团论文网
团论文网
-
摘要：在海洋环境中，耐候钢因其出色的耐蚀性而被广泛应用。文章以Q500H低合金耐候钢为研究对象，针对其在热轧、正火、退火三种热处理条件下的腐蚀性能进行研究，评估三种热处理条件下的低合金耐候钢的腐蚀速率、耐蚀性。XRD分析揭示锈层中α-FeOOH、Fe3O4的保护作用。研究结果表明，热轧态耐候钢在模拟海洋环境中展现出最优的耐蚀性能，旨在为工业应用中的材料选择及热处理工艺优化提供参考。
关键词：热处理；低合金；耐候钢；腐蚀性能
耐候钢是一种特殊的低合金钢，在多种环境中具有出色的耐腐蚀性能，其耐腐蚀性能可以通过热处理进行优化，以适应特定的应用需求。在3.5%的NaCl溶液中，耐候钢的腐蚀行为受到晶粒度、微电池效应的影响，后者由材料内部的电偶相互作用产生。电位差和相的类型是影响材料耐腐蚀性能的重要因素。组织类型，如珠光体、铁素体在钢中的分布，决定了钢的微电池行为。这些微观特性共同作用，决定了耐候钢在特定环境下的腐蚀性能。制备耐候钢时需考虑材料的电化学特性、力学性能，以确保其在不同环境中的可靠性。通过精确控制热处理过程和化学成分，可以获得具有优异耐腐蚀性能的耐候钢。对于建筑、交通和能源等行业来说，具有重要实际意义［1-2］。
1不同条件下的Q500H耐候钢组织及力学性能
如图1所示，Q500H耐候钢经过不同的热处理过程，如热轧、退火和正火，其显微组织和力学性能会发生显著变化。热轧可提高拉伸强度和屈服强度，但可能导致晶粒粗大化。退火处理能细化晶粒，改善钢的塑性和韧性。正火则旨在优化力学性能，平衡强度和韧性。使用Nano Measurer等晶粒测试软件精确测量经过不同热处理后的平均晶粒尺寸，热轧、退火、正火处理后的平均晶粒尺寸分别为15.81μm、12.76μm、11.05μm。通常，细晶粒组织有助于提高材料的力学性能，如提升屈服强度。相较于热轧处理，退火处理后的耐候钢拉伸强度增大，正火处理后的耐候钢屈服强度最大，为491MPa［3-4］。
2电化学性能分析
2.1开路电位检测
开路电位测试是评估材料耐腐蚀性能的一种重要方法。在3.5%NaCl溶液中进行的测试可揭示不同热处理状态下钢材的腐蚀行为。热轧钢、退火钢、正火钢的表面在NaCl溶液中的稳定过程不同，直接影响膜的耐腐蚀性能。通常电位值越大，耐腐蚀性能越好。Q500H耐候钢开路电位检测结果显示稳定后的热轧钢试样的电极电位值最大，其次是退火钢，正火钢材最小，由此可见，热轧钢具有最佳的耐腐蚀性能［5］。
2.2极化曲线检测
极化曲线测试是分析材料耐腐蚀性能的重要手段。图2为三种不同热处理状态下裸钢试样的极化曲线，电位范围设定在-0.9~0.2V。线性拟合结果表明，无论是热轧、退火还是正火状态，Q500H耐候钢的极化曲线形状相似，且均未出现钝化。
热轧钢的自腐蚀电位（Ecorr）、线性极化电阻值（Rp）最高，分别为-0.5461V和6459.1Ω·cm2，表明其具有最低的腐蚀倾向性及最慢的腐蚀速率。退火钢的相应值降至-0.5673V和3201.0Ω·cm2，正火钢最低，为-0.5942V、2751.8Ω·cm2。自腐蚀电位越高，意味着材料的腐蚀倾向性越低，而较大的极化电阻Rp则反映出更好的耐腐蚀性能［6］。
腐蚀电流密度是衡量试样腐蚀速率的另一关键指标。热轧钢腐蚀电流密度最低，为0.4307×10-6A·cm2，退火钢、正火钢的腐蚀电流密度分别为0.7253×10-6A·cm2和1.0530×10-6A·cm2，说明腐蚀速率逐渐增加，综合考虑自腐蚀电位、极化电阻值，可得出结论：在三种热处理状态中，热轧钢的耐腐蚀性能最优，其次是退火钢，正火钢则相对较差。
2.3电化学阻抗谱（EIS）测试
电化学阻抗谱（EIS）测试为研究耐候钢的腐蚀行为提供了重要信息。如图3所示，三种热处理条件下的Q500H耐候钢均在高频区显示出容抗弧，容抗弧半径与耐候钢耐腐蚀性能成正比。
从图3a可以看出，热轧钢的容抗弧半径最大，表明其具有最佳的耐腐蚀性能。相比之下，正火钢的容抗弧半径最小，其耐腐蚀性能相对较差。图3b、3c进一步证实了三种热处理条件下的耐候钢与溶液界面间的电化学反应机制相似。
为模拟EIS数据，基于含时间常数的串并联电路模型（图3d）进行分析，该模型包括电荷转移电阻Rt、双电层电容Cd、溶液电阻Rs。在实际应用中，一般用常相位角元件（CPE）替代Cd，EIS拟合结果见表1。
电荷转移电阻Rt的大小直接关系到耐候钢的腐蚀抑制效果。热轧、退火、正火处理后Q500H耐候钢电荷转移电阻值分别为1376Ω·cm2、1253Ω·cm2和1047Ω·cm2，表明热轧态耐候钢在腐蚀过程中受到的抑制最为明显，因此具有最优的耐腐蚀性能。相反，正火态耐候钢的腐蚀抑制效果最差。
3锈层组织分析
经过五个月浸泡的热轧钢锈层密实，部分锈层脱落后露出的基体呈黑色，表明形成致密保护性锈层，腐蚀坑小，说明腐蚀程度较轻。退火钢的锈层分布不均，裂纹、锈胞的存在加速了腐蚀过程，锈层下的腐蚀坑较大且密集，表明腐蚀更为严重。正火钢的锈层厚且呈黄褐色，大面积锈层脱落后暴露的腐蚀坑较大，显示出最高的腐蚀程度。XRD分析显示，热轧态耐候钢浸泡5个月后，其腐蚀产物主要包括α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH和Fe3O4。这些铁羟基氧化物和铁氧化物在锈层中的存在，特别是α-FeOOH和Fe3O4的高含量，为基体提供了良好的保护。尽管β-FeOOH在Cl-浓度高时较稳定，但γ-FeOOH的稳定性相对较差。随着时间的推移，不稳定的β-FeOOH将转变为更稳定的α-FeOOH，从而增强锈层的保护性能。这一转变对于提高耐候钢的耐腐蚀性能至关重要。热轧钢浸泡5个月后的腐蚀产物XRD分析中未检测到残余NaCl，进一步证实了锈层的保护效果［7-8］。
4讨论
基于热轧耐候钢进行的一系列实验分析，可总结出以下规律：
首先，热处理条件对耐候钢的腐蚀行为有显著影响。热轧、退火和正火这三种不同的热处理状态改变了钢材的显微组织和力学性能，从而影响其在腐蚀环境中的表现。热轧态耐候钢因其致密的锈层和较小的腐蚀坑，显示出最佳的耐腐蚀性能。而退火和正火处理的钢材，由于锈层的不均匀性和较大的腐蚀坑，其耐腐蚀性能相对较差。
其次，腐蚀产物的类型和稳定性对耐候钢的保护能力至关重要。α-FeOOH和Fe3O4的存在增强了锈层的保护作用，而β-FeOOH和γ-FeOOH的稳定性较差，可能在腐蚀过程中转变为更稳定的形式。这种转变对于提高耐候钢的耐腐蚀性能至关重要。电化学测试，如开路电位测试和极化曲线测试，为评估不同热处理状态下耐候钢的耐腐蚀性能提供了定量数据。这些测试结果表明，热轧态耐候钢具有最高的电荷转移电阻和最低的腐蚀电流密度，从而证实了其优异的耐腐蚀性能。
最后，宏观腐蚀形貌分析揭示了不同热处理状态下耐候钢的腐蚀程度。热轧态耐候钢的锈层连续且致密，而退火和正火态的锈层则表现出裂纹和锈胞，这些缺陷加速了腐蚀过程。
5结语
综上所述，文章通过深入分析热轧态耐候钢的腐蚀行为和腐蚀产物，发现热处理对耐候钢的耐腐蚀性能有着决定性的影响，其中热轧处理后的耐候钢表现出最佳的耐腐蚀性能。腐蚀产物分析揭示了α-FeOOH和Fe3O4对提高锈层保护能力的重要性。电化学测试结果进一步证实了热轧耐候钢具有更高的电荷转移电阻，更低的腐蚀电流密度，从而具有更好的耐腐蚀性能。宏观锈层形貌分析显示，热轧耐候钢的锈层更为致密连续，而退火耐候钢、正火耐候钢的锈层存在缺陷，可能导致腐蚀加速。这些发现对于工业应用中材料的选择及热处理工艺的优化具有重要指导意义。未来的研究可以在此基础上进一步探索如何改善耐候钢的耐腐蚀性能，以适应更加严苛的环境条件。总之，通过对耐候钢的综合分析，能够更好地理解其在不同条件下的性能，为其应用、改进提供坚实的科学基础。
参考文献
［1］张崴，杨善武，贺信莱.合金元素偏聚对耐候钢抗晶间腐蚀性能的影响［C］北京：中国金属学会，2007.
［2］王树涛，杨善武，高克玮，等.低合金耐候钢在含氯离子环境中的耐腐蚀性能［J］.材料热处理学报，2008（4）：170-175.
［3］李琳，徐小连，艾芳芳，等.晶粒尺寸对桥梁耐候钢耐大气腐蚀性能的影响［J］.腐蚀与防护，2013，34（11）：1001-1004.
［4］翁镭，吴红艳，杜林秀.高钛耐候钢在模拟海洋气候下的腐蚀行为［J］.材料热处理学报，2018，39（5）：94-99.
［5］王树涛，高克玮，杨善武，等.氯离子环境下贝氏体耐候钢腐蚀性能的研究［C］北京：中国腐蚀与防护学会，2007.
［6］王凌旭，孙博，陈旻，等.输变电铁塔用耐候钢闪光焊接［J］.焊接，2024（1）：53-59.
［7］刘文娴.新型建筑耐火耐候钢的热处理工艺优化［J］.热加工工艺，2017，46（8）：214-216+219.
［8］刘弘，杨善武，张旭，等.耐候钢表面预处理对其腐蚀行为的影响［J］.材料热处理学报，2015，36（5）：178-183.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
本文标签：
热处理对低合金耐候钢腐蚀性能的影响研究论文
人参与 2024-10-24 11:15:30 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
-
站内搜索
-
随机文章
-
标签列表
-
-
最近发表
-
-
热门文章 | 最新文章 | 随机文章
-
-
最新留言
-
首页 论文知识 教育论文 毕业论文 教学论文 经济学 管理学 职称论文 法学 理学 医学 社会学 物理学 文献 工程论文 学位论文 研究论文
Powered 团论文网 版权所有 备案号：鄂ICP备2022005557号统计代码
全站搜索