含铬耐候钢在模拟海洋大气环境中的腐蚀行为

海洋大气环境中，海风携带大量海盐粒子沉积在钢表面，高浓度的Cl-和高湿度导致钢铁材料腐蚀非常严重，海洋大气环境中腐蚀率约为工业大气中的两倍。耐候钢在海洋环境中耐蚀性变得较差，其表面难以生成致密的内锈层，起不到保护作用，因此使用寿命短。从长远来看，开发能裸露使用的低合金高耐蚀性耐候钢增加的生产成本远不及涂层的维护成本，节约资源，是目前耐候钢发展的一个方向。 本工作以20MnSi为对比钢，设计了3种不同Cr含量的低碳钢1Cr-0.5Al-0.3Mo，5Cr-0.4Ni-0.3Cu和10Cr-0.3Ni，研究了其在模拟海洋大气中的腐蚀行为，分析了Cr对3种钢耐蚀性的影响，为海洋大气中新型耐候钢的开发提供参考。 实验钢成分列于表1。由于单独加入Cr可能导致局部腐蚀，1Cr-0.5Al-0.3Mo钢中加入了一定量的Al和Mo，5Cr-0.4Ni-0.3Cu钢中加入适量Ni和Cu。5Cr-0.4Ni-0.3Cu和10Cr-0.3Ni实验钢用来考察更多Cr含量条件下的耐Cl-腐蚀机制。3种钢材采用25kg真空感应炉熔炼，钢锭脱模后改锻成直径16mm的圆棒。然后进行热处理，加热至950℃保温2h后炉冷至400℃，出炉空冷。 表1 实验用钢的化学成分（质量分数 %） 钢种 C Si Mn P S Cr Al Ni Cu Mo Fe 1R 0.109 0.404 0.533 0.0064 0.0045 1.011 0.513 0.019 0.37 0.3365 余量 2R 0.101 0.177 0.666 0.0057 0.0040 5.312 ＜0.01 0.396 0.337 ＜0.005 余量 3R 0.095 0.330 1.240 0.0080 0.0070 10.780 ＜0.01 0.340 ＜0.01 ＜0.005 余量 20MnSi 0.240 0.400 1.330 0.032 0.026 0.019 - 0.012 0.021 - 余量 注：1R——1Cr-0.5Al-0.3Mo；2R——5Cr-0.4Ni-0.3Cu；3R——10Cr-0.3Ni   按照YB/T4367-2014标准进行周期浸润腐蚀实验。采用失重法对比各钢种的耐蚀性，并结合扫描电镜及其附带的能谱仪分析横截面锈层形貌和合金元素分布。从周浸72h后的试样表面刮取锈层粉末，采用X射线衍射仪对其进行物相分析。通过72h的周浸实验选出耐蚀性能较好的钢种，对其进行更长时间的周浸实验，研究其腐蚀率随时间的变化规律。周浸实验周期依次为24、48、72、120、168和216h。结果表明： （1）实验钢的腐蚀速率随Cr含量增加而降低，1Cr和5Cr钢锈层为双层结构，内锈层为富铬层与贫铬层交替带状结构，10Cr钢表面出现钝化现象。 （2）随着腐蚀时间延长，5Cr钢腐蚀率先增加后趋平稳，10Cr钢腐蚀率一直稳定在较低水平，20MnSi钢腐蚀率降低。 （3）Cr可提高基体自腐蚀电位和电荷传递电阻，同时增大锈层电阻。