《工程科学学报》：低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据 赵起越范益范恩点赵柏杰黄运华程学群李晓刚 Influence factors and corrosion resistance criterion of low-alloy structural steel ZHAO Qi-yue,FAN Yi,FAN En-dian,ZHAO Bai-jie,HUANG Yun-hua,CHENG Xue-qun,LI Xiao-gang 引用本文： 赵起越，范益，范恩点，赵柏杰，黄运华，程学群，李晓刚.低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据).工程科学学报， 2021,43(2:255-262.doi:10.13374j.issn2095-9389.2020.01.10.002 ZHAO Qi-yue,FAN Yi,FAN En-dian,ZHAO Bai-jie,HUANG Yun-hua,CHENG Xue-qun,LI Xiao-gang.Influence factors and corrosion resistance criterion of low-alloy structural steel[J].Chinese Journal of Engineering,2021,43(2):255-262.doi: 10.13374-issn2095-9389.2020.01.10.002 在线阅读View online:https::/doi.org10.13374.issn2095-9389.2020.01.10.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 低合金钢焊接热影响区的微观组织和韧性研究进展 Research progress on microstructures and toughness of welding heat-affected zone in low-alloy steel 工程科学学报.2017,395：643htps:/1doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.05.001 Mn对2205双相不锈钢耐点蚀性能的影响 Effect of manganese addition on resistance to pitting corrosion of duplex stainless steel S32205 工程科学学报.2019,41(2：246 https::/1doi.org/10.13374斩.issn2095-9389.2019.02.012 时效制度对AIZnMg合金组织和抗应力腐蚀性能的影响 Effect of aging on the microstructure and stress corrosion resistance of AlZnMg alloy 工程科学学报.2019,41(12：1575htps:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.12.28.005 时效对A2Li二元合金钝化膜耐蚀性及结构的影响 Influence of aging on corrosion resistance and structure of the passive film formed on Al2Li binary alloys 工程科学学报.2019,41(11)：1444htps:ldoi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.11.30.004 Mn元素对过流冷却过共晶Al-22Si-2Fe-xMn合金显微组织及耐磨性的影响 Effect of Mn element on the microstructure and wear resistance of hypereutectic Al-22Si-2Fe-xMn alloys produced by inclined cooling 工程科学学报.2017,392：222 https:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.02.009 静水压与溶解氧耦合作用对低合金高强钢腐蚀电化学行为的影响 Combined effect of hydrostatic pressure and dissolved oxygen on the electrochemical behavior of low-alloy high-strength steel 工程科学学报.2019,41(8：1029 https:/doi.org/10.13374.issn2095-9389.2019.08.008

低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据 赵起越 范益 范恩点 赵柏杰 黄运华 程学群 李晓刚 Influence factors and corrosion resistance criterion of low-alloy structural steel ZHAO Qi-yue, FAN Yi, FAN En-dian, ZHAO Bai-jie, HUANG Yun-hua, CHENG Xue-qun, LI Xiao-gang 引用本文: 赵起越, 范益, 范恩点, 赵柏杰, 黄运华, 程学群, 李晓刚. 低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据[J]. 工程科学学报, 2021, 43(2): 255-262. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.10.002 ZHAO Qi-yue, FAN Yi, FAN En-dian, ZHAO Bai-jie, HUANG Yun-hua, CHENG Xue-qun, LI Xiao-gang. Influence factors and corrosion resistance criterion of low-alloy structural steel[J]. Chinese Journal of Engineering, 2021, 43(2): 255-262. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.10.002 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.10.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 低合金钢焊接热影响区的微观组织和韧性研究进展 Research progress on microstructures and toughness of welding heat-affected zone in low-alloy steel 工程科学学报. 2017, 39(5): 643 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.05.001 Mn对2205双相不锈钢耐点蚀性能的影响 Effect of manganese addition on resistance to pitting corrosion of duplex stainless steel S32205 工程科学学报. 2019, 41(2): 246 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.012 时效制度对AlZnMg合金组织和抗应力腐蚀性能的影响 Effect of aging on the microstructure and stress corrosion resistance of AlZnMg alloy 工程科学学报. 2019, 41(12): 1575 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.28.005 时效对Al2Li二元合金钝化膜耐蚀性及结构的影响 Influence of aging on corrosion resistance and structure of the passive film formed on Al2Li binary alloys 工程科学学报. 2019, 41(11): 1444 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.11.30.004 Mn元素对过流冷却过共晶Al-22Si-2Fe-xMn合金显微组织及耐磨性的影响 Effect of Mn element on the microstructure and wear resistance of hypereutectic Al-22Si-2Fe-xMn alloys produced by inclined cooling 工程科学学报. 2017, 39(2): 222 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.02.009 静水压与溶解氧耦合作用对低合金高强钢腐蚀电化学行为的影响 Combined effect of hydrostatic pressure and dissolved oxygen on the electrochemical behavior of low-alloy high-strength steel 工程科学学报. 2019, 41(8): 1029 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.008

工程科学学报.第43卷，第2期：255-262.2021年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.2:255-262,February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.10.002;http://cje.ustb.edu.cn 低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据 赵起越，范益2)，范恩点)，赵柏杰2)，黄运华)四，程学群，李晓刚) 1)北京科技大学新材料技术研究院，北京1000832)南京钢铁股份有限公司江苏省高端钢铁材料重点实验室，南京211500 ☒通信作者，E-mail:huangyh@mater.ustb.edu.cn 摘要通过对不同厂家或产线生产的相近成分和显微组织的8种低合金工程结构钢样品进行中性盐雾加速腐蚀试验，结 合成分测试、微观组织分析、腐蚀产物分析及数据统计与计算拟合等方法，提出了评价低合金结构钢耐蚀性的综合耐蚀指数 及其包含钢材成分、夹杂物、组织及晶粒度等多因素的数学表达式.研究结果表明，低合金工程结构钢的耐蚀性除与传统的 耐蚀指数Ⅰ相关外，还受钢中夹杂物、显微组织、晶粒度等多种材料因素的耦合影响，其影响程度按从大到小排序依次为耐 蚀合金元素所决定的耐蚀指数I、夹杂物总量、珠光体含量和晶粒度级别.综合耐蚀指数Y可作为比耐蚀指数I指数更有效 的低合金钢耐蚀性判据，具有重要的工程应用价值. 关键词低合金结构钢：合金成分：夹杂物：显微组织：晶粒度：综合耐蚀指数；耐蚀性判据 分类号TG172.3 Influence factors and corrosion resistance criterion of low-alloy structural steel ZHAO Qi-yue,FAN Y,FAN En-dian,ZHAO Bai-jie2,HUANG Yun-hua,CHENG Xue-qun,LI Xiao-gang 1)Institution for Advanced Materials and Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Jiangsu Key Laboratory for Premium Steel Material,Nanjing Iron Steel Co.,LTD.,Nanjing 211500,China Corresponding author,E-mail:huangyh@mater.ustb.edu.cn ABSTRACT Low-alloy engineering structural steel is widely used in many fields,because of its good mechanical and processing properties.The corrosion resistance of low-alloy engineering structural steel is related not only to chemical composition but also to microstructure,inclusions,grain size,and other factors.However,at present,the direct and fast criterion for evaluating the corrosion resistance of low-alloy structural steel,i.e.,the corrosion resistance index /in the ASTM Standard and China National Standards only involves the chemical composition of low-alloy structural steel and ignores the microstructure,inclusions,and grain size.In the literature on the corrosion resistance of low-alloy structural steel,the coupled effect of chemical composition and other material factors on corrosion resistance and the quantitative analysis of each factor have not been reported.Therefore,a new corrosion resistance index for low-alloy structural steel that includes more factors needs to be proposed.Through the neutral salt spray accelerated corrosion test of eight kinds of low-alloy engineering structural steels with similar composition and microstructure produced by different manufacturers or production lines,combined with the methods of composition test,microstructure analysis,corrosion product analysis,data statistics,and calculation fitting,a composite corrosion resistance index Y for low-alloy structural steel was proposed,and a quantitative index formula containing several factors,including chemical composition,inclusions,microstructure,and grain size,was established.Results show that the corrosion resistance of low-alloy structural steel is affected by the coupling of many material factors,not only the traditional corrosion resistance index but also inclusions,microstructure,and grain size.The degree of influence is in the order of corrosion resistance index /determined by corrosion-resistant alloy elements,total inclusions,pearlite content,and grain size.The composite corrosion resistance index can be used as an effective criterion for the corrosion resistance of low-alloy structural steel and is of 收稿日期：202001-10 基金项目：国家重点研发计划资助项目(2016YFB0300604):国家自然科学基金资助项目(51971033)

低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据 赵起越1)，范    益2)，范恩点1)，赵柏杰2)，黄运华1) 苣，程学群1)，李晓刚1) 1) 北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083    2) 南京钢铁股份有限公司江苏省高端钢铁材料重点实验室，南京 211500 苣通信作者，E-mail: huangyh@mater.ustb.edu.cn 摘    要    通过对不同厂家或产线生产的相近成分和显微组织的 8 种低合金工程结构钢样品进行中性盐雾加速腐蚀试验，结 合成分测试、微观组织分析、腐蚀产物分析及数据统计与计算拟合等方法，提出了评价低合金结构钢耐蚀性的综合耐蚀指数 及其包含钢材成分、夹杂物、组织及晶粒度等多因素的数学表达式. 研究结果表明，低合金工程结构钢的耐蚀性除与传统的 耐蚀指数 I 相关外，还受钢中夹杂物、显微组织、晶粒度等多种材料因素的耦合影响，其影响程度按从大到小排序依次为耐 蚀合金元素所决定的耐蚀指数 I、夹杂物总量、珠光体含量和晶粒度级别. 综合耐蚀指数 Y 可作为比耐蚀指数 I 指数更有效 的低合金钢耐蚀性判据，具有重要的工程应用价值. 关键词    低合金结构钢；合金成分；夹杂物；显微组织；晶粒度；综合耐蚀指数；耐蚀性判据 分类号    TG172.3 Influence factors and corrosion resistance criterion of low-alloy structural steel ZHAO Qi-yue1) ，FAN Yi2) ，FAN En-dian1) ，ZHAO Bai-jie2) ，HUANG Yun-hua1) 苣 ，CHENG Xue-qun1) ，LI Xiao-gang1) 1) Institution for Advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Jiangsu Key Laboratory for Premium Steel Material, Nanjing Iron & Steel Co., LTD., Nanjing 211500, China 苣 Corresponding author, E-mail: huangyh@mater.ustb.edu.cn ABSTRACT    Low-alloy  engineering  structural  steel  is  widely  used  in  many  fields,  because  of  its  good  mechanical  and  processing properties.  The  corrosion  resistance  of  low-alloy  engineering  structural  steel  is  related  not  only  to  chemical  composition  but  also  to microstructure, inclusions, grain size, and other factors. However, at present, the direct and fast criterion for evaluating the corrosion resistance of low-alloy structural steel, i.e., the corrosion resistance index I, in the ASTM Standard and China National Standards only involves the chemical composition of low-alloy structural steel and ignores the microstructure, inclusions, and grain size. In the literature on  the  corrosion  resistance  of  low-alloy  structural  steel,  the  coupled  effect  of  chemical  composition  and  other  material  factors  on corrosion resistance and the quantitative analysis of each factor have not been reported. Therefore, a new corrosion resistance index for low-alloy structural steel that includes more factors needs to be proposed. Through the neutral salt spray accelerated corrosion test of eight kinds of low-alloy engineering structural steels with similar composition and microstructure produced by different manufacturers or production lines, combined with the methods of composition test, microstructure analysis, corrosion product analysis, data statistics, and calculation fitting, a composite corrosion resistance index Y for low-alloy structural steel was proposed, and a quantitative index formula containing several factors, including chemical composition, inclusions, microstructure, and grain size, was established. Results show that the  corrosion  resistance  of  low-alloy  structural  steel  is  affected  by  the  coupling  of  many  material  factors,  not  only  the  traditional corrosion  resistance  index I but  also  inclusions,  microstructure,  and  grain  size.  The  degree  of  influence  is  in  the  order  of  corrosion resistance  index I determined  by  corrosion-resistant  alloy  elements,  total  inclusions,  pearlite  content,  and  grain  size.  The  composite corrosion  resistance  index  can  be  used  as  an  effective  criterion  for  the  corrosion  resistance  of  low-alloy  structural  steel  and  is  of 收稿日期: 2020−01−10 基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2016YFB0300604）；国家自然科学基金资助项目（51971033） 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期：255−262，2021 年 2 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 2: 255−262, February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.10.002; http://cje.ustb.edu.cn

256 工程科学学报，第43卷，第2期 significance in engineering applications. KEY WORDS low-alloy structural steel;alloying element;inclusion;microstructure;grain size;composite corrosion resistance index; corrosion resistance criterion 低合金工程结构钢具有良好的力学性能、焊 但是目前评价低合金结构钢耐蚀性的直接和 接性能和其他加工性能，被广泛应用于建筑和工 快速判据为ASTM标准和我国国家标准中提出的 程结构、桥梁、风电设备、压力容器、船舶及车辆 耐大气腐蚀指数（以下简称“耐蚀指数”）20四，而 等领域可.由于低合金结构钢应用范围广，面临 该判据只考虑了低合金钢的化学成分.在研究低 的腐蚀环境复杂，因此其耐蚀性能对大型工程结 合金钢耐蚀性的文献中，化学成分与其他各种材 构与装备的寿命及安全性尤其重要.而钢材的使 料因素对耐蚀性的耦合影响及各因素的定量化分 用寿命及安全性除与服役环境、防护措施有关之 析也未见报道.本文主要以八种来自不同厂家或 外，与材料本身的耐蚀性具有更加直接的关系 产线生产的低合金工程结构钢为研究对象，分别 目前，大多数学者认为显微组织只对新鲜金 对其成分、晶粒度、组织含量及夹杂物含量进行 属表面的耐蚀性产生影响，当金属表面有腐蚀产 了表征统计，并通过盐雾加速试验、锈层形貌成分 物覆盖的时候，显微组织的影响基本可以忽略，成 分析，结合软件计算方法，揭示了4种材料因素对 分的影响占主导，内锈层中的合金元素能够提高 低合金钢腐蚀失重的影响及权重，提出了可以作 锈层的致密性，阻止环境中的腐蚀性介质与金属 为低合金钢耐蚀性有效判据的综合耐蚀指数，为 的接触，保护金属基体山，0，但也有学者对钢材合 低合金结构钢的实际生产及应用提供了重要的参 金元素之外的其他材料因素对腐蚀的影响进行了 考依据 研究-，其中Guo等研究发现，显微组织单一 1实验材料与方法 的铁素体组织的耐蚀性优于铁素体珠光体的混合 组织，均匀单一的铁素体试样表面倾向于形成含 1.1实验材料 较少裂纹的均匀腐蚀产物膜，提升锈层致密度； 实验用的低合金工程结构钢样品取自8个 Schino等i发现无论在质量分数3.5%的NaCI溶 不同厂家产线，样品编号及主要化学成分如表1 液，还是在工业污染大气和普通大气环境中，晶粒 所示 尺寸为15.8um的试样比68um的试样均表现出 根据《GB/T4171一2008耐候结构钢》，低合金 更低的腐蚀速率；Liu等8-11采用一系列微区电化 结构钢耐大气腐蚀性性能可用耐蚀指数Ⅰ来评估， 学试验方法，对Q460NH铁素体加珠光体双相钢 指数越大，钢的耐腐蚀性能越好，其计算公式如下： 中A1O3夹杂物诱发点蚀的过程进行了研究，发现 I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.2(%Cr)+ 了夹杂物对腐蚀萌生的重要影响.上述研究均表 1.49(%Si+17.28(%P)-7.29(%Cu)·(%Ni)- 明，除了成分因素，钢材中的显微组织、夹杂物等 9.1(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2 因素也是影响耐蚀性的不可忽略的重要因素 根据表1钢的化学成分以及上述公式，可得 表1试验钢样品的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the steel samples % Sample Mn P Cr Ni Cu Ti Nb Fe 0.12 0.19 1.43 0.014 0.003 0.033 0.010 0.015 0.005 0.019 0.001 Bal 2* 0.18 0.20 1.28 0.015 0.003 0.028 0.013 0.024 0.005 0.035 0.001 Bal 3 0.17 0.24 1.17 0.015 0.002 0.035 0.010 0.014 0.004 0.010 0.010 Bal 0.18 0.24 0.91 0.010 0.004 0.026 0.015 0.019 0.003 0.0024 0.009 Bal 5* 0.16 0.19 1.21 0.011 0.002 0.043 0.045 0.020 0.004 0.010 0.001 Bal 0.14 0.15 1.48 0.010 0.006 0.016 0.006 0.008 0.005 0.015 0.002 Bal 7 0.18 0.23 0.91 0.014 0.007 0.030 0.011 0.012 0.003 0.0028 0.010 Bal 0.18 0.23 0.92 0.014 0.008 0.030 0.011 0.012 0.003 0.0028 0.010 Bal

significance in engineering applications. KEY WORDS    low-alloy structural steel；alloying element；inclusion；microstructure；grain size；composite corrosion resistance index； corrosion resistance criterion 低合金工程结构钢具有良好的力学性能、焊 接性能和其他加工性能，被广泛应用于建筑和工 程结构、桥梁、风电设备、压力容器、船舶及车辆 等领域[1−6] . 由于低合金结构钢应用范围广，面临 的腐蚀环境复杂，因此其耐蚀性能对大型工程结 构与装备的寿命及安全性尤其重要. 而钢材的使 用寿命及安全性除与服役环境、防护措施有关之 外，与材料本身的耐蚀性具有更加直接的关系. 目前，大多数学者认为显微组织只对新鲜金 属表面的耐蚀性产生影响，当金属表面有腐蚀产 物覆盖的时候，显微组织的影响基本可以忽略，成 分的影响占主导，内锈层中的合金元素能够提高 锈层的致密性，阻止环境中的腐蚀性介质与金属 的接触，保护金属基体[1, 7−10] . 但也有学者对钢材合 金元素之外的其他材料因素对腐蚀的影响进行了 研究[11−19] ，其中 Guo 等[15] 研究发现，显微组织单一 的铁素体组织的耐蚀性优于铁素体/珠光体的混合 组织，均匀单一的铁素体试样表面倾向于形成含 较少裂纹的均匀腐蚀产物膜，提升锈层致密度； Schino 等[16] 发现无论在质量分数 3.5% 的 NaCl 溶 液，还是在工业污染大气和普通大气环境中，晶粒 尺寸为 15.8 μm 的试样比 68 μm 的试样均表现出 更低的腐蚀速率；Liu 等[18−19] 采用一系列微区电化 学试验方法，对 Q460NH 铁素体加珠光体双相钢 中 Al2O3 夹杂物诱发点蚀的过程进行了研究，发现 了夹杂物对腐蚀萌生的重要影响. 上述研究均表 明，除了成分因素，钢材中的显微组织、夹杂物等 因素也是影响耐蚀性的不可忽略的重要因素. 但是目前评价低合金结构钢耐蚀性的直接和 快速判据为 ASTM 标准和我国国家标准中提出的 耐大气腐蚀指数（以下简称“耐蚀指数”）I [20−22] ，而 该判据只考虑了低合金钢的化学成分. 在研究低 合金钢耐蚀性的文献中，化学成分与其他各种材 料因素对耐蚀性的耦合影响及各因素的定量化分 析也未见报道. 本文主要以八种来自不同厂家或 产线生产的低合金工程结构钢为研究对象，分别 对其成分、晶粒度、组织含量及夹杂物含量进行 了表征统计，并通过盐雾加速试验、锈层形貌成分 分析，结合软件计算方法，揭示了 4 种材料因素对 低合金钢腐蚀失重的影响及权重，提出了可以作 为低合金钢耐蚀性有效判据的综合耐蚀指数，为 低合金结构钢的实际生产及应用提供了重要的参 考依据. 1    实验材料与方法 1.1    实验材料 实验用的低合金工程结构钢样品取自 8 个 不同厂家/产线，样品编号及主要化学成分如表 1 所示. 根据《GB/T 4171—2008 耐候结构钢》，低合金 结构钢耐大气腐蚀性性能可用耐蚀指数 I 来评估， 指数越大，钢的耐腐蚀性能越好，其计算公式如下： I = 26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.2(%Cr)+ 1.49(%Si)+17.28(%P)−7.29(%Cu)·(%Ni)− 9.1(%Ni) (%P)−33.39(%Cu) 2 根据表 1 钢的化学成分以及上述公式，可得 表 1 试验钢样品的化学成分（质量分数） Table 1  Chemical composition of the steel samples % Sample C Si Mn P S Cr Ni Cu V Ti Nb Fe 1 # 0.12 0.19 1.43 0.014 0.003 0.033 0.010 0.015 0.005 0.019 0.001 Bal 2 # 0.18 0.20 1.28 0.015 0.003 0.028 0.013 0.024 0.005 0.035 0.001 Bal 3 # 0.17 0.24 1.17 0.015 0.002 0.035 0.010 0.014 0.004 0.010 0.010 Bal 4 # 0.18 0.24 0.91 0.010 0.004 0.026 0.015 0.019 0.003 0.0024 0.009 Bal 5 # 0.16 0.19 1.21 0.011 0.002 0.043 0.045 0.020 0.004 0.010 0.001 Bal 6 # 0.14 0.15 1.48 0.010 0.006 0.016 0.006 0.008 0.005 0.015 0.002 Bal 7 # 0.18 0.23 0.91 0.014 0.007 0.030 0.011 0.012 0.003 0.0028 0.010 Bal 8 # 0.18 0.23 0.92 0.014 0.008 0.030 0.011 0.012 0.003 0.0028 0.010 Bal · 256 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期

赵起越等：低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据 257· 8种样品的耐蚀指数，如表2所示.由该表可知， 清洗干燥并称重，计算试样经7d盐雾试验后的腐 2和5#试验钢耐蚀指数较高，1、7和8钢耐蚀指 蚀速率.之后，使用JEOL JCM6000PLUS型扫描电 数较低，但由于8种钢耐蚀元素含量差别不大，因 子显微镜(Scanning electron microscopy,.SEM)对除 此其耐蚀性指数差异也并不大 锈后试样表面的形貌进行观察，综合分析8种试 验钢的腐蚀情况 表2八种试验钢样品的耐蚀指数/值 Table 2 Corrosion resistance index of the steel samples 2结果与分析 1 2 3 4 5 6 7 8 2.1腐蚀失重分析 0.99 1.24 1.051.10 1.200.64 0.970.97 按照GB/T16545一2015去除表面腐蚀产物， 1.2实验方法 之后用酒精清洗，干燥后称量.按照下式计算8种 试验钢样品盐雾加速腐蚀实验后的质量损失率： 将试样沿法向切成10mm×10mm×3mm的片 状试样，经60~2000号水砂纸逐级打磨后，对试样 6="0-m×100% 10 进行机械抛光，然后用去离子水、丙酮清洗，去除 其中，o为试样原始质量，g:m为试样去除腐蚀 表面的油污.之后根据《GB/T10561一2005钢中非 产物后的质量，g.表3为8种试样经7d中性盐雾 金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》 试验后的腐蚀质量损失率，每个编号的数据为 在AxioScopeAl型蔡司金相显微镜下对机械抛光 3个平行试样的平均值.对比可知，1、2试验钢的 后的八种试验钢进行夹杂物观察并评级，评级结 腐蚀质量损失率较低，腐蚀较为轻微，5、6、7的 果采用A法表示.每个试样选择3个具有代表性 腐蚀质量损失率较为接近，8试样的质量损失率最 的视场进行观测 大，即盐雾试验结果表明，1试验钢腐蚀最轻，8钢 机械抛光后的试样经体积分数4%的硝酸酒 腐蚀最重，且1#~8试验钢的耐蚀性呈现明显的降 精溶液侵蚀后使用蔡司金相显微镜观察其金相组 低趋势 织，并根据《GB/T6394一2002金属平均晶粒度测 定方法》及MIAPS金相图像分析软件评定8种钢 表38种试验钢样品的质量损失率 的晶粒度级别、平均晶品粒尺寸，并计算铁素体及珠 Table 3 Mass loss ratio of the steel samples 光体两相面积占比，以对这8种试验钢组织结构 1 2 3 4 5 6 8 的差异进行分析. 1.11 2.022.802.843.003.023.063.29 将试样沿轧制方向切成70mm×35mm的片状 试样，表面经磨床打磨光亮，清洗除油后称重，之 2.2腐蚀形貌及腐蚀产物成分分析 后按照《GB/T10125一2012人造气氛腐蚀试验盐 经7d中性盐雾试验后，8种试验钢的宏观形 雾试验》进行室内盐雾试验，每组试验样品（每个 貌如图1所示.8种试验钢经盐雾加速试验后腐蚀 编号)的平行试样为3个，试验周期为7d.盐雾实 情况均较为严重，表面已完全失去金属光泽，且被 验作为室内加速腐蚀试验，可以快速模拟室外大 厚度不均匀的红褐色及黑色锈层覆盖，总体来说， 气腐蚀的情况.本实验采用质量分数5%氯化钠溶 8种钢腐蚀后的宏观形貌差异不大.对表面腐蚀 液，调节pH值在6.5~7.2之间，使用连续喷雾进 产物进行X射线衍射(XRD)分析，如图2所示， 行中性盐雾试验.试样沿与垂直方向45放于V型 8种试样的主要腐蚀产物均为au-FeOOH、B-FeOOH、 槽中，实验周期为7d Y-FeOOH和Fe3O4,且8种钢中各腐蚀产物的含量 实验结束后，对取出的试样进行宏观拍照，使用 相近.研究表明，a-FOOH的存在容易形成致密的 VK-X2O0激光共聚焦显微镜(Confocal laser scanning 氧化膜，能很好地提高材料的耐蚀性，而Y-FeOOH microscope,.CLSM)对试样表面3D形貌进行观察 不易形成相对致密的氧化膜，不利于提高材料的 和测量，表面腐蚀产物的物相分析采用Rigaku 耐蚀性-2)而本实验中，8种钢中的几种羟基氧 DMAX-RBI2KWX射线衍射仪(XRD)进行分析 化铁的含量接近，表明在腐蚀后期不同种钢的锈 按照《GB/T16545一2015金属和合金的腐蚀腐蚀 层致密度及完整性相近，基本无区别. 试样上腐蚀产物的清除》使用500mL盐酸+500mL 8种试验钢除锈后表面微观形貌如图3所示， H2O+3.5g六次甲基四胺除锈液进行除锈，除锈后 除锈后表面均较为粗糙且呈现出明显的高低起伏

8 种样品的耐蚀指数，如表 2 所示. 由该表可知， 2 #和 5 #试验钢耐蚀指数较高，1 #、7 #和 8 #钢耐蚀指 数较低，但由于 8 种钢耐蚀元素含量差别不大，因 此其耐蚀性指数差异也并不大. 1.2    实验方法 将试样沿法向切成 10 mm×10 mm×3 mm 的片 状试样，经 60～2000 号水砂纸逐级打磨后，对试样 进行机械抛光，然后用去离子水、丙酮清洗，去除 表面的油污. 之后根据《GB/T 10561—2005 钢中非 金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》 在 AxioScopeA1 型蔡司金相显微镜下对机械抛光 后的八种试验钢进行夹杂物观察并评级，评级结 果采用 A 法表示. 每个试样选择 3 个具有代表性 的视场进行观测. 机械抛光后的试样经体积分数 4% 的硝酸酒 精溶液侵蚀后使用蔡司金相显微镜观察其金相组 织，并根据《GB/T 6394—2002 金属平均晶粒度测 定方法》及 MIAPS 金相图像分析软件评定 8 种钢 的晶粒度级别、平均晶粒尺寸，并计算铁素体及珠 光体两相面积占比，以对这 8 种试验钢组织结构 的差异进行分析. 将试样沿轧制方向切成 70 mm×35 mm 的片状 试样，表面经磨床打磨光亮，清洗除油后称重，之 后按照《GB/T 10125—2012 人造气氛腐蚀试验盐 雾试验》进行室内盐雾试验，每组试验样品（每个 编号）的平行试样为 3 个，试验周期为 7 d. 盐雾实 验作为室内加速腐蚀试验，可以快速模拟室外大 气腐蚀的情况. 本实验采用质量分数 5% 氯化钠溶 液，调节 pH 值在 6.5～7.2 之间，使用连续喷雾进 行中性盐雾试验. 试样沿与垂直方向 45°放于 V 型 槽中，实验周期为 7 d. 实验结束后，对取出的试样进行宏观拍照，使用 VK-X200 激光共聚焦显微镜（Confocal laser scanning microscope，CLSM）对试样表面 3D 形貌进行观察 和测量 ，表面腐蚀产物的物相分析采用 Rigaku DMAX-RB 12KW X 射线衍射仪（XRD）进行分析. 按照《GB/T 16545—2015 金属和合金的腐蚀 腐蚀 试样上腐蚀产物的清除》使用 500 mL 盐酸+500 mL H2O+3.5 g 六次甲基四胺除锈液进行除锈，除锈后 清洗干燥并称重，计算试样经 7 d 盐雾试验后的腐 蚀速率. 之后，使用 JEOL JCM6000PLUS 型扫描电 子显微镜（Scanning electron microscopy, SEM）对除 锈后试样表面的形貌进行观察，综合分析 8 种试 验钢的腐蚀情况. 2    结果与分析 2.1    腐蚀失重分析 按照 GB/T 16545—2015 去除表面腐蚀产物， 之后用酒精清洗，干燥后称量. 按照下式计算 8 种 试验钢样品盐雾加速腐蚀实验后的质量损失率： δ = m0 −m1 m0 ×100% 其中，m0 为试样原始质量，g；m1 为试样去除腐蚀 产物后的质量，g. 表 3 为 8 种试样经 7 d 中性盐雾 试验后的腐蚀质量损失率 ，每个编号的数据为 3 个平行试样的平均值. 对比可知，1 #、2 #试验钢的 腐蚀质量损失率较低，腐蚀较为轻微，5 #、6 #、7 #的 腐蚀质量损失率较为接近，8 #试样的质量损失率最 大，即盐雾试验结果表明，1 #试验钢腐蚀最轻，8 #钢 腐蚀最重，且 1 #～8 #试验钢的耐蚀性呈现明显的降 低趋势. 2.2    腐蚀形貌及腐蚀产物成分分析 经 7 d 中性盐雾试验后，8 种试验钢的宏观形 貌如图 1 所示. 8 种试验钢经盐雾加速试验后腐蚀 情况均较为严重，表面已完全失去金属光泽，且被 厚度不均匀的红褐色及黑色锈层覆盖，总体来说， 8 种钢腐蚀后的宏观形貌差异不大. 对表面腐蚀 产物进行 X 射线衍射（XRD）分析，如图 2 所示， 8 种试样的主要腐蚀产物均为 α-FeOOH、β-FeOOH、 γ-FeOOH 和 Fe3O4，且 8 种钢中各腐蚀产物的含量 相近. 研究表明，α-FeOOH 的存在容易形成致密的 氧化膜，能很好地提高材料的耐蚀性，而 γ-FeOOH 不易形成相对致密的氧化膜，不利于提高材料的 耐蚀性[23−25] . 而本实验中，8 种钢中的几种羟基氧 化铁的含量接近，表明在腐蚀后期不同种钢的锈 层致密度及完整性相近，基本无区别. 8 种试验钢除锈后表面微观形貌如图 3 所示， 除锈后表面均较为粗糙且呈现出明显的高低起伏 表 2    八种试验钢样品的耐蚀指数 I 值 Table 2    Corrosion resistance index of the steel samples 1 # 2 # 3 # 4 # 5 # 6 # 7 # 8 # 0.99 1.24 1.05 1.10 1.20 0.64 0.97 0.97 表 3    8 种试验钢样品的质量损失率 Table 3    Mass loss ratio of the steel samples % 1 # 2 # 3 # 4 # 5 # 6 # 7 # 8 # 1.11 2.02 2.80 2.84 3.00 3.02 3.06 3.29 赵起越等： 低合金结构钢腐蚀的影响因素及其耐蚀性判据 · 257 ·

258 工程科学学报，第43卷，第2期 3 6 20μm 20 um (c) (d) (e) (0 20μm 20μm (e) (f0 图1.8种试验钢样品盐雾试验后的宏观形貌.(a)1:(b)2:(c)3 20μm 20 um (d)45:(e)5:(f)6:(g)产：(h)8 e) Fig.I Macromorphologies of the steel samples after the salt spray test: (a)1,(b)2(c)3:(d4:(e)5(①6：(g)7:(h)8 gnetite Akaganetite:B-FeOOH 20 um 20 um 克·里大光 人人7严 图38种试验钢样品除锈后的微观形貌.(a)1(b)2:(c)3:(d)4 人6 (e)5:(f)6:(g)7:(h)8 人 5 Fig.3 Micromorphologies of the steel samples after rust removal:(a)1*; 4° (b)2,(c)3:(d4,(e)5:(06,(g)7:h)8 3 2 低合金钢耐蚀性的材料因素 人人 1# 2.3显微组织及夹杂物分析 10 20 304050 60 70 如图4所示，8种试样均由铁素体和珠光体组 2() 成，但不同试样间组织差异主要体现在晶粒度及 因28种试验钢样品锈层X射线衍射图谱 铁素体珠光体两相比例上.表4列出了8种试验 Fig.2 XRD patterns of the corrosion products formed on the steel 钢的晶粒度级别、平均晶粒尺寸以及两相分别所 samples 占的面积百分比，如表所示，8种钢的晶粒度差别 状.1~4试样除锈后表面较为平整，但局部分布 不大，6的品粒度最细，2和5的晶粒度最为粗大： 有大量小的蚀坑，相比而言，1的表面蚀坑较浅： 而从组织含量可知，两相比例差异较为明显，其 5试样的表面分布有明显微裂纹，腐蚀情况较 中，1和7钢中铁素体含量最高，而5、6和8试验 1~4更重：6、7试样表面可见大量较深的腐蚀 钢的珠光体含量较高 坑，局部可见明显的剥离状形貌：8试样表面形貌 珠光体是奥氏体发生共析转变形成的铁素体 类似于该铁素体珠光体双相钢金相的侵蚀形貌， 和FeC的共析体，其C含量高于铁素体，铁素体 腐蚀较深且有大量渗碳体出现，部分区域可见清 和FeC呈相互交替的片层状结构，且两种结构均 晰的裂纹，腐蚀形貌最为严重.因此，结果显示， 具有导电性.在盐雾腐蚀性介质中，珠光体中的渗 1#~8钢腐蚀形貌逐渐加重，1钢耐蚀性较好，8钢 碳体和铁素体之间形成微电偶，FeC电位较正为 较差，与前文的腐蚀失重率相对应.但仅从8种钢 阴极，铁素体电位较负为阳极，因此铁素体优先发 的成分、腐蚀形貌及锈层成分无法得出影响8种 生腐蚀溶解，破坏了珠光体片层之间及周围的结 试验钢样品耐蚀性差别的具体因素，因此考虑材 构.而当珠光体自身的铁素体溶解完后，也会导致 料中的夹杂物、晶粒度及组织成分，综合分析影响 周围先析出的铁素体溶解2由以上分析可知，珠

状. 1 #～4 #试样除锈后表面较为平整，但局部分布 有大量小的蚀坑，相比而言，1 #的表面蚀坑较浅； 5 #试样的表面分布有明显微裂纹 ，腐蚀情况 较 1 #～4 #更重；6 #、7 #试样表面可见大量较深的腐蚀 坑，局部可见明显的剥离状形貌；8 #试样表面形貌 类似于该铁素体珠光体双相钢金相的侵蚀形貌， 腐蚀较深且有大量渗碳体出现，部分区域可见清 晰的裂纹，腐蚀形貌最为严重. 因此，结果显示， 1 #～8 #钢腐蚀形貌逐渐加重，1 #钢耐蚀性较好，8 #钢 较差，与前文的腐蚀失重率相对应. 但仅从 8 种钢 的成分、腐蚀形貌及锈层成分无法得出影响 8 种 试验钢样品耐蚀性差别的具体因素，因此考虑材 料中的夹杂物、晶粒度及组织成分，综合分析影响 低合金钢耐蚀性的材料因素. 2.3    显微组织及夹杂物分析 如图 4 所示，8 种试样均由铁素体和珠光体组 成，但不同试样间组织差异主要体现在晶粒度及 铁素体珠光体两相比例上. 表 4 列出了 8 种试验 钢的晶粒度级别、平均晶粒尺寸以及两相分别所 占的面积百分比，如表所示，8 种钢的晶粒度差别 不大，6 #的晶粒度最细，2 #和 5 #的晶粒度最为粗大； 而从组织含量可知，两相比例差异较为明显，其 中，1 #和 7 #钢中铁素体含量最高，而 5 #、6 #和 8 #试验 钢的珠光体含量较高. 珠光体是奥氏体发生共析转变形成的铁素体 和 Fe3C 的共析体，其 C 含量高于铁素体，铁素体 和 Fe3C 呈相互交替的片层状结构，且两种结构均 具有导电性. 在盐雾腐蚀性介质中，珠光体中的渗 碳体和铁素体之间形成微电偶，Fe3C 电位较正为 阴极，铁素体电位较负为阳极，因此铁素体优先发 生腐蚀溶解，破坏了珠光体片层之间及周围的结 构. 而当珠光体自身的铁素体溶解完后，也会导致 周围先析出的铁素体溶解[26] . 由以上分析可知，珠 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 图 1    8 种试验钢样品盐雾试验后的宏观形貌. （a）1 # ；（b）2 # ；（c）3 # ； （d）4 # ；（e）5 # ；（f）6 # ；（g）7 # ；（h）8 # Fig.1    Macromorphologies of the steel samples after the salt spray test: (a) 1# ; (b) 2# ; (c) 3# ; (d) 4# ; (e) 5# ; (f) 6# ; (g)7# ; (h) 8# 10 20 30 40 2θ/(°) 50 60 70 7 # 5 # 6 # 8 # 3 # 4 # 2 # 1 # Intensity — Lepidocrocite: γ−FeOOH — Magnetite — Goethite: α−FeOOH — Akaganetite: β−FeOOH 图 2    8 种试验钢样品锈层 X 射线衍射图谱 Fig.2     XRD  patterns  of  the  corrosion  products  formed  on  the  steel samples 20 μm 20 μm 20 μm 20 μm 20 μm 20 μm 20 μm 20 μm (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 图 3    8 种试验钢样品除锈后的微观形貌. （a）1 # ；（b）2 # ；（c）3 # ；（d）4 # ； （e）5 # ；（f）6 # ；（g）7 # ；（h）8 # Fig.3    Micromorphologies of the steel samples after rust removal: (a) 1# ; (b) 2# ; (c) 3# ; (d) 4# ; (e) 5# ; (f) 6# ; (g) 7# ; (h) 8# · 258 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期