RE重轨钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为

第36卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.36 Suppl.1 2014年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2014 RE重轨钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为 王晓丽2)，宋波”，安胜利)，付国平，彭军》 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)包头钢铁职业技术学院，包头014010 3)内蒙古科技大学材料与治金学院，包头014010 ☒通信作者，E-mail:shengli_an@126.com 摘要采用周期浸润腐蚀实验结合电化学方法研究了模拟工业大气环境下RE重轨钢的腐蚀行为.结果表明，RE重轨钢 的耐腐蚀性能优于不含RE的重轨钢.RE重轨钢中，RE合金元素在基体的局部富集促进了锈层中保护性好的a一FOOH相 的快速生成和含量的增加，提高了锈层阻止侵蚀性介质穿透的能力，改善了重轨钢在工业大气环境下的耐腐蚀性能。 关键词RE:重轨钢：腐蚀行为：模拟工业大气环境 分类号TD123 Corrosion behaviors of RE heavy rail in simulated industrial atmosphere WANG Xiao--i-2,SONG Bo'”,AN Sheng-li.回，FU Guo-ping2》,PENG Jun'》 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Baotou Iron and Steel Vocational Technical College,Baotou 014010,China 3)School of Materials and Metallurgy,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,China Corresponding author,E-mail:shengli_an@126.com ABSTRACT The corrosion behavior of rare earth (RE)heavy rail steel was studied by a cycle infiltration corrosion test and an elec- trochemical technique under simulated industrial atmosphere.The results show that RE heavy rail steel has more excellent anticorrosive property than the other none-RE heavy rail steel.In RE heavy rail steel,a-FeOOH phase quickly forms and content increase in rust layer due to the enrichment of RE alloy elements in the matrix,RE alloy elements improve the ability of rust layer to prevent erosion of corrosive agent penetration,which improves the corrosion resistance of the heavy rail steel in industrial atmosphere. KEY WORDS RE:heavy rail steel;corrosion behaviors;simulated industrial atmosphere 钢的腐蚀是一个普遍而严重的问题.世界上每 究未见报道.为了探究造成重轨钢腐蚀的主要原 年约有1/6年产量的钢材因腐蚀而损耗.防止或者 因，并采取相应的措施来改善重轨的耐腐蚀性能，本 减缓钢铁材料在大气中的腐蚀对于节能降耗十分重 文以RE重轨钢为研究对象，通过失重法、腐蚀形貌 要.因此，对钢铁材料的腐蚀性能及机理进行研究， 观察、锈层物相分析和动态极化等手段研究了RE 提出防腐和保护措施极为必要和迫切口. 重轨钢以及不含RE的重轨钢在模拟工业大气下的 为增强钢轨的耐腐蚀性能，多年来国内外科技 腐蚀行为，为重轨钢的成分优化和新钢种的设计提 工作者进行了多方面的技术性探索和尝试，但都未 供实验及理论依据， 能取得实质性的突破，到目前也没有实现耐腐蚀钢 轨的规模化、产业化生产.对于重轨而言，铁路钢轨 1实验 的耐腐蚀性能同其强度和韧性一样，事关铁路运营 本实验所有试样均取自某钢厂自产RE重轨钢 效益和安全等问题回.重轨在南方高温潮湿的气候 及不含RE的重轨钢，采用高速锯切割截取实验所 下腐蚀严重，但目前对重轨钢抗大气腐蚀方面的研 需失重试样和电化学试样.失重试样尺寸为50mm 收稿日期：2013-11-一7 基金项目：包头市科学技术局重大科技发展资助项目(2012Z1006-1) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.s1.014:http://joumals.ustb.edu.cn

第 36 卷 增刊 1 2014 年 4 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 Suppl． 1 Apr． 2014 ＲE 重轨钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为 王晓丽1，2) ，宋 波1) ，安胜利1，3) ，付国平2) ，彭 军3) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 包头钢铁职业技术学院，包头 014010 3) 内蒙古科技大学材料与冶金学院，包头 014010 通信作者，E-mail: shengli_an@ 126． com 摘 要 采用周期浸润腐蚀实验结合电化学方法研究了模拟工业大气环境下 ＲE 重轨钢的腐蚀行为． 结果表明，ＲE 重轨钢 的耐腐蚀性能优于不含 ＲE 的重轨钢． ＲE 重轨钢中，ＲE 合金元素在基体的局部富集促进了锈层中保护性好的 α--FeOOH 相 的快速生成和含量的增加，提高了锈层阻止侵蚀性介质穿透的能力，改善了重轨钢在工业大气环境下的耐腐蚀性能． 关键词 ＲE; 重轨钢; 腐蚀行为; 模拟工业大气环境 分类号 TD123 Corrosion behaviors of ＲE heavy rail in simulated industrial atmosphere WANG Xiao-li 1，2) ，SONG Bo 1) ，AN Sheng-li 1，3)  ，FU Guo-ping2) ，PENG Jun3) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Baotou Iron and Steel Vocational Technical College，Baotou 014010，China 3) School of Materials and Metallurgy，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China Corresponding author，E-mail: shengli_an@ 126． com ABSTＲACT The corrosion behavior of rare earth ( ＲE) heavy rail steel was studied by a cycle infiltration corrosion test and an elec￾trochemical technique under simulated industrial atmosphere． The results show that ＲE heavy rail steel has more excellent anticorrosive property than the other none-ＲE heavy rail steel． In ＲE heavy rail steel，α-FeOOH phase quickly forms and content increase in rust layer due to the enrichment of ＲE alloy elements in the matrix，ＲE alloy elements improve the ability of rust layer to prevent erosion of corrosive agent penetration，which improves the corrosion resistance of the heavy rail steel in industrial atmosphere． KEY WOＲDS ＲE; heavy rail steel; corrosion behaviors; simulated industrial atmosphere 收稿日期: 2013--11--17 基金项目: 包头市科学技术局重大科技发展资助项目( 2012Z1006--1) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． s1． 014; http: / /journals． ustb． edu． cn 钢的腐蚀是一个普遍而严重的问题． 世界上每 年约有 1 /6 年产量的钢材因腐蚀而损耗． 防止或者 减缓钢铁材料在大气中的腐蚀对于节能降耗十分重 要． 因此，对钢铁材料的腐蚀性能及机理进行研究， 提出防腐和保护措施极为必要和迫切［1］． 为增强钢轨的耐腐蚀性能，多年来国内外科技 工作者进行了多方面的技术性探索和尝试，但都未 能取得实质性的突破，到目前也没有实现耐腐蚀钢 轨的规模化、产业化生产． 对于重轨而言，铁路钢轨 的耐腐蚀性能同其强度和韧性一样，事关铁路运营 效益和安全等问题［2］． 重轨在南方高温潮湿的气候 下腐蚀严重，但目前对重轨钢抗大气腐蚀方面的研 究未见报道． 为了探究造成重轨钢腐蚀的主要原 因，并采取相应的措施来改善重轨的耐腐蚀性能，本 文以 ＲE 重轨钢为研究对象，通过失重法、腐蚀形貌 观察、锈层物相分析和动态极化等手段研究了 ＲE 重轨钢以及不含 ＲE 的重轨钢在模拟工业大气下的 腐蚀行为，为重轨钢的成分优化和新钢种的设计提 供实验及理论依据． 1 实验 本实验所有试样均取自某钢厂自产 ＲE 重轨钢 及不含 ＲE 的重轨钢，采用高速锯切割截取实验所 需失重试样和电化学试样． 失重试样尺寸为 50 mm

增刊1 王晓丽等：RE重轨钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为 ·73· ×30mm×6mm,各表面用120"~800砂纸逐级打磨 1.4 至光亮，然后用丙酮除油，无水乙醇和去离子水冲 L.2 洗，电吹风吹干后备用.电化学试样尺寸为10mm× 10mm×6mm,制作方法：以电化学试样的一个大面 1.0 为工作面，相应的背面焊接铜导线，所有非工作面 0.8 用环氧树脂封装剂密封，24h后，工作面依次经120°~ 800金相砂纸打磨，然后丙酮除油，无水乙醇和去 0.6 离子水冲洗，吹干后备用.实验钢的化学成分如 0.4 表1. 120 240 360 480 表1实验钢化学成分（质量分数） 取样周期凸 Table 1 Chemical composition of experimental steel 图1年蚀率随腐蚀时间的变化趋势 Fig.1 Variation of annual corrosion rate of the samples with time 钢种 Si Mn P RE 1# 0.780.580.930.0050.01140.059 能提高也更为明显，说明在本实验条件下2"试样的 2# 0.790.560.880.0050.01130.0620.02 耐腐蚀性能比1"试样的要好 将试样在周期浸润实验箱中进行为期480h的 两种实验钢耐腐蚀性能的差异与钢的合金成分 浸润实验.腐蚀液体系为0.01mol·L-1NaHs03溶 有直接的联系.有关研究表明，稀土元素改变了钢 液.每个交替周期为60min,其中在腐蚀液中浸润 中硫化物夹杂的成分和非金属夹杂物的形态，并降 时间10min,大气中干燥时间50min.腐蚀液温度控 低了钢中硫含量0，促进了稳定的锈蚀相afe0OH 制为35℃，干燥室温度为45℃.每天加0.02mol· 的生成，使锈层的保护能力更强，提高了钢的耐蚀 L-的NaHS03补给液至规定刻度.每120h取五个 性的.2试样中添加了有利于改善钢耐大气腐蚀性 平行失重试样和两个电化学试样，其中失重样中的 的RE合金元素，使得2"试样的耐腐蚀性能较优异. 三个用于失重实验，一个用于X射线衍射实验，另 2.2腐蚀形貌分析 一个用激光共聚焦显微镜对各周期失重前后试样表 激光共聚焦显微镜可以对凹凸不平的试样表面 面腐蚀形貌进行观察.两个电化学试样中的一个用 进行观察，故可对锈层及除锈后的蚀坑进行立体观 于电化学测试，另一个备用，共取四次，合计480h. 察囿，蚀坑的深浅可根据图中的标尺得出：红褐色 应用Solartron(1287+1260)电化学工作站进行极 的铁锈一般为FezO3,较疏松；而深褐色的铁锈为 化曲线测定，测试采用三电极体系，工作电极为本次 Fe,0,,很致密：图2为腐蚀周期360h两种钢去除腐 实验电化学试样，辅助电极为20mm×20mm的铂电 蚀产物前通过激光共聚焦显微镜得到的腐蚀形貌. 极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE),腐蚀液为与周 从图2(a)和图2(b)可以看出，两种钢均被腐蚀产 浸实验相同的0.01mol·L的NaHSO,溶液.电化 物所覆盖，图2(a)试样的腐蚀产物覆盖的面积较 学测试采用动态极化法，经拟合分析得到自腐蚀电 大，区域内的腐蚀产物成大面积堆积并呈现红褐色， 流和自腐蚀电位等电化学参数间 图2(b)试样的腐蚀产物覆盖的面积较少，区域内的 腐蚀产物呈现深褐色 2结果与讨论 图3为腐蚀周期360h的试样去除腐蚀产物后 2.1试样腐蚀失重规律分析 的腐蚀形貌.从1试样除锈后对应的图3(a)可以 采用失重方法对腐蚀试样的腐蚀率进行对比分 看出其腐蚀面积大而集中，2试样除锈后对应的图 析.在实验的第120、240、360和480小时分别取 3(b)的腐蚀面积有所减小且比较均匀，蚀坑的深度 样，测定试样失重量，根据腐蚀失重原理对所得到的 也浅了许多；从除锈前后表面形貌观察可以看出，1" 实验数据进行处理，计算年蚀率后作图，见图1. 试样产生了疏松的红褐色的铁锈，且蚀坑较深；2"试 由图1可以看出，在本实验条件下，随着实验时 样产生了致密的深褐色的铁锈，且蚀坑较浅.说明 间的增加，两种重轨钢的年蚀率都呈现出降低的趋 2”试样的表面被腐蚀程度更低 势，说明稳定的保护性锈层逐渐生成.不同实验周 试样1·、2在360h时对应的除锈后的立体形貌 期下2"试样的年蚀率均比1"试样的年蚀率要低，并 如图4和图5所示.从除锈后的立体形貌观察可以 且在360h之前，随着实验时间的增加，其耐腐蚀性 看出，1"试样基体上形成的锈蚀坑较大、深且深浅不

增刊 1 王晓丽等: ＲE 重轨钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为 × 30 mm × 6 mm，各表面用120# ～ 800# 砂纸逐级打磨 至光亮，然后用丙酮除油，无水乙醇和去离子水冲 洗，电吹风吹干后备用． 电化学试样尺寸为10 mm × 10 mm × 6 mm，制作方法: 以电化学试样的一个大面 为工作面，相应的背面焊接铜导线，所有非工作面 用环氧树脂封装剂密封，24 h 后，工作面依次经 120# ～ 800# 金相砂纸打磨，然后丙酮除油，无水乙醇和去 离子水冲洗，吹干后备用． 实验钢的化学成分如 表 1． 表 1 实验钢化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of experimental steel % 钢种 C Si Mn S P V ＲE 1# 0. 78 0. 58 0. 93 0. 005 0. 0114 0. 059 — 2# 0. 79 0. 56 0. 88 0. 005 0. 0113 0. 062 0. 02 将试样在周期浸润实验箱中进行为期 480 h 的 浸润实验． 腐蚀液体系为 0. 01 mol·L － 1 NaHSO3 溶 液． 每个交替周期为 60 min，其中在腐蚀液中浸润 时间 10 min，大气中干燥时间 50 min． 腐蚀液温度控 制为 35 ℃，干燥室温度为 45 ℃ ． 每天加 0. 02 mol· L － 1 的 NaHSO3补给液至规定刻度． 每 120 h 取五个 平行失重试样和两个电化学试样，其中失重样中的 三个用于失重实验，一个用于 X 射线衍射实验，另 一个用激光共聚焦显微镜对各周期失重前后试样表 面腐蚀形貌进行观察． 两个电化学试样中的一个用 于电化学测试，另一个备用，共取四次，合计 480 h． 应用 Solartron ( 1287 + 1260) 电化学工作站进行极 化曲线测定，测试采用三电极体系，工作电极为本次 实验电化学试样，辅助电极为20 mm × 20 mm 的铂电 极，参比电极为饱和甘汞电极( SCE) ，腐蚀液为与周 浸实验相同的 0. 01 mol·L － 1 的 NaHSO4 溶液． 电化 学测试采用动态极化法，经拟合分析得到自腐蚀电 流和自腐蚀电位等电化学参数［3］． 2 结果与讨论 2. 1 试样腐蚀失重规律分析 采用失重方法对腐蚀试样的腐蚀率进行对比分 析． 在实验的第 120、240、360 和 480 小时分别取 样，测定试样失重量，根据腐蚀失重原理对所得到的 实验数据进行处理，计算年蚀率后作图，见图 1． 由图 1 可以看出，在本实验条件下，随着实验时 间的增加，两种重轨钢的年蚀率都呈现出降低的趋 势，说明稳定的保护性锈层逐渐生成． 不同实验周 期下 2# 试样的年蚀率均比 1# 试样的年蚀率要低，并 且在 360 h 之前，随着实验时间的增加，其耐腐蚀性 图 1 年蚀率随腐蚀时间的变化趋势 Fig． 1 Variation of annual corrosion rate of the samples with time 能提高也更为明显，说明在本实验条件下 2# 试样的 耐腐蚀性能比 1# 试样的要好． 两种实验钢耐腐蚀性能的差异与钢的合金成分 有直接的联系． 有关研究表明，稀土元素改变了钢 中硫化物夹杂的成分和非金属夹杂物的形态，并降 低了钢中硫含量［4］，促进了稳定的锈蚀相 α--FeOOH 的生成，使锈层的保护能力更强，提高了钢的耐蚀 性［5］． 2# 试样中添加了有利于改善钢耐大气腐蚀性 的 ＲE 合金元素，使得 2# 试样的耐腐蚀性能较优异． 2. 2 腐蚀形貌分析 激光共聚焦显微镜可以对凹凸不平的试样表面 进行观察，故可对锈层及除锈后的蚀坑进行立体观 察［6］，蚀坑的深浅可根据图中的标尺得出; 红褐色 的铁锈一般为 Fe2 O3，较疏松; 而深褐色的铁锈为 Fe3O4，很致密; 图 2 为腐蚀周期 360 h 两种钢去除腐 蚀产物前通过激光共聚焦显微镜得到的腐蚀形貌． 从图 2( a) 和图 2( b) 可以看出，两种钢均被腐蚀产 物所覆盖，图 2 ( a) 试样的腐蚀产物覆盖的面积较 大，区域内的腐蚀产物成大面积堆积并呈现红褐色， 图 2( b) 试样的腐蚀产物覆盖的面积较少，区域内的 腐蚀产物呈现深褐色． 图 3 为腐蚀周期 360 h 的试样去除腐蚀产物后 的腐蚀形貌． 从 1# 试样除锈后对应的图 3( a) 可以 看出其腐蚀面积大而集中，2# 试样除锈后对应的图 3( b) 的腐蚀面积有所减小且比较均匀，蚀坑的深度 也浅了许多; 从除锈前后表面形貌观察可以看出，1# 试样产生了疏松的红褐色的铁锈，且蚀坑较深; 2# 试 样产生了致密的深褐色的铁锈，且蚀坑较浅． 说明 2# 试样的表面被腐蚀程度更低． 试样1# 、2# 在360 h 时对应的除锈后的立体形貌 如图 4 和图 5 所示． 从除锈后的立体形貌观察可以 看出，1# 试样基体上形成的锈蚀坑较大、深且深浅不 ·73·

·74 北京科技大学学报 第36卷 图2除锈前锈层表面形貌.(a)1试样：(b)2试样 Fig.2 Surface morphology of rusty scale before derusting:(a)1sample:(b)2sample 图3除锈后形貌.(a)1*试样：(b)2试样 Fig.3 Morphology after derusting:(a)1*sample:(b)2*sample 一，而2"试样基体上形成的锈蚀坑相对要均匀、且 浅一些.说明2"试样在一定时间内抗腐蚀能力强于 1试样 2% 1 1280 463 320 960 231晨 640 640 960 320 1280 12804X 960 320 640 图52试样在360h时除锈后表面立体照片 640 元，960 320 Fig.5 Morphology stereographs of 2 sample in 360 hours after de- 2804X rusting 图41*试样在360h时除锈后表面立体形貌 a-FeOOH为主，腐蚀试样腐蚀产物a-FeOOH/y- Fig.4 Morphology stereographs of 1 sample in 360 hours after de- FeOOH值见表2,2"试样的这一比值相对1"试样 rusting 要高 2.3腐蚀产物的物相分析 在腐蚀过程中，y-FeOOH是最先形成的亚稳定 图6为两种钢在整个腐蚀周期内各取样周期下 产物，它会转化成稳定性高的aFe0OH.a-FeOOH 试样外锈层的X射线衍射图谱.从中可以看出，1 是绝缘的非活性物质，是最稳定的羟基氧化铁.Ka- 试样和2"试样的锈层物相组成均以y-FOOH和 mimura等和Asami等图的研究表明，锈层中a/y

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 2 除锈前锈层表面形貌． ( a) 1# 试样; ( b) 2# 试样 Fig． 2 Surface morphology of rusty scale before derusting: ( a) 1# sample; ( b) 2# sample 图 3 除锈后形貌 . ( a) 1# 试样; ( b) 2# 试样 Fig． 3 Morphology after derusting: ( a) 1# sample; ( b) 2# sample 一，而 2# 试样基体上形成的锈蚀坑相对要均匀、且 浅一些． 说明 2# 试样在一定时间内抗腐蚀能力强于 1# 试样． 图 4 1# 试样在 360 h 时除锈后表面立体形貌 Fig． 4 Morphology stereographs of 1# sample in 360 hours after de￾rusting 2. 3 腐蚀产物的物相分析 图 6 为两种钢在整个腐蚀周期内各取样周期下 试样外锈层的 X 射线衍射图谱． 从中可以看出，1# 试样和 2# 试样的锈层物相组成均以 γ--FeOOH 和 图 5 2# 试样在 360 h 时除锈后表面立体照片 Fig． 5 Morphology stereographs of 2# sample in 360 hours after de￾rusting α--FeOOH为主，腐蚀试样腐蚀产物 α--FeOOH /γ-- FeOOH 值见表 2，2# 试样的这一比值相对 1# 试样 要高． 在腐蚀过程中，γ--FeOOH 是最先形成的亚稳定 产物，它会转化成稳定性高的 α--FeOOH． α--FeOOH 是绝缘的非活性物质，是最稳定的羟基氧化铁． Ka￾mimura 等［7］和 Asami 等［8］的研究表明，锈层中 α/γ* ·74·

增刊1 王晓丽等：RE重轨钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为 ·75· 350 A Fe (a) 360r Y-FeOOH Y-FeOOH 回 300 ◆a-FeO0H 320 250480h 280 240 200 () 200 36oh人z&L人t 150 160 100 120 50 80 40 0 1020 304050 60708090 0 1020304050607080 90 201) 20/M) 图6两种钢试样表面锈层的X射线衍射谱.()1试样：(b)2*试样 Fig.6 XRD spectrum on the rust surface of steel specimens:(a)1 sample:(b)2 sample 表2腐蚀产物a-Fe0OH/y-FOOH值随腐蚀时间变化情况(a/ Fe0,和Fe2O,含量的总和)的比值可作为锈层保护 y) 性能的一个指标，该比值越大，锈层越稳定，对基体 Table 2 Change of a-Fe00H/y-Fe0OH value of corrosion product 的保护作用越强.在本实验条件下，添加RE合金元 with the corrosion time 素有利于a-FeOOH的快速形成和含量的增加，一 试样 120h 240h 360h 480h 定程度上提高了2"钢的耐腐蚀性能 1# 0.0524 0.0727 0.0437 0.0973 Do 2.4电化学特征 0.0612 0.0911 0.0684 0.1045 图7(a)和图7(b)是实验测得的在不同取样时 (a表示a-FeO0H的含量，y表示y-Fe0OH、 间下两种钢的极化曲线，图8(a)和图8(b)是对所 0.25 0.25 (a) 1-120h 1-120h 0 2-240h 2-240h 3-360h 3-360h -0.25 4480h -0.25 4480h -0.50 4 -0.50 -0.75 1- -0.75 -1.0 100 108 103 1010510+ 10-102 10- 10- 10105 10 103 10-2 (A-em) (A-cm) 图7不同取样周期下的极化曲线.(a)1试样：(b)2试样 Fig.7 Polarization curves under the different sampling cycles:(a)1sample:(b)2sample -0.35 1° 0.050 0.40 0.045 (b) 一2 -0.45 0.040 0.035 -0.50 0.030 -0.55 0.025 -0.60 0.020 -0.65 0.015 0.010 -0.70 120 240 360 480 120 240 360 480 取样周期h 取样周期h 图8不同取样周期下的自腐蚀电位(a)和自腐蚀电流(b) Fig.8 Corrosion potential (a)and the corrosion current (b)of the different sampling cycles

增刊 1 王晓丽等: ＲE 重轨钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为 图 6 两种钢试样表面锈层的 X 射线衍射谱 . ( a) 1# 试样; ( b) 2# 试样 Fig． 6 XＲD spectrum on the rust surface of steel specimens: ( a) 1# sample; ( b) 2# sample 表 2 腐蚀产物 α--FeOOH/γ--FeOOH 值随腐蚀时间变化情况( α/ γ* ) Table 2 Change of α-FeOOH/ γ-FeOOH value of corrosion product with the corrosion time 试样 120 h 240 h 360 h 480 h 1# 0. 0524 0. 0727 0. 0437 0. 0973 2# 0. 0612 0. 0911 0. 0684 0. 1045 ( α 表 示 α--FeOOH 的 含 量，γ* 表 示 γ--FeOOH、 Fe3O4和 Fe2O3含量的总和) 的比值可作为锈层保护 性能的一个指标，该比值越大，锈层越稳定，对基体 的保护作用越强． 在本实验条件下，添加 ＲE 合金元 素有利于 α--FeOOH 的快速形成和含量的增加，一 定程度上提高了 2# 钢的耐腐蚀性能． 2. 4 电化学特征 图 7( a) 和图 7( b) 是实验测得的在不同取样时 间下两种钢的极化曲线，图8( a) 和图8( b) 是对所 图 7 不同取样周期下的极化曲线 . ( a) 1# 试样 ; ( b) 2# 试样 Fig． 7 Polarization curves under the different sampling cycles: ( a) 1# sample; ( b) 2# sample 图 8 不同取样周期下的自腐蚀电位( a) 和自腐蚀电流( b) Fig． 8 Corrosion potential ( a) and the corrosion current ( b) of the different sampling cycles ·75·

·76· 北京科技大学学报 第36卷 测极化曲线进行拟合而得到的不同取样时间的拟合 实验条件下含RE重轨钢的耐腐蚀性能比不含RE 结果.研究表明，阳极电流是阳极（基体）在外加电 的重轨钢要好. 压溶解而形成的.因此溶解电流越小说明钢的耐蚀 性能越好.在极化曲线图中表现为靠近左端和上端 参考文献 的曲线对应的钢的耐蚀性能好.一般来说自腐蚀电流 [1]Panda B,Balasubramaniam R,Mahapatra S,et al.Fretting and I越小，自腐蚀电位E越正，钢的耐腐蚀性能越好. fretting corrosion behavior of novel micro alloyed rail steels.Wear, 从图7中可以看出，随着腐蚀时间的增加，两种 2009,267(9/10):1702 钢的极化曲线均出现向左上方移动的变化规律，整 [2]Liang C F,Hou W T.Atmosphere corrosivity for steels.Journal of Chinese Society For Corrosion and Protection,1998,18(1):78 体上看，自腐蚀电流减小，自腐蚀电位增大，在360h (梁彩凤，侯文秦.环境因素对钢的大气腐蚀的影响.中国腐 达到最大值后自腐蚀电流又增大，自腐蚀电位则有 蚀与防护学报，1998,18(1)：78) 所降低.从图8可以看出，两种钢的自腐蚀电流和 B] Wang B,Lu K,Wang JJ,et al.Corrosion behavior of weathering 自腐蚀电压均出现先增大后减小的变化规律，在 steel with high manganese content in condition simulating industrial 360h时达到最大，表明锈层厚度在此时达到最大， atmosphere.Journal of Chinese Society for Corrosion and Protec- ion,2010,30(4):333 锈层的致密程度也达到最大.而在480h时出现的 (王博，卢凯，王建景，等.模拟工业大气条件下高锰耐候钢的 自腐蚀电流增大，自腐蚀电位有所降低的原因在于 腐蚀行为.中国腐蚀与防护学报，2010,30(4)：333) 部分锈层从基体上脱落，导致氧扩散变得容易，吸氧 4] Zhang Z,Ren X J,Wei R Q,et al.Study on properties of 反应速率变快.从图中还可以看出，在同一取样周 U76CrRE steel rail.Chinese Rare Earths,2009,30(1):62 期下，2"试样的自腐蚀电位较1"试样的都要高，自腐 (张智，任新建，魏仁群，等.U76CRE稀土钢轨性能研究.稀 土，2009,30(1)：62) 蚀电流较1"试样的要小. [5] Yue L J,Wang L M,Chen Y B.Influence of rare earth on corro- 3结论 sion resistance performance of weathering steel.Journal of Materi- als Engineering,2009(3):74 (1)在本实验条件下，随着实验时间的增加，两 (岳丽杰，王龙妹，陈蕴博，等.稀土对耐候钢耐蚀性能的影响 种重轨钢的年蚀率都呈现出降低的趋势，说明稳定 研究.材料工程，2009(3)：74) 6] Mao TC.Research on Resistance of B450NbRe Steel to Atmospheric 的保护性锈层逐渐生成. Corrosion [Dissertation].Shenyang:Northeastem University, (2)添加RE合金元素有利于a-FeOOH的快 2008:13 速形成和含量的增加，一定程度上提高了实验重轨 (毛天成.B450NbRe钢耐大气腐蚀性能的研究[学位论文] 钢的耐腐蚀性能，增加了锈层阻止侵蚀性介质穿透 沈阳：东北大学，2008：13) 的能力. b] Kamimura T,Hara S,Miyuki H.Composition and protective abil- ity of rust layer formed on weathering steel exposed to various envi- (3)不同实验周期下2”试样的年蚀率均比1 ronments.Corrosion Science,2006,48(9)2799 试样的要低.在相同实验周期，2”试样的耐腐蚀性 ⑧] Asami K,Kikuchi M.In-depth distribution of rusts on plain car- 能比1"试样的要好，2"试样的自腐蚀电位较1”试样 bon steel and weathering steels exposed to coastal-industrial atmos- 的都要高，自腐蚀电流较1"试样的要小.说明在本 phere for 17 years.Corrosion Science,2003,45(11):2671

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 测极化曲线进行拟合而得到的不同取样时间的拟合 结果． 研究表明，阳极电流是阳极( 基体) 在外加电 压溶解而形成的． 因此溶解电流越小说明钢的耐蚀 性能越好． 在极化曲线图中表现为靠近左端和上端 的曲线对应的钢的耐蚀性能好． 一般来说自腐蚀电流 I 越小，自腐蚀电位 E 越正，钢的耐腐蚀性能越好． 从图 7 中可以看出，随着腐蚀时间的增加，两种 钢的极化曲线均出现向左上方移动的变化规律，整 体上看，自腐蚀电流减小，自腐蚀电位增大，在 360 h 达到最大值后自腐蚀电流又增大，自腐蚀电位则有 所降低． 从图 8 可以看出，两种钢的自腐蚀电流和 自腐蚀电压均出现先增大后减小的变化规律，在 360 h 时达到最大，表明锈层厚度在此时达到最大， 锈层的致密程度也达到最大． 而在 480 h 时出现的 自腐蚀电流增大，自腐蚀电位有所降低的原因在于 部分锈层从基体上脱落，导致氧扩散变得容易，吸氧 反应速率变快． 从图中还可以看出，在同一取样周 期下，2# 试样的自腐蚀电位较 1# 试样的都要高，自腐 蚀电流较 1# 试样的要小． 3 结论 ( 1) 在本实验条件下，随着实验时间的增加，两 种重轨钢的年蚀率都呈现出降低的趋势，说明稳定 的保护性锈层逐渐生成． ( 2) 添加 ＲE 合金元素有利于 α--FeOOH 的快 速形成和含量的增加，一定程度上提高了实验重轨 钢的耐腐蚀性能，增加了锈层阻止侵蚀性介质穿透 的能力． ( 3) 不同实验周期下 2# 试样的年蚀率均比 1# 试样的要低． 在相同实验周期，2# 试样的耐腐蚀性 能比 1# 试样的要好，2# 试样的自腐蚀电位较 1# 试样 的都要高，自腐蚀电流较 1# 试样的要小． 说明在本 实验条件下含 ＲE 重轨钢的耐腐蚀性能比不含 ＲE 的重轨钢要好． 参 考 文 献 ［1］ Panda B，Balasubramaniam Ｒ，Mahapatra S，et al． Fretting and fretting corrosion behavior of novel micro alloyed rail steels． Wear， 2009，267( 9 /10) : 1702 ［2］ Liang C F，Hou W T． Atmosphere corrosivity for steels． Journal of Chinese Society For Corrosion and Protection，1998，18( 1) : 78 ( 梁彩凤，侯文泰． 环境因素对钢的大气腐蚀的影响． 中国腐 蚀与防护学报，1998，18( 1) : 78) ［3］ Wang B，Lu K，Wang J J，et al． Corrosion behavior of weathering steel with high manganese content in condition simulating industrial atmosphere． Journal of Chinese Society for Corrosion and Protec￾tion，2010，30( 4) : 333 ( 王博，卢凯，王建景，等． 模拟工业大气条件下高锰耐候钢的 腐蚀行为． 中国腐蚀与防护学报，2010，30( 4) : 333) ［4］ Zhang Z，Ｒen X J，Wei Ｒ Q，et al． Study on properties of U76CrＲE steel rail． Chinese Ｒare Earths，2009，30( 1) : 62 ( 张智，任新建，魏仁群，等． U76CrＲE 稀土钢轨性能研究． 稀 土，2009，30( 1) : 62) ［5］ Yue L J，Wang L M，Chen Y B． Influence of rare earth on corro￾sion resistance performance of weathering steel． Journal of Materi￾als Engineering，2009( 3) : 74 ( 岳丽杰，王龙妹，陈蕴博，等． 稀土对耐候钢耐蚀性能的影响 研究． 材料工程，2009( 3) : 74) ［6］ Mao T C． Ｒesearch on Ｒesistance of B450NbＲe Steel to Atmospheric Corrosion ［Dissertation］． Shenyang: Northeastern University， 2008: 13 ( 毛天成． B450NbＲe 钢耐大气腐蚀性能的研究［学位论文］． 沈阳: 东北大学，2008: 13) ［7］ Kamimura T，Hara S，Miyuki H． Composition and protective abil￾ity of rust layer formed on weathering steel exposed to various envi￾ronments． Corrosion Science，2006，48( 9) : 2799 ［8］ Asami K，Kikuchi M． In-depth distribution of rusts on plain car￾bon steel and weathering steels exposed to coastal-industrial atmos￾phere for 17 years． Corrosion Science，2003，45( 11) : 2671 ·76·