昨天和大家介绍过了通过周期浸润模拟加速腐蚀试验，今天将继续对于实验结果进行分析和讨论。
XRD结果显示 , 72次周浸循环后 Q345 qD锈层同时包含 α2FeOOH 及 γ2Fe2O2 ·H2O,根据衍射峰相对强度可判断其中 γ2Fe2O2 ·H2O的比例近 50% ;而 Q450NQR1锈层则几乎完全由单一的α2FeOOH组成 ,其短期试验的锈层组成与其他耐候钢 25 年户外大气暴晒试验所得锈层成分一致 ,因而为基体提供了更好的保护作用。
72次周浸腐蚀试验后钢种表面锈层的 XRD谱图 Q450NQR1和 Q345qD锈层组成的明显差异主要源于合金元素的不同 ,除了一般常见元素外 ,前者还含有Cu, Cr和 Ni。
一般认为 , P和 Cu对钢的耐候性影响最为显著 ,且两者具有协同效应。
Cr可在钢表面形成致密的氧化膜 ,显著改善钢的钝化能力 ,当 Cr与 Cu同时加入时效果更好。
Cr的提高有利于细化锈层结构 ,当 α2FeOOH 中Cr含量超过 5%时可有效抑制腐蚀性阴离子，特别是 Cl- 的侵入 ,同时还可抑制干湿交替过程中Fe3 +还原为 Fe2 +的反应 ,从而提高钢的耐候性。
N i可提高钢的稳定性，加Ni会提高钢的自腐蚀电位，而且锈层中富 N i可有效抑制 Cl- 的侵入。
通常少量 N i对耐候性提高效果不明显 ,但添加 4%的 N i可显著改善耐候钢的抗海滨大气腐蚀性能。
基于此结论，日本开发了无铬含 3%镍海滨环境用耐候钢。
在一般的大气环境条件下 ,钢表面的锈层主要成分为 Fe3O4 和 α2FeOOH 及非晶态的中间过渡性产物。
在某些环境条件下也可产生其他不稳定晶型的化合物 ,如 β2FeOOH,γ2FeOOH等。
耐候钢的锈层与普碳钢不同 ,其结构和组成的演变与暴露时间有关 ,暴露初期形成 γ2FeOOH锈层 ,经过中期的无定形物质到最终形成稳定 α2(Fe1 - xCrx ) OOH。
长期暴露后耐候钢的稳定锈层由内层和外层构成双层结构 ,最常见的是内层为微细晶粒的 α2FeOOH ,外层为 γ2FeOOH 的双层结构。
长期暴晒后 ,再由 α2FeOOH构成的内层中发生 Cr的富集使内层 α2FeOOH中含约 3%的Cr, Cr部分置换了 Fe可细化 α2FeOOH晶粒并提高其致密性 。
深入研究表明：致密的 α2FeOOH具有离子选择性透过效应 (阳离子选择性 ) ,可阻碍外界侵蚀性阴离子与金属接触 ,同时 α2FeOOH在热力学上比 γ2FeOOH 和 β2FeOOH 稳定 ,不参与电化学过程的阴极反应过程而被还原成为不稳定的化合物。
某些情况下 α2FeOOH也可以出现在外层 ,并且可能形成第三层。
更长时间的暴露也有可能只有α2FeOOH单层结构。
上述试验结果表明，高强耐候钢Q450NQR1的模拟循环加速腐蚀性能远远优于普碳钢Q345qD,而且耐候钢的腐蚀失重速率一直比较稳定 ,说明耐候钢锈层的保护性与普碳钢有较大差异。
Q450NQR1高强钢中选定的 Cu, Cr和 N i含量可有效促进高含 α2FeOOH稳定化锈层的形成，从而使钢的耐大气腐蚀性能得以极大提高。
结论(1)周浸循环加速腐蚀试验结果表明 ,宝钢高强度铁道车辆用耐候钢 Q450NQR1的耐大气腐蚀性能明显优于普通碳钢 Q345qD。
(2 ) 在 72 次 周 浸 循 环 后 , Q345qD 锈 层 由α2FeOOH和大量的γ2Fe2O2 ·H2O组成 ,而 Q450NQR1锈层则几乎完全由单一的 α2FeOOH组成 ,短期加速腐蚀试验条件下 , Q450NQR1表面锈层的相组成与一般耐候钢长期暴晒试验后的锈层结构一致。
(3) Q450NQR1中 Cu, Cr,N i合金元素成分的选择比较理想 ,可有效促进高含 α2FeOOH锈层的形成 ,使得锈层具有良好而稳定的保护作用 ,达到了对耐候钢耐蚀性能的要求。
参 考 文 献杨松柏. 铁道车辆用耐候钢耐腐蚀性能评价方法法 [J ]. 铁道车辆 ,刘丽宏 , 齐慧滨 , 卢燕平 ,等. 耐大气腐蚀钢的研究概况[J ]. 腐蚀科学与防护技术等