低合金耐候桥梁钢耐工业海洋大气腐蚀机理

The corrosion mechanism of bridge weathering steel in many domestic coastal industrial cities which is absolutely different with that in industial or marine atmosphere due to the synergistic effect of chloride ion and oxysulfide, is lack of systematic research.The rust of weathering steel will evolve and repair affected by alloys, which is its fundamental difference with plain carbon steel. The rust evolution mechanism under industrial marine circumstance is short of systematic research, further study is needed. Aming at solving the above problems, experimental steel samples with different Ni, Cu, Mo, Mn, Re, Cr contents were vacuum induction melted and rolled. Optical microscope together with alternative wet-dry cyclic accelerated corrosion tests simulating industrial marine atmosphere and outdoor exposure, meanwhile XRD, SEM, electrochemical method were employed to study the effects of synergism on the corrosion performance, the effects of alloys on rust layer evolution rules under the simulated industial marine atmosphere, and macro corrosion kinetics model is built with weight loss method and electrochemical analysis to get the restrictive step of corrosion under industial marine environment. The research will provide theoretical basis for developing low carbon bridge weathering steel with good corrosion resistance performance under industial marine circumstance which could be safely used in industial marine atmosphere.

我国很多沿海工业城市不仅具有典型的海洋大气环境特征，同时含有较高程度的二氧化硫污染，耐候桥梁钢的腐蚀机理完全不同于单独的城市工业环境或海洋大气环境，缺乏系统研究。耐候桥梁钢的锈层随腐蚀的进行在不同合金的作用下发生演变、修复，这正是其相比于普碳钢能够产生耐候性的根本特性，工业海洋大气环境中锈层演变机理有必要进行系统研究。故有必要根据工业海洋大气环境中腐蚀介质的特征，通过干湿周期加速腐蚀实验结合XRD、SEM等手段和失重分析，研究氯离子和二氧化硫协同效应对钢腐蚀机理的影响，研究二者协同作用下合金元素Ni, Cu, Mo, Mn, Re, Cr等在表面锈层的形成、演变过程中的作用机理，对以上合金元素含量变化对耐蚀性能、锈层演变过程的影响进行研究，建立工业海洋大气环境下耐候桥梁钢的腐蚀动力学模型，揭示腐蚀的限制性环节，为开发能够在工业海洋大气环境中安全、长效使用的经济耐候桥梁钢提供理论基础。

我国很多沿海工业城市不仅具有典型的海洋大气环境特征，同时含有较高程度的SO2污染，耐候桥梁钢的腐蚀机理完全不同于单独的城市工业环境或海洋大气环境，工业海洋大气环境中锈层演变机理研究具有重要的理论意义和实际价值。. 研究以自行设计、冶炼、轧制的含不同Ni、Cr、Cu等合金元素的耐候钢为实验材料，根据工业海洋大气环境中腐蚀介质的特征，通过干湿周期加速腐蚀实验结合结合户外曝晒实验，并采用XRD、SEM、EDS、Raman光谱、电化学等手段和失重分析其在模拟工业海洋大气环境下和户外大气环境中的腐蚀行为。研究了工业海洋大气环境下的腐蚀宏观动力学，分析了合金元素对耐候钢腐蚀性能的影响规律，阐明了SO2和Cl-1的协同作用下的腐蚀机理。. 揭示了Cl-1, SO2 协同作用下耐候钢腐蚀机理。在Cl-1, SO2 协同作用下耐候性元素如 Ni元素作用机制发生改变。Ni含量1.50%升高到3.55%仅对腐蚀前期起作用，腐蚀后期无明显效果。而且3.55%Ni未表现出海洋大气环境中具有的阳离子选择性。.阐明了Cl-1, SO2 协同作用下的腐蚀过程和锈层演变机理：环境中含有的SO2会使实验钢的表面迅速形成α-FeOOH硬壳，成为外锈层；内锈层中的pH值升高，发生复杂的腐蚀产物的相互转换，主要是γ-FeOOH通过中间产物δ-FeOOH向α-FeOOH的转变，由于体积密度的不同产生畸变能，使得内外锈层产生裂缝，酸性介质进入内锈层又重新加速α-FeOOH的形成，然后修补锈层的缺陷，使得锈层pH又下降，两个腐蚀阶段交替进行，锈层缺陷越来越少，越来越致密。Ni元素能够增加内锈层α-FeOOH的转变速度和外锈层α-FeOOH的含量。锈层主要向内生长。.建立了腐蚀宏观动力学模型，揭示了Cl-1, SO2 协同作用下含不同合金元素的耐候钢的腐蚀规律。曝晒初期实验钢表面侵蚀性介质浓度较高，基体腐蚀速率较快，在SO2酸化作用下基体表面能快速形成具有一定保护性的锈壳，成为腐蚀后期的外锈层，阻碍大多数腐蚀介质的入侵，内锈层在其紧密束缚作用下生长；Cl-1的渗透加速内部锈层的生成和物相转变，产生的体积应力使外锈层开裂，SO2等酸性介质的渗入继续了基体的酸化腐蚀，Ni和Cu在锈层缺陷处富集加速裂缝愈合，锈层致密性逐渐提高，腐蚀速率逐渐降低。.