海洋大气环境下磷钒系耐候钢腐蚀数据分析

2014-03-25杨海洋高志贤黄桂桥

环境技术 2014年4期

杨海洋，高志贤，黄桂桥

（1.钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所，青岛 266071； 2.青岛钢研纳克检测防护技术有限公司，青岛 266071）

长期以来，海洋大气环境中钢结构如铁道、车辆、桥梁、塔架等的防腐和延寿备受关注，而耐候钢因其良好的耐大气腐蚀性能得到广泛应用。耐候钢通常分为铜系、磷钒系和磷稀土系等，而磷钒系在实际中应用广泛，如12MnPV 等在海洋大气中用于建造塔架等设施[1]。近年来，在海洋大气环境中，耐候钢腐蚀速率和腐蚀趋势的研究获得广泛的重视[2-7]，对于获得性能突出的耐候钢并揭示耐候钢的腐蚀规律有重要意义。本文选取了08PV、10MoPV、10CuPV 和10CrPV 四种耐候钢（Q235作为用于对比钢）进行10年共5 周期的大气暴露试验，研究磷矾系耐蚀钢的腐蚀规律和其它元素对腐蚀的影响。

表1 试验站的地理位置及环境因素与气象特征

1 试验方法

五种钢暴露在国家大气环境腐蚀青岛海洋大气腐蚀试验站，地理位置与环境气象特征见表1 所示。试验执行标准GB/T 6464-1997《金属及其覆盖层大气腐蚀试验现场试验的一般要求》，Q235 和四种磷钒系耐候钢钢样品均为平板，尺寸为200mm×100mm×5mm，成分如表2 所示；暴露共分为5 个周期，分别为1年、2年、4年、7年和10年。

表2 五种钢的成分

图1 五种钢暴露10年的试验腐蚀速率

2 结果和讨论

2.1 腐蚀速率

五种材料暴露10年5 周期的试验腐蚀速率如图1 所示，而Q235 钢与耐候钢腐蚀速率比值数据如图2 和表3所示。

五种钢的腐蚀速率的关系为：10CrPV ＜10CuPV＜10MoPV ＜08PV ＜Q235，结果显示，四种耐候钢耐大气腐蚀属性均好于对比钢Q235，在四种耐候钢中，含有Cr、Cu 和Mo 元素的三种材料腐蚀速率小于08PV。

图2 Q235 与耐候钢腐蚀速率比值与时间的关系

表3 Q235 钢与耐候钢腐蚀速率比值

在不同的周期，腐蚀速率的变化呈现出一定的规律。在暴露1年时，四种耐候钢的腐蚀速率在0.0455 ～0.0583mm/a，而Q235 的腐蚀速率为0.0601mm/a；暴露2年时，四种耐候钢的腐蚀速率在0.0283 ～0.034mm/a，而Q235 的腐蚀速率为0.042mm/a；暴露4年时，四种耐候钢的腐蚀速率在0.021 ～0.0257mm/a，而Q235的腐蚀速率为0.0321mm/a；暴露7年时，四种耐候钢的腐蚀速率在0.0162 ～0.0231mm/a，而Q235 的腐蚀速率为0.0307mm/a；暴露10年时，四种耐候钢的腐蚀速率在0.0133 ～0.0205mm/a，而Q235 的腐蚀速率为0.0268mm/a。从表3 来看，Q235 钢与耐候钢腐蚀速率比值随着周期的增大而逐渐增大，表明周期越长，耐候钢耐蚀效果越好。从图2 可以看出，Q235 钢与耐候钢腐蚀速率比值变化趋势不同，08PV 的变化趋势较为平缓，10MoPV 次之，10CuPV 和10CrPV 变化较快。这些趋势表明在暴露五周期内耐蚀效果为：08PV ＜10MoPV ＜10CuPV ＜10CrPV。

耐侯钢的耐蚀性与添加元素类别和添加量息息相关，磷、钒、钼、铜、铬等元素的加入会促使钢表面生成致密的内锈层，增加界面电阻，抑制材料腐蚀的趋势。通常认为[1]，磷的富集会细化内锈层的晶粒，促进钢的均匀溶解，使得内锈层导电性下降，从而提高耐蚀性；钒都能细化晶粒，提高钢的抗氧化性能，促使钢形成致密的内部组织；钼主要是能提高钢耐蚀性能，促进稳定锈层的形成；铜可以在锈层表面富集，提高锈层致密性，同时，会限制钢中硫元素的有害作用；铬在耐候钢中的作用主要体现在促进稳定化锈层的形成。

2.2 平均腐蚀深度

四种耐候钢与对比钢Q235 的平均腐蚀深度与时间的关系如图3 所示。数据按照D=Atn公式。获得的A、n 数值如表4 所示。A 值主要与环境因素和污染物数据相关，而n 值表征腐蚀的发展趋势[2～4]。A 值大小顺序为：Q235 ＞08PV ＞10MoPV ＞10CuPV ＞10CrPV，而n 值的顺序是：Q235 ＞08PV ＞10MoPV ＞10CrPV ＞10CuPV，结果表明10CuPV 和10CrPV 的耐蚀效果最好。而对于10CuPV 和10CrPV，在10年范围内，10CrPV 的效果更好，而对于更长时间的暴露，10CuPV 的腐蚀效果会更好。