XRD結果顯示 , 72次周浸迴圈後 Q345 qD鏽層同時包含 α2FeOOH 及 γ2Fe2O2 ·H2O,根據衍射峰相對強度可判斷其中 γ2Fe2O2 ·H2O的比例近 50% ;而 Q450NQR1鏽層則幾乎完全由單一的α2FeOOH組成 ,其短期試驗的鏽層組成與其他耐候鋼 25 年戶外大氣暴曬試驗所得鏽層成分一致 ,因而為基體提供了更好的保護作用。

72次周浸腐蝕試驗後鋼種表面鏽層的 XRD譜圖

Q450NQR1和 Q345qD鏽層組成的明顯差異主要源於合金元素的不同 ,除了一般常見元素外 ,前者還含有Cu, Cr和 Ni。一般認為 , P和 Cu對鋼的耐候性影響最為顯著 ,且兩者具有協同效應。Cr可在鋼表面形成緻密的氧化膜 ,顯著改善鋼的鈍化能力 ,當 Cr與 Cu同時加入時效果更好。

Cr的提高有利於細化鏽層結構 ,當 α2FeOOH 中Cr含量超過 5%時可有效抑制腐蝕性陰離子，特別是 Cl- 的侵入 ,同時還可抑制乾溼交替過程中Fe3 +還原為 Fe2 +的反應 ,從而提高鋼的耐候性。N i可提高鋼的穩定性，加Ni會提高鋼的自腐蝕電位，而且鏽層中富 N i可有效抑制 Cl- 的侵入。通常少量 N i對耐候性提高效果不明顯 ,但新增 4%的 N i可顯著改善耐候鋼的抗海濱大氣腐蝕效能。基於此結論，日本開發了無鉻含 3%鎳海濱環境用耐候鋼。

在一般的大氣環境條件下 ,鋼表面的鏽層主要成分為 Fe3O4 和 α2FeOOH 及非晶態的中間過渡性產物。在某些環境條件下也可產生其他不穩定晶型的化合物 ,如 β2FeOOH,γ2FeOOH等。

耐候鋼的鏽層與普碳鋼不同 ,其結構和組成的演變與暴露時間有關 ,暴露初期形成 γ2FeOOH鏽層 ,經過中期的無定形物質到最終形成穩定 α2(Fe1 - xCrx ) OOH。長期暴露後耐候鋼的穩定鏽層由內層和外層構成雙層結構 ,最常見的是內層為微細晶粒的 α2FeOOH ,外層為 γ2FeOOH 的雙層結構。長期暴曬後 ,再由 α2FeOOH構成的內層中發生 Cr的富集使內層 α2FeOOH中含約 3%的Cr, Cr部分置換了 Fe可細化 α2FeOOH晶粒並提高其緻密性 。深入研究表明：緻密的 α2FeOOH具有離子選擇性透過效應 (陽離子選擇性 ) ,可阻礙外界侵蝕性陰離子與金屬接觸 ,同時 α2FeOOH在熱力學上比 γ2FeOOH 和 β2FeOOH 穩定 ,不參與電化學過程的陰極反應過程而被還原成為不穩定的化合物。某些情況下 α2FeOOH也可以出現在外層 ,並且可能形成第三層。更長時間的暴露也有可能只有α2FeOOH單層結構。

上述試驗結果表明，高強耐候鋼Q450NQR1的模擬迴圈加速腐蝕效能遠遠優於普碳鋼Q345qD,而且耐候鋼的腐蝕失重速率一直比較穩定 ,說明耐候鋼鏽層的保護性與普碳鋼有較大差異。Q450NQR1高強鋼中選定的 Cu, Cr和 N i含量可有效促進高含 α2FeOOH穩定化鏽層的形成，從而使鋼的耐大氣腐蝕效能得以極大提高。

結論

(1)周浸迴圈加速腐蝕試驗結果表明 ,寶鋼高強度鐵道車輛用耐候鋼 Q450NQR1的耐大氣

腐蝕效能明顯優於普通碳鋼 Q345qD。

(2 ) 在 72 次 周 浸 循 環 後 , Q345qD 鏽 層 由α2FeOOH和大量的γ2Fe2O2 ·H2O組成 ,而 Q450NQR1鏽層則幾乎完全由單一的 α2FeOOH組成 ,短期加速腐蝕試驗條件下 , Q450NQR1表面鏽層的相組成與一般耐候鋼長期暴曬試驗後的鏽層結構一致。

(3) Q450NQR1中 Cu, Cr,N i合金元素成分的選擇比較理想 ,可有效促進高含 α2FeOOH鏽層的

形成 ,使得鏽層具有良好而穩定的保護作用 ,達到了對耐候鋼耐蝕效能的要求。

參 考 文 獻

楊松柏. 鐵道車輛用耐候鋼耐腐蝕效能評價方法法 [J ]. 鐵道車輛 ,

劉麗宏 , 齊慧濱 , 盧燕平 ,等. 耐大氣腐蝕鋼的研究概況[J ]. 腐蝕科學與防護技術等