專利名稱：基于冰凍-解凍處理的耐候鋼銹層保護(hù)能力的評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵材料在大氣環(huán)境中的腐蝕，特別涉及耐候鋼銹層保護(hù)性能的評價。
背景技術(shù)：
裸鋼在大氣環(huán)境下腐蝕性能主要是依靠表面形成的穩(wěn)定致密的腐蝕產(chǎn)物層對腐蝕進(jìn)度的阻礙實現(xiàn)的。目前人們對腐蝕產(chǎn)物層這種阻礙作用的評價主要有失重法、腐蝕產(chǎn)物分析和電化學(xué)法。失重法是用清除表面腐蝕產(chǎn)物后的鋼的單位面積重量損失或單位面積上減薄量來衡量鋼材在某種環(huán)境下的腐蝕進(jìn)度。這是一種評估金屬大氣腐蝕最簡單而且行之有效的宏觀分析方法，能夠真實反映金屬的大氣腐蝕動力學(xué)。例如文獻(xiàn)“超低碳貝氏體高強(qiáng)度鋼的 腐蝕性研究”(武漢科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)[J]，2008，31 (2):127-131)中報道的采用失重法為“超低碳貝氏體高強(qiáng)度鋼的耐海水腐蝕能力高于耐海水腐蝕鋼CrMoAl”這一實驗結(jié)果提供了證據(jù)；通過觀察失重或減薄曲線的斜率，可以判定鋼在這種環(huán)境中某一時刻腐蝕進(jìn)度的快慢。當(dāng)曲線與時間軸近似平行時，腐蝕產(chǎn)物中穩(wěn)定致密的銹層已經(jīng)形成，鋼的腐蝕過程緩慢發(fā)生。這種方法已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，各國家也都制定了腐蝕產(chǎn)物清楚的標(biāo)準(zhǔn)，如我國的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16545-1996。腐蝕產(chǎn)物分析法是通過一系列手段分析腐蝕產(chǎn)物的組成和性能來反映其在鋼抗腐蝕方面的作用的方法。一般人們都采用掃描電鏡顯微鏡或金相顯微鏡來觀察靠近鋼基體的腐蝕產(chǎn)物層的結(jié)構(gòu)和形貌，用XRD或光譜分析腐蝕產(chǎn)物中熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)物質(zhì)的含量，用氮吸附考察腐蝕產(chǎn)物顆粒大小來間接反映銹層的致密性。例如，文獻(xiàn)“低合金耐候鋼在含氯離子環(huán)境中的耐腐蝕性能”(材料熱處理學(xué)報[J]，2008，23(3) :97-98, 101)中報道用紅外光譜法分析了暴露2年的碳鋼與耐候鋼表面銹層。由于鋼在大氣環(huán)境下的腐蝕是電化學(xué)腐蝕，所以電化學(xué)方法在研究鋼腐蝕產(chǎn)物性能上也有其獨到之處。人們常采用交流阻抗法計算鋼在特定腐蝕溶液中腐蝕產(chǎn)物層的內(nèi)阻大小，從阻礙電荷交換的能力管理方面來判定鋼銹層抗腐蝕能力。如文獻(xiàn)“近海大氣中耐候鋼和碳鋼抗腐蝕性能的研究”(材料科學(xué)與工程[J]，2001，19(2) :12-15, 25)報道對近海大氣中耐候鋼和碳鋼抗腐蝕性能進(jìn)行的研究。這些方法都是對銹層現(xiàn)有保護(hù)能力的評價，然而，在外界破壞條件下(例如在晝夜溫差較大北方，深入耐候鋼銹層的露水對銹層的影響)，銹層抵抗能力的評價方法還沒有人研究，而此時的銹層抵抗能力有很大的不同，能夠更為真實和全面的反映銹層的保護(hù)性。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述分析中現(xiàn)有判定鋼耐候性的評價手段都忽視了水分的重要作用的不足，本發(fā)明提出采用冰凍-解凍相結(jié)合的方法來判定銹層致密性的情況，可以真實地反映耐候鋼銹層的保護(hù)能力，使評價判定結(jié)果更加真實可靠。
為此，本發(fā)明的第一個目的在于提出一種基于冰凍-解凍處理的耐候鋼銹層保護(hù)能力的評價方法，其特征在于，所述判定方法包括如下步驟
步驟I.獲取多種待測的帶有銹層的耐候鋼樣品；
步驟2.對所述耐候鋼樣品進(jìn)行冰凍-解凍處理，所述冰凍-解凍處理是將所述耐候鋼樣品浸泡至去離子水中30分鐘以上，然后取出，待表面不滴水時放入溫度為-10 -20°C的冰柜中冰凍，冰凍時間在I小時以上，然后取出放入20 30°C的干燥箱中干燥，干燥時間在24小時以上；
步驟3.利用掃描電鏡觀察冰凍-解凍處理前后所述耐候鋼樣品的銹層形貌的變化，分析冰凍-解凍處理對每種耐候鋼樣品銹層裂紋變化的影響；
步驟4.室溫下，利用電化學(xué)工作站測試冰凍-解凍處理前后所述耐候鋼樣品的交流阻抗譜的變化，分析冰凍-解凍處理對每種耐候鋼樣品銹層交流阻抗擬合電阻值變化的影響，所述測試在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 5%NaCl的水溶液中進(jìn)行，交流阻抗譜的測試條件為振幅 10mV，頻率范圍為I(T2 IO5HZ ；
步驟5.評價所述耐候鋼樣品銹層的保護(hù)能力，其中，經(jīng)冰凍-解凍處理后所述銹層裂紋增量越少，且所述銹層交流阻抗擬合電阻值變化越小的耐候鋼樣品，銹層越致密，保護(hù)能力越強(qiáng)；經(jīng)冰凍-解凍處理后所述銹層裂紋增量越多，且所述銹層交流阻抗擬合電阻值變化越大的耐候鋼樣品，銹層越疏松，保護(hù)能力越弱。優(yōu)選地，步驟2中所述冰凍-解凍處理是將所述耐候鋼樣品浸泡至去離子水中30分鐘，然后取出，待表面不滴水時放入溫度為_18°C的冰柜中，冰凍時間在I小時，然后取出放入25°C的干燥箱中，干燥時間在24小時。本方法首次利用冰凍與解凍處理對銹層進(jìn)行評價。耐候鋼的銹層中都或多或少的存在宏觀缺陷(裂紋、孔洞)和微觀缺陷(微孔)。在冰凍的過程中，銹層吸收的水分會因凝固而發(fā)生體積膨脹，這會就導(dǎo)致銹層中產(chǎn)生應(yīng)力，進(jìn)而使銹層中產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋，破壞銹層的完整性。保護(hù)性好的致密銹層中由于缺陷較少，冰凍過程對銹層產(chǎn)生的應(yīng)力較小，并且由于銹層較致密，抵抗應(yīng)力的能力也較強(qiáng)，因此致密的銹層對冰凍過程造成的破壞有較好的抵抗能力，另外，銹層吸水后，致密銹層比表面積較大，水分被吸附在銹顆粒界面，致使銹層中液態(tài)水較少，在冰凍時，這部分吸附在界面上的水并沒有結(jié)冰發(fā)生體積膨脹，因而冰凍-解凍處理對致密銹層的破壞較輕。而疏松銹層對冰凍過程造成的破壞的抵抗能力較弱。本方法就是通過考察銹層在冰凍與解凍過程中的變化來反映銹層中缺陷的多少，從而判定銹層致密性的大小。在我國北方地區(qū)，耐候鋼的服役也會面臨一個問題，即北方冬夜的溫度經(jīng)常在零度以下，晝夜溫差較大，導(dǎo)致耐候鋼銹層承受反復(fù)的霜凍/解凍循環(huán)。如果露水深入耐候鋼銹層，則霜凍導(dǎo)致的體積膨脹將在銹層中產(chǎn)生應(yīng)力，從而危害銹層的完整性。所以，本方法也可以作為評價耐候鋼在北方冬季服役時的保護(hù)性。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


圖I為本發(fā)明具體實施例中1#和2#試驗鋼在室內(nèi)暴曬環(huán)境下腐蝕60天后的失重圖。圖2為本發(fā)明具體實施例中1#和2#試驗鋼在不同的環(huán)境下腐蝕60天后的銹層電阻柱狀圖。圖3為本發(fā)明具體實施例中1#和2#試驗鋼在室內(nèi)+冰凍暴曬環(huán)境下腐蝕20天銹層形貌。
具體實施例方式實施例I
本實施例中基于冰凍-解凍處理的耐候鋼銹層保護(hù)能力的評價方法，包括如下步驟 步驟I.獲取多種待測的帶有銹層的耐候鋼樣品； 步驟2.對所述耐候鋼樣品進(jìn)行冰凍-解凍處理，所述冰凍-解凍處理是將所述耐候鋼樣品浸泡至去離子水中30分鐘，使銹層吸足水分，然后取出，待表面不滴水時放入溫度為-18°C的冰柜中冰凍，冰凍時間在I小時，然后取出放入25°C的干燥箱中干燥，干燥時間在24小時；
在對耐候鋼樣品進(jìn)行冰凍-解凍處理時，可以利用對耐候鋼樣品進(jìn)行噴淋的方式使耐候鋼樣品銹層吸足水分，用以代替對耐候鋼樣品的浸泡；
步驟3.利用掃描電鏡觀察冰凍-解凍處理前后所述耐候鋼樣品的銹層形貌的變化，分析冰凍-解凍處理對每種耐候鋼樣品銹層裂紋變化的影響；
步驟4.室溫下，利用電化學(xué)工作站測試冰凍-解凍處理前后所述耐候鋼樣品的交流阻抗譜的變化，分析冰凍-解凍處理對每種耐候鋼樣品銹層交流阻抗譜擬合電阻值變化的影響，所述測試在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 5%NaCl的水溶液中進(jìn)行，交流阻抗譜的測試條件為振幅10mV，頻率范圍為I(T2 IO5HZ ；
步驟5.評價所述耐候鋼樣品銹層的保護(hù)能力，其中，經(jīng)冰凍-解凍處理后所述銹層裂紋增量越少，且所述銹層交流阻抗擬合電阻值變化越小的耐候鋼樣品，銹層越致密，保護(hù)能力越強(qiáng)；經(jīng)冰凍-解凍處理后所述銹層裂紋增量越多，且所述銹層交流阻抗擬合電阻值變化越大的耐候鋼樣品，銹層越疏松，保護(hù)能力越弱。實施例2
選取鉻含量不同，其它成分完全相同的1#，2#兩種試驗鋼(試驗鋼的成分見表I)
teel |C [Mn [Si |S|P[Cu [Cr [Ni |Bt
* O. 045 0Γ86" O. 32 0! 0052 O. 0055~ O. 48 E 96 O. 37 O. 0014 ~ |θ· 051 |θ· 85 |θ· 33 |θ· 0045 < O. 005 |θ· 48 | · 46 |θ· 36 |θ· 0013
表I試驗鋼的化學(xué)成分(wt%)
從軋態(tài)鋼板上切取尺寸分別為10 mmX 10 mmX 5 mm和60 mmX 40 mmX 5 mm的試樣
進(jìn)行加速噴淋試驗。每種試驗鋼分為平行的兩組，兩組樣品都放置在試驗室內(nèi)曝曬，曝曬架面向南方與地平線呈45°，有陽光照射，試驗期間室內(nèi)溫度保持在26 °C左右，室內(nèi)平均相對濕度為54 %左右。其中一組試驗鋼進(jìn)行冰凍-解凍處理，每天在噴淋半小時后放入溫度保持在-18 °C的冰柜中冰凍I小時，然后取出繼續(xù)曝曬(即室內(nèi)+冰凍暴曬環(huán)境)。另一組試樣不進(jìn)行冰凍-解凍處理，僅進(jìn)行噴淋和暴曬(即室內(nèi)暴曬環(huán)境)。在曝曬過程中，參考ISOl 1474 :每天早晚對試樣噴淋3. 5 % (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的NaCl水溶液來加速試驗鋼腐蝕，中午用去離子水清洗試樣防止鹽分積累。
分別利用失重法和電化學(xué)法對試驗鋼腐蝕60天時的帶銹試樣進(jìn)行評價。對室內(nèi)曝曬環(huán)境中腐蝕60天的帶銹試樣除銹，用于測失重的試樣在溫度25 °〇的緩蝕劑(100 ml HC1,1. 19 g. πιΓ1 + 20 g Sb2O3 +50 g SnCl2)中浸泡約 10 分鐘，除銹后測其重量。通過計算單位面積的失重情況分析試驗鋼的腐蝕速度。用型號為CHI660C的電化學(xué)工作站在室溫下測量試驗鋼分別在即室內(nèi)+冰凍暴曬環(huán)境(即經(jīng)過冰凍-解凍處理)和室內(nèi)暴曬環(huán)境腐蝕60天時帶銹試樣的交流阻抗譜，利用電化學(xué)交流阻抗譜分析判定銹層的保護(hù)性。測試在O. 5 % (質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaCl水溶液中進(jìn)行，交流阻抗譜測試條件振幅為10 mV，頻率范圍10_2 IO5 Hz0掃描電子顯微鏡觀察了曝曬不同時間試樣銹層形貌，分析冰凍-解凍循環(huán)對銹層的影響。圖I為兩種試驗鋼在室內(nèi)暴曬環(huán)境中腐蝕60天時的失重結(jié)果，從圖中可以看出，1#試驗鋼失重大于2#鋼的失重，可見，2#試驗鋼的耐腐蝕性能要優(yōu)于1#試驗鋼。圖2為不同試驗鋼在室內(nèi)+冰凍暴曬環(huán)境和室內(nèi)暴曬環(huán)境中腐蝕60天的交流阻 抗擬合電阻值。從圖中可以看出，不論是對于1#試驗鋼還是2#試驗鋼，不同環(huán)境下的試樣的銹層電阻差異明顯，室內(nèi)暴曬環(huán)境下得到的銹層電阻要遠(yuǎn)大于室內(nèi)暴曬+冰凍環(huán)境下的銹層電阻，這說明冰凍與解凍循環(huán)對銹層電阻具有較大的破壞作用。同時可以看出，無論在何種環(huán)境下，2#試驗鋼的銹層電阻要大于1#的，這說明2#試驗鋼銹層的保護(hù)性要好于1#的，這與失重結(jié)果也是相吻合的。以上結(jié)果表明，冰凍與解凍實驗可以很好的用于評價銹層的保護(hù)性，與傳統(tǒng)的實驗結(jié)果得到的結(jié)論也相同。圖3是兩種試驗鋼在室內(nèi)+冰凍暴曬環(huán)境下腐蝕20天銹層形貌。其中，(a)為1#試驗鋼銹層形貌，(b)為2#試驗鋼銹層形貌。可以看出，1#試驗鋼銹層中有大量的裂紋，而2#是試驗鋼銹層中裂紋較少。這說明2#試驗鋼銹層較致密，水分難以滲入，冰凍-解凍循環(huán)對其影響很小，但1#試驗鋼銹層致密化較慢，水分仍能滲入，冰凍-解凍循環(huán)導(dǎo)致銹層產(chǎn)生較多的裂紋。這與失重結(jié)果和電阻結(jié)果也符合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種基于冰凍-解凍處理的耐候鋼銹層保護(hù)能力的評價方法，其特征在于，所述評價方法包括如下步驟 步驟I.獲取多種待測的帶有銹層的耐候鋼樣品； 步驟2.對所述耐候鋼樣品進(jìn)行冰凍-解凍處理，所述冰凍-解凍處理是將所述耐候鋼樣品浸泡至去離子水中30分鐘以上，然后取出，待表面不滴水時放入溫度為-10 -20°C的冰柜中冰凍I小時以上，然后取出放入20 30°C的干燥箱中干燥24小時以上； 步驟3.利用掃描電鏡觀察所述冰凍-解凍處理前后所述耐候鋼樣品的銹層形貌的變化，分析冰凍-解凍處理對每種耐候鋼樣品銹層裂紋變化的影響； 步驟4.室溫下，利用電化學(xué)工作站測試冰凍-解凍處理前后所述耐候鋼樣品的交流阻抗譜的變化，分析冰凍-解凍處理對每種耐候鋼樣品銹層交流阻抗擬合電阻值變化的影響；所述測試在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 5%NaCl的水溶液中進(jìn)行，交流阻抗譜的測試條件為振幅10mV，頻率范圍為I(T2 IO5HZ ； 步驟5.評價所述耐候鋼樣品銹層的保護(hù)能力，其中，經(jīng)冰凍-解凍處理后所述銹層裂紋增量越少，且所述銹層交流阻抗擬合電阻值變化越小的耐候鋼樣品，銹層越致密，保護(hù)能力越強(qiáng)；經(jīng)冰凍-解凍處理后所述銹層裂紋增量越多，且所述銹層交流阻抗擬合電阻值變化越大的耐候鋼樣品，銹層越疏松，保護(hù)能力越弱。
2.如權(quán)利要求I所述的基于冰凍-解凍處理的耐候鋼銹層保護(hù)能力的評價方法，其特征在于步驟2中所述冰凍-解凍處理是將所述耐候鋼樣品浸泡至去離子水中30分鐘，然后取出，待表面不滴水時放入溫度為_18°C的冰柜中冰凍I小時，然后取出放入25°C的干燥箱中干燥24小時。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于冰凍-解凍處理的耐候鋼銹層保護(hù)能力的評價方法，該方法包括1.獲取多種待測的帶有銹層的耐候鋼樣品；2.對所述耐候鋼樣品進(jìn)行冰凍-解凍處理；3.分析冰凍-解凍處理對每種耐候鋼樣品銹層裂紋變化的影響；4.分析冰凍-解凍處理對每種耐候鋼樣品銹層交流阻抗擬合電阻值變化的影響；5.評價耐候鋼樣品銹層保護(hù)能力，其中銹層裂紋增量越少，且銹層交流阻抗擬合電阻值變化越小的耐候鋼樣品保護(hù)能力越強(qiáng)；否則，保護(hù)能力越弱。本方法考慮到外界破壞性條件，特別是北方寒冷地區(qū)銹層抵御霜凍環(huán)境的能力，從一個全新的角度來判定耐候鋼銹層的致密程度，可以真實地反映耐候鋼銹層的保護(hù)能力，使判定結(jié)果更加真實可靠。
文檔編號G01N1/42GK102866104SQ201210317049
公開日2013年1月9日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者張旭, 楊善武, 張文華, 賀信萊, 尚成嘉, 王學(xué)敏, 郭暉 申請人:北京科技大學(xué)