| 题名 | 典型大气环境下低碳钢腐蚀行为研究 |
| 作者 | 马元泰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-31 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 王福会 |
| 关键词 | 大气腐蚀 低碳钢 锈层 Cl-离子 合金元素 |
| 其他题名 | Corrosion Behavior of Low Carbon Steel in Typical Atmospheric Environment |
| 学位专业 | 腐蚀科学与防护★ |
| 中文摘要 | 八五和九五期间，在万宁试验站观察到低碳钢腐蚀速率出现“ 逆转现象”，即在高湿、高热、高氯离子的万宁试验站，低碳钢的腐蚀速率出现先增大，后减小，而后又增大的异常现象。虽然从环境因素如氯离子的作用、气候因素和腐蚀产物等方面对“ 逆转现象”做出了一些解释，但仍不能令人信服。另外，耐大气腐蚀能力很强的耐候钢(CortenA)在万宁试验站的暴晒点却遭受了严重的腐蚀，耐候性能削弱，八五和九五期间的实验结果并没有给出合理的解释。针对以上存在的问题，我们在十五期间展开新一轮研究，目的在于揭示低碳钢大气腐蚀动力学规律、分析氯离子的加速机制进而阐述其腐蚀行为出现“ 逆转现象”的根本原因，同时揭示耐候钢的耐候性能出现异常的本质所在。本项研究的实验周期为4年(2005年5月至2009年5月)。 实验材料为低碳钢Q235和CortenA，暴晒地点是万宁试验站(热带海洋性气候)和沈阳试验站(典型工业性气候)。 本项目首先分析了放置在不同暴晒点的两种钢的大气腐蚀规律。发现暴露在万宁地区的两种钢的大气腐蚀行为均出现了“逆转”，且离海岸线距离越近，发生“逆转”的时间越短；两种钢的腐蚀速率都存在极大值，离海岸线距离越近，腐蚀速率极大值越大。而暴露在沈阳地区的两种钢的大气腐蚀机制没有出现“逆转”，腐蚀速率在初期达到最大，随后逐渐降低。 作为海洋性环境下主要的侵蚀性离子---氯离子显著地影响着低碳钢的腐蚀行为，而在八五和九五期间并没有对氯离子的影响机制做出透彻的分析。所以，我们利用表面分析技术和电化学测试技术，深入地分析了氯离子对低碳钢腐蚀行为的加速机制。发现高氯离子条件下，Cl-离子会促进-FeOOH的生成，从而加速了腐蚀；而低氯离子条件下，Cl-离子只是促进-FeOOH向-FeOOH的转化。 在分析氯离子加速机制的过程中，我们发现在高氯离子条件下，腐蚀产物膜中的-FeOOH相是加速腐蚀进程的主导因素。为此，我们进一步研究了-FeOOH相在腐蚀过程中的演化规律，揭示了低碳钢腐蚀行为出现“逆转”的原因：在所有的Fe的氧化物和羟基氧化物中，-FeOOH 对低碳钢的腐蚀行为起到了明显的作用。在暴晒初期，锈层的单层膜结构以及-FeOOH 的存在加速了腐蚀过程。随着腐蚀的进行，形成于内层的-FeOOH逐渐减少，并在干湿循环过程中转化为γ-Fe2O3。γ-Fe2O3的生成有效的保护了基体，降低了腐蚀速率。 本论文还针对耐候钢(CortenA) 在万宁试验站耐候性能急剧恶化的现象，从暴晒环境和合金元素两个方面开展相关理论研究工作。结果表明，尽管锈层中有Cr的富集，耐候钢仍然遭受严重的腐蚀。在海洋性气候环境下，Cl-离子沉积量的多少和合金元素Cr共同决定了耐候钢的耐候性能。低Cl-离子沉积量条件下，锈层中Cr的富集在改善钢的耐候性能方面起着重要的作用；而在高Cl-离子沉积量条件下，Cl-离子是恶化钢的耐候性能的主要原因。 本文以低碳钢在万宁地区腐蚀行为出现“逆转”为研究背景，针对八五和九五期间没有解决的问题和新发现的现象，开展了深入的研究工作。通过实地暴晒试验，证实了“逆转现象”的存在。研究了低碳钢表面原位生长的腐蚀产物膜，提出了氯离子的加速腐蚀机制，使得我们对氯离子的影响作用有了更深刻的认识。首次研究了-FeOOH相在腐蚀产物中的演变规律，揭示了低碳钢腐蚀行为出现逆转的原因。探讨了暴晒环境和合金元素对耐候性能的协同作用，从理论上对耐候钢的耐候性能做出了解释，为设计经济实用的耐候钢提供了理论和现实依据。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 99 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17276]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马元泰. 典型大气环境下低碳钢腐蚀行为研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
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