低合金耐候橋樑鋼耐工業海洋大氣腐蝕機理

《低合金耐候橋樑鋼耐工業海洋大氣腐蝕機理》是依託東北大學，由付貴勤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低合金耐候橋樑鋼耐工業海洋大氣腐蝕機理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：付貴勤
• 依託單位：東北大學

中文摘要

我國很多沿海工業城市不僅具有典型的海洋大氣環境特徵，同時含有較高程度的二氧化硫污染，耐候橋樑鋼的腐蝕機理完全不同於單獨的城市工業環境或海洋大氣環境，缺乏系統研究。耐候橋樑鋼的銹層隨腐蝕的進行在不同合金的作用下發生演變、修復，這正是其相比於普碳鋼能夠產生耐候性的根本特性，工業海洋大氣環境中銹層演變機理有必要進行系統研究。故有必要根據工業海洋大氣環境中腐蝕介質的特徵，通過乾濕周期加速腐蝕實驗結合XRD、SEM等手段和失重分析，研究氯離子和二氧化硫協同效應對鋼腐蝕機理的影響，研究二者協同作用下合金元素Ni, Cu, Mo, Mn, Re, Cr等在表面銹層的形成、演變過程中的作用機理，對以上合金元素含量變化對耐蝕性能、銹層演變過程的影響進行研究，建立工業海洋大氣環境下耐候橋樑鋼的腐蝕動力學模型，揭示腐蝕的限制性環節，為開發能夠在工業海洋大氣環境中安全、長效使用的經濟耐候橋樑鋼提供理論基礎。

結題摘要

我國很多沿海工業城市不僅具有典型的海洋大氣環境特徵，同時含有較高程度的SO2污染，耐候橋樑鋼的腐蝕機理完全不同於單獨的城市工業環境或海洋大氣環境，工業海洋大氣環境中銹層演變機理研究具有重要的理論意義和實際價值。研究以自行設計、冶煉、軋制的含不同Ni、Cr、Cu等合金元素的耐候鋼為實驗材料，根據工業海洋大氣環境中腐蝕介質的特徵，通過乾濕周期加速腐蝕實驗結合結合戶外曝曬實驗，並採用XRD、SEM、EDS、Raman光譜、電化學等手段和失重分析其在模擬工業海洋大氣環境下和戶外大氣環境中的腐蝕行為。研究了工業海洋大氣環境下的腐蝕巨觀動力學，分析了合金元素對耐候鋼腐蝕性能的影響規律，闡明了SO2和Cl-1的協同作用下的腐蝕機理。揭示了Cl-1, SO2 協同作用下耐候鋼腐蝕機理。在Cl-1, SO2 協同作用下耐候性元素如 Ni元素作用機制發生改變。Ni含量1.50%升高到3.55%僅對腐蝕前期起作用，腐蝕後期無明顯效果。而且3.55%Ni未表現出海洋大氣環境中具有的陽離子選擇性。 闡明了Cl-1, SO2 協同作用下的腐蝕過程和銹層演變機理：環境中含有的SO2會使實驗鋼的表面迅速形成α-FeOOH硬殼，成為外銹層；內銹層中的pH值升高，發生複雜的腐蝕產物的相互轉換，主要是γ-FeOOH通過中間產物δ-FeOOH向α-FeOOH的轉變，由於體積密度的不同產生畸變能，使得內外銹層產生裂縫，酸性介質進入內銹層又重新加速α-FeOOH的形成，然後修補銹層的缺陷，使得銹層pH又下降，兩個腐蝕階段交替進行，銹層缺陷越來越少，越來越緻密。Ni元素能夠增加內銹層α-FeOOH的轉變速度和外銹層α-FeOOH的含量。銹層主要向內生長。 建立了腐蝕巨觀動力學模型，揭示了Cl-1, SO2 協同作用下含不同合金元素的耐候鋼的腐蝕規律。曝曬初期實驗鋼表面侵蝕性介質濃度較高，基體腐蝕速率較快，在SO2酸化作用下基體表面能快速形成具有一定保護性的銹殼，成為腐蝕後期的外銹層，阻礙大多數腐蝕介質的入侵，內銹層在其緊密束縛作用下生長；Cl-1的滲透加速內部銹層的生成和物相轉變，產生的體積應力使外銹層開裂，SO2等酸性介質的滲入繼續了基體的酸化腐蝕，Ni和Cu在銹層缺陷處富集加速裂縫癒合，銹層緻密性逐漸提高，腐蝕速率逐漸降低。