加人能够促进钢表面致密锈层的生成及锈层的稳定化 ， 从而有助于提高钢的耐蚀性能。
粗糙度按照Ｇ Ｂ １ ０ ３ １ 进行， Ｒ ａ 最大允许值为３ ． ２ １ ｃ ｍ ， 取平行样品数目３ 个， 试验前采用脱脂剂除去试样表面
油污， 用无水酒精清洗试样 ， 用吹风机吹干， 测量试样尺寸并称原始重量。 ２ ． ４ 盐雾实验 ７ 试样尺寸为 ５ ｘ １ ５ ０ ｘ ３ ｍ ｍ， 按Ｊ Ｉ Ｓ ２ ２ ３ ７ １ 标准进行连续喷雾盐雾实验， 溶液为 ５ ％中性 Ｎ ａ Ｃ ｌ 溶液， 盐 雾箱内相对湿度大于 ９ ８ ％， 温度 ３ ５ Ｃ， 连续喷雾， 盐雾沉降量 １ － － ２ ｍ １ ／ ８ ０ ｃ ｍ ２ ， 实验周期为 ５ ０ ０ 小时。 ２ ． ５ 湿热实验 试样尺寸同盐雾试验 ， 实验温度 ４ ７ ９ Ｃ， 相对湿度为 ９ ８ ％ Ｒ Ｈ， 实验周期为 １ ０ ０ ０ 小时。 ２ ． ６ 自然腐蚀 电位测量 电位测量试样尺寸为 ４ ０ ｘ ４ ０ Ｘ ３ ｍ ｍ， 表面为机加工状态。对 比钢种选用 Ｑ ３ ４ ５ Ｂ （ 国产 １ 、 国产 ２ ） 及 Ｓ Ｍ４ ９ ０ Ａ （ 国产 ） ， 腐蚀介质为人造海水， 实验温度为 ３ ０ Ｃ， 采用双电极测试体， 参 比电极为饱和甘汞 电极 （ Ｓ Ｃ Ｅ ） 。每隔一定的时间测定腐蚀电极的自然腐蚀电位 ， 监测其随浸泡时间的变化情况。
自１ ９ ４ ６ 年开始致力于对具有耐飞溅区腐蚀性能的耐海水用钢板桩钢进行了开发， 在耐蚀性、 经济性等方面 更详细地研究了 Ｎ ｉ － Ｃ ｕ － Ｐ系的低合金钢， 于１ ９ ５ １ 年诞生了 Ｍａ ｒ ｉ ｎ ｅ ｒ 钢， 其在飞溅 区比普通钢具有优秀的
耐 蚀 性 川 。
日本从经济性、 焊接性及耐蚀性等方面对耐海水腐蚀钢进行了改进 ， 如为了抑制生产成本的提高 ， 把高 价的添加元素 Ｎ ｉ 替换为 Ｃ ｒ ； 为了进一步提高耐蚀性， 考虑了 Ｎ ｉ 一Ｃ ｕ 一Ｐ或 Ｃ ｒ 以外的其它合金元素， 如添加 Ａ １ ， Ｃ ｏ ， Ｍｏ ， Ｎ ｂ ， Ｔ ｉ 等； 为了扩大钢板桩或者钢桩以外的使用领域， 着重提高焊接性及可加工性能， 形成了具
Ｑ ３ ４ ５ Ｃ 一 Ｎ Ｈ Ｙ ３ 耐海水腐蚀钢耐蚀性能研究
李 自刚‘ 钱余海１ 张全成２
（ 宝山钢铁股份公司 １ 技术中心； ２冷轧厂， 上海， ２ ０ １ ９ ０ ０ ）
摘 要 通过周浸循环加速腐蚀实验、 模拟海水全浸和间浸、 连续盐雾 、 湿热等系列实验室加速腐蚀实验， 采用失 重法并结合电化学测试技术研究了 Ｑ ３ ４ ５ Ｃ － Ｎ Ｈ Ｙ ３ 耐海水腐蚀钢在多种人工模拟腐蚀环境条件下的耐蚀性能。 结果表明： 合理的合金成分体系设计使 Ｑ ３ ４ ５ Ｃ － Ｎ Ｈ Ｙ ３ 钢具有良好的耐蚀性能， 与碳钢相 比优势明显。本文还简
试验设备采用中国船舶集团 ７ ２ ５ 所制造的全浸试验机 ， 试样固定在旋转的试样架上 ， 试样在腐蚀介质中 的运动速度为 ｌ ｍ／ 秒， 试验介质为 ３ ． ５ ％ Ｎ ａ Ｃ Ｉ 溶液， 试验温度为 ３ ０ ｒ － ， 试验时间为 ３ ０ 天。 ２ ． ３ 间浸试验 试验设备采用中国船舶集团 ７ ２ ５ 所制造的间浸试验机 ， 试样 固定在旋转轮上， 旋转轮每小时旋转 １ 周， 试样暴露在介质和空气中的时间分别为 １ ０ 和５ ０ 分钟。试验介质为 ３ ． ５ ％Ｎ ａ Ｃ Ｉ 溶液， 溶液温度为 ３ ０ ＇ Ｃ， 空 气温度为 ３ ５ ｒ － ， 试验时间为 ３ ０天。 全浸、 间浸试样尺寸为 １ ０ ０ Ｘ ３ ０ Ｘ ３ ｍ ｍ， 对 比钢种选用 Ｑ ３ ４ ５ Ｂ （ 国产 １ 、 国产 ２ ） 及Ｓ Ｍ４ ９ ０ Ａ（ 国产） ， 表面
。 一 Ｆ ｅ Ｏ Ｏ Ｈ 、 非晶 态的中间过渡性产物， 在某些特殊的环境条件下也可能产生其它不稳定晶型的化合物， 如ｐ
一 Ｆ ｅ Ｏ Ｏ Ｈ， ｙ 一 Ｆ ｅ Ｏ Ｏ Ｈ等。同普碳钢相比， 在耐候钢中添加合金元素的作用下， 耐候钢锈层的锈层结构致 密， 其内锈层由合金元素置换的 ａ 一Ｆ ｅ Ｏ Ｏ Ｈ构成， 裂纹及缺陷数量少 ， 内锈层晶粒细小， 在一定的条件下甚 至为纳米晶结构。ａ － Ｆ ｅ Ｏ Ｏ Ｈ具有离子选择性透过效应（ 阳离子选择性） ， 即可以阻碍外界具有侵蚀作用的 阴离子与金属直接接触 ， 同时 ａ － Ｆ ｅ Ｏ Ｏ Ｈ热力学稳定 ， 不能参与电化学过程的阴极反应过程而被还原成为 不稳定的化合物， 这种内锈层的特殊结构赋与了耐候钢优良的耐候性能。 图 ３为四种钢经 １ ２ ０ 小时浸泡后的 自然腐蚀电位变化曲线。结果表明， 四种钢的 自然腐蚀电位均经历 一个下降并趋于稳定的过程。前期 自然腐蚀电位下降可能是由于钢表面生产过程中存在氧化膜溶解所致。 之后的过程中新鲜钢铁表面与溶液作用不断生成腐蚀产物， 而Ｃ Ｉ 一 存在同时破坏钝化膜层， 两者相互作用 使腐蚀电位不断变化。
０ ９ Ｃ ｕ Ｐ Ｎ Ｉ Ｃ ｒ Ａ） 。
０ 实验条件： ． ０ １ Ｍ Ｎ ａ Ｈ Ｓ ０ ３ 溶液， ｐ Ｈ值 ４ ． ４ 一 ４ ． ８ ， 补加溶液浓度 ０ ． ０ ２ Ｍ， 溶液温度： ４ ５ 士 ２ ｀ Ｃ， 箱内相对 湿度 ７ ０ 士 ５ ％Ｒ Ｈ， 周浸周期设定为６ ０ 分钟， 其中浸润时间为 １ ２ 士１ ． ５ 分钟， 实验时间为４ ８ ， ７ ２ ， ９ ６ ， １ ２ ０ 小时。 ２ ． ２ 全浸试验
溶解度限制 ， 钢 的腐蚀 速率相对低 。
周浸循环腐蚀实验为评价耐候钢耐蚀性能最基本的实验方法。由图 ２ ａ ） 可知 ， 随着循环次数的增加 ， 两 种普通碳钢的失重量加大， 呈现为近似线性关系， 表明表面生成的锈层保护性能较差。而 Ｑ ３ ４ ５ Ｃ一Ｎ Ｈ Ｙ ３ 钢的耐候性与仿 Ｃ ｏ ｒ ｔ ｅ ｎ 钢０ ９ Ｃ ｕ Ｐ Ｎ ｉ Ｃ ｒ Ａ基本相同， 随着循环次数的增加钢的失重量变化不明显。图 ２ ｂ表 明， 经７ ２ 次循环腐蚀后四种钢的腐蚀速率趋于稳定， 表明锈层达稳定化。Ｑ ３ ４ ５ Ｃ 一Ｎ Ｈ Ｙ ３ 钢经 １ ２ ０次循环 腐蚀后腐蚀速率继续下降， 表明生成的表面锈层具有较好的保护性能。 耐候钢的耐腐蚀性能与表面锈层特性密切相关。在大气环境条件下， 钢表面的锈层主要成分为 Ｆ ｅ ３ ｑ、
２ 实验 方法
本研究的主要材料是宝钢生产的牌号为 Ｑ ３ ４ ５ Ｃ － Ｎ Ｈ Ｙ ３的低碳 Ｃ ｒ 一Ｃ ｕ 一Ｍｏ 系耐海水腐蚀钢 ， 其化学 成分见表 １ 。基本生产工艺流程是： 铁水深脱硫￣转炉￣炉外精炼（ Ｌ Ｆ 一 Ｒ Ｈ喂钙丝） 一连铸（ 机清） 一板坯 再加热一控制轧制一控制冷却￣卷取￣精整一交货。
３ 实验结果及讨论
海洋环境腐蚀可以分为大气、 海水飞溅区、 潮差区、 全浸区及海底海泥等五个区域 ， 由于受供氧条件、 氯 离子含量及干湿交替作用等环境因素的影响， 钢材在海水飞溅区腐蚀状况最为严重。海洋大气及海洋环境 中氯离子含量相对较高， 钢材表面难以形成稳定的保护性锈层 ， 钢材的腐蚀极为严重。应用于海洋环境条件 下的钢材必须通过添加微量合金元素保证钢材表面能够形成含有特定结构、 具有离子选择特性的致密保护 锈层 ， 以提高其耐海水腐蚀性能。 图Ｉ 为不同钢种在全浸及间浸实验条件下的腐蚀速率对 比， 该实验条件可以近似模拟实海环境的全浸 区和飞溅区。可见， 全浸条件下 Ｑ ３ ４ ５ Ｃ － Ｎ Ｈ Ｙ ３ 钢的腐蚀率最低， 在间浸实验条件下腐蚀速率也较低， 仅略 高于 Ｑ ３ ４ ５ Ｂ钢（ 国产 １ ） 。另外 ， Ｑ ３ ４ ５ Ｃ－ Ｎ Ｈ Ｙ ３ 钢的显著特点是在全浸及间浸实验条件下腐蚀速率基本相 当， 即相对于 Ｍａ ｒ ｉ ｎ ｅ ｒ 钢， 其全浸区的耐蚀性能得到进一步的改进。 钢在海水中的腐蚀过程为电化学过程 ， 受供氧条件的限制 ， 其腐蚀过程受氧的阴极去极化过程控制 。由 于在飞溅区氧的供应充分 ， 阴极去极化反应充分 ， 因此腐蚀速率相对最大 ， 而在全浸区由于受氧在海水 中的
要探讨了合金元素对提高钢耐海水腐蚀性能的影响机制。
关键 词 耐海水腐蚀钢 加谏腐蚀实验 耐蚀性能
１ 前言
耐海水腐蚀钢是为应用于潮流发电、 海水发电、 海水温差发电设备及海滨大型跨海桥梁、 与海洋开发相 关的海底容器、 用于资源开发的各种大型海洋构件以及造船用钢等领域而开发的一类低合金钢。 国外对耐海洋性环境腐蚀用钢的研究始于 ２ ０ 世纪 ３ ０年代 ， 其中最为活跃的国家是美国和 日本。美国
ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ
成０ ． １ ２
成１ ． ０ ０
（１ ． ５ ０
毛０ ． ０ ３ ０
毛０ ． ０ ３ ０
镇０ ． ４ ０
毛１ ． ３ ０
毛０ ． ３ ０
２ ． １ 周浸循环腐蚀
实验标准： Ｔ Ｂ ／ Ｔ 为普碳钢及集装箱用耐候钢（ Ｑ ３ ４ ５ ｇ Ｄ ， Ｓ Ｓ ４ ０ ０ ，
表 １ Ｑ ３ ４ ５ Ｃ 一 Ｎ Ｈ Ｙ ３ 化学成分（ 质量分数％）
Ｆ ｅ Ｃ Ｓ ｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ Ｃ ｕ Ｃ ｒ Ｍｏ
有自 身特色的Ｃ ｕ － Ｃ ｒ － Ｐ ， Ｃ ｕ － Ｃ ｒ － Ａ ｌ － Ｐ ， Ｃ ｕ － Ｃ ｒ － Ｍ ｏ 系列耐海水腐蚀钢［ ［ ２ ｌ ０
我国从 １ ９ ６ ５ 年起对 １ ６ 种耐海水腐蚀钢在东海、 南海和北海 ３ 个海域进行为期 １ ０ 年的试验评估， 发现 在海水中 Ｃ ｒ － Ｍ ｏ － Ａ ｌ 钢和 Ｃ ｒ － Ｍｏ － Ａ ｌ － Ｒ Ｅ钢具有良好的全浸耐蚀性。国内生产的低合金耐海水腐蚀钢 基本上是引进了国外成熟的钢种牌号， 主要有： Ｃ ｕ 一 Ｐ 一 Ｎ ｉ 系的 Ｍａ ｒ ｉ ｎ ｅ ｒ （ 美国） ； Ｃ ｒ － Ｃ ｕ 一 Ｍ 。 系的 Ｍ ａ ｒ ｉ ｌ ｏ ｙ （ 日 本） ； Ｃ ｒ － Ａ ｌ 系的 Ａ Ｐ Ｓ （ 法国） 。 宝钢一期工程从 日 本新日 铁引进了Ｍａ ｒ ｉ ｌ ｏ ｙ Ｇ ４ １ 和Ｍ ａ ｒ ｉ ｌ ｏ ｙ Ｓ ５ ０ 耐海水腐蚀钢。为进一步改进钢材在海 洋环境飞溅带的耐腐蚀性能及可焊性 ， 宝钢技术中心在充分借鉴 日 本耐海水腐蚀钢成分特点的基础上 ， 通过 优化调整化学成分及合理采用热轧轧制工艺技术 ， 成功开发出了具有优 良耐海水腐蚀及焊接性能的耐海水 腐蚀钢种 Ｑ ３ ４ ５ Ｃ － Ｎ Ｈ Ｙ ３ ， 现已于东海洋山港深水码头工程取得了良好的应用实绩。 本文通过实验室加速腐蚀实验研究了 Ｑ ３ ４ ５ Ｃ － Ｎ Ｈ Ｙ ３ 钢的耐蚀性能。