1 前言
普碳钢产量大、使用面广,但其在大气环境中易被腐蚀。目前,可采用稀土合金化等方法来提高普碳钢的耐蚀性,但鲜有研究系统评价稀土耐蚀普碳钢的大气腐蚀性能。本文将结合室外大气暴露试验和实验室模拟加速腐蚀试验,探讨稀土普碳钢在大气环境中耐蚀性的评价方法。
2 大气暴露试验
大气暴露试验中,样品直接暴露于具有代表性的大气环境下,研究气候和环境污染因素对材料腐蚀行为的影响。大气暴露试验是研究大气腐蚀最常用的方法,能够反映材料在自然环境中的实际腐蚀行为,所得数据直观、可靠,可用于检验材料在大气环境中的适用性、估算实际环境下材料的腐蚀方式及寿命,但存在试验周期长、费用高的缺点。
我国已建成多个大气环境试验站,但经济发达且具有高湿度和酸雨型复合气候的长三角地区尚未建立国家级大气站。针对该情况,董瀚教授团队开展了总面积逾7万平方米的长三角大气环境腐蚀试验站(如图1所示应用实例)的建设工作。样品暴露在长三角大气腐蚀站的试验结果表明,稀土合金化的普碳钢耐蚀性可提升30%。
3 实验室模拟加速腐蚀试验
实验室模拟加速腐蚀试验可显著缩短试验时间,快速评价和预测稀土钢的大气腐蚀行为,并可控制地研究不同影响因素的作用,是深入研究材料大气腐蚀的重要途径。以下将介绍常用周期浸润、盐雾、全浸和电化学试验方法的适用对象和特点。
干湿周浸循环试验一般在周期浸润箱中进行多次循环操作,每个循环主要包括浸润和干燥两个阶段。周浸试验腐蚀速率大、试验周期短,可模拟干湿交替的腐蚀过程。表1为螺纹钢周期浸润试验的相关国家标准。值得注意的是,在不同标准的试验方法中,样品浸润的溶液种类、浓度、温度、干燥时周浸箱的大气湿度、每个循环中浸润和干燥的时间、以及周浸试验的延续时间均有所不同。
盐雾试验方法相关标准主要为连续喷雾《GB/T 10125-2021 人造气氛试验 盐雾试验》或间歇喷雾《GB/T 20854-2007 循环暴露在盐雾、“干”和“湿”条件下的加速试验》。连续喷雾中常使用中性盐雾试验评价材料的耐蚀性。
全浸试验可评价金属材料的均匀腐蚀性能,相对操作简单。试验中,样品全部浸没于溶液中一定时间后,通过比较样品的腐蚀速率来评价材料的耐蚀性。全浸试验标准包括《JB/T 7901-1999 均匀腐蚀全浸试验方法 》 和《ASTM G31-72 Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals》等。以上标准中未对溶液和温度等试验条件作具体规定。
电化学试验可表征阳极和阴极反应的电化学动力学特征,试验周期相对较短。电化学试验方法包括电化学阻抗谱、动电位极化和恒电位极化(图2)等,常用于比较材料的耐蚀性。
4 结论
稀土耐蚀普碳钢大气腐蚀性能的评价方法多样,从大气暴露试验到实验室模拟加速腐蚀试验各有优缺点,各方法应互相补充。加速试验显著缩短了腐蚀周期且有利于研究单种或多种腐蚀因子的影响,但其结果应以大气暴露试验为参照依据。评价稀土耐蚀普碳钢的耐蚀性时,应结合具体服役环境,并通过多种试验方法进行综合评价。(郭丽雅 董瀚)