Q345q 鋼是目前中大跨徑公路橋梁設計中使用最廣泛的橋梁鋼。但是，與耐候鋼、低合金高強度鋼相比，它的抗腐蝕性能較差，其原因是經過長時間的大氣腐蝕以后，耐候鋼和低合金鋼通過合金元素改善了表面銹層結構，從而形成一層致密的內銹層[3]，其抗大氣腐蝕性能是普通碳鋼的 2~8 倍，起到了以銹防銹的作用。而普通橋梁鋼生成的銹層不穩定，不能與基體緊密結合。為了防止腐蝕，通常涂裝使用，且每 3~5 年進行一次防腐蝕涂裝維護，每 10~15 年進行重新防腐涂裝。然而當橋梁局部涂層受損或脫落就會造成腐蝕加劇，尤其在海洋大氣（Cl-）和工業大氣（SO2）中最為嚴重。因此，材料研究者進行了大量有關碳鋼與低合金鋼在含 Cl-介質和工業大氣環境中腐蝕行為的研究，主要包括表面銹層的組成、腐蝕規律和耐蝕性等。然而，對橋梁鋼大多集中在含 Cl-介質、工業大氣介質等單一介質中的腐蝕行為研究。我國幅員遼闊，大氣環境更具特點，如沿海地區的鹽分較高，鹽離子增加了鋼表面的溶液導電性，滲透到鋼基體表面破壞了鈍化膜；工業大氣中的 SO2可以降低鋼表面的 pH 值，使鋼基體溶解并進一步被大氣中的 O2 氧化，且其腐蝕過程中存在著“循環生酸機制”；沿海工業大氣環境中同時存在鹽離子和硫化物，由于協同效應，橋梁鋼的腐蝕量并不是兩者單獨存在時腐蝕量的簡單加和。而我國西北地區氣候干旱、降水稀少、風沙強勁，由于環境條件特殊和地理位置獨特，橋梁鋼的大氣腐蝕受多重因素（冬天除雪劑、除冰鹽中的 Cl-、工業大氣、溫度和濕度）的影響，其腐蝕環境不同于沿海工業地區，但是針對我國西北地區環境下橋梁鋼腐蝕問題的實驗研究還較少。隨著西部建設的發展，一些基礎設施和重大工程建設對橋梁鋼大氣腐蝕數據及行為規律的需求日益強烈。因此，開展西北地區橋梁鋼的系統研究具有重要意義。

本文在實驗室模擬西北地區除冰鹽介質、工業大氣介質以及除冰鹽+工業大氣的混合介質等 3 種大氣腐蝕環境介質，通過干濕交替加速腐蝕實驗，研究了橋梁鋼 Q345q 在西北大氣環境中的腐蝕行為，通過研究 3 種介質中的腐蝕動力學，銹層結構、致密度、銹層保護性以及銹層電化學性能，從而預測橋梁鋼 Q345q 在 3 種大氣環境下長期腐蝕趨勢，分析 3 種介質的腐蝕規律，分析造成橋梁鋼腐蝕的主要環境因素，為橋梁鋼在西北環境中的選材與壽命評估提供科學依據。

1 實驗方法

實驗材料為某大型鋼廠生產的 Q345q 鋼，經控軋控冷處理，軋制厚度為 8mm，其化學成分（質量分數，%）為：C 0.158，Si 0.246，Mn 1.245，P 0.023，S 0.022，Fe 98.306。用線切割機切取尺寸為 40mm×40mm×8mm 和 10mm×10mm×8mm 的腐蝕試樣，其中尺寸較大的試樣用作腐蝕失重測量，尺寸較小的試樣用來觀察腐蝕形貌、分析銹層物相和進行電化學表征。

將試樣用環氧樹脂包覆 5 個面，待完全干燥后用 SiC 水性砂紙磨至 800#后依次用無水乙醇和蒸餾水沖洗，然后放入丙酮中超聲清洗，冷風快速吹干后放入真空干燥箱干燥 24h。

干濕交替加速腐蝕實驗總共進行 40 個周期，每周期 12 h，取樣時間為：24，72，144，288和 480h，每種腐蝕介質下取 7 個平行試樣，其中 3 個 40mm×40mm×8mm 試樣測腐蝕失重；4 個 10mm×10mm×8mm 試樣中，1 個用來觀察腐蝕形貌和腐蝕層的截面形貌，1 個用以通過X 射線衍射儀（XRD）對銹層的物相進行分析，2 個進行帶銹試樣的電化學分析。

根據 GB/T 19746-2005/ISO 11130:1999《金屬和合金的腐蝕鹽溶液周浸實驗》和TB/T2375-1993《鐵路用耐候鋼周期浸潤腐蝕試驗方法》，配置除冰鹽溶液、0.01mol/L 的NaHSO3 溶液、混合溶液（除冰鹽溶液+0.01mol/L 的 NaHSO3 溶液）。本實驗采用上述 3 種腐蝕溶液，其成分見表 1。實驗在恒溫恒濕試驗箱中進行，具體流程為（CCT）：（1）稱取試樣初始質量 M0，精確到 0.0001g；（2）按 40μL/cm2 往樣品待腐蝕表面滴加腐蝕液，待溶液鋪展均勻后放入恒溫恒濕試驗箱 12h，溫度（30±2）℃，相對濕度（60±5）%RH；（3）取出后用蒸餾水沖洗試樣表面，以免鹽分在銹層中沉積，快速吹干后重新鋪上腐蝕液；（4）重復步驟（2）和（3），直至完成實驗周期。

每次取得的 40mm×40mm×8mm 試樣先用數碼相機拍攝不同時間的宏觀腐蝕形貌，然后在除銹液（500ml 鹽酸+500ml 蒸餾水+20g 六次甲基四胺）中進行超聲清洗，除銹液依照GB/T16545-1996《金屬和合金的腐蝕試樣上腐蝕產物的清除》配置。除銹后的試樣用無水乙醇沖洗，快速吹干后稱取質量 M1。通過（M0-M1）/S 計算單位面積腐蝕失重量（△W ，mg/cm2），其中 S 為試樣的腐蝕面積（cm2），M1 為除銹后的質量。試樣腐蝕速率按照下式計算：

式中，V 為腐蝕速率（mg· cm-2·h-1），t 為腐蝕時間（h）。

用 FEG 450 型冷場發射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）觀察銹層的微觀形貌。腐蝕試樣經由環氧樹脂封樣后，對試樣截面打磨拋光，用 SEM 觀察銹層的截面形貌。利用PanalyticalX'Pert Pro 型 XRD 進行物相組成分析，管壓為 40kV，管流為 40mA，2θ 掃描范圍為 10°~90°，掃描速率為 4°/min。

電化學實驗利用 CHI 660e 型電化學工作站進行。采用三電極體系，參比電極是標準飽和甘汞電極（SCE），輔助電極是 Pt 電極，工作電極是帶銹試樣。在 0.1mol/L Na2SO4溶液中測量帶銹試樣的極化曲線，帶銹試樣暴露面積為 10mm×10mm。

2 結果與分析

2.1 橋梁鋼 Q345q 在 3 種模擬大氣環境中的腐蝕行為

圖 1 為實驗鋼在除冰鹽、NaHSO3、除冰鹽+NaHSO3 介質中的腐蝕失重曲線（圖 2a）和腐蝕速率曲線（圖 2b）。可看出，腐蝕失重隨著腐蝕時間的延長而增加，且 3 種介質中腐蝕失重的大小順序為：NaSHO3>混合溶液>除冰鹽，表明鋼在模擬工業大氣環境中的腐蝕量較大。

對不同模擬環境中的腐蝕失重用經驗公式擬合，旨在預測長期暴露時鋼的腐蝕失重量。擬合結果表明，腐蝕失重與時間呈冪指數規律：

式中， A 和 n 是常數，n 值反映了大氣腐蝕特性：n<1，腐蝕速率呈遞減規律，說明腐蝕產物對基體具有一定的保護性；n>1，腐蝕過程加速，銹層沒有保護性；n=1，腐蝕失重呈直線規律，腐蝕速率恒定。Townsend 和 Zoccola[19-20]提出了一種利用線性回歸方程來分析腐蝕數據的方法，以在腐蝕失重與腐蝕時間的雙對數曲線上擬合直線，所以式（2）可改為：

很顯然，圖 1a 中曲線的斜率分為兩段，第二階段的斜率小于第一階段的，因此對失重數據進行分階段擬合，得到的擬合數據和相關系數 R2 如表 2 所示。根據擬合結果，對于第一階段（24h~144h），鋼在 3 種介質中的 n 值均大于 1，說明鋼的腐蝕是個加速過程，生成的銹層對基體沒有保護作用；在第二階段（144h~480h）的 n 值都小于 1，說明隨著腐蝕時間的延長，銹層厚度逐漸增加，對腐蝕的繼續進行起到了抑制作用。分析圖 1b 可見，在整個腐蝕過程中腐蝕速率的大小順序為：NaSHO3>混合溶液>除冰鹽，隨著腐蝕時間的延長腐蝕速率逐漸減小，且在除冰鹽介質中的腐蝕速率下降不明顯。

2.2 Q345q 鋼在 3 種介質中腐蝕產物分析

Q345q鋼在3種介質中腐蝕不同時間的銹層XRD譜分析結果見圖2。由圖2a可見，Q345q鋼在除冰鹽介質中的腐蝕產物主要由 β-FeOOH、γ-FeOOH、α-FeOOH、、Fe2O3和 FeOCl 組成。從特征峰的強度可以得出，在腐蝕 24h 內，β-FeOOH 的最強峰較低（11.56°）；隨著腐蝕時間的延長，β-FeOOH 的最強峰逐漸增強。同時，在腐蝕 288h 后，β-FeOOH 的最強峰上疊加了氯化物 FeOCl 的峰，且峰強很高，說明銹層中 β-FeOOH 和 FeOCl 的相對含量增大，同時發生反應（Fe2+和 Fe3+）→FeOCl→β-FeOOH，生成的氯化物和 β-FeOOH 顆粒粗大易使銹層疏松脫落；腐蝕 72h 以后，開始形成少量的 α-FeOOH（三強峰分別為 21.02°，36°和52.95°），α-FeOOH 的峰強也隨時間的延長逐漸增大，但峰強很低，說明其含量非常少。γ-FeOOH 的特征峰強（最強峰 26.8°）先增大（24~144h）后減小（144~480h），說明在腐蝕后期，部分 γ-FeOOH 發生了演化生成 α-FeOOH。Fe2O3 的特征峰變化不是很明顯，含量較少。在腐蝕 144h 時，約在 35°出現了一個明顯的 β-FeOOH 非晶峰，隨著腐蝕時間的延長，非晶態的腐蝕產物逐漸晶化。

模擬工業大氣環境中形成的銹層主要是 γ-FeOOH，Fe3O4和 α-FeOOH。與除冰鹽介質、混合介質相比，各種腐蝕產物的衍射峰都明顯寬化，說明形成產物的晶粒最為細小。從特征峰的強度看，α-FeOOH 的衍射峰增強，γ-FeOOH 的衍射峰強先增大后減小，說明在腐蝕后期絕緣的非活性物質 α-FeOOH 的含量明顯增多，對銹層的保護性增強；而 Fe3O4的含量非常少，衍射峰（35°）幾乎沒有明顯的變化；腐蝕 24h 時，在約 35°出現了 γ-FeOOH 的晶態和非晶態共同存在的峰，說明 γ-FeOOH 部分是以非晶態存在，隨著腐蝕時間延長至 480h后，非晶峰依然存在，但疊加在上面的晶態峰明顯增強。

在混合介質中的腐蝕產物主要為 β-FeOOH，γ-FeOOH，α-FeOOH，Fe2O3和 FeOCl。其中，β-FeOOH 的最強峰（11.56°）隨時間的延長明顯增大，在 480h 后也疊加了氯化物的峰，使得峰強高而尖銳，與除冰鹽介質下的相似。α-FeOOH 的特征峰強（21.02°）雖然隨時間的延長有所增大，但含量較少，其強度大于除冰鹽介質下的，說明銹層保護性有所增加，而γ-FeOOH 和 Fe2O3的峰強變化不是很明顯。

對比在 3 種介質中腐蝕 480h 的 XRD 分析結果，可以看出在除冰鹽和混合介質中含有較多的 β-FeOOH 和 FeOCl。這是因為 β-FeOOH 通常在濕度較大且富含 Cl-的環境下才容易形成，它的形成需要 Cl-為其提供結構支撐，其過程為：氯化物→β-FeOOH+Fe3O4，生成的 β-FeOOH 不具有保護性，會促進基體的進一步腐蝕，最終生成 α-FeOOH。但是，在本實驗中其轉化不完全，因此生成的銹層疏松容易脫落，主要是因為腐蝕性離子的協同作用抑制了穩定銹層的產生；而且溶液的 pH 值顯堿性，腐蝕性較強的酸性離子被中和。而在亞硫酸氫鈉溶液中，沒有 β-FeOOH 生成，經過長期的腐蝕，最終銹層趨向于穩定，減緩了腐蝕，符合動力學曲線得到的規律。

2.3 3 種模擬大氣環境中的腐蝕形貌分析

2.3.1 宏觀腐蝕形貌圖 3 給出了用數碼相機拍攝的 3 種模擬大氣環境中 Q345q 鋼的銹層宏觀形貌。可見，在除冰鹽介質中腐蝕 24h 后，鋼表面約有一半以上被少量淺黃褐色的銹層覆蓋（圖 3a）；到達 72h 時，鋼表面的銹層均勻增加，約有 90%以上的紅褐色銹層覆蓋了鋼基體（圖 3b）；進一步腐蝕至 144h，出現少量黑褐色的銹層（圖 3c）；當腐蝕到 288h 后，部分紅褐色銹層脫落，脫落的地方呈黑色（圖 3d），這是由于腐蝕應力和銹層疏松導致黑褐色銹層增多；最后腐蝕至 480h，鋼表面的銹層變得均勻，但仍由少量深紅褐色和黑褐色銹層組成（圖 3e）。

在亞硫酸氫鈉介質中，腐蝕 24 后，鋼表面幾乎被黃色銹層覆蓋，但銹層不均勻（圖 3f）；當腐蝕時間至 72h，少量黑色銹層不均勻地分布于表面（圖 3g），可能是 Fe3O4；隨著腐蝕時間進行到 144h（圖 3h）和 288h（圖 3i），出現大量橙黃色的銹胞；但在 288h 時銹層開始變得均勻；最后到 480h，橙黃色的銹胞脫落出現黑褐色銹層（圖 3j），最終銹層變得致密。

在混合介質中，銹層的顏色變化跟除冰鹽中的相似，綜合了兩種腐蝕介質中的情況最終形成了深紅棕色和少量黑褐色的銹層。在除銹的過程中，亞硫酸氫鈉溶液中腐蝕 480h 形成的銹層分為內外兩層，外銹層容易除去，而內銹層呈現黑色且與基體緊密結合；在除冰鹽和混合介質中，銹層疏松，沒有出現分層現象，除去銹層后裸露的基體上無黑色銹斑。

2.3.2 微觀腐蝕形貌

圖 4~6 分別為 Q345q 鋼在除冰鹽、亞硫酸氫鈉溶液、混合溶液中腐蝕不同時間的銹層微觀形貌。可見，在除冰鹽中腐蝕 72h 的銹層（圖 4a）大多數呈片狀結構，這種腐蝕產物與基體的附著力較弱而容易脫落，在動力學曲線上表現為較小的腐蝕失重；混合溶液中的銹層呈小片層狀結構（圖 6a），仍然易脫落且不具保護性；而亞硫酸氫鈉溶液中的塊狀銹層中分布有大量針狀結構（圖 5a）的腐蝕產物（γ-FeOOH），與基體具有一定的黏著力。對比 144h（圖 4b，5b 和 6b）腐蝕產物可見，除冰鹽介質中有少量的針狀腐蝕產物和非晶態的物質，與 XRD 分析結果一致，對銹層沒有保護性且容易發生脫落；亞硫酸氫鈉和混合介質中含有大量的針狀 γ-FeOOH，γ-FeOOH 具有還原性，在腐蝕“濕”的階段，開始溶解重新結晶成α-FeOOH 和 Fe3O4，其轉變過程容易引起體積的變化，易產生裂紋（圖 5b 和 6b）。由圖 5b可看到，針狀腐蝕產物上分布有顆粒狀的腐蝕產物，該腐蝕產物為 α-FeOOH。α-FeOOH的熱力學穩定性高，銹層的結構相對穩定，不易產生隨物相的轉變而發生體積轉變所引起的裂紋或孔洞等缺陷，使銹層致密度增加。

圖 4c，5c 和 6c 分別為 Q345q 鋼在 3 種介質中腐蝕 288h 的銹層形貌。很顯然，在亞硫酸氫鈉介質中，銹層變得致密，顆粒細小且數量增多，對基體保護性增強；除冰鹽介質中的銹層仍然有片狀結構，并有孔洞和裂紋存在，對基體沒有保護性；混合介質中的大量“花瓣形”腐蝕產物會隨著時間的延長繼續演化，但致密度比除冰鹽介質中的好。

由以上分析可知，在整個腐蝕過程中，除冰鹽介質中的銹層大多呈片狀結構，且分布不均勻易脫落，同時存在大量的裂紋和孔洞，對基體沒有保護性；而在亞硫酸氫鈉和混合介質中，雖然在腐蝕中期（144h）有裂紋存在，但是銹層中分布大量“花瓣形”針狀腐蝕產物，這些針狀腐蝕產物為 γ-FeOOH，對基體的黏著力增強；腐蝕后期（288h），裂紋變得細小，“花瓣形”針片狀的腐蝕產物與顆粒狀的腐蝕產物同時存在，在亞硫酸氫鈉溶液中尤為明顯，銹層的保護性增強。因此，經過長期大氣腐蝕，橋梁鋼 Q345q 在模擬工業大氣環境中會形成穩定的銹層，從而對基體具有保護性。

2.3.3 截面形貌

圖 7 給出了 Q345q 鋼在不同介質中腐蝕不同時間的截面形貌。可看出，腐蝕初期（72h），除冰鹽介質中的銹層由疏松的塊狀產物構成，內部存在細小裂縫（圖 7a），銹層厚度約為10.2273μm（見表 3），無法阻止腐蝕性離子的滲入；而亞硫酸氫鈉介質中的銹層厚度約為除冰鹽介質中的 3 倍；混合介質中的銹層厚度（圖 7g）與除冰鹽的相近，銹層疏松易脫落。隨著腐蝕時間延長至 288h，亞硫酸氫鈉介質中的銹層出現明顯的分層現象（7f），內銹層致密與基體緊密結合。在內銹層的局部放大圖上（右上）可以看到銹層顆粒細小，無裂紋和孔洞；外銹層明顯存在裂紋，為水、氧等介質的進入提供了通道，其整個銹層厚度約為除冰鹽介質中的 1.6 倍。

而除冰鹽介質中無明顯分層（圖 7c），在局部放大圖上可看到銹層疏松多孔并呈塊狀分布，對基體沒有保護性。混合介質中的銹層厚度與除冰鹽介質的相差不大，但仍然有裂紋存在（圖 7i）。這是因為外銹層中含有大量的 γ-FeOOH，γ-FeOOH 的化學穩定性非常低，在電解薄 膜液存在 的情況下，極 易作為活 性陰極與鋼基 體構成腐 蝕原電池，在 發生γ-FeOOH→α-FeOOH 的轉變過程中將引起體積的變化而產生裂紋。而且除冰鹽和混合介質的銹層中存在大量的 FeOCl 和 β-FeOOH，使得銹層疏松易脫落，從而加速鋼的進一步腐蝕。

2.4 3 種模擬大氣環境中銹層的電化學分析

圖 8 是橋梁鋼 Q345q 以 0.1mol/L 的 Na2SO4溶液為電解液測得帶銹試樣的極化曲線。可知，3 種介質下帶銹試樣隨腐蝕時間的增加，自腐蝕電位增大。除冰鹽介質腐蝕 72h 后，陽極穩態電流增大，但隨腐蝕時間的延長變化不大；混合介質與除冰鹽類似，腐蝕時間對銹層陽極穩態腐蝕電流影響不大；但在亞硫酸氫鈉介質中，陽極穩態腐蝕電流隨時間的延長明顯減小。對于未腐蝕的橋梁鋼而言，其陰極行為受溶解氧極限擴散控制，而陽極極化下鋼基體表面發生由電荷轉移控制的電化學溶解；而對于帶銹試樣而言，由于銹層中含有 β-FeOOH、γ-FeOOH 等還原性物質，陰極極化曲線開始傾斜，其過程主要受銹層的還原和氧極限擴散控制。觀察圖 8a 可見，隨著腐蝕時間的延長，除冰鹽介質中帶銹鋼的自腐蝕電位逐漸正移，陰極電流密度逐漸增大，這說明銹層中含有大量還原性物質，這些物質的存在會促進鋼的腐蝕，其反應主要由陰極還原所控制，但還原生成的銹層不穩定容易脫落。此結果與混合溶液中（圖 8c）得到的結果類似。但是觀察圖 8b 可見，陰極電流變化不明顯，而陽極電流密度逐漸減小，在干濕交替加速腐蝕 288h 后，自腐蝕電位也發生了負移，這是因為 0.01mol/L的 NaHSO3 溶液呈酸性，溶液中存在較多電離的 H +可以與溶解氧同時還原所致，其反應主要受陽極溶解反應所控制。

通過對比 480h 帶銹鋼的極化曲線（圖 8d）可見，銹層的自腐蝕電位均大于未腐蝕試樣的，說明銹層的存在會減緩腐蝕的傾向性。為了進一步說明腐蝕的傾向性，表 4 給出了隨腐蝕時間變化的極化曲線參數。由表 4 知，Q345q 鋼在亞硫酸氫鈉介質中干濕交替腐蝕后，自腐蝕電位大于在其他兩種介質下的，自腐蝕電流越來越小。結合銹層形貌分析，說明鋼在模中國腐蝕與防護學報Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection擬工業大氣環境中腐蝕生成的銹層雖然較厚，但銹層致密保護性強，由于生成的腐蝕產物較多使得自腐蝕電位較高，隨著腐蝕時間延長發生腐蝕的傾向性會逐漸降低。但是在除冰鹽介質中，雖然自腐蝕電位隨腐蝕時間的延長而增大，但自腐蝕電流也隨之增大，結合銹層截面形貌分析可知銹層疏松，很難形成致密銹層，因此銹層不具保護性。混合介質中 144h 以下自腐蝕電流為增大趨勢，但 144h 以后自腐蝕電流逐漸減小，結合銹層結構可見 144h 后銹層逐漸致密，腐蝕速率逐漸下降，銹層展示一定保護性。

3 分析與討論

橋梁鋼暴露于西北大氣環境下，會受到多重因素的影響（冬天除雪劑、工業大氣、水氣等），不同的腐蝕環境下腐蝕機理不同。Hara 等人對冬季噴灑除冰鹽環境下耐候橋梁鋼的腐蝕行為進行了 3a 的研究，結果表明在冬季噴灑除冰鹽，會加速鋼的腐蝕；而在夏季殘留的 Cl-會通過增大銹粒度來降低銹層的保護能力。Wang 等[29]在 SO2 氣氛下通過干濕循環實驗模擬了耐候橋梁鋼的腐蝕，認為 SO2可以促進腐蝕產物 γ-FeOOH→α-FeOOH 的轉化，形成致密、保護性強的銹層。因此，分析不同環境下的腐蝕機理很有必要。鋼的干濕交替腐蝕過程通常由兩個階段完成:

濕的階段（電化學腐蝕）：

其中，生成的 FeOOH（β、γ、α）種類取決于大氣條件。在除冰鹽介質中，由于除冰鹽含有大量的鈉鹽、鈣鹽，同時還有少量的硫代硫酸鹽和亞硫酸鹽，其腐蝕效果由多因素造成。腐蝕初期 Cl-濃度較高，吸附在鋼表面發生離子遷移，促進鋼基體表面形成點蝕坑。這是因為Cl-半徑小且具有很強的穿透能力，它可以穿過銹層抵達基體加速鋼的腐蝕。同時，在反應過程中不容易被消耗，生成不穩定的腐蝕產物 FeOCl。隨著反應的進行，β-FeOOH 的含量增多，反應式如下：

在上述反應中，大量 Cl-不僅增加電解質的濃度，而且薄膜液的導電性也隨之增大，使得吸附在鋼表面的 Fe（OH）2薄膜被破壞，發生如下反應：

隨著反應的進行，Cl-的作用造成疏松的腐蝕產物并產生微裂紋和空洞，使 O2等腐蝕性介質進入裂紋加速鋼的腐蝕。同時，Cl-在孔隙和疏松的微觀區域由于閉塞電池的自催化效應，使得在除冰鹽介質中很難形成致密銹層。另一方面，Cl-的氧化性極強，加上溶解氧的作用，將溶液中少量的 SO32-、HSO3-、S2O32-氧化成 SO42-，此時大量的陰離子聚集在點蝕坑的位置，Ca2+被吸附在表面形成難溶性的鈣鹽，隨著腐蝕時間的延長從基體脫落，難以產生致密、穩定的銹層。因此，在除冰鹽環境中主要以 Cl-為主導作用的多因素腐蝕機制，較小的腐蝕失重說明了生成的銹層不穩定易脫落，在進行一個干濕循環周期后，除去鹽分的過程中容易將浮銹除去，但腐蝕過程是持續性的。

而在亞硫酸氫鈉介質中，HSO3-易被氧化為硫酸，從而加速鋼的腐蝕。隨著腐蝕的進行，鋼表面會形成 FeSO4，增大液膜的導電性，FeSO4發生水解，反應如下：

生成的硫酸根據“酸的再生循環機制”又加速鋼的腐蝕，反應如下：

新生成的 FeSO4 將再次發生水解生成游離酸，如此循環下去。在循環的過程中會不斷地溶解不穩定的銹層，從而加速鋼的腐蝕，銹層的溶解與酸的再生循環產生的協同作用使鋼的腐蝕失重明顯大于其他介質中的。但是，這種作用不是持續增強的，當 HSO3-的濃度達到一定值時，能夠抑制 β-FeOOH 的形成，同時促進穩定銹層的形成。

在除冰鹽+NaHSO3 介質中，NaHSO3 的加入大大降低了除冰鹽介質的 pH 值，對除冰鹽介質是耦合作用，而不是兩種介質作用的加和，使得溶液呈酸性，抑制了部分 Cl-的自催化作用和 β-FeOOH 的形成，減弱了閉塞微電池的作用。同時，Cl-，SO32-和 HSO3-的協同作用、酸的再生循環作用以及 Ca2+在銹層的富集，使銹層具有一定保護性，介于除冰鹽和亞硫酸氫鈉溶液之間。

4 結論

（1） Q345q 鋼在除冰鹽、模擬工業大氣介質及除冰鹽+工業大氣混合介質中的腐蝕速率均隨著腐蝕時間的延長而逐漸減小，且腐蝕速率大小順序為：NaHSO3>混合介質>除冰鹽。

雖然在模擬工業大氣環境中的腐蝕失重和腐蝕速率較大，但是在腐蝕 144h 后 n<1，銹層具有保護性。

（2） 除冰鹽和混合溶液中的腐蝕產物主要為 γ-FeOOH、α-FeOOH、β-FeOOH、FeOCl和 Fe2O3，β-FeOOH 和 FeOCl 導致銹層疏松脫落；模擬工業大氣介質中的腐蝕產物主要為Fe2O3、Fe3O4、γ-FeOOH 和 α-FeOOH，0.01mol/L NaHSO3介質抑制了 β-FeOOH 的形成，使銹層產物穩定性增加。

（3） 帶銹 Q345q 在 3 種腐蝕介質中的自腐蝕電位均隨腐蝕時間的延長而增大，但自腐蝕電流的變化規律不同。在亞硫酸氫鈉介質中，自腐蝕電流隨腐蝕時間的延長而減小，銹層結構致密且保護性強；在除冰鹽介質中，銹層的自腐蝕電流隨腐蝕時間的延長而增大，其銹層結構疏松，不具保護性；在混合介質中 144h 以下自腐蝕電流為增大趨勢，但 144h 以后自腐蝕電流逐漸減小，銹層結構在 144h 后逐漸致密并呈現一定保護性。