海岸工业大气环境中Cl-与SO2对低碳钢腐蚀演化的交互作用研究

In China, most of the cities with a better economy development are loacated in the southeast coastal areas, where the atmospheric environment should belong to coastal atmoshere. However, the atmosphere there is usually polutted by SO2, and thus the cities have a coastal-industrial atmospheric environmnet. When exposed to the atmospheres with different air polutants, steels have different atmospheric corrosion mechanisms. In the coatal atmosphere, steel corrodes under the anodic dissolution effect of Cl? to steel substrate, but in the industrial atmosphere, steel corrodes under the cyclic and re-generation of SO42? in the corrosion process. However, the corrosion mechanism of steels exposed to coastal-industrial atmosphere is not clear enough. To better understand the corrosion evolution mechanism under the interaction effect of Cl? and SO2 and gain the relationships between the evolution of corrosion weight-gain and the rust layers features of low-carbon steel exposed to coastal-industrial atmospheres, the present investigation will study the evolution of corrosion of low-carbon steel Q235 in simulated coastal-industrial atmospheres by using the wet/dry cyclic corrosion tests, model-fitting analysis, SEM, XRD, M?ssbauer spectroscopy, polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements. These information will contrubute to a clear understanding of the corrosion mechanisms of the atmospheric corrosion of low-carbon steel under the interaction effect of Cl- and SO2 in coastal-industrial atmospheres. In addition, these will be of a great importance for, the prediction of life-span of steel structures, the classification of corrosivity of atmospheres, the selection of suitable simulated atmospheric corrosion tests, and also for the development of new weathering steels that resistant to such kind of atmospheres.

我国主要经济发达区集中分布在东南沿海地区，具有海岸大气环境的特征，但因其工业污染较为严重，又具有工业大气环境的特征，因而属于海岸工业大气环境类型。由于不同大气环境条件下参与腐蚀反应的化学污染物不同，将直接导致钢铁材料大气腐蚀机制的不同。在海岸大气环境中，钢铁的大气腐蚀主要遵循Cl?的阳极溶解机制；在工业大气环境中，主要遵循SO42?的循环再生机制。但是，在SO2及Cl?交互作用下，钢铁的大气腐蚀机制尚不十分清楚。本项目拟采用干/湿交替模拟大气腐蚀加速实验方法，模型分析、扫描电镜、X-射线衍射、穆斯堡尔谱、极化曲线以及电化学阻抗谱等手段研究在Cl-与SO2的交互作用下低碳钢腐蚀锈层的质量演化特征以及锈层组成、结构及性质的变化。揭示二者交互作用对低碳钢大气腐蚀演化特征的影响机制。为钢结构的腐蚀寿命预测、大气腐蚀性等级评价、室内加速试验方法的合理选择、以及针对此类大气环境开发新的耐候钢提供指导。

我国主要经济发达区集中分布在东南沿海地区，具有海岸大气环境的特征，但因其工业污染较为严重，又具有工业大气环境的特征，因而属于海岸工业大气环境类型。由于不同大气环境条件下参与腐蚀反应的化学污染物不同，将直接导致钢铁材料大气腐蚀机制的不同。在SO2及Cl−交互作用下，钢铁的大气腐蚀机制尚不十分清楚。鉴于此，本项目采用干/湿交替模拟大气腐蚀加速实验方法，模型分析、扫描电镜、X-射线衍射、极化曲线以及电化学阻抗谱等手段研究在Cl−与SO2的交互作用下钢腐蚀锈层的质量演化特征以及锈层组成、结构及性质的变化。通过120次干/湿交替大气腐蚀实验发现，Q235B钢和CrNiCu耐候钢在模拟工业-海岸大气中腐蚀的初期，随着SO2浓度升高钢的腐蚀速率降低；在腐蚀进行至一定时间以后，当SO2浓度较低时，钢的腐蚀速率随SO2浓度升高而增大；当SO2浓度较高时，腐蚀速率随SO2浓度升高而减小。SO2会抑制钢铁腐蚀产物中γ-FeOOH和β-FeOOH的生成，而促进α-FeOOH生成，且钢腐蚀速率随SO2浓度变化出现的极值现象与锈层相组分变化密切相关。此外，研究了模拟工业-海岸大气中pH值对Q235B钢腐蚀行为的影响。通过120次干/湿交替大气腐蚀实验发现，在工业-海岸大气中SO2含量较低时，pH值改变对Q235B钢腐蚀速率的影响不明显。然而，当SO2含量较高时，Q235B钢的腐蚀速率随着pH值降低先增大后减小。此外，在所有模拟环境中，pH值改变对Q235B钢锈层组成的影响均不明显。分析表明Q235B钢的腐蚀速率随pH值变化出现的极值现象与硫酸的再生循环过程密切相关。这些研究成果澄清了海岸工业大气环境中Cl−与SO2交互作用下低碳钢的腐蚀演化规律，且为钢结构的腐蚀寿命预测、大气腐蚀性等级评价、室内加速试验方法的合理选择、以及针对此类大气环境开发新的耐候钢提供了理论指导。