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1、第六章第六章稀土材料防腐蚀设计稀土材料防腐蚀设计第二节 钢铁材料在大气环境中的腐蚀是最为常见的,据统计约占钢铁材料损失的50%。提高钢铁材料耐大气腐蚀最有效和最经济的办法是提高其自身的耐蚀性。耐候钢长期使用实践表明,获得良好耐大气腐蚀性能的关键是其表面形成一层主要成分为-FeOOH的稳定致密附着性强的锈层。通常认为碳钢难以形成稳定锈层,而耐候钢中的Cu、P、Cr、N i等合金元素有利于稳定锈层的形成。近年来研究表明,在耐候钢中加入微量Ca,可以形成CaO 和CaS 溶解于钢表面薄电解液膜中,使腐蚀界面的碱性增大,降低其侵蚀性,促进锈层转化为致密、保护性好的-FeOOH添加适量的稀土到镀、渗、喷
2、涂等表面处理层及低合金钢中,可以有效地提高处理层及低合金钢的耐蚀性。稀土对低碳钢耐大气腐蚀性能稀土对低碳钢耐大气腐蚀性能影响的研究影响的研究研究现状研究现状 但由于受检测手段的制约及腐蚀环境多样性等因素的影响,有关稀土影响耐蚀性的机理始终未能得出令人信服的结论,而对稀土在锈层中最终存在形态、对锈层形成过程以及锈层结构的影响则还研究不够。试验材料及方法不同稀土含量的试验钢化学成分见表1,其中稀土为镧-铈的混合稀土。采用200kg 真空感应炉冶炼,浇铸成50kg 钢锭，干湿交替条件下加速腐蚀试验。稀土对低碳钢腐蚀速率的影响稀土对低碳钢腐蚀速率的影响稀土对试验钢的腐蚀速率有显著的影响,含0.1043
3、%稀土的1#钢腐蚀速率比无稀土的0#钢的腐蚀速率降低42%,含0.1091%稀土的2#钢腐蚀速率比含0.1043%稀土的1#钢的腐蚀速率降低49%,而稀土含量最高的3#钢与含0.1091%稀土的2#钢的耐腐蚀性能相接近,随着试验钢中稀土含量的增加,试验钢的耐腐蚀性能明显提高。稀土对低碳钢腐蚀速率的影响稀土对低碳钢腐蚀速率的影响不同稀土含量试验钢的干湿交替加速腐蚀试验结果。从图 可以看出:(1)四种试验钢腐蚀速率均随腐蚀时间的增长而减小;(2)在各时间段,随试验钢中稀土含量的增加,腐蚀率明显降低,含0.1043%稀土的1#试样腐蚀速率和含0.1091%稀土的2#试样接近,而稀土含量高的3#试样比
4、0#试样腐蚀速率降低32%(288 小时);(3)在192 小时以前,随试验时间增长,四种实验钢的腐蚀速率下降较快;超过192 小时以后,随试验时间增长,四种试验钢的腐蚀率下降较缓慢。锈层组成锈层组成 对X 射线衍射图谱的半定量分析。结果表明:(1)试验钢锈层中以-FeOOH 的含量居多;(2)随试验钢中稀土含量的增加,锈层中-FeOOH含量增加,而-FeOOH 和-Fe2O 3 含量减少;(3)两种含稀土的试验钢,随着试验时间的延长,锈层中-FeOOH 含量增加。作为最初的锈层组成物-FeOOH,在长期的大气腐蚀过程中,经过非晶态的FeOOH 物质转化为最终的稳定锈层组成物-FeOOH。这说
5、明稀土促进了-FeOOH 和-Fe2O 3向-FeOOH 转化。交流阻抗测试交流阻抗测试 锈层电阻变化趋势与干湿交替加速腐蚀试验的结果一致,锈层电阻值越大,则对钢的保护性越大。锈层电阻值的大小也反映了锈层的致密性,稀土的作用在于它可使锈层更致密,使得物质的扩散变得困难。交流阻抗测试交流阻抗测试 稀土元素是很强的脱氧剂和脱硫剂,对钢起净化作用,氧、硫最终含量分别可达到4010-6、14010-6。尤其可使晶界上有害夹杂物的析出减少。从而,减少了钢中有害的夹杂物(如MnS 夹杂物)数量,使夹杂物与金属接触面-这类腐蚀场所减少,减少腐蚀源,并减少微区域腐蚀。稀土改性夹杂物,使长条状的硫化锰变成球状和
6、椭球状的稀土夹杂物。陈学群研究发现条状夹杂物的诱发腐蚀的能力要大于短棒状、雪茄状、块状夹杂物。因此,稀土能显著的提高低碳钢的耐腐蚀性能。结论结论 1.在低碳钢中,仅添加稀土元素也能明显提高其耐大气腐蚀性能。2.在模拟工业大气环境中,四种试验钢锈层截面均有孔洞和裂纹,随碳钢中稀土含量的增加,空洞和裂纹略有减少,锈层的粘附性及致密性增加。3.在模拟工业大气环境中,四种试验钢的腐蚀产物均由-FeOOH、-FeOOH 和-Fe2O 3及少量其他Fe 的氧化物组成。4.在模拟工业大气环境中,稀土促进了稳定的保护性腐蚀产物-FeOOH 的形成,从而提高了锈层的致密性,改善了低碳钢的耐大气腐蚀性能。Thank You!
