锈层损伤对低合金耐候钢大气腐蚀行为的影响

锈层损伤 2100433B

低合金耐候钢的耐大气腐蚀性能源于其表面在腐蚀过程中形成的致密保护性锈层。但是在钢结构的服役过程中，该保护性锈层常常受到损伤。耐候钢在锈层损伤后的继续腐蚀行为，在很大程度上决定了耐候钢的应用价值。本申请拟模拟自然过程，通过l冷冻、热震、挤压等方式，在成分不同、且在不同条件下腐蚀不同时间的耐候钢表面锈层中人为引入损伤，然后继续进行大气腐蚀。通过电化学实验、力学实验和直接观察，分析损伤处的继续腐蚀行为，特别是损伤处新形成的腐蚀产物的成分、相组成、比表面积、缺陷形态、PH值变化、腐蚀前沿推进速率以及局部腐蚀在钢基体显微组织中的发生发展规律。通过所获得的实验结果，确定影响锈层损伤处局部腐蚀行为的主导因素，为设计具备锈层损伤自修复性能的耐候钢提供支持。在锈层中制造损伤的最大难度在于损伤程度控制。本申请提出的冷冻、热震、挤压等损伤制造方式，不仅模拟了实际服役过程，还能够定量控制损伤程度。

低合金耐候钢抵抗大气腐蚀的能力源于其表面的保护性锈层。这一保护性锈层形成于腐蚀过程中，并将在腐蚀过程中发生演化。本工作将对腐蚀过程中锈层的性能变化进行跟踪监测，同时分析对应的锈层结构变化，明确决定锈层保护性的主要性能指标和结构因素。通过方法创新，将以单位厚度锈层的性能、结构取代以往的全厚度锈层数据。集中研究钢基体显微组织、内外锈层的相互作用、预腐蚀、锈层损伤、热震等以往被忽视的因素的作用，并通过锈层吸水-脱水试验等独创方法，获得对锈层演化更深入的了解。预期本工作完成后，将对保护性锈层在低合金钢表面的形成与演化，低合金耐候钢的适用范围获得第一手资料。对环境因素的影响、锈层损伤后的进一步腐蚀行为、锈层成分、锈层中腐蚀产物的组成、腐蚀产物颗粒的形成与长大、长期腐蚀行为的预测等方面获得有效数据，为低合金耐候钢的合理设计、合理应用提供理论基础。

低合金耐候钢抵抗大气腐蚀的能力源于其表面的保护性锈层。这一保护性锈层形成于腐蚀过程中，并将在腐蚀过程中发生演化。本工作创新性的利用不同腐蚀溶液交替腐蚀的方法，来研究耐候钢在周期交替环境下的腐蚀行为，研究发现，耐候钢在周期交替的环境下比在单一的环境下能更快地形成致密的保护性锈层，这不但可以作为一种加速锈层致密化的方法在工程上应用，而且从理论上解释了耐候钢致密锈层形成的机理。依据锈层演化的数据，估算出致密锈层形成后，腐蚀速率约为腐蚀环境最苛刻时的十分之一。通过方法创新，将耐候钢与碳钢的外锈层除去，定量地研究了内锈层与外锈层对碳钢与耐候钢腐蚀行为的影响，研究发现，耐候钢的外锈层对耐蚀性影响很小，并且耐候钢对湿润时间不敏感。而碳钢的外锈层可以加速腐蚀。本工作针对锈层损伤后钢基体暴露在空气中的现象，做了细致的电化学研究，结果表明裸钢与带锈钢基体共存的体系的腐蚀机制，与带锈样品的腐蚀机制相同。锈层损伤后，新锈的生长会受到两侧原有锈层的影响，产生的应力以裂纹的形式释放。最后，本工作定量的研究了耐候钢与碳钢竖直方向上的腐蚀程度，结果表明在钢结构的最下部腐蚀量最大，这为耐候钢工程上应用提供了理论参考。 2100433B

在耐候钢使用过程中，最初阶段和普通钢一样，有腐蚀发生，但后来腐蚀速度逐渐变慢，经过一定时间，腐蚀就几乎不再进行，从而达到保护基体的目的，这个现象称作锈层的稳定化，处于这种状态的锈层叫做稳定化锈层。

从腐蚀产物对腐蚀过程的影响看，钢的大气腐蚀是在水膜存在下，空气中的氧通过锈层进行电化学反应的过程。锈层是由疏松的外锈层及致密的内锈层所组成，钢中合金元素主要是通过内锈层的影响而起作用。