含Al-Si-Ni的低碳钢耐腐蚀行为

论文摘要

耐候钢是指在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金高强度钢,广泛应用于车辆、桥梁和集装箱等钢结构。大气腐蚀是造成这些钢结构损坏的原因之一。世界上每年约有1/6年产量的钢材因大气腐蚀而损耗。开发耐大气腐蚀性能优良的钢种,对于延长钢材的使用寿命、减少维修、节约合金资源等均具有重要的意义。近年来,通过在钢中添加Al、Si等元素来改善钢材耐候性的研究引起了国内外的广泛关注。依据耐候钢成分设计原理,采用在工业纯铁中加入Al、Si、Cu、P、Cr或Ni等合金元素,尝试用Al和Si来取代或部分取代昂贵的金属元素Ni,通过冶炼、锻造和轧制,制备了4种含Al-Si和Al-Si-Ni的实验钢。然后对实验钢和Q235对比钢进行浸渍干湿循环加速腐蚀实验测定其年蚀率；应用OM和EPMA观察腐蚀产物的表面形貌和断面元素分布；运用XRD测量腐蚀产物的物相组成；采用电化学方法测定了浸渍干湿循环加速腐蚀24h、72h、120h后试样锈层的极化曲线和交流阻抗值。通过上述研究,揭示Al、Si、Ni、Cu、Cr等合金元素在实验钢锈层中的作用,探讨锈层对基体的保护机理。课题获得的主要结论如下：（1）Al-Si和Al-Si-Ni实验钢的力学性能均优于Q235。Al-Si实验钢中2#钢的抗拉强度达到505MPa,屈服强度为373.33MPa,分别是Q235的1.35倍和1.16倍；Al-Si-Ni实验钢中3#钢的屈服强度和抗弯强度分别是Q235的1.18倍和1.48倍。（2）浸渍干湿循环加速腐蚀实验结果表明：实验初期实验钢与Q235的年腐蚀率都较高,超过一定时间后年蚀率逐渐降低。腐蚀120h后,Al-Si实验钢中2#钢的年蚀率较Al-Si-Ni实验钢中3#钢的年蚀率低0.145mm/a,Q235的年蚀率是2#钢的1.96倍,是3#钢的1.78倍。（3）由X射线衍射分析结果可知：在加速腐蚀120h后实验钢腐蚀产物均含有FeOOH、γ-FeOOH、α-FeOOH、γ-Fe2O3、Fe3O4等Fe的氧化物。1#钢中以FeOOH和α-FeOOH为主；2#、3#钢主要以Fe3O4和α-FeOOH为主；Q235以Fe3O4和γ-FeOOH为主,γ-Fe2O3含量较高。1#、2#和3#钢的锈层中都含有较多的稳定性好的α-FeOOH,对提高耐蚀性有利。（4）电子探针微区分析结果表明：实验钢锈层中均有明显的Cu、Cr的富集,呈层状,Si和Al也有富集,但未发现P的富集。在Al-Si-Ni实验钢的锈层中还有少量的Ni富集。这些合金元素的富集,使紧靠着基体的内锈层更致密,具有保护性。Q235钢锈层中没有合金元素的富集。（5）对测定的极化曲线进行了Tafel拟合得出：在4个时间点实验钢的开路电位都高于Q235,腐蚀电流都小于Q235。在Al-Si实验钢中1#钢的腐蚀电流小于2#钢；Al-Si-Ni系实验钢中,在腐蚀前、腐蚀24h和72h后3#钢的腐蚀电流小于4#钢,腐蚀120h后4#钢的腐蚀电流小于3#钢。对测得的交流阻抗拟合得出：在腐蚀前和腐蚀后实验钢的交流阻抗值都大于Q235,Al-Si实验钢中2#钢的交流阻抗值大于1#钢；在Al-Si-Ni实验钢中腐蚀前和腐蚀24h时3#钢的交流阻抗值大于4#钢,在腐蚀72h后4#钢的交流阻抗值大于3#钢。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 大气腐蚀
• 1.2 耐候钢的发展历程
• 1.2.1 国外耐候钢的发展
• 1.2.2 国内耐候钢的发展
• 1.3 本课题的背景和意义
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 耐候钢
• 2.1.1 合金元素对耐候钢大气腐蚀的影响
• 2.1.2 耐候钢表面保护性锈层
• 2.2 经济耐候钢
• 2.3 超级钢
• 2.4 双相耐候钢
• 2.5 文献评述
• 第3章 实验方法
• 3.1 实验用钢及样品制备
• 3.1.1 实验用钢
• 3.1.2 试样制备
• 3.2 周浸循环腐蚀实验方法及参数设定
• 3.3 腐蚀试样处理及腐蚀失重测定
• 3.4 腐蚀产物的物相测定
• 3.5 腐蚀产物的形貌观察
• 3.6 锈层横截面的成分分析
• 3.7 电化学实验测定
• 3.7.1 极化现象
• 3.7.2 交流阻抗及等效电路
• 第4章 实验结果与分析
• 4.1 Al-Si实验钢实验结果分析
• 4.1.1 Al-Si实验钢力学性能
• 4.1.2 Al-Si实验钢的组织
• 4.1.3 Al-Si实验钢加速腐蚀实验结果
• 4.1.4 Al-Si实验钢腐蚀产物的物相
• 4.1.5 Al-Si腐蚀产物的宏观形貌
• 4.1.6 Al-Si实验钢的电子探针分析
• 4.1.7 Al-Si实验钢极化曲线的测定
• 4.1.8 Al-Si实验钢交流阻抗的测量
• 4.2 Al-Si-Ni实验钢实验结果分析
• 4.2.1 Al-Si-Ni实验钢的力学性能
• 4.2.2 Al-Si-Ni实验钢的组织
• 4.2.3 Al-Si-Ni实验钢的加速腐蚀实验结果
• 4.2.4 Al-Si-Ni实验钢腐蚀产物的物相
• 4.2.5 Al-Si-Ni实验钢腐蚀产物的宏观形貌
• 4.2.6 Al-Si-Ni实验钢电子探针分析
• 4.2.7 Al-Si-Ni实验钢极化曲线的测定
• 4.2.8 Al-Si-Ni实验钢腐蚀交流阻抗的测量拟合
• 4.3 Al-Si和Al-Si-Ni实验钢比较
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 论文包含图、表、公式及文献