柳喆
摘要:鋼材是現(xiàn)代建筑、交通工具、武器制造等領(lǐng)域不可缺少的一種材料,國(guó)家的發(fā)展很大程度上也需要鋼材產(chǎn)量的支持,然而鋼材的大氣腐蝕是一個(gè)非常普遍的問(wèn)題,每年會(huì)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失,因此,要對(duì)鋼材的腐蝕原理進(jìn)行研究,以提高鋼材的抗腐蝕能力,節(jié)約資源。文章對(duì)耐候鋼和碳鋼的大氣腐蝕進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞:耐候鋼;碳鋼;大氣腐蝕;鋼材;腐蝕原理;抗腐蝕能力 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
中圖分類號(hào):TG142 文章編號(hào):1009-2374(2015)10-0085-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0896
1 概述
當(dāng)材料與周圍的大氣接觸并且產(chǎn)生反應(yīng),就是大氣腐蝕,由于我們周圍大氣無(wú)處不在,因此這個(gè)問(wèn)題是一個(gè)普遍存在的問(wèn)題,大氣腐蝕可以使材料的使用壽命減少,每年因?yàn)榇髿飧g帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)大。而在眾多受到大氣腐蝕影響的材料中,鋼鐵也是最為常見的一種。鋼鐵可謂是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展必不可少的,無(wú)論是建筑、機(jī)械,還是交通工具、武器等,都離不開鋼鐵,一個(gè)國(guó)家的發(fā)展也是建立在鋼鐵之上的,鋼鐵是一種最為基本的材料。鋼鐵從原材料到生產(chǎn)加工,再到運(yùn)輸,最后到使用過(guò)程中,無(wú)時(shí)無(wú)刻不受到大氣腐蝕的影響。鋼鐵在大氣中的腐蝕作用主要是電化學(xué)腐蝕,陽(yáng)極和陰極通過(guò)薄膜電解液連接在一起,這種性質(zhì)使得鋼鐵對(duì)大氣腐蝕十分敏感。而在不同的環(huán)境下,鋼鐵受到的大氣腐蝕的影響程度也各不相同,比如在潮濕、降雨量多、塵埃污染多的環(huán)境下,腐蝕的速度會(huì)相對(duì)快一些。在一些污染嚴(yán)重的地方,也會(huì)加重鋼鐵的大氣腐蝕。
在對(duì)鋼的大氣腐蝕進(jìn)行研究時(shí),一般采用的是現(xiàn)場(chǎng)暴露實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室模擬的方法。現(xiàn)場(chǎng)暴露實(shí)驗(yàn)就是讓鋼鐵在固定的環(huán)境下,通過(guò)控制某一種環(huán)境因素來(lái)研究其對(duì)鋼鐵腐蝕產(chǎn)生的影響。這種試驗(yàn)方法更加接近自然,得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與實(shí)際更相符,但是實(shí)驗(yàn)的周期比較長(zhǎng),成本也較高,這并不影響它成為研究大氣腐蝕最為重要的一種方法。實(shí)驗(yàn)室模擬可以極大地縮短時(shí)間,在很短的時(shí)間之內(nèi)使鋼鐵受到腐蝕并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于時(shí)間比較短,可以對(duì)不同的影響因子進(jìn)行研究,也可以對(duì)多種影響因子之間的關(guān)系進(jìn)行研究,這也是研究鋼鐵大氣腐蝕的一種重要方法。
2 碳鋼和耐候鋼的大氣腐蝕相似性
碳鋼的化學(xué)成分相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單一些,主要由碳、硅、錳、硫、磷這五種元素構(gòu)成,而對(duì)于含硫和磷的量不同的碳鋼,又能夠細(xì)分為普通和優(yōu)質(zhì)兩種級(jí)別的碳鋼。在碳鋼中,含碳量為0.2%的Q235鋼和20鋼是最為常見的兩種鋼材,在實(shí)際生活中的應(yīng)用也最為廣泛。
耐候鋼是一種低合金鋼,它對(duì)大氣腐蝕的耐性比較強(qiáng),這是因?yàn)樵谄渲刑砑恿松倭康暮辖鹪?,從而改變了它的化學(xué)性質(zhì),使其耐腐蝕性得到了提高。添加的元素常見的有磷、銅、鎳等,添加了這些元素的鋼可以在不涂防腐漆的情況下,直接暴露在空氣中作為建筑材料,比如橋梁等的材料。雖然耐候鋼一般直接暴露在空氣中,但是也要避免一些情況,比如含鹽量高、濕潤(rùn)時(shí)間長(zhǎng)的環(huán)境中等。碳鋼和耐候鋼在其成分上有一定的區(qū)別,但是它們受到大氣腐蝕時(shí),腐蝕的過(guò)程、產(chǎn)物、影響腐蝕程度的因子有一定的相似性。
影響大氣腐蝕的因素:(1)腐蝕都有水的參與。利用相關(guān)的實(shí)驗(yàn),我們證實(shí)這兩種鋼材的腐蝕程度與其表面的濕潤(rùn)程度有很大的關(guān)系;(2)大氣污染物當(dāng)中,二氧化硫?qū)τ阡摬牡母g影響比較大。在我國(guó),一些工業(yè)比較集中的地區(qū),空氣污染比較嚴(yán)重,空氣中的二氧化硫含量也較高,在這些地區(qū),鋼材的腐蝕一般都比較嚴(yán)重;(3)鋼材的腐蝕也受到氯化物的影響,在一些海洋大氣的條件下,室外鋼鐵腐蝕的速度相當(dāng)于室內(nèi)的十倍之多,沿海地區(qū)的鋼材腐蝕也比內(nèi)陸嚴(yán)重,這是因?yàn)殇撹F表面有鹽的沉積,這會(huì)加速鋼材的腐蝕速度。一些氯化物通過(guò)降雨接觸到鋼材,并對(duì)其進(jìn)行腐蝕。氯化物中的氯離子會(huì)加速鋼材的腐蝕速度,這已經(jīng)經(jīng)過(guò)很多實(shí)驗(yàn)證明,相關(guān)方面的研究也很多;(4)空氣中的灰塵會(huì)使銹點(diǎn)更容易形成。與鄉(xiāng)村相比,工業(yè)區(qū)的鋼鐵容易受到腐蝕,其中一個(gè)原因就是這些地區(qū)的空氣質(zhì)量較差,空氣中的塵埃比較多,還有一些無(wú)機(jī)鹽,這些微粒周圍的相對(duì)濕度會(huì)比較低。
3 碳鋼和耐候鋼大氣腐蝕的差別
碳鋼和耐候鋼在大氣腐蝕的很多方面都比較類似,但是在很多條件下,相對(duì)而言耐候鋼的腐蝕速度還是低于碳鋼。在相關(guān)的研究中發(fā)現(xiàn),耐候鋼表面形成的銹層起到的保護(hù)能力要比碳鋼好一些,耐候鋼的內(nèi)銹層中含有銅、磷等元素,它們都有較強(qiáng)的抗腐蝕性,因此,會(huì)對(duì)未腐蝕的鋼材起到一種保護(hù)作用。此外,大氣污染加速鋼腐蝕的作用是比較明顯的,在一些大氣污染嚴(yán)重的地區(qū),耐候鋼的耐腐蝕性也優(yōu)于碳鋼。在一種大氣暴露的實(shí)驗(yàn)測(cè)試中,發(fā)現(xiàn)我國(guó)自行研制的一種耐候鋼的耐腐蝕性比碳鋼好,加入適量的稀土可以起到凈化的作用,使鋼中的硫和氧含量降低,減少了有害雜質(zhì)的數(shù)量,降低了腐蝕原點(diǎn)。
耐候鋼比碳鋼耐腐蝕性好的原因是它含有少量的合金元素,這使得兩種鋼形成的銹層結(jié)構(gòu)不同,碳鋼上的銹層是多孔的吸附性很差的單層結(jié)構(gòu),銹層中裂紋是普遍存在的,并集中于銹層的最外部,這樣一種結(jié)構(gòu)對(duì)于吸附水和沉積物的進(jìn)入幾乎沒有障礙,它們滲透到基體金屬使腐蝕過(guò)程繼續(xù),而耐候鋼上的銹層是雙層機(jī)構(gòu)的,附著性差的在外層,附著性好的在內(nèi)層,而且銅、磷等不同程度的集中在內(nèi)銹層,提高了耐候鋼的抗大氣腐蝕性。銅元素的作用是,它們能夠阻滯銹的晶體生長(zhǎng),抑制氧供給到鋼的表面,減小銹層的導(dǎo)電性,抑制銹的晶體化,有利于初期銹膜的形成。綜上,耐候鋼的耐腐蝕性還是要優(yōu)于碳鋼的。
4 結(jié)語(yǔ)
碳鋼和耐候鋼在不同的大氣環(huán)境中具有不同的腐蝕規(guī)律。我國(guó)疆域遼闊,具有很多不同類型的氣候條件,在大氣中暴露實(shí)驗(yàn)要堅(jiān)持進(jìn)行下去,并且增加一些暴露實(shí)驗(yàn)的地點(diǎn),延長(zhǎng)測(cè)試的時(shí)間。另外,應(yīng)該加強(qiáng)原位檢測(cè),將現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備盡可能應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)研究,收集各種原位腐蝕信息,促使我國(guó)大氣腐蝕研究向縱深發(fā)展,這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究都有很大的意義。
參考文獻(xiàn)
[1] 梁彩鳳,侯文泰.鋼的大氣腐蝕性及預(yù)測(cè)研究[A].中美材料環(huán)境腐蝕與老化試驗(yàn)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].機(jī)械工業(yè)環(huán)境技術(shù)研究中心,2001.
[2] 徐龍嬌,董超芳,肖葵,生海,李曉剛.Cl-作用下碳鋼和耐候鋼大氣初期腐蝕的Kelvin探針研究[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2010,(5).
[3] 張全成,吳建生,陳家光,李愛柏,楊曉芳,鄭文龍,王建軍.近海大氣中耐侯鋼和碳鋼抗腐蝕性能的研究[J].材料科學(xué)與工程,2001,(2).
[4] 夏妍,曹發(fā)和,常林榮,劉文娟,張鑒清.銹層下碳鋼和耐候鋼的微區(qū)和宏觀腐蝕電化學(xué)行為[J].高等學(xué)?;瘜W(xué)學(xué)報(bào),2013,(5).
(責(zé)任編輯:黃銀芳)