CN111089831B

CN111089831B - 一种低合金结构钢的耐蚀性评价方法

Info

Publication number: CN111089831B
Application number: CN202010006325.6A
Authority: CN
Inventors: 李晓刚; 黄运华; 程学群; 刘超; 刘智勇
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2021-03-23
Anticipated expiration: 2040-01-03
Also published as: CN111089831A

Abstract

本发明公开了一种低合金结构钢的耐蚀性评价方法，包括：将按低合金结构钢元素组成计算的耐大气腐蚀性指数I、通过金相组织计算的珠光体相含量(X1)及晶粒度等级(X2)、通过夹杂物观察计算的典型视场下夹杂物面积百分比(X3)等四个变量带入式：Y＝I‑0.062X1+0.10X2–12.1X3中，得到该待评价低合金结构钢的综合耐蚀指数Y，通过Y的大小判断该低合金结构钢耐蚀性的高低。该方法考虑因素较为全面，步骤简单，操作方便，无需进行大量模拟及户外实验，实验周期短，便于为低合金结构钢在实际使用中提供更加准确、更为合理的耐蚀性评价标准。

Description

一种低合金结构钢的耐蚀性评价方法

技术领域

本发明涉及一种低合金结构钢的耐蚀性评价方法，涉及金属材料的测试评价领域，特别是金属材料的耐腐蚀性能评价领域。

技术背景

低合金结构钢具有良好的力学性能、焊接性能和切削加工性，被广泛应用于高层建筑、工程机械、风电设备、压力容器、船舶及车辆等领域。其中，传统的铁素体珠光体双相低合金结构钢和贝氏体单相合金结构高强度钢应用范围广，面临的腐蚀环境复杂，因此其耐蚀性能对大型建筑及机械的寿命及安全性尤其重要，建立全面、准确而简便高效的低合金结构钢耐蚀性评价方法具有重要意义。

研究发现，低合金结构钢本身的材料因素，即合金成分、显微组织及夹杂物分布等对钢的耐蚀性能影响较大，但目前文献中报道的多种用于评价金属材料耐蚀性的方法，例如溶液浸泡挂片法、盐雾试验法、周期浸润腐蚀试验法等，均未能全面考虑影响钢材耐蚀性的各种材料因素，且上述方法均需通过腐蚀模拟实验进行，操作不便，实验周期长。《GBT714-2015桥梁用结构钢》和《GBT 4171-2008耐候结构钢》中，均采用耐大气腐蚀性指数I[I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.2(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.1(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)²]评价钢的耐蚀性，该指数只考虑了合金元素的影响，而忽略了其它显微组织因素的影响。此外，专利“一种极地海洋环境用低合金钢的耐蚀性评价方法(公开号：CN109187322A)”公开了一种极地海洋环境用低合金钢的耐蚀性评价方法，该方法将低合金钢试样置于腐蚀液中进行处理，并在显微镜中观察试样的夹杂物点蚀源的数量，以夹杂物点蚀源数量的多少判定耐蚀性能的强弱。但该方法仅考虑了钢中夹杂物对耐蚀性的影响，评价标准不够全面准确。专利“工业大气环境下镀锌钢镀层的腐蚀模拟方法和耐蚀性评价方法(公开号：CN105277478A)”公开了一种工业大气环境下镀锌钢镀层的腐蚀模拟方法和耐蚀性评价方法，该方法采用喷雾/干燥循环腐蚀模拟工业大气腐蚀过程。对镀锌钢镀层的耐蚀性评价时，镀层表面未出现红锈阶段，以镀锌层的腐蚀速率判断镀层的耐蚀性；当镀锌钢出现红锈时，则以红锈出现的时间来判断镀锌层的保护作用。但该方法实验周期较长，操作不够便捷。因此，建立一种新的涵盖多种材料因素且操作简洁试验周期短的低合金钢耐蚀性评价方法是十分必要的。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种低合金结构钢的耐蚀性评价方法，实验周期短，考虑的材料因素更为全面，操作较为简易，便于为低合金结构钢在实际使用中提供更加准确、更为合理的耐蚀性评价标准，对低合金结构钢的安全服役有重要意义。

技术方案：本发明所述低合金结构钢的耐蚀性评价方法，包括：

(1)使用光谱法或化学分析等方法测定低合金结构钢中各元素成分(质量分数)，并根据低合金结构钢耐大气腐蚀的耐蚀性指数计算公式：

I＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.2(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.1(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)²

计算出待评价低合金钢的耐蚀性指数I。

(2)将低合金结构钢试样表面使用60～2000号水砂纸逐级打磨后，对试样进行机械抛光，然后用去离子水、丙酮清洗，去除表面的油污。将机械抛光后的低合金结构钢试样经4％的硝酸酒精溶液侵蚀后使用光学显微镜观察其金相组织，并根据《GB/T 6394-2002金属平均晶粒度测定方法》及金相图像分析软件得出待评价钢的珠光体相所占面积百分比及晶粒度级别，所得值分别记为X1和X2。

(3)之后根据《GB/T 10561-2005钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》在光学显微镜下对机械抛光后的钢进行夹杂物观察并选择三个具有代表性的视场进行拍照，拍照后计算夹杂物所占面积百分比，所得值记为X3。

(4)将上述三个步骤中所得的I、X1、X2、X3的值代入式：Y＝I-0.062X1+0.10X2–12.1X3中，得到的值即为低合金结构钢的综合耐蚀指数Y，Y值越大，低合金钢的耐蚀性就越好。

有益效果：

(1)本发明评价方法中，综合考虑了低合金结构钢成分、晶粒度、组织比例以及夹杂物等材料因素对钢材耐蚀性的影响，并考虑了各影响因素对耐蚀性影响所占权重，对于耐蚀低合金钢的冶炼工艺及成分优化、耐蚀性评价等方面有重要意义。

(2)本发明方法中，规避了传统耐蚀性评价方法中的室内腐蚀模拟加速试验或室外暴晒试验等，仅对低合金钢本身的成分、组织结构、夹杂物等性能进行分析，实验过程简单，实验周期大大缩短，具有简洁高效的特点。

附图说明

图1：八种实施例低合金结构钢夹杂物形貌，

八种试验钢金相组织a)1#；b)2#；c)3#；d)4#；e)5#；f)6#；g)7#；h)8#。

图2：八种实施例低合金结构钢金相组织，

八种试验钢夹杂物形貌：a)1#；b)2#；c)3#；d)4#；e)5#；f)6#；g)7#；h)8#

图3：八种实施例低合金结构钢经7天中性盐雾试验后的表面形貌，

八种试验钢盐雾试验后的宏观形貌：a)1#；b)2#；c)3#；d)4#；e)5#；f)6#；g)7#；h)8#。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例

采用本发明所述的低合金结构钢耐蚀性评价方法的实施例低合金钢的化学成分重量百分比如表1所示。并根据低合金钢耐蚀性指数I计算公式得到八种实施例的耐蚀性指数，如表2所示。

表1八种实施例的化学成分

表2八种试验钢的耐大气腐蚀指数I值

将八种实施例试样沿法向切成10mm×10mm×3mm的片状试样，经60～2000号水砂纸逐级打磨后，对试样进行机械抛光，然后用去离子水、丙酮清洗，去除表面的油污。之后根据《GB/T 10561-2005钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》在AxioScopeA1型蔡司金相显微镜下对机械抛光后的八种试验钢进行夹杂物观察，每个试样选择三个具有代表性的视场进行拍照如图1所示，同时计算各试样夹杂物所占面积比，如表3所示。

表3八种钢夹杂物所占面积

机械抛光后的试样经4％的硝酸酒精溶液侵蚀后使用蔡司金相显微镜观察其金相组织如图2所示，并根据《GB/T 6394-2002金属平均晶粒度测定方法》及MIAPS金相图像分析软件评定八种钢的晶粒度级别，并计算珠光体所占面积百分比，所得结果如表4所示。

表4八种钢晶粒度级别及组织含量

将试样沿轧制方向切成70mm×35mm的片状试样，表面经磨床打磨光亮，清洗除油后称重，之后按照《GB/T 10125-2012人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行室内盐雾试验。盐雾实验作为室内加速腐蚀试验，可以快速模拟室外大气腐蚀的情况。本实验采用5％氯化钠溶液，调节pH在6.5-7.2之间，使用连续喷雾进行中性盐雾试验。试样沿与垂直方向45°放于V型槽中，实验周期为7天。

实验结束后，对取出的试样进行宏观拍照，如图3所示。按照《GB/T16545-2015金属和合金的腐蚀腐蚀试样上腐蚀产物的清除》，使用500mL盐酸+500mLH₂O+3.5g六次甲基四胺除锈液进行除锈，除锈后清洗干燥并称重，计算试样经7天盐雾试验后的腐蚀失重率，结果如表5所示。

表5八种试验钢的失重比

以八种实施例低合金结构钢的失重率作为评价腐蚀性的依据，并以材料的耐候指数(I)、显微组织中珠光体含量(X1)、晶粒度级别(X2)以及夹杂物数量(夹杂物面积百分比，X3)为变量，采用Statistical Product and Service Solutions(SPSS)软件进行多元回归分析，将回归关系式进行符号转变(即失重率与耐蚀性互为正负关系)，将失重率转化为综合耐蚀指数，并根据更多的实验结果及扩展数据对系数进行修正、常数项合并等进行一系列处理，可得低合金结构钢综合耐蚀指数Y与材料四种因素的关联关系式如下：

Y＝I-0.062X1+0.10X2–12.1X3

因此，可将该式作为定性评价低合金结构钢耐蚀性的评价依据，即将四种材料因素所得结果带入该表达式，即可推知低合金钢的耐蚀性，所得Y值越大，低合金钢的耐蚀性就越好。

Claims

1.一种低合金结构钢的耐蚀性评价方法，其特征在于：评价步骤包括：

（1）使用光谱法或化学分析方法测定低合金结构钢中各元素成分，并根据低合金结构钢耐大气腐蚀的耐蚀性指数计算公式：

I = 26.01(%Cu) + 3.88(%Ni) + 1.2(%Cr) + 1.49(%Si) + 17.28(%P) - 7.29(%Cu)(%Ni) - 9.1(%Ni) (%P) - 33.39(%Cu)²

计算出待评价低合金钢的耐蚀性指数I；

（2）将低合金结构钢试样表面使用60~2000号水砂纸逐级打磨后，对试样进行机械抛光，然后用去离子水、丙酮清洗，去除表面的油污；将机械抛光后的低合金结构钢试样经4%的硝酸酒精溶液侵蚀后使用光学显微镜观察其金相组织，并根据《GB/T 6394-2002 金属平均晶粒度测定方法》及金相图像分析软件得出待评价钢的珠光体相所占面积百分比及晶粒度级别，所得值分别记为X1和X2；

（3）之后根据《GB/T 10561-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》在光学显微镜下对机械抛光后的钢进行夹杂物观察并选择三个具有代表性的视场进行拍照，拍照后计算夹杂物所占面积百分比，所得值记为X3；

（4）将上述三个步骤中所得的I、X1、X2、X3的值代入式：Y = I - 0.062X1 + 0.10 X2 –12.1 X3中，得到的值即为低合金结构钢的综合耐蚀指数Y，Y值越大，低合金钢的耐蚀性就越好。