鐵路車(chē)輛用V-N-Cr微合金化Q690高強(qiáng)耐候鋼組織性能和腐蝕行為

劉 悅,吳紅艷,杜林秀

(東北大學(xué) 軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng) 110819)

耐候鋼是指具有保護(hù)銹層并且耐大氣腐蝕的低合金結(jié)構(gòu)鋼，它能有效地阻滯腐蝕介質(zhì)的深度腐蝕[1-5]，是鐵道車(chē)輛用鋼材用量最大的鋼種，在鐵路車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中會(huì)不斷地受到大氣環(huán)境腐蝕等惡劣應(yīng)用環(huán)境的影響。相比普碳鋼來(lái)說(shuō)，耐候鋼在大氣環(huán)境中具有更優(yōu)良的抵抗腐蝕的性能，相比不銹鋼來(lái)說(shuō)，耐候鋼能夠極大地降低合金元素(P，Cu，Cr，V，Mo等)的添加量，可有效降低鋼材成本。由于耐候鋼無(wú)需涂料等表面防護(hù)便可以在一些環(huán)境下直接使用，因此耐候鋼的品種開(kāi)發(fā)與腐蝕研究一直是鋼鐵研究的熱點(diǎn)。隨著重載、輕量、高速鐵路機(jī)車(chē)的迅猛發(fā)展，鐵路車(chē)輛用鋼也由低強(qiáng)度普通碳鋼、低強(qiáng)度耐候鋼向著高強(qiáng)度耐候鋼的方向逐漸發(fā)展。目前我國(guó)的鐵路車(chē)輛轉(zhuǎn)向架用鋼使用較多的仍為Q345(16Mn)，Q345q(16Mnq)及16MnR鋼等，在橋梁和車(chē)輛上已經(jīng)使用了十幾年，并在其他行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架用鋼沖擊韌性、焊接性、疲勞性均較差，且耐大氣腐蝕能力弱[6-11]。因此，潛在的市場(chǎng)需求促使開(kāi)發(fā)出高強(qiáng)度兼具良好耐候性的薄帶鋼來(lái)代替低強(qiáng)度厚帶鋼成為主要的研究發(fā)展方向，并提出了高強(qiáng)度耐候鋼的概念。

目前，國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)鋼板的制備主要采用低碳Nb-Ti微合金化結(jié)合調(diào)質(zhì)處理工藝來(lái)獲得最終產(chǎn)品[12-14]。但是Nb-Ti微合金成分體系生產(chǎn)出的高強(qiáng)鋼板在連鑄過(guò)程中會(huì)面臨邊裂、縱裂、星狀裂紋等難題，熱軋軋制負(fù)荷重、熱軋工藝控制難度大，Ti微合金化鋼的析出溫度窗口窄，因TiC析出強(qiáng)化引起的鋼卷頭尾部強(qiáng)度波動(dòng)可達(dá)150 MPa，鋼的屈強(qiáng)比高、合金成本高，帶鋼軋制后的熱處理工序還會(huì)進(jìn)一步提高生產(chǎn)成本。

考慮到上述因素，在降低生產(chǎn)成本并保證鋼板多方面性能的前提下，利用我國(guó)攀枝花、承德地區(qū)儲(chǔ)量豐富的釩礦資源優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種新型屈服強(qiáng)度達(dá)到690 MPa并兼具高強(qiáng)度、高耐候性的V-N-Cr微合金化成分體系的耐候鋼，并研究其腐蝕行為。本工作采用“多元少量”的成分設(shè)計(jì)結(jié)合控制軋制和控制冷卻免回火工藝制備了V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼，檢測(cè)微觀組織與力學(xué)性能，并對(duì)比研究了該實(shí)驗(yàn)鋼與Q345普碳鋼在周期浸潤(rùn)腐蝕實(shí)驗(yàn)中的腐蝕行為，為開(kāi)發(fā)鐵路車(chē)輛用高強(qiáng)度耐候鋼提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

V-N-Cr耐候鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)思路是在低碳、低磷、低硫的基礎(chǔ)上，采用復(fù)合添加Cu、Cr、Ni和Mo等耐腐蝕性元素，避免粗大的滲碳體形成，減輕連鑄坯的裂紋敏感性。Cu是提高鋼的耐大氣腐蝕性能的關(guān)鍵元素，與P聯(lián)合加入鋼中時(shí)，顯示出友好協(xié)同的耐候效應(yīng)，提高鋼的抗大氣腐蝕性能。加入面心立方結(jié)構(gòu)的Cu能夠使鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度提高，增加含Cu量，耐候鋼的屈服強(qiáng)度也相應(yīng)得到增加。Cr對(duì)改善鋼的鈍化能力具有顯著的效果，可促進(jìn)鋼表面形成致密的鈍化膜或者保護(hù)性銹層，其在銹層內(nèi)的富集能有效地提高銹層對(duì)腐蝕性介質(zhì)的選擇透過(guò)性，與Cu同時(shí)加入鋼中時(shí)，效果尤為明顯。耐候鋼中Cr含量一般為0.4%～1.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，最高為1.3%。Ni是一種比較穩(wěn)定的元素，加入Ni能夠使鋼的自腐蝕電位向正方向變化，增加鋼的穩(wěn)定性，提高基體對(duì)鈍化膜的修復(fù)能力，降低點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性；Ni還能在提高強(qiáng)度的同時(shí)改善韌性，提高淬透性，可以有效地阻止Cu的熱脆引起的網(wǎng)裂現(xiàn)象。Mo元素在增加強(qiáng)度的同時(shí)會(huì)提高鋼的脆性，降低鋼的韌性。實(shí)驗(yàn)鋼和對(duì)比鋼的化學(xué)成分，如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)鋼和Q345鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

1.2 熱軋實(shí)驗(yàn)方法

將鋼坯隨爐加熱至1100～1200 ℃，并保溫2～4 h。將100 mm厚的鋼坯經(jīng)兩階段熱軋成14 mm厚的鋼板，粗軋階段的開(kāi)軋溫度和終軋溫度范圍分別為1050～1180 ℃和970～1100 ℃，精軋階段的開(kāi)軋溫度和終軋溫度范圍分別為870～960 ℃和810～850 ℃；熱軋結(jié)束將鋼板水冷至420～550 ℃范圍內(nèi)，隨后模擬熱軋帶鋼工業(yè)化生產(chǎn)中的卷取過(guò)程，令鋼板隨爐緩慢冷卻至室溫，得到產(chǎn)品；要求鋼板達(dá)到屈服強(qiáng)度為690～800 MPa，抗拉強(qiáng)度為790～950 MPa，伸長(zhǎng)率為15%～20%，-40 ℃沖擊功≥100 J。軋制工藝中共軋制9道次，其中粗軋3道次，精軋6道次，每道次的壓下量見(jiàn)表2。為了減輕熱軋機(jī)的負(fù)荷，將壓下量控制在35%以下。

表2 V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼的壓下規(guī)程

對(duì)鋼板進(jìn)行組織、力學(xué)性能和腐蝕性能檢測(cè)。試樣取自軋制板材的1/4寬度處，試樣尺寸為12 mm(長(zhǎng))×5 mm(寬)×14 mm(厚)，觀察面為平行于軋制方向的截面，經(jīng)打磨、拋光、4%硝酸酒精腐蝕后，采用OLYMPUS GX71光學(xué)顯微鏡(optical microscope，OM),QUANT 600型掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)進(jìn)行組織觀察。拉伸實(shí)驗(yàn)依據(jù)GB/T 228-2010標(biāo)準(zhǔn)在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。沖擊實(shí)驗(yàn)按照GB/T 2650-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，沖擊試樣為55 mm×10 mm×10 mm帶V型缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣，低溫沖擊溫度為0，-20 ℃和-40 ℃，沖擊功取平均值。

1.3 耐腐蝕實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用FL-65型周期浸潤(rùn)腐蝕實(shí)驗(yàn)機(jī)，箱內(nèi)具有加熱、冷卻、烘烤和空氣循環(huán)系統(tǒng)。箱內(nèi)溫度控制在(45±2)℃，濕度為(70±5)% RH。取實(shí)驗(yàn)鋼來(lái)制備腐蝕實(shí)驗(yàn)試樣，尺寸均為60 mm×40 mm×3 mm，同一腐蝕周期下每組平行試樣為3個(gè)。實(shí)驗(yàn)前除去毛刺及孔內(nèi)雜物，進(jìn)行清洗，清洗時(shí)先使用汽油，再用無(wú)水乙醇，最后用丙醇。清洗后用熱風(fēng)吹干。測(cè)量并記錄試樣的原始質(zhì)量(精確到1 mg)，外部尺寸(精確到0.1 mm)。本實(shí)驗(yàn)的溶液為NaHSO3溶液，初始濃度(1.0±0.05)×10-2mol/L，pH值控制在4.4～4.8范圍內(nèi)，采用2.0×10-2mol/L的NaHSO3溶液作為補(bǔ)償液。實(shí)驗(yàn)分為五個(gè)腐蝕周期：24，72，168，264 h和360 h，每一循環(huán)周期為(60±3)min，其中浸潤(rùn)時(shí)間為(12±1.5)min。腐蝕后的試樣采用500 mL鹽酸+500 mL去離子水+3.5 g六次甲基四胺來(lái)清洗表面銹蝕產(chǎn)物，在室溫下除銹，酸洗后用清水沖洗，直至完全去除掉表層附著的銹層，隨后用無(wú)水乙醇浸泡，再用丙醇浸泡，取出后立即熱風(fēng)吹干，放入干燥器內(nèi)保存。對(duì)放入干燥器24 h后的試樣進(jìn)行稱(chēng)量(精確到1 mg)，以便后期計(jì)算腐蝕失重速率。為更好地研究實(shí)驗(yàn)鋼腐蝕行為，采用多種實(shí)驗(yàn)手段對(duì)不同腐蝕周期下腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行表征。利用OM，SEM來(lái)觀察分析腐蝕產(chǎn)物的表面形貌，對(duì)銹層的橫截面形貌及元素分布情況進(jìn)行分析。腐蝕產(chǎn)物的物相組成利用X射線衍射儀(X-Ray diffractometer，XRD)進(jìn)行測(cè)試并用MDI Jade軟件中PDF-2數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼的組織和性能

V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼的SEM形貌如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)鋼在終軋溫度830 ℃和終冷溫度500 ℃條件下獲得的組織主要是由針狀鐵素體、板條貝氏體以及少量的Martenite/Austenite(M/A島)組成。由圖1可以觀察到M/A島，該相在低碳鋼中較為常見(jiàn)，在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變過(guò)程中，碳原子會(huì)向著未轉(zhuǎn)變奧氏體方向移動(dòng)，并在鐵素體/奧氏體界面上達(dá)到一個(gè)峰值，M/A島被認(rèn)為是鐵素體中碳濃化的產(chǎn)物[17]。終冷溫度和冷卻速度對(duì)M/A島的形貌和分布有影響，M/A島通常會(huì)在中等冷卻速度下形成，大冷速或者小冷速時(shí)均難以產(chǎn)生。

圖1 V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼的顯微組織

通過(guò)背散射電子衍射技術(shù)(electron backscattered Diffraction，EBSD)獲得V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼的微觀組織位相關(guān)系圖、晶界取向差質(zhì)量圖以及晶界角度差柱狀圖，如圖2所示。在晶界取向差質(zhì)量圖中，不同的顏色代表著不同的晶界取向，藍(lán)線表示≥15°的大角度晶界，紅線表示2°～15°的小角度晶界。通過(guò)位相關(guān)系圖及晶界取向差質(zhì)量圖可以發(fā)現(xiàn)，高角度晶界主要集中在晶界位置，低角度晶界分布在晶粒內(nèi)部。高錯(cuò)配度晶界/板條束界面能有效偏轉(zhuǎn)或阻礙解理微裂紋的擴(kuò)展，使裂紋擴(kuò)展路徑變復(fù)雜，有利于改善鋼材韌性，而低錯(cuò)配度晶界則很難使裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)[15]。實(shí)驗(yàn)鋼中多邊形鐵素體與針狀鐵素體相互交織，具有較高的晶界取向差。高角度晶界的比例大于低角度晶界，當(dāng)析出物的附近出現(xiàn)微裂紋時(shí)，M/A島與第二相顆粒的界面可以將裂紋擴(kuò)展限制在有效晶粒尺寸范圍內(nèi)，對(duì)提高V-N-Cr耐候鋼的強(qiáng)韌性起著重要作用。

圖2 V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼EBSD分析

表3為V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼的力學(xué)性能參數(shù)，其屈服強(qiáng)度為695 MPa、抗拉強(qiáng)度815 MPa、屈強(qiáng)比為0.85，伸長(zhǎng)率為18%，在-40 ℃下沖擊韌性超過(guò)了200 J，均滿足Q690高強(qiáng)鋼的國(guó)標(biāo)要求。這是由于V-N-Cr耐候鋼在終冷溫度500 ℃時(shí)能促進(jìn)原子擴(kuò)散，內(nèi)部有較多的V(C,N)或VN析出，促進(jìn)針狀鐵素體形核，改善了實(shí)驗(yàn)鋼的強(qiáng)韌性能。圖3為V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼的拉伸斷口形貌，斷口形貌由尺寸為5～10 μm大而深的韌窩和尺寸為1～3 μm左右小而淺的韌窩共同組成，斷裂方式以韌性斷裂為主。

表3 V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼的拉伸性能和低溫沖擊韌性

圖3 V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼室溫下的拉伸斷口形貌

2.2 腐蝕失重分析

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2375-1993對(duì)V-N-Cr耐候鋼進(jìn)行腐蝕性能評(píng)價(jià)，不同腐蝕周期下V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼和Q345鋼的腐蝕失重速率，結(jié)果如表4所示。當(dāng)腐蝕時(shí)間為72 h時(shí)，V-N-Cr實(shí)驗(yàn)鋼的相對(duì)失重率為53.2%，滿足鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)腐蝕失重速率低于55%的要求。

表4 V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼與Q345鋼在不同周期下的腐蝕失重速率

圖4為V-N-Cr耐候鋼和Q345鋼的腐蝕失重速率隨時(shí)間的變化曲線，主要分為三個(gè)階段：第一階段是加速腐蝕階段(0～168 h)，在腐蝕初期階段，基體與腐蝕液二者相互接觸容易造成快速腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，腐蝕失重速率處于一個(gè)較高值，但在基體表面能很快形成具有保護(hù)作用的腐蝕銹層，阻礙腐蝕液的進(jìn)一步滲透；第二階段是腐蝕減緩階段(168～264 h)，此階段內(nèi)腐蝕失重速率繼續(xù)保持下降趨勢(shì)，但勢(shì)頭明顯減弱；第三階段是腐蝕平穩(wěn)階段(264～360 h)，在此階段，曲線變得逐漸平緩，腐蝕失重速率值基本處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。由于經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期的干/濕浸潤(rùn)腐蝕，實(shí)驗(yàn)鋼的表面基本上已經(jīng)形成了一層厚而致密的腐蝕產(chǎn)物，銹層對(duì)鋼基體起到有效保護(hù)。Q345鋼和V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼在周期浸潤(rùn)環(huán)境下腐蝕360 h后的平均腐蝕失重速率分別為1.83 g/(h·cm2)和0.96 g/(h·cm2)。通過(guò)式(1)計(jì)算腐蝕失重速率：

圖4 V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼和Q345鋼腐蝕失重速率隨時(shí)間變化曲線

(1)

式中：W為腐蝕失重速率，g/(h·cm2)；G0為試樣原始質(zhì)量，g；G1為去除腐蝕產(chǎn)物后試樣的質(zhì)量，g；t為腐蝕時(shí)間，h；a，b，c分別為試樣的長(zhǎng)，寬，高，cm。

2.3 腐蝕銹層宏觀及微觀形貌分析

V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼和Q345普碳鋼在不同腐蝕周期下的宏觀形貌，如圖5所示。V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼和Q345鋼表面銹層呈現(xiàn)黃褐色，隨著腐蝕周期的延長(zhǎng)，顏色會(huì)加重。在腐蝕前期，V-N-Cr實(shí)驗(yàn)鋼的表面生成了一層薄且均勻的銹層，該銹層完整、緊密地與基體結(jié)合在一起，更好地阻礙了腐蝕液進(jìn)入基體。但在264 ～360 h腐蝕周期區(qū)間，兩種鋼的銹層均出現(xiàn)從基體脫落現(xiàn)象，露出帶有黑色斑塊的基體，部分區(qū)域存在一些“鱗片狀”銹層，這是由于銹層在干濕交替的腐蝕環(huán)境中產(chǎn)生了應(yīng)力集中，導(dǎo)致銹層成片鼓起。

圖5 實(shí)驗(yàn)鋼表面銹層的宏觀形貌

Q345鋼和V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼在不同腐蝕周期下的腐蝕形貌如圖6所示。鋼的耐腐蝕性能的好壞程度主要受兩個(gè)方面的影響，一是銹層與基體的結(jié)合程度，二是腐蝕產(chǎn)物的致密程度。腐蝕產(chǎn)物與鋼基體結(jié)合力強(qiáng)，致密度高。由圖6可觀察到，Q345鋼在腐蝕初期，腐蝕產(chǎn)物生成不均勻，并伴有裂紋，延長(zhǎng)腐蝕時(shí)間，腐蝕產(chǎn)物呈現(xiàn)疏松多孔的團(tuán)簇狀，團(tuán)簇大小不一，起伏不平。Q345鋼在腐蝕后期，腐蝕產(chǎn)物呈團(tuán)簇狀和片狀混合形貌，孔隙率較高，容易使氧氣和腐蝕介質(zhì)進(jìn)入基體，促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，削弱銹層對(duì)基體的保護(hù)能力。V-N-Cr耐候鋼在24 h腐蝕后，表面已經(jīng)完全被白色的腐蝕產(chǎn)物所覆蓋，同Q345鋼類(lèi)似，棉絮狀腐蝕產(chǎn)物以團(tuán)簇形式在基體表面富集。在腐蝕168 h后，腐蝕產(chǎn)物形成發(fā)散狀的針狀物，隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕產(chǎn)物不斷長(zhǎng)大演變成致密性好的球狀形態(tài)，此時(shí)的銹層有較好的防護(hù)能力，能有效阻礙腐蝕介質(zhì)的滲透。由圖6(a-1)，(b-5)可以觀察到腐蝕銹層出現(xiàn)裂紋，這是由于各腐蝕產(chǎn)物的致密度不同，銹層變形能力差所引起的。

圖6 Q345鋼和V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼在不同腐蝕周期下的微觀形貌

2.4 腐蝕產(chǎn)物物相分析

圖7為腐蝕72 h和360 h后Q345鋼和V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼銹層的X射線衍射譜。經(jīng)XRD分析可知，兩種鋼的銹層中均含有α-FeOOH，β-FeOOH，γ-FeOOH和Fe3O4四種晶態(tài)相，但比例有所不同。在模擬工業(yè)大氣環(huán)境下的周期浸潤(rùn)腐蝕實(shí)驗(yàn)中，腐蝕產(chǎn)物β-FeOOH，γ-FeOOH是電化學(xué)活性物質(zhì)，處于不穩(wěn)定的形態(tài)，隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，這兩相會(huì)逐漸向著致密而穩(wěn)定的α-FeOOH轉(zhuǎn)變。由圖7可知，在72 h腐蝕后，銹層中主要包含α-FeOOH,β-FeOOH,γ-FeOOH和Fe3O4，腐蝕產(chǎn)物中α-FeOOH和γ-FeOOH的含量較多，而Fe3O4的含量較少。延長(zhǎng)腐蝕時(shí)間至360 h后，銹層中α-FeOOH比例得到了提高，腐蝕產(chǎn)物α-FeOOH的存在能更好地保護(hù)基體免受深度腐蝕，該相的比例越大其耐蝕性能越好。由于試樣在干濕交替的過(guò)程中銹層容易受到破壞，導(dǎo)致不穩(wěn)定相β-FeOOH和γ-FeOOH難以有足夠的時(shí)間轉(zhuǎn)變?yōu)棣?FeOOH，所以在腐蝕360 h后實(shí)驗(yàn)鋼的銹層中仍然能檢測(cè)到β-FeOOH和γ-FeOOH相。

圖7 Q345鋼和V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼經(jīng)腐蝕72 h和360 h后銹層的X射線衍射譜

在干/濕交替的腐蝕環(huán)境下，金屬(用M表示)存在水解反應(yīng)，Evans銹層生成模型[16]給出了Fe3O4和羥基氧化鐵之間轉(zhuǎn)化的機(jī)理，見(jiàn)式(2)，(3)。V-N-Cr耐候鋼中含有0.012%的N，氮在腐蝕環(huán)境下可以吸收腐蝕溶液中的氫離子，發(fā)生如下反應(yīng)，見(jiàn)式(4)：

3Fe3O4+4/3O2+9/2H2O=9FeOOH(dry)

(2)

3FeOOH+H++e-=9Fe3O4+2H2O(wet)

(3)

(4)

由式(2)～(4)可知，N能夠提高腐蝕溶液的pH值，腐蝕液中的氫離子被消耗，降低了H+濃度，抑制了式(3)中Fe3O4的生成，增強(qiáng)了羥基氧化物的穩(wěn)定性，尤其是γ-FeOOH。因此，說(shuō)明V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼中N元素增加了銹層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.5 腐蝕銹層分析

Q345和V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼在金相顯微鏡下的銹層截面形貌如圖8所示。相比Q345來(lái)說(shuō)，耐候鋼具有更薄、更有效的銹層生成，隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，銹層厚度增加，銹層逐漸演化為雙層結(jié)構(gòu)。Q345鋼銹層靠近基體一側(cè)呈現(xiàn)疏松多孔的結(jié)構(gòu)，致密度較差，容易降低銹層與基體之間的結(jié)合力，造成銹層脫落，在腐蝕后期有大量的銹蝕產(chǎn)物從基體脫離，不能很好地起到阻擋腐蝕介質(zhì)進(jìn)一步侵蝕基體。銹層與基體之間有縫隙是由于在干燥過(guò)程中腐蝕產(chǎn)物脫水所致。圖9為采用電子探針檢測(cè)的V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼在不同腐蝕時(shí)間下Cr元素在腐蝕銹層截面上的分布規(guī)律圖。由圖9可知，Cr元素在銹層中有富集現(xiàn)象，Cr的添加能阻礙腐蝕介質(zhì)離子向基體擴(kuò)散的通道，形成致密的腐蝕產(chǎn)物層，導(dǎo)致腐蝕失重速率降低。Cr還能加快腐蝕產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化，提高鈍化膜的穩(wěn)定性，保護(hù)鋼基體免遭深層腐蝕，增強(qiáng)V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼的抗點(diǎn)蝕誘發(fā)能力?；谶@些發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為V-N-Cr實(shí)驗(yàn)鋼的耐腐蝕性能相比Q345鋼得到了較大的提高，基體表面覆蓋了更致密緊湊兼具保護(hù)性強(qiáng)的銹層。

圖9 不同腐蝕周期Cr元素在V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼銹層上的分布

3 結(jié)論

(1)V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼組織主要是由多邊形鐵素體、針狀鐵素體、板條貝氏體以及少量的M/A島組成。其屈服強(qiáng)度為695 MPa，抗拉強(qiáng)度為815 MPa，屈強(qiáng)比為0.85，伸長(zhǎng)率為18%，在-40 ℃下沖擊韌性超過(guò)了200 J。晶粒內(nèi)存在取向差介于2°～15°的亞晶界以及取向差大于15°的高角度晶界，通過(guò)大小角度晶界共同作用，有效阻礙了裂紋擴(kuò)展，使V-N-Cr微合金化耐候鋼具備了優(yōu)異的沖擊韌性。

(2)V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼在周期浸潤(rùn)腐蝕環(huán)境下表面會(huì)出現(xiàn)黃褐色銹層，腐蝕失重速率變化分為三個(gè)階段，包括加速腐蝕、腐蝕減緩和腐蝕平緩階段。腐蝕360 h后的平均腐蝕失重速率為0.96 g/(h·cm2)。腐蝕產(chǎn)物主要包含α-FeOOH,β-FeOOH、γ-FeOOH和Fe3O4。V-N-Cr微合金化Q690耐候鋼的腐蝕產(chǎn)物致密度高，能有效阻礙腐蝕液的滲入，提高耐腐蝕性能。