摘要

通過(guò)濕/干循環(huán)實(shí)驗(yàn) (在蒸餾水中潤(rùn)濕并在空氣中干燥)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡 (FE-SEM)、X射線衍射 (XRD)、電子探針 (EPMA) 和其他表面測(cè)試技術(shù)以及電化學(xué)阻抗譜 (EIS)，研究了690 MPa高強(qiáng)度貝氏體鋼 (簡(jiǎn)稱Q690鋼) 在模擬鄉(xiāng)村大氣中的長(zhǎng)期腐蝕行為。結(jié)果表明，在整個(gè)腐蝕過(guò)程中，Q690鋼的腐蝕過(guò)程可以分為兩個(gè)階段，即加速階段和減速階段。在腐蝕的早期階段，以板條貝氏體 (LB) 為主的Q690鋼的耐蝕性優(yōu)于含有鐵素體 (F) 和珠光體 (P) 組織的Corten-A鋼。在腐蝕后期，Q690鋼銹垢中Cr的富集和α-FeOOH的增加增強(qiáng)了銹層的防護(hù)性，導(dǎo)致Q690鋼的腐蝕速率降低，因此表明Q690鋼耐腐蝕性能明顯優(yōu)于Corten-A鋼。

關(guān)鍵詞： 690 MPa級(jí)貝氏體鋼 ; 模擬鄉(xiāng)村大氣 ; 耐蝕性能

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，耐候鋼的需求量日益增加。為了提高基礎(chǔ)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益和降低維護(hù)成本，要求新型鋼具有更高強(qiáng)度的同時(shí)也必須具有優(yōu)良的耐蝕性能。在實(shí)際使用過(guò)程中，貝氏體鋼也有可能應(yīng)用于橋梁。提高鋼材耐蝕性能的常用方法是向鋼中添加Cu、Cr、Ni等合金元素，這些合金元素隨著腐蝕的進(jìn)行會(huì)在銹層中發(fā)生富集，改善銹層致密性，提高鋼材耐蝕性[1-3]。

對(duì)于235 MPa級(jí)的第一代低碳橋梁鋼，高巖等[4]進(jìn)行Q235鋼在鄉(xiāng)村、海洋、工業(yè)大氣環(huán)境中實(shí)地暴曬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Q235鋼前期腐蝕更為嚴(yán)重，后期腐蝕程度降低，腐蝕產(chǎn)物主要為α-FeOOH和γ-FeOOH，在海洋和工業(yè)環(huán)境下還分別出現(xiàn)β-FeOOH和Fe3O4。對(duì)于345 MPa級(jí)別的第二代低合金高強(qiáng)橋梁鋼，顧寶珊等[5]對(duì)JT345、Q235B和Corten-A鋼在工業(yè)、海洋大氣中進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明，JT345鋼銹層致密，且在內(nèi)銹層出現(xiàn)明顯的Cu、Cr元素富集，耐蝕性能接近Corten-A鋼水平，明顯優(yōu)于Q235B鋼。而對(duì)于420和500 MPa級(jí)的第三代高性能橋梁鋼，本課題組[6]也對(duì)比研究了Q460q及Q355NHD在海洋環(huán)境中的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)Q460q鋼的腐蝕產(chǎn)物中致密相α-FeOOH相占比最大，銹層也最為致密，耐蝕性能明顯優(yōu)于Q355NHD鋼。由此可見(jiàn)，隨著貝氏體鋼的發(fā)展，更高強(qiáng)度和適應(yīng)更多樣的服役環(huán)境成為必然趨勢(shì)，尤其在偏遠(yuǎn)山區(qū)和鄉(xiāng)村，由于交通和地理環(huán)境問(wèn)題，降低其建造及維護(hù)成本顯得更為重要。690 MPa級(jí)鋼是新一代高強(qiáng)度貝氏體鋼，但目前關(guān)于690 MPa級(jí)貝氏體鋼在鄉(xiāng)村大氣中耐蝕性能的相關(guān)研究鮮有報(bào)道。

本文以690 MPa級(jí)高強(qiáng)度貝氏體鋼為研究對(duì)象，同時(shí)采用Corten-A和Q235鋼作為對(duì)比，采用室內(nèi)周期浸潤(rùn)加速試驗(yàn)方法研究了其在模擬鄉(xiāng)村大氣環(huán)境中腐蝕動(dòng)力學(xué)規(guī)律；利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 (FE-SEM)、電子探針 (EPMA)、X射線衍射 (XRD) 以及電化學(xué)測(cè)試方法觀察和分析了Q690鋼表面宏觀形貌、銹層物相結(jié)構(gòu)、銹層截面形貌及元素分布以及銹層電化學(xué)性能，闡明了Q690鋼在模擬鄉(xiāng)村大氣環(huán)境中耐蝕規(guī)律及機(jī)理，為690 MPa級(jí)高強(qiáng)度貝氏體鋼的研發(fā)及其在模擬鄉(xiāng)村大氣環(huán)境條件下的服役安全及防護(hù)措施的制定提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)所用Q690鋼是由寶武集團(tuán)武漢中試工廠試制，對(duì)比用Q235鋼、Corten-A鋼分別為寶鋼和鞍鋼生產(chǎn)，3種鋼的主要化學(xué)成分如表1所示，利用Nova400 Nano場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 (FE-SEM) 觀察3種鋼的顯微組織，如圖1所示。由圖1可看出，Q690鋼的顯微組織主要為板條貝氏體 (LB)；而Q235和Corten-A鋼的組織都由鐵素體 (F) 和珠光體 (P) 組成。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，Q235鋼中的珠光體含量比Corten-A多。另外，3種鋼的晶粒度也明顯不同，Q235鋼晶粒尺寸最大，Corten-A鋼其次，Q690鋼晶粒最小。

表1   3種鋼主要化學(xué)成分

圖1   Q690，Corten-A和Q235 3種鋼的顯微組織

采用YF-C1型周期浸潤(rùn)腐蝕試驗(yàn)箱按照GB/T 19746-2005標(biāo)準(zhǔn)對(duì)690 MPa級(jí)橋梁試驗(yàn)鋼試樣進(jìn)行干、濕交替周期浸潤(rùn)腐蝕實(shí)驗(yàn)[7]。腐蝕介質(zhì)為蒸餾水，設(shè)置環(huán)境溫度為 (45±2) ℃、環(huán)境濕度為 (70±2) %、浸泡溶液溫度為 (40±2) ℃。每個(gè)循環(huán)周期為60 min (其中干燥48 min，浸潤(rùn)12 min)，實(shí)驗(yàn)總共進(jìn)行768 h，分7個(gè)周期 (24、48、72、96、192、384和768 h) 取樣。每階段各取3個(gè)平行樣，使用除銹液 (500 mL鹽酸+500 mL蒸餾水+3.5 g六次甲基四胺) 去除腐蝕產(chǎn)物后，用蒸餾水和無(wú)水乙醇清洗，干燥后稱重，并用空白試樣矯正除銹液對(duì)基體的腐蝕量，根據(jù)失重法計(jì)算試樣在不同腐蝕時(shí)間的平均腐蝕速率[7]。由于Q690鋼為研制中的新型貝氏體鋼，應(yīng)依據(jù)TB/T 1979-2014標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算其相對(duì)于Q235鋼的相對(duì)腐蝕速率[8]，用以評(píng)價(jià)Q690鋼的耐蝕性，并與典型耐候鋼Corten-A的相對(duì)腐蝕速率進(jìn)行比較來(lái)說(shuō)明其耐候性的優(yōu)劣。計(jì)算公式如下：

式中，VQ690、VCorten-A和VQ235分別為失重法計(jì)算的Q690鋼、Corten-A鋼和Q235鋼的平均腐蝕速率，g·m-2·h-1；VQ690相對(duì)和VCorten-A相對(duì)分別為Q690鋼和Corten-A鋼相對(duì)Q235鋼的相對(duì)腐蝕速率，ΔV相對(duì)為兩者差值，g·m-2·h-1。

使用數(shù)碼相機(jī) (Casio EX Zero) 記錄試樣腐蝕不同周期除銹前后的表面宏觀形貌。腐蝕后試樣經(jīng)導(dǎo)電樹(shù)脂封樣并進(jìn)行打磨拋光后，使用EPMA-1720型電子探針顯微分析儀 (EPMA) 觀察試樣銹層的截面形貌及元素分布，測(cè)試條件工作電壓為15 kV，工作電流為100 nA。用刀片刮取不同腐蝕周期各試樣銹層，研磨成粉末，采用Philips X'Pert Pro型X射線衍射儀 (XRD) 分析銹層的物相組成，靶材為Cu靶，工作電壓為40 kV，電流為40 mA，2θ范圍為10°~90°，并采用參比強(qiáng)度法 (RIR) 對(duì)XRD結(jié)果進(jìn)行半定量分析。

采用Auto Lab PGSTAT302F電化學(xué)工作站測(cè)量3種鋼腐蝕不同時(shí)間后帶銹試樣的線性極化曲線和電化學(xué)阻抗譜。以腐蝕不同時(shí)間的帶銹試樣 (工作面積為1 cm2) 為工作電極，Pt電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，蒸餾水為腐蝕介質(zhì)組裝三電極體系進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。電化學(xué)阻抗譜掃描頻率范圍為105~10-2 Hz，擾動(dòng)電壓±10 mV。線性極化曲線測(cè)試掃描范圍相對(duì)于自腐蝕電位±10 mV，掃描速率0.1 mV/s。

2 結(jié)果與討論

2.1 Q690鋼腐蝕動(dòng)力學(xué)行為

圖2給出了Q690鋼以及對(duì)比Corten-A鋼和Q235鋼的平均腐蝕速率隨時(shí)間變化曲線。可知，在腐蝕前期 (24、48和72 h)，Q690鋼腐蝕速率上升，并在72 h達(dá)到最大值；腐蝕時(shí)間超過(guò)72 h之后，Q690鋼腐蝕速率呈下降趨勢(shì)，且隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)逐漸趨于平緩，Corten-A和Q235鋼也表現(xiàn)出同樣規(guī)律。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，整個(gè)腐蝕周期內(nèi)，Q690鋼的平均腐蝕速率均小于Corten-A和Q235鋼。

圖2   3種鋼平均腐蝕速率隨時(shí)間變化圖

另外，計(jì)算Q690和Corten-A鋼相對(duì)Q235的相對(duì)腐蝕速率，發(fā)現(xiàn)相同時(shí)間內(nèi)Q690鋼的相對(duì)腐蝕速率比Corten-A鋼的相對(duì)腐蝕速率小，最大差值達(dá)22.6%，說(shuō)明Q690鋼比公認(rèn)的Corten-A鋼具有更好的耐候性，相關(guān)原因在后面的段落會(huì)詳細(xì)討論。

2.2 腐蝕產(chǎn)物形貌觀察及元素分析

2.2.1 銹層表面宏觀形貌演變

圖3給出了不同腐蝕周期3種鋼試樣腐蝕產(chǎn)物去除前后的表面宏觀形貌。由圖3a可看出，隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)，3種鋼表面銹層均由外部呈現(xiàn)黃色的腐蝕產(chǎn)物以及內(nèi)部呈黑色的腐蝕產(chǎn)物組成，腐蝕產(chǎn)物致密性逐漸變好。比較相同腐蝕時(shí)間3種鋼試樣腐蝕形貌可以發(fā)現(xiàn)，腐蝕24和48 h后，3種鋼試樣表面均出現(xiàn)橙褐色腐蝕產(chǎn)物，表面形貌無(wú)明顯區(qū)別。腐蝕192 h后，3種鋼的銹層已基本完全覆蓋基體，且逐漸出現(xiàn)黃褐色和黑色腐蝕產(chǎn)物；值得強(qiáng)調(diào)的是，Q690鋼表面腐蝕產(chǎn)物總量較少，但其中黃褐色和黑色腐蝕產(chǎn)物占比要大于Corten-A和Q235鋼表面腐蝕產(chǎn)物中黃褐色和黑色腐蝕產(chǎn)物的占比，表明Q690鋼的銹層致密程度和腐蝕產(chǎn)物占比與Corten-A和Q235鋼不同，這將直接影響其后期耐蝕性。從圖3b可以看出，在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)3種鋼均發(fā)生均勻腐蝕，腐蝕前期基本沒(méi)觀察到鋼基體被腐蝕的跡象，在腐蝕后期，Q690鋼試樣表面發(fā)生輕微的均勻腐蝕，而Q235和Corten-A鋼表面均勻腐蝕現(xiàn)象更加明顯。

圖3   3種鋼試樣不同周浸時(shí)間后的表面宏觀形貌

2.2.2 腐蝕產(chǎn)物物相演變

圖4給出了3種鋼周期浸潤(rùn)腐蝕不同時(shí)間后內(nèi)銹層粉末XRD譜。由圖4可以看出，腐蝕48、192和768 h后Q690鋼內(nèi)銹層中主要晶態(tài)物質(zhì)為：Fe3O4、α-FeOOH、γ-FeOOH，根據(jù)其衍射峰強(qiáng)度可以初步判斷腐蝕不同時(shí)間，Q690鋼腐蝕產(chǎn)物中各物相相對(duì)含量不同。此外，XRD中21° (2θ) 左右出現(xiàn)一個(gè)明顯寬化的非晶化程度較高的物質(zhì)峰，據(jù)文獻(xiàn)[9,10]可推測(cè)，該非晶態(tài)物質(zhì)可能為非晶態(tài)α-FeOOH相，還有待后期進(jìn)一步驗(yàn)證。根據(jù)XRD標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片庫(kù)中各相衍射峰相對(duì)強(qiáng)度比值 (RIR值) 進(jìn)行半定量分析，可以得到腐蝕48、192及768 h后3種鋼腐蝕產(chǎn)物中各物相相對(duì)含量，并據(jù)文獻(xiàn)[9]計(jì)算銹層保護(hù)因子α/γ*，α/γ*=(α)/(γ+M)，其中，α、γ、M分別代表銹層中α-FeOOH、γ-FeOOH相和Fe3O4相的相對(duì)含量，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)，Q690鋼中α-FeOOH相占比有所提高，而Fe3O4相占比逐漸降低。對(duì)比3種鋼中銹層保護(hù)因子α/γ*值可以發(fā)現(xiàn)，在相同腐蝕時(shí)間下，Q690鋼中α/γ*值總比Q235鋼及Corten-A鋼大，說(shuō)明在整個(gè)腐蝕過(guò)程中，Q690鋼銹層中致密相α-FeOOH相的相對(duì)含量總是最高，銹層保護(hù)作用最好[11]，這與銹層宏觀觀察結(jié)果一致。

圖4   不同周浸時(shí)間3種鋼腐蝕產(chǎn)物的XRD譜

圖5   不同周浸時(shí)間3種鋼銹層物相衍射圖譜半定量分析

2.2.3 銹層截面形貌及元素分布

圖6~8分別給出了Q690鋼及兩種對(duì)比鋼周浸腐蝕768 h后銹層截面形貌及元素分布圖。綜合觀察可發(fā)現(xiàn)，在腐蝕768 h后，相比于Corten-A和Q235鋼，Q690鋼銹層最為致密，且內(nèi)銹層出現(xiàn)明顯的Cr富集；而Corten-A鋼內(nèi)銹層僅出現(xiàn)少量Cr富集，Q235鋼銹層則相對(duì)疏松，完全沒(méi)有觀察到Cr富集。另外，3種鋼銹層均未觀察到Cu、Ni富集，說(shuō)明更為致密的銹層以及明顯的Cr富集可能是Q690鋼比Q235和Corten-A具有更好的耐蝕性能的主要原因。

圖6   腐蝕768 h后Q690鋼銹層截面形貌及元素分布圖

圖7   腐蝕768 h后Corten-A鋼銹層截面形貌及元素分布圖

圖8   腐蝕768 h后Q235鋼銹層截面形貌及元素分布圖

2.3 電化學(xué)行為隨周浸時(shí)間的變化

2.3.1 電化學(xué)阻抗譜

圖9給出了Q690及兩種對(duì)比鋼周浸48、192和768 h后帶銹試樣電化學(xué)阻抗譜的Bode圖。觀察圖9a可見(jiàn)，周浸48 h后Q690鋼頻率-相位角圖中僅存在一個(gè)時(shí)間常數(shù)，而腐蝕192和768 h后Q690鋼頻率-相位角圖中均出現(xiàn)兩個(gè)時(shí)間常數(shù)，觀察圖9b和c可見(jiàn)，對(duì)比鋼的Bode圖形狀與Q690鋼類似，說(shuō)明它們具有相似的耐蝕機(jī)理。由Bode圖可見(jiàn) (圖9a~c)，Q690鋼的低頻端阻抗模值 (|Z|0.01 Hz) 隨腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)而增大，且相同時(shí)間下始終高于兩種對(duì)比鋼，表明在鄉(xiāng)村大氣中，Q690鋼銹層耐蝕性明顯優(yōu)于Q235和Corten-A鋼。

圖9   3種鋼腐蝕48、192和768 h后帶銹試樣阻抗譜

依據(jù)Bode圖中相位角隨頻率變化特征，可建立兩種等效電路模型 (ECs) 對(duì)EIS結(jié)果進(jìn)行擬合。圖10a適用于腐蝕48 h后試樣，其中，Rs、Rct分別代表溶液電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻。由于基體的彌散效應(yīng)，電容元件均CPE代替，CPEdl代表基體/溶液界面的雙電層電容。圖10b適用于腐蝕192和768 h后試樣，比圖10a多一個(gè)子電路，其中Rrust代表銹層電阻，CPErust代表銹層電容，用Zview軟件對(duì)EIS數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果列于表2中。由表2可知，隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)，Q690鋼的Rct逐漸增大，說(shuō)明Q690鋼銹層有良好的阻隔作用。一般認(rèn)為，膜的孔隙率越高，對(duì)應(yīng)的膜電容越大[12,13]，而銹層可以視為一層腐蝕產(chǎn)物膜。隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)，CPErust逐漸減小，說(shuō)明Q690鋼銹層逐漸變得致密。相同腐蝕時(shí)間下，Q690鋼Rct值均大于外兩種對(duì)比鋼，且CPErust值均小于對(duì)比鋼，表明前者銹層對(duì)基體的保護(hù)能力更強(qiáng)，與銹層形貌觀察結(jié)果規(guī)律一致。

圖10   3種鋼腐蝕不同時(shí)間EIS等效電路模型

表2   3種鋼腐蝕不同時(shí)間后的EIS擬合結(jié)果

2.3.2 線性極化

為了進(jìn)一步得到腐蝕不同時(shí)間后Q690鋼真實(shí)腐蝕速率大小，對(duì)不同腐蝕時(shí)間帶銹試樣進(jìn)行線性極化，線性極化曲線如圖11所示。一般認(rèn)為，超電勢(shì)η與電流密度I呈線性關(guān)系，此直線的斜率即為線性極化電阻Rp，Rp值可以在一定程度上反映金屬腐蝕速度的快慢，Rp值越大金屬腐蝕速率越小；反之，Rp值越小金屬腐蝕速率越大[14]。通過(guò)對(duì)線性極化曲線的斜率進(jìn)行擬合，得到腐蝕不同時(shí)間Q690鋼帶銹試樣的線性極化電阻Rp，如圖12所示。由圖12可看出，隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)，Q690鋼Rp值逐漸增大，進(jìn)一步對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同腐蝕時(shí)間下Q690鋼Rp值均大于Q235鋼和Corten-A鋼，表明在整個(gè)腐蝕過(guò)程中，Q690鋼的腐蝕速率均小于兩種對(duì)比鋼，與失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

圖11   3種鋼腐蝕不同時(shí)間后帶銹試樣線性極化圖

圖12   3種鋼腐蝕不同時(shí)間后帶銹試樣線性極化電阻值

3 討論

3.1 高強(qiáng)貝氏體鋼在模擬鄉(xiāng)村大氣中腐蝕動(dòng)力學(xué)行為

有研究[15,16]表明，實(shí)驗(yàn)鋼大氣腐蝕實(shí)驗(yàn)失重規(guī)律應(yīng)滿足動(dòng)力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式 (4)：

式中，dc值代表實(shí)驗(yàn)鋼腐蝕深度 (μm)；t代表實(shí)驗(yàn)鋼腐蝕時(shí)間 (h)；A和n值為常數(shù)，n＞1時(shí)，為加速腐蝕，n＜1時(shí)，為減速腐蝕。

圖13給出了周浸腐蝕后Q690鋼腐蝕深度-時(shí)間雙對(duì)數(shù)曲線及擬合結(jié)果。由圖13可看出，Q690鋼在模擬鄉(xiāng)村大氣環(huán)境中的腐蝕過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：n>1的加速腐蝕階段和n＜1的減速腐蝕階段，腐蝕轉(zhuǎn)變點(diǎn)在72~96 h之間。這與圖2平均腐蝕速率隨時(shí)間變化規(guī)律相吻合。在加速腐蝕階段 (24~72 h)，n值越大，腐蝕速率上升越快[17]，此時(shí)3種鋼n值排序?yàn)椋篞690鋼 (1.1977)＜Corten-A鋼 (1.3245)＜Q235鋼 (1.3483)，可見(jiàn)Q690鋼腐蝕速率上升最慢，因此Q690鋼具有比Corten-A鋼和Q235鋼更優(yōu)異的耐大氣腐蝕性能。

圖13   3種鋼的腐蝕深度-時(shí)間雙對(duì)數(shù)曲線

3.2 高強(qiáng)貝氏體鋼在模擬鄉(xiāng)村大氣中腐蝕機(jī)理探討

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室加速模擬鄉(xiāng)村大氣腐蝕實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)Q690鋼的腐蝕速率變化可以分為腐蝕速率增加的加速階段和腐蝕速率減小的減速階段，這與銹層的形成過(guò)程有關(guān)。本研究采用蒸餾水來(lái)模擬鄉(xiāng)村大氣環(huán)境，由于模擬環(huán)境為近中性，故Q690鋼發(fā)生腐蝕時(shí)，陽(yáng)極為Fe的溶解，陰極為O的還原，反應(yīng)式如式下所示[18,19]：

陽(yáng)極反應(yīng)：             

陰極反應(yīng)：      

其中，F(xiàn)e2+與OH-會(huì)沉淀生成Fe(OH)2。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，F(xiàn)e(OH)2進(jìn)一步氧化，生成橙褐色γ-FeOOH (圖3a)，腐蝕反應(yīng)式如下：

在腐蝕初期Q690鋼表面腐蝕產(chǎn)物覆蓋較均勻，但此時(shí)銹層較為疏松，水和氧氣可通過(guò)銹層直接進(jìn)入到鋼基體表面，且外銹層中氧化性的腐蝕產(chǎn)物γ-FeOOH在電化學(xué)過(guò)程中可以參與陰極去極化反應(yīng)[20]，導(dǎo)致第一個(gè)腐蝕階段為腐蝕加速階段 (圖2)。此時(shí)，Q690鋼中更多γ-FeOOH相參與反應(yīng) (圖5)，加速穩(wěn)定性銹層形成 (圖13和表2)。前人研究表明，在腐蝕前期，顯微組織對(duì)鋼耐蝕性能的影響較大，且貝氏體鋼的腐蝕速率通常比顯微組織以鐵素體+珠光體為主的鋼小[21]。因此，在腐蝕開(kāi)始階段，以貝氏體為主的Q690鋼的腐蝕速率明顯小于以鐵素體和珠光體為主的Q235鋼和Corten-A鋼 (圖2)。

隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)，腐蝕產(chǎn)物γ-FeOOH進(jìn)一步轉(zhuǎn)化生成黑色的Fe3O4和黃褐色的α-FeOOH (圖3a)，腐蝕反應(yīng)式如下：

在腐蝕后期，黑色的Fe3O4繼續(xù)氧化成黃褐色的α-FeOOH (圖3a)，腐蝕反應(yīng)如下：

此外，銹層中Cr富集提高了腐蝕產(chǎn)物中致密相α-FeOOH含量[22]，增強(qiáng)了銹層對(duì)基體的保護(hù)作用 (圖5和6)。因此在腐蝕后期，Q690鋼銹層逐漸致密，對(duì)腐蝕介質(zhì)的屏蔽作用增強(qiáng) (圖3a)，腐蝕速率逐漸下降并趨于穩(wěn)定 (圖2)。Q690鋼的腐蝕速率明顯小于兩種對(duì)比鋼 (圖2)，表明Q690鋼在模擬鄉(xiāng)村大氣中的耐蝕性能優(yōu)于Q235鋼和Corten-A鋼。

4 結(jié)論

(1) 在模擬鄉(xiāng)村大氣環(huán)境下，Q690高強(qiáng)橋梁試驗(yàn)鋼整個(gè)腐蝕過(guò)程分為兩個(gè)階段，加速腐蝕階段和減速腐蝕階段，且相同腐蝕周期Q690鋼腐蝕速率總是小于Corten-A鋼。

(2) 在腐蝕前期Q690鋼銹層較為疏松，加之腐蝕產(chǎn)物中的γ-FeOOH參與陰極反應(yīng)，導(dǎo)致其腐蝕前期為腐蝕加速階段。隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)，銹層中致密相α-FeOOH含量的增加導(dǎo)致銹層電阻增大，銹層保護(hù)作用增強(qiáng)，從而使Q690鋼腐蝕速率逐漸下降最后趨于穩(wěn)定。

(3) 在腐蝕前期，耐蝕性能主要取決于顯微組織，板條貝氏體組織使Q690鋼耐蝕性能優(yōu)于Corten-A鋼；而服役后期主要由元素分布及銹層結(jié)構(gòu)決定，Q690鋼銹層中出現(xiàn)明顯Cr富集，銹層致密程度更高，在模擬鄉(xiāng)村大氣中表現(xiàn)出明顯優(yōu)于Corten-A鋼的耐蝕性能。

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