海岸工业大气中含Sn耐候钢的应用可行性与耐蚀机理研究

In China, most of the cities with a better economic development are loacated in the southeast coastal areas, where the atmospheric environment should belong to coastal atmosphere. However, the atmosphere there is usually polutted by SO2, and thus the cities have a coastal-industrial atmospheric environmnet. Compared to other atmospheric environment, coastal-industrial atmospheric environment is complex. In this environment, the corrosion of steel materials is serious, atmospheric corrosion mechanism is not clear enough, the effect of weathering steel corrosion is not satisfactory. To better gain the relationships between the evolution of corrosion weight-gain and the rust layers features of Sn weathering steel exposed to coastal-industrial atmospheres, the present investigation will study the evolution of corrosion of Sn weathering steel in simulated coastal-industrial atmospheres by using the wet/dry cyclic corrosion tests, model-fitting analysis, SEM, XRD, synchrotron radiation EXAFS, Mössbauer 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 Sn weathering steel in coastal-industrial atmospheres. The study revealed the influence mechanism of the synergistic effect of Cu and Sn on the atmospheric corrosion of Sn weathering steel, and also promoted the development of Sn weathering steel that resistant to such kind of atmosphere.

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。相比于其它大气环境，海岸工业大气环境复杂，钢铁材料腐蚀严重，大气腐蚀机制并不十分清楚，耐候钢的耐蚀效果也不理想。本项目拟采用干/湿交替腐蚀加速实验方法，模型分析、扫描电镜、X-射线衍射、同步辐射EXAFS、穆斯堡尔谱、极化曲线以及电化学阻抗谱等手段研究在模拟海岸工业大气环境下含Sn耐候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Cu，Sn之间协同作用对含Sn耐候钢大气腐蚀的影响机制，探讨含Sn耐候钢在海岸工业大气环境中的应用可行性，为我国东南沿海地区经济建设提供备选钢材。

以Cu、P、Cr、Ni等合金元素为主的耐候钢，在工业大气和海岸大气环境下具有较好的耐蚀性，而在以海岸工业大气为主的东南沿海地区其耐蚀性较差。同时Cr和Ni等合金元素价格昂贵，不仅造成耐候钢成本大幅增加，而且也不适用于海岸工业大气环境。因此，为了降低耐候钢的成本，提高环境适用性，经济型耐候钢的开发受到广泛重视。Sn具有优异的耐氯离子和酸溶液腐蚀性能，与Cu元素之间存在的协同作用也大大增强了钢的耐蚀性。由此推断，添加Sn，Cu的低合金钢将在海岸工业大气环境中具有较强的耐候性。但到目前为止，Sn，Cu主要添加在不锈钢中，用以替代Ni达到降低成本的目的，而在耐候钢中的应用并不多见，大气腐蚀机理更不清楚。.鉴于此，本项目拟在MnCu耐候钢基础上，通过优化合金元素Sn的含量研制MnCuSn型经济耐候钢，并通过室内干/湿交替大气腐蚀加速试验，研究其在模拟海岸工业大气中的腐蚀行为、耐蚀机理、锈层相组成、结构及性质演化规律，解释Sn，Cu之间的协同作用原因，进而证实含Sn耐候钢在海岸工业大气中的适用性，为我国东南沿海地区经济建设提供备选钢材。结果表明：添加锡可明显抑制阴极氢离子还原反应，并有助于在最初的几个腐蚀周期降低含锡钢的腐蚀速率，且随着锡含量的升高，钢的耐大气腐蚀性越好。由于此阶段锈层较薄，铜锡元素之间未见明显的协同耐蚀作用。在大气腐蚀中期，随着腐蚀产物的增多，铜和锡元素所生成氧化物对钢基体起到一定的保护作用，提高了铜锡元素之间的协同耐蚀作用。但在长期腐蚀过程中，当钢板覆盖较厚的锈层时，由于锡对锈层的劣化作用，锡铜之间的协同作用减弱，钢中加锡不具有明显的耐蚀效果，锡含量越低，钢的耐腐蚀性越好。这些研究结果表明在本项目所研究的锡含量小于0.1wt%范围内，合金元素锡确实可以提高钢基体的耐蚀性，但对钢的长期耐候性的提高并不明显。尽管如此，这些结果还是可以为针对此类大气环境开发新的耐候钢提供一定的参考和理论指导。