zhì)，因此電化學(xué)腐蝕的基本規(guī)律對(duì)于海水腐蝕是適用的。但從海水的特性出發(fā)，海水腐蝕

22、的電化學(xué)過(guò)程也必然具有一系列特征8：（1） 海水腐蝕的陽(yáng)極極化阻滯對(duì)于大多數(shù)金屬（例如鐵、鋼、鋅、銅等）是很有用的。海水腐蝕是由于海水中的氯離子等鹵素離子能阻礙和破壞金屬的鈍化，其破壞方式有：a) 破壞氧化膜：氯離子對(duì)氧化膜的滲透破壞作用以及對(duì)膠狀保護(hù)膜的解膠破壞作用。b) 吸附作用：氯離子比某些鈍化劑更容易吸附。c) 電場(chǎng)效應(yīng)：氯離子在金屬表面易形成絡(luò)合物，加速了金屬的陽(yáng)極溶解，氯絡(luò)合物的水解進(jìn)一步降低了ph值。以上所有這些作用都能減少陽(yáng)極極化阻滯，因此海水中的金屬腐蝕速度相當(dāng)大。但是近年來(lái)對(duì)耐海水鋼的銹層分析表明，在鋼中適當(dāng)和適量的加入某些元素能形成致密、連續(xù)、粘附性好的銹層結(jié)構(gòu)，提高低合

23、金鋼的耐海水腐蝕性能。由于氯離子破壞鈍化膜，所以不銹鋼在海水中也遭到嚴(yán)重的局部腐蝕。只有極少數(shù)易鈍化金屬，如鈦、鋯、鈮、鉭等才能在海水中保持鈍態(tài)，具有顯著的陽(yáng)極阻滯。（2）海水腐蝕是氧化極化過(guò)程，它是腐蝕反應(yīng)的控制性環(huán)節(jié)。在海水的ph條件下，析氫反應(yīng)的平衡電位約為-0.48v。pb、zn、cu、ag和au等金屬在海水中不會(huì)形成析氫腐蝕。fe在ph=8.8，cr在ph=10.9以內(nèi)雖有可能進(jìn)行析氫反應(yīng)，其速度也是很緩慢的。海水中的陰極過(guò)程主要是氧去極化：o2+2h2o+4e-4oh-，反應(yīng)平衡電位約為+0.75v。溶氧的還原反應(yīng)在cu、ag、ni等金屬上比較容易進(jìn)行，其次是fe和cr。在sn、a

24、l、zn上過(guò)電位較大，反應(yīng)進(jìn)行困難。cu和ni是易受硫化氫腐蝕的金屬，fe3+、cu2+等高價(jià)的重金屬離子也促進(jìn)陰極反應(yīng)。當(dāng)cu2+2e-cu的反應(yīng)析出的銅沉積在鋁等其它金屬表面上將成為有效的陰極，因此海水中如含有0.1g/g以上濃度的cu2+離子，就不能使用鋁合金。（3）海水腐蝕的電阻性阻滯很小，異種金屬的接觸能造成顯著的電偶腐蝕。海水具有良好的導(dǎo)電性，因此在海水中異種金屬接觸所構(gòu)成的腐蝕電池，其作用將更強(qiáng)烈，影響范圍更遠(yuǎn)，如海船的青銅螺旋槳可引起遠(yuǎn)達(dá)數(shù)十米處的鋼制船身的腐蝕。（4）在海水中由于鈍化的局部破壞，很容易發(fā)生點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕。在高流速的海水中，易產(chǎn)生沖擊腐蝕和孔蝕。1.3

25、 低合金鋼的耐蝕性1.3.1 低合金鋼的性能低合金鋼通常指的是碳鋼中合金元素總量低于5%左右的合金鋼。根據(jù)不同的目的，在鋼中加入的合金元素種類繁多，其含量的多少也是差別很大。目前尚無(wú)一個(gè)被公認(rèn)的低合金鋼的分類方法。耐蝕鋼較普碳鋼有良好的抗海水大氣腐蝕能力，其中合金元素起到了決定性作用，包括：1）降低銹層的導(dǎo)電性能，自身沉淀并覆蓋鋼表面；2）影響銹層中物相結(jié)構(gòu)和種類，阻礙銹層的生長(zhǎng)；3）推遲銹層的結(jié)晶，加速鋼的均勻溶解；4）加速fe2+向fe3+的轉(zhuǎn)化，并能阻礙腐蝕產(chǎn)物的快速生長(zhǎng)；5）合金元素及其化合物阻塞了裂紋和缺陷。研究表明，可以提高鋼的抗腐蝕性能的合金元素應(yīng)滿足以下條件：a）在鐵中的溶解度

26、大于銹層中的溶解度；b）可以和鐵形成固溶體；c）可以提高鋼的自腐蝕電位或者降低自腐蝕電流。1.3.2 合金元素的作用不同的合金元素對(duì)鋼的耐腐蝕性能的影響不盡相同9，下面給出主要的合金元素對(duì)鋼的耐蝕性能的影響：（1）c：含碳量對(duì)碳鋼在酸性溶液的腐蝕速度有較大的影響，而在中性溶液中則影響不明顯。在非氧化性酸中，含碳量愈高，碳鋼的腐蝕速度愈快。其原因是鋼中含碳量增高，其組織中的滲碳體量就會(huì)增多，因此形成很多的微電池組而加速腐蝕。在氧化性酸中，隨著碳含量的增加，腐蝕速度增高，當(dāng)碳含量超過(guò)某一數(shù)值后，腐蝕速度反而下降。高碳鋼的腐蝕速度低于低碳鋼，其原因是陰極相（滲碳體）促進(jìn)了鋼的鈍化。在大氣、淡水和海水

27、等中性或微酸性水溶液中，碳含量對(duì)碳鋼的腐蝕速度影響不大，其主要原因是這類溶液中，氧去極化腐蝕占主要地位，對(duì)腐蝕速度起主要作用的是金屬表面上的保護(hù)膜的性能和溶液中氧達(dá)到陰極表面的難易程度，因此與鋼中的滲碳體的含量多少關(guān)系不大。（2）p：是提高鋼耐海水、大氣腐蝕性能最有效的合金元素之一。一般p含量在0.08%0.15%時(shí)耐蝕性最佳。當(dāng)p與cu聯(lián)合加入鋼中時(shí)，顯示出更好的復(fù)合效應(yīng)。在大氣腐蝕條件下，鋼中的p是陽(yáng)極去極化劑，它在鋼中能加速鋼的均勻溶解和fe2+的氧化速率，有助于在鋼表面形成均勻的feooh銹層，促進(jìn)生成非晶態(tài)羥基氧化鐵feox(oh)3-2x的致密保護(hù)膜，從而增大了阻抗，成為腐蝕介質(zhì)進(jìn)

28、入鋼基體的保護(hù)屏障，使鋼內(nèi)部免遭大氣腐蝕。當(dāng)磷形成p043-時(shí)還起到緩蝕作用。在不同的介質(zhì)中，磷對(duì)鋼耐蝕性的影響各不相同。在酸中隨著鋼中磷含量的增加，形成磷化物，而在其上的析氫過(guò)電位較低，因此鋼的腐蝕速度直線上升，但在大氣、海水中，磷含量在一定范圍內(nèi)，與其它合金元素配合能提高鋼的耐蝕性。（3）cu：在鋼中加入0.2%0.4%的cu時(shí)，無(wú)論在鄉(xiāng)村大氣、工業(yè)大氣、海水或海洋大氣中，都具有較普碳鋼優(yōu)越的耐蝕性能。關(guān)于cu對(duì)改善鋼的耐大氣腐蝕性能作用機(jī)理，說(shuō)法不一，主要有兩種機(jī)制10,11：一為tomashov提出的促進(jìn)陽(yáng)極鈍化論，認(rèn)為鋼與表面二次析出的cu之間的陰極接觸，能促使鋼陽(yáng)極鈍化，并形成保護(hù)

29、性較好的銹層；另一是cu富集說(shuō)，認(rèn)為cu 在基體與銹層之間形成以cu和p為主要成分的阻擋層，它與基體結(jié)合牢固，因而具有較好的保護(hù)作用。這些解釋都是基于cu在鋼的表面及銹層中的富集現(xiàn)象，因此這兩種機(jī)制可能同時(shí)起作用。值得注意的是：cu抵消鋼中有害元素s的作用的比較明顯。其作用特點(diǎn)是鋼中s含量愈高，合金元素cu降低腐蝕速率的相對(duì)效果愈顯著。一般認(rèn)為這是cu和s生成難溶的硫化物所致。（4）cr：能在鋼表面形成致密的氧化膜，提高鋼的鈍化能力。耐蝕鋼中cr含量一般為0.4%1%(最高13%)。當(dāng)cr與cu同時(shí)加入鋼中時(shí)，效果尤為明顯。最近yamashita9研究指出cr含量提高利于細(xì)化-feooh，當(dāng)銹

30、層/金屬界面的-feooh中cr含量超過(guò)5%時(shí)，能有效抑制腐蝕性陰離子，特別是陰離子的侵入，同時(shí)kamimura10等認(rèn)為添加cr元素還可以阻止干濕交替過(guò)程中干燥時(shí)fe3+fe2+的還原反應(yīng)，從而提高鋼的耐蝕性。但在cl- 離子含量較高的地方，添加cr元素被認(rèn)為是有害的。cr也是能提高鋼耐大氣腐蝕的合金元素之一，但也只有與cu同時(shí)存在時(shí)，效果才會(huì)更明顯。（5）ni：是一種比較穩(wěn)定的元素，加入ni能使鋼的自腐蝕電位向正方向變化，增加了鋼的穩(wěn)定性。大氣暴露試驗(yàn)表明，當(dāng)ni含量在4%左右時(shí)，能顯著提高鋼的海水大氣腐蝕性能。它為較貴重的元素，只有在鋼中含量足夠多時(shí)(3.5%左右），其耐海水腐蝕的效果才

31、明顯；含量低時(shí)，效果不明顯。最近日本開(kāi)發(fā)的無(wú)cr含3%ni海濱耐蝕鋼優(yōu)良的耐蝕性證明，穩(wěn)定銹層中富集ni能有效抑制cl- 離子的侵入，促進(jìn)保護(hù)性銹層的生成，降低鋼的腐蝕速率。nishimura11研究也得出了同樣的結(jié)論。關(guān)于這一點(diǎn)還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。（6）si：與其它元素(如cu、cr、p、ca等)的配合使用可改善鋼的耐蝕性。seij12等經(jīng)過(guò)16年的大氣暴露試驗(yàn)認(rèn)為，較高的si含量有利于細(xì)化-feooh，從而降低鋼整體的腐蝕速率，其作用機(jī)理目前尚在研究中。硅還能提高鋼在鹽酸、硫酸和高濃度硝酸中的耐蝕性。（7）ca：近年研究表明，微量ca加入耐蝕鋼中不僅可以顯著改善鋼的整體耐海水大氣腐蝕性能，而

32、且可以有效避免耐蝕鋼使用時(shí)出現(xiàn)的銹液流掛現(xiàn)象12。在耐蝕鋼中加入微量ca可以形成cao和cas溶解于鋼表面薄電解液膜中，使腐蝕界面的堿性增大，降低其侵蝕性，促進(jìn)銹層轉(zhuǎn)化為致密、保護(hù)性好的- feooh。jeong12等人經(jīng)試驗(yàn)指出，ca和si的聯(lián)合使用效果更佳。當(dāng)耐蝕鋼中ca與si的含量為6810-4%(ca)-0.62%(si)時(shí)耐蝕性最高。他們認(rèn)為si的加入能與其它元素形成caoxsio2或caoxal2o32sio2，由于sio2是酸性氧化物能減弱ca引起的堿化，從而使腐蝕界面達(dá)到適宜于保護(hù)性銹層生成的ph值，促進(jìn)保護(hù)性銹層-feooh的形成。（8）mn：對(duì)耐蝕性的影響還沒(méi)有一致認(rèn)識(shí)，較

33、多學(xué)者認(rèn)為mn能提高鋼對(duì)海洋大氣的耐蝕性，但對(duì)在工業(yè)大氣中的耐蝕性沒(méi)有什么影響。耐蝕鋼中mn含量一般為0.5%2%。錳是低合金鋼中的重要合金元素，我國(guó)在生產(chǎn)低合金鋼中多含錳，在1.2%2.0%mn之間，最佳錳含量為1.7%，高于該含量會(huì)顯著惡化鋼的耐硫化物腐蝕的能力。其他一些研究結(jié)果也證實(shí)，錳高于1.6%會(huì)提高鋼對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕的敏感性。（9）co：近期一些研究13,14認(rèn)為co同ni一樣，穩(wěn)定銹層中富集co能有效抑制cl-侵入，提高鋼在海水下的耐蝕性。（10）s：對(duì)耐蝕性起不良作用，作為殘余元素其含量被控制在小于0.04%以下。硫?qū)︿摰哪臀g性不利，隨著含硫量增加，在酸性溶液中可加速鋼的溶解。

34、鋼中硫含量增加，還容易出現(xiàn)局部腐蝕，這是由于硫含量增加形成硫化物夾雜的量也增多，由此可誘發(fā)點(diǎn)蝕和硫化物應(yīng)力腐蝕斷裂。1.4 耐蝕鋼銹層結(jié)構(gòu)及影響因素1.4.1 銹層的構(gòu)成許多研究者對(duì)海水中鋼鐵銹蝕相進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)耐蝕鋼和碳鋼表面的銹蝕產(chǎn)物見(jiàn)表1.2。近年來(lái)在對(duì)鋼鐵在大氣環(huán)境中曝曬產(chǎn)生的氧化物進(jìn)行了較為深入的研究，發(fā)現(xiàn)了三價(jià)鐵的氧化物至少有六種形態(tài)，最穩(wěn)定的鐵銹為-feooh。 yamashita15等采用電化學(xué)、x射線電子能譜、內(nèi)轉(zhuǎn)化電子穆斯堡爾譜對(duì)金屬銹蝕的大氣腐蝕過(guò)程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。他發(fā)現(xiàn)銹蝕的形成與根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)所排列的能級(jí)譜有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。kaesch4對(duì)水溶液中鋼鐵表面的電化學(xué)

35、反應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并對(duì)傳統(tǒng)的電位-ph平衡圖做了補(bǔ)充。分析出基體表面的fe以綠色的fe2+或feoh+的形式溶出后，氧化生成黃褐色的或金黃色的了-feooh銹蝕相或者是黑色的fe3o4，因fe3o4或-feooh穩(wěn)定區(qū)與白色得到fe(oh)2穩(wěn)定區(qū)重疊，故fe3o4或fe(oh)2都有可能轉(zhuǎn)變?yōu)?feooh或-feooh型銹蝕相。skenand4對(duì)鋼鐵fe-h2o的電位-ph圖分析中采用的ph-電位平衡圖，從其上也可看到相似的結(jié)果，其認(rèn)為fe3o4是非保護(hù)性結(jié)構(gòu)，而三價(jià)鐵的羥基氧化物具有保護(hù)性。表1.2 鋼表面銹蝕相銹蝕相fe3+/(fe3+fe2+)顏色晶系導(dǎo)電性密度gcm-3fe(oh)

36、2feofe3o4-feooh-feooh-feooh-feooh-fe2o3-fe2o3非晶態(tài)銹000.671.01.01.01.01.01.01.0白黑黑黃淡褐黃褐褐黑褐褐六方六方六方斜方正方斜方六方三方六方無(wú)定型絕緣體半導(dǎo)體導(dǎo)體絕緣體絕緣體絕緣體絕緣體絕緣體半導(dǎo)體3.405.55.24.33.04.13.955.24.881.4.2 環(huán)境因素的影響影響鋼的海水腐蝕性的因素主要有三個(gè)：1）溫度在零度以上時(shí)，濕度超過(guò)臨界濕度的時(shí)間（濕潤(rùn)時(shí)間）；2）空氣中的二氧化硫的含量；3）鹽粒子的影響。鋼在海水中的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，腐蝕的第一步應(yīng)該是在鋼的表面形成水膜。其動(dòng)力可以有三個(gè)：1）h2o分子

37、與鄰接金屬表面的范德華力結(jié)合；2）h2o分子和腐蝕金屬表面的鹽離子或腐蝕產(chǎn)物相結(jié)合的化學(xué)凝聚；3）fe表面的縫隙或小孔等所造成的毛細(xì)管凝聚。因此水膜可以在濕度遠(yuǎn)低于臨界濕度的情況下形成，海水大氣腐蝕主要就是以水膜的腐蝕為主，其化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下：(o2)g(o2)l （1.1） 4(fe)me+3(o2)l+2h2o4(fe3+)l+12(oh-)l （1.2） 4(fe3+)l+12(oh-)4(feooh)s+4(h2o)l （1.3）在起始階段生成的feooh一般屬于熱力學(xué)狀態(tài)下不穩(wěn)定的-feooh、-feooh或不定型羥基氧化鐵，較易溶于酸性溶液中。因此在二氧化硫污染較嚴(yán)重的地區(qū)，二氧化

38、硫在鋼表面水膜的沉積降低其ph值，從而有利于最初銹層向穩(wěn)定銹層的轉(zhuǎn)化，生成以-feooh為主要成分的穩(wěn)定銹層6。1.4.3 元素對(duì)銹層的影響含p、cu量高的cor-tena系列耐蝕鋼，以及含有鉻、錳、銅、鉬等元素的cor-tonb系列耐蝕鋼具有較好的耐海水大氣腐蝕性能。據(jù)astmg101的規(guī)定，耐蝕鋼的某些合金元素含量應(yīng)該在一定的范圍之內(nèi)。yamashta16等研究了置于海水大氣環(huán)境中長(zhǎng)達(dá)26年的耐蝕鋼，發(fā)現(xiàn)cr元素只在內(nèi)銹層中存在，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)cu、p元素的富集，si元素只在外銹層中存在；對(duì)于碳鋼，s元素在內(nèi)外銹層中均勻存在，cl元素的分布情況與耐蝕鋼的大致相同。他們認(rèn)為有納米級(jí)-feooh構(gòu)成

39、的內(nèi)銹層組織致密，有著良好的保護(hù)性能，其原因有可能是cr元素使銹層的生長(zhǎng)速度減慢，導(dǎo)致銹層中的應(yīng)力集中較小。碳鋼中的銹層厚度較大，且中間存在著較多的孔洞和微裂紋，產(chǎn)生這種情況的原因有可能是銹層的生長(zhǎng)速度較快，從而產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。他們還認(rèn)為銹層的生長(zhǎng)可能存在著一個(gè)中間過(guò)程，cu、p等合金元素在此過(guò)程中有可能影響內(nèi)銹層的形成6。張全成17等人，采用電子探針顯微鏡分析技術(shù)分析了耐蝕鋼銹層中幾種合金元素的分布，發(fā)現(xiàn)在腐蝕3年的耐蝕鋼內(nèi)銹層中有合金元素（如cr等）的不同程度的富集，說(shuō)明合金元素在內(nèi)銹層的形成過(guò)程中起著重要的作用。研究還發(fā)現(xiàn)，在腐蝕1年的耐蝕鋼的內(nèi)銹層中的裂紋附近的銹層中合金元素的含量

40、也明顯增高，說(shuō)明合金元素有在銹層中缺陷處富集的趨勢(shì)；在外銹層中，合金元素的富集不明顯，說(shuō)明銹層的生長(zhǎng)初期，合金元素作用不大，而隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，合金元素的作用逐漸加強(qiáng)6。1.5 海水腐蝕的實(shí)驗(yàn)研究方法海水腐蝕是金屬材料在薄液膜下，干濕交替過(guò)程中發(fā)生的腐蝕。金屬的耐海水腐蝕研究一般采用戶外暴露試驗(yàn)，室內(nèi)加速試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)，并結(jié)合x射線衍射，掃描電鏡，電化學(xué)，紫外光譜，石英晶振微天平，激光拉曼光譜等各種測(cè)試技術(shù)6。目前己研制出多因素加速腐蝕試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試金屬在薄液膜下腐蝕機(jī)理的電化學(xué)技術(shù)（如海水腐蝕監(jiān)測(cè)儀和kelvin探頭參比電極）以及海水腐蝕原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法的快速發(fā)展為深入研究海水腐蝕機(jī)理奠定了

41、基礎(chǔ)18。下面介紹常用的大氣腐蝕實(shí)驗(yàn)方法：1.5.1 海水腐蝕的室內(nèi)加速試驗(yàn)方法加速腐蝕試驗(yàn)?zāi)茉诙虝r(shí)間內(nèi)較快地得到試驗(yàn)結(jié)果，并且通過(guò)短時(shí)間的加速試驗(yàn)可在一定程度上推測(cè)材料長(zhǎng)期腐蝕行為，可分析研究某一個(gè)或幾個(gè)典型的環(huán)境因素對(duì)材料腐蝕的影響及其作用規(guī)律。可是海水腐蝕的影響因素很多，而且是這些因素綜合作用的結(jié)果。所以加速腐蝕試驗(yàn)不能簡(jiǎn)單地代替自然環(huán)境暴露試驗(yàn)，要想在實(shí)驗(yàn)室中完全模擬實(shí)際海水腐蝕并非一件容易的事，而且加速試驗(yàn)中的腐蝕機(jī)制有時(shí)與實(shí)際海水環(huán)境材料的腐蝕機(jī)制有所不同。boclen6等人認(rèn)為盡管存在許多相關(guān)數(shù)據(jù)，但沒(méi)有任何加速試驗(yàn)?zāi)芊浅?zhǔn)確的且可重現(xiàn)自然環(huán)境下的海水腐蝕情況，主要原因是缺乏對(duì)不

42、同腐蝕因素作用的認(rèn)識(shí)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)腐蝕機(jī)制的信息。盡管室內(nèi)加速試驗(yàn)仍然是研究海水腐蝕強(qiáng)有力的試驗(yàn)手段17。室內(nèi)加速試驗(yàn)必須滿足模擬性、加速性和重現(xiàn)性三個(gè)基本條件。它直接影響到人工加速試驗(yàn)的結(jié)果和天然暴露試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性。相關(guān)性研究涉及了腐蝕因素、腐蝕過(guò)程、腐蝕機(jī)理、試驗(yàn)方法設(shè)備和腐蝕預(yù)測(cè)等方面的內(nèi)容，提高加速試驗(yàn)與室外暴露試驗(yàn)的相關(guān)性是以后加速試驗(yàn)發(fā)展的方向。目前主要使用的室內(nèi)加速試驗(yàn)有：（1）濕熱試驗(yàn)法環(huán)境的溫度和濕度是影響材料海水腐蝕的主要因素。目前廣泛使用濕熱試驗(yàn)法作為室內(nèi)海水腐蝕加速試驗(yàn)之一。濕熱試驗(yàn)方法分為恒定濕熱試驗(yàn)和交變濕熱試驗(yàn)兩種。它是在高溫、高濕條件下使試樣表面浸沒(méi)在水分中

43、，以強(qiáng)化腐蝕環(huán)境，從而加速試樣的銹蝕。為了進(jìn)一步加速大氣腐蝕還采用凝露腐蝕試驗(yàn)，它也是在高溫、高濕的試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行，所不同的是在試樣架內(nèi)通循環(huán)冷卻水，使其溫度低于周圍的氣氛，這樣水汽更容易在試片上凝結(jié)，因而加快了銹蝕，試驗(yàn)周期比濕熱試驗(yàn)短。（2）鹽霧試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)方法最早由acapp于1914年提出，并用于腐蝕測(cè)試中，目的是為了模擬近海洋的海水腐蝕條件。astm在1962年正式制定了3種鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：中性鹽霧試驗(yàn)、醋酸鹽霧試驗(yàn)(aass)和醋酸氯化銅鹽霧試驗(yàn)(cass)。該方法具有一定的局限性，有些學(xué)者認(rèn)為該方法不適宜作為碳鋼的加速腐蝕的試驗(yàn)，尤其是對(duì)耐蝕鋼。由于它與大氣曝曬試驗(yàn)無(wú)可比性，因此鹽霧

44、試驗(yàn)方法僅能作為一種人工加速腐蝕試驗(yàn)方法，對(duì)金屬材料進(jìn)行性能試驗(yàn)，不能對(duì)材料在某一實(shí)際使用環(huán)境下的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，但作為一種經(jīng)典的加速試驗(yàn)方法還是具有一定意義的。它主要用來(lái)模擬海洋環(huán)境（如cl-）對(duì)材料的腐蝕。（3）干濕周浸循環(huán)試驗(yàn)pourbaix18首先提出用該方法研究海水腐蝕，目前是國(guó)內(nèi)外普遍使用的加速試驗(yàn)方法。此試驗(yàn)可以將試樣周期性地浸入模擬的海洋環(huán)境，一段時(shí)間后試樣離開(kāi)溶液，用熱風(fēng)或燈烘烤干燥試樣。金屬表面經(jīng)歷的三種大氣腐蝕狀態(tài)：浸潤(rùn)一潮濕一干燥。有人使用干/濕周浸循環(huán)試驗(yàn)研究了碳鋼和低合金鋼在海洋環(huán)境中的大氣腐蝕行為，銹層中出現(xiàn)一些與室外相同現(xiàn)象，能較好再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的腐蝕規(guī)律，證明了此

45、種加速方法的可行性，與室外數(shù)據(jù)比較，證明其相關(guān)性。孫志華19等人對(duì)碳鋼進(jìn)行了四種加速試驗(yàn)，結(jié)果表明采用干/濕循環(huán)過(guò)程的周浸試驗(yàn)方法，對(duì)低合金鋼海水腐蝕的加速性和模擬性較好。此試驗(yàn)方法適用于研究大部分材料在各種自然環(huán)境中的腐蝕情況。1.5.2 海水腐蝕電化學(xué)研究方法金屬在海水中的腐蝕是一種電化學(xué)過(guò)程，起因于水汽凝聚或吸附在金屬表面上形成薄液膜，腐蝕過(guò)程既服從電化學(xué)腐蝕的一般規(guī)律，又具有大氣腐蝕的特點(diǎn)。它與完全浸在電解液中的腐蝕過(guò)程有所區(qū)別20。金屬在水溶液介質(zhì)中腐蝕速度的測(cè)量，已有比較成熟的電化學(xué)儀器和測(cè)量方法，但對(duì)大氣及其它氣體環(huán)境中的金屬腐蝕尚缺乏相應(yīng)的快速測(cè)量方法。因?yàn)榭拷粶y(cè)金屬電極表面

46、的帶魯金毛細(xì)管的參比電極在毛細(xì)管口處液膜厚度和組成都發(fā)生變化，當(dāng)液膜極薄時(shí)，就會(huì)發(fā)生斷路，故通過(guò)常規(guī)的電化學(xué)方法不能研究這些條件下的金屬的特性，而探討材料海水腐蝕的機(jī)理，深入了解海水腐蝕規(guī)律時(shí)，電化學(xué)測(cè)量技術(shù)又是必不可少的。1.5.3 其它研究方法利用石英晶體微天平(cqm)，表面超聲波(saw)可研究腐蝕的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，尤其在海水腐蝕初期，質(zhì)量變化很小時(shí)，這兩種技術(shù)均可感知10-9的質(zhì)量變化。由于海水腐蝕產(chǎn)物以無(wú)機(jī)物居多，有的還是非晶態(tài)物質(zhì)，而且通常實(shí)驗(yàn)得到的產(chǎn)物數(shù)量并不多，x-射線衍射在這樣的條件下運(yùn)用受到一定限制。隨著紅外光譜技術(shù)的發(fā)展，快速傅立葉變換的成熟運(yùn)用，使紅外光譜在分析海水腐蝕產(chǎn)

47、物上運(yùn)用越來(lái)越廣泛。許多表面分析技術(shù)如x-射線光電子譜(xps)，俄歇電子譜(aes)，二次離子質(zhì)譜(sims)均能有效地分析表面的腐蝕產(chǎn)物，其中xps能給出最好的定性、定量結(jié)果。激光拉曼光譜可用來(lái)研究電極表面的電化學(xué)吸附過(guò)程（吸附的性質(zhì)，吸附物在表面的取向，吸附的動(dòng)力學(xué)參數(shù)等），檢測(cè)電化學(xué)過(guò)程中的氧化還原產(chǎn)物及中間產(chǎn)物，確定反應(yīng)機(jī)理，激光拉曼光譜提供的是物質(zhì)分子水平的信息，它是研究大氣腐蝕微觀歷程的有力工具。astrup21等將iras（紅外吸收光譜）qcm, afm（原子力顯微鏡）結(jié)合起來(lái)，對(duì)cu在潮濕空氣中的腐蝕行為進(jìn)行了原位研究，得到了cu表面的氧化膜生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)公式及與濕度的關(guān)系，表面

48、吸附水膜的性質(zhì)等信息。電化學(xué)與各種現(xiàn)代表面分析技術(shù)相結(jié)合，必將極大地促進(jìn)金屬大氣腐蝕的研究22。1.6 本論文的研究?jī)?nèi)容及意義鋼板樁鋼越來(lái)越受到重視，也越來(lái)越廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)所，國(guó)內(nèi)外對(duì)于鋼板樁鋼的研究也取得了很多成果，但對(duì)于鋼板樁鋼銹層形成機(jī)理尚未有一個(gè)統(tǒng)一的說(shuō)法。關(guān)于合金元素對(duì)鋼的耐海水腐蝕能力的影響，大部分研究工作都是針對(duì)工業(yè)環(huán)境或是鄉(xiāng)村環(huán)境進(jìn)行的，關(guān)于鋼板樁鋼在沿海海水環(huán)境下的腐蝕行為研究很少。雖然在對(duì)材料的耐腐蝕性評(píng)價(jià)也在沿海地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，但是純粹的針對(duì)沿海大氣環(huán)境合金元素對(duì)耐蝕性的影響研究較少，合金元素加入量的多少對(duì)耐蝕性的影響；在沿海環(huán)境下加入微合金元素能否使得鋼板樁鋼和在工業(yè)環(huán)

49、境下一樣生成致密的阻擋層；雖然有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，在沿海環(huán)境下其生不成致密的內(nèi)銹層，但是究竟怎么生成，至今尚無(wú)定論；實(shí)驗(yàn)室采用何種加速試驗(yàn)方法能較好的模擬海水環(huán)境下的掛片試驗(yàn)；能否用實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)方法來(lái)研究鋼鐵材料在海水環(huán)境條件下的腐蝕機(jī)理。這些都需要進(jìn)一步深入的研究。2 實(shí)驗(yàn)研究方法2.1 實(shí)驗(yàn)材料（1）熔煉：在50 kg真空感應(yīng)電爐上冶煉純凈低合金鋼澆成50 kg的鑄錠，空冷后將其重新加熱到1250、均熱l h，鍛成30180220 mm的熱軋坯，終鍛溫度950。鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表2.1。（2）熱軋：開(kāi)軋溫度1150 ，坯料從30mm厚經(jīng)4道次軋制到2.3mm， 終軋溫度為900;軋后空冷到70

50、0再裝入700 的保溫爐模擬卷取，保溫40 min后斷電，使其隨爐冷卻。表2.1 實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分（wt%）元素csimnscrpcuninbv基體成分高p鋼0.1930.1990.230.341.261.080.00350.00330.160.210.0070.0820.0310.400.0180.110.0050.0180.0050.0052.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）真空感應(yīng)爐及萬(wàn)能軋機(jī)（2）線切割設(shè)備（3）熱處理爐（4）金相拋光機(jī)，型號(hào)：pg1；拋光盤直徑：220mm，轉(zhuǎn)速：900轉(zhuǎn)/分（5）金相顯微鏡，xjl-02a立式光學(xué)金相照相機(jī)（如圖2.2）（6）周浸試驗(yàn)箱（7）電子分析天平（8）恒電

51、位儀（9）掃描電子顯微鏡：型號(hào)nova nanosem400（如圖2.1） 圖2.1 nova nanosem400掃描電鏡 圖2.2 金相顯微鏡2.3 實(shí)驗(yàn)方法2.3.1 金相組織觀察作為金屬顯微組織觀察的重要手段，光學(xué)顯微鏡能觀察到尺寸在200nm以上的顯微結(jié)構(gòu)組織，能夠觀察出熱變形后晶粒的分布及形態(tài)和部分第二相的大小、形態(tài)及分布。將經(jīng)熱軋的薄板軋制面經(jīng)砂紙磨制、機(jī)械拋光，然后用沾有濃度為4%硝酸酒精的棉球?qū)υ嚇訏伖饷鎭?lái)回擦洗，直到試樣拋光面變灰暗為止，立即用清水沖洗，再用酒精清洗腐蝕面，然后用電吹風(fēng)把試樣表面吹干，吹干后在金相顯微鏡上進(jìn)行觀察。2.3.2 ebsd試樣的制備（1） ebs

52、d實(shí)驗(yàn)樣品的要求： 要求試樣表面無(wú)殘余應(yīng)變層，無(wú)氧化層； 要求表面無(wú)連續(xù)的蝕坑，表面起伏不能過(guò)大； 要求表面清潔無(wú)污染。（2）ebsd試樣制備步驟： 先用砂輪切割和線切割制作出典型尺寸為10mm10mm(13mm)的試樣。 然后通過(guò)逐步用240wc、360wc、600w、800wc、1000wc、12000wc、1500wc、2000wc水磨砂紙將試樣磨光滑，之后利用拋光機(jī)將試樣拋光成鏡面狀態(tài)，再通過(guò)電解拋光來(lái)消除表面應(yīng)變層，最終要求試樣表面無(wú)劃痕，無(wú)殘留物污染物及無(wú)應(yīng)變層。 利用濃度為4%的硝酸酒精對(duì)試樣拋光面進(jìn)行腐蝕。先用酒精清洗拋光面，再用沾有濃度為4%硝酸酒精的棉球?qū)υ嚇訏伖饷鎭?lái)回擦洗

53、，直到試樣拋光面變灰暗為止，注意腐蝕不可過(guò)深，要腐蝕均勻。 腐蝕完畢后，立即用水沖洗腐蝕面，再用酒精清洗腐蝕面，然后用電吹風(fēng)把試樣表面吹干。 將吹干的試樣放入干燥器，以備使用。2.3.3 測(cè)量極化曲線將兩種不同成分的實(shí)驗(yàn)鋼加工成14mm14mm3mm標(biāo)準(zhǔn)試樣，經(jīng)過(guò)拋光以后，用導(dǎo)線焊接在試樣的一個(gè)面上，然后用環(huán)氧樹(shù)脂封裝，僅露出一個(gè)14mm14mm表面，然后配置3.5%nacl溶液模擬海水溶液，實(shí)驗(yàn)溫度為30，采用雙電極測(cè)試體，參比電極為飽和甘汞電極，在恒電位儀上測(cè)量極化曲線。每隔一定的時(shí)間測(cè)定腐蝕電極的自然腐蝕電位或者自腐蝕電流，監(jiān)測(cè)其隨浸泡時(shí)間的變化情況。2.3.4 周浸試驗(yàn)利用周浸腐蝕試驗(yàn)

54、箱進(jìn)行模擬海水腐蝕的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為3.5%nacl溶液。試樣尺寸為33mm50mm3mm，每組成分15個(gè)試樣，在腐蝕箱中模擬海水環(huán)境條件下，共105個(gè)樣。試樣表面先用丙酮除油后，再用360 wc砂紙打磨，放入干燥器中48小時(shí)后用電子分析天平稱重（精度為0.1mg）記為w0。試驗(yàn)參數(shù)為：液槽內(nèi)溫度40，箱內(nèi)溫度45，開(kāi)排濕，實(shí)際濕度rh為18%左右，每個(gè)干濕循環(huán)為60分鐘，浸濕時(shí)間為12分鐘，非浸濕時(shí)間為48分鐘，試驗(yàn)進(jìn)行240小時(shí)，每隔48小時(shí)為一個(gè)周期，一個(gè)周期包括48次循環(huán)，共進(jìn)行5個(gè)周期（240個(gè)循環(huán)）。每進(jìn)行一個(gè)周期后取一次試樣，每種鋼取平行試樣3個(gè)，從平行試樣中取出2個(gè)在室溫用酸洗

55、液除銹，酸洗后用4%naoh + 1%亞硝酸鈉中和（20g naoh + 5g亞硝酸鈉與500ml h2o），鐵銹去除干凈后用無(wú)水乙醇清洗，然后吹干稱重記為w1，通過(guò)v=(w0-w1)/st(其中w0為試樣腐蝕前的原始重量，s為試樣腐蝕面積，t為試驗(yàn)時(shí)間)計(jì)算腐蝕速度，由公式d=w/(s)計(jì)算腐蝕深度，（d是腐蝕深度，s為試樣腐蝕面積，為鋼的密度，取7.8g/cm3）。另一個(gè)樣品用于銹層分析（銹層成分分析和截面形貌）。采用掃描電子顯微鏡觀察帶銹試樣的表面形貌和截面形貌，eds分析合金元素沿銹層截面分布及銹層組成。酸洗液的配方：256ml hcl、222ml h2o、5g磷酸、3g草酸、2g酒石

56、酸、21g檸檬酸三銨、0.5g op-10（乳化劑）和 0.5g二烷基硫酸鈉。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.1 金相組織分析圖3.1所示的是兩種實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)熱軋之后的金相組織（低倍和高倍），由低倍組織圖可見(jiàn)，熱軋組織呈現(xiàn)明顯的帶狀組織，高倍下可以看出實(shí)驗(yàn)鋼的組織中含有多邊形鐵素體（白色）和塊狀珠光體（黑色）及粒狀貝氏體組織（灰色）。由圖可見(jiàn)基體成分鋼的組織中鐵素體和貝氏體的含量較少，珠光體的含量較多；而高p鋼中鐵素體和貝氏體含量較高，并且塊狀鐵素體較大 23。由表2.1中的成分可見(jiàn)，鋼中的mn元素含量也比較高，它除了一部分形成mns、mno夾雜物，其余的溶于鐵素體和貝氏體中，并引起固溶強(qiáng)圖3.1 實(shí)驗(yàn)鋼的光學(xué)金相組織（a）基體成分鋼（x100） （b）基體成分鋼（x500）（c）高p鋼（x100） （d）高p鋼（x500）化使鋼在熱軋后的冷卻過(guò)程中得到比較細(xì)而且強(qiáng)度高的貝氏體，鐵素體的含量也有