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中国腐蚀与防护学报, 2023, 43(1): 95-103 DOI: 10.11902/1005.4537.2022.104

研究报告

690 MPa级耐候桥梁钢焊接接头在模拟工业大气环境下的耐蚀性研究

程鹏1,2, 刘静,1, 牟文广2, 黄峰1, 黄先球2, 庞涛2

1.武汉科技大学 省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室 湖北省海洋工程材料及服役安全工程技术研究中心武汉 430081

2.宝钢股份中央研究院 武汉 430081

Corrosion Behavior of Weld Joint of 690 MPa Weathering Bridge Steel in Simulated Industrial Atmosphere

CHENG Peng1,2, LIU Jing,1, MU Wenguang2, HUANG Feng1, HUANG Xianqiu2, PANG Tao2

1.State Key Laboratory of Refractories and Metallurgy, Hubei Engineering Technology Research Center of Marine Materials and Service Safety, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China

2.Central Research Institute, BaoShan Iron&Steel Co. Ltd., Wuhan 430081, China

通讯作者: 刘静，E-mail：liujing@wust.edu.cn，研究方向为钢铁材料微观组织调控及服役安全

收稿日期: 2022-04-11   修回日期: 2022-05-14  

基金资助: 国家重点研发计划专项.  2017YFB030480

Corresponding authors: LIU Jing, E-mail:liujing@wust.edu.cn

Received: 2022-04-11   Revised: 2022-05-14  

Fund supported: National Key Research and Development Program of China.  2017YFB030480

作者简介 About authors

程鹏，男，1986年生，硕士，高级工程师

摘要

采用周期浸润腐蚀实验和电化学测试方法，结合扫描电镜 (SEM)、电子探针 (EPMA) 等表面测试技术研究了690 MPa级耐候桥梁钢焊接接头在模拟工业大气环境下的耐蚀性。结果表明，在腐蚀初期，由于微观组织的不同，以铁素体为主的焊缝区耐蚀性优于贝氏体为主的母材区，同样由于晶粒粗大且分布不均匀导致贝氏体组织的热影响区耐蚀性最差，焊接接头不同微区域未发生明显电偶腐蚀；在腐蚀后期，Cu、Cr等在焊接接头不同区域的锈层中明显富集，Ni在焊缝区锈层中富集量远高于母材区和热影响区，焊缝区由于合金元素含量较高使其锈层更加平整致密且具有较高的极化电阻和阻抗值，导致整个焊接接头的耐蚀性能好于母材。

关键词： 耐候桥梁钢 ; 焊接接头 ; 工业大气环境

Abstract

The corrosion behavior of weld joint of 690 MPa weathering bridge steel in simulated industrial atmosphere was investigated by periodic accelerated corrosion test, coupled with electrochemical test, scanning electron microscope (SEM), electron probe microanalyzer (EPMA) and other surface characterization techniques. The results show that in the early stage of corrosion, due to the difference of microstructure, the corrosion resistance of the weld zone composed mainly of ferrite is better than that of the base material composed mainly of bainite, the heat affected zone with bainite microstructure has the worst corrosion resistance due to the coarsened and non-uniformly distributed grains, however the potential difference between different areas of the welded joint does not cause galvanic corrosion. In the later stage of corrosion, Cu and Cr are obviously enriched in the rust layer in different areas of the welded joint, while Ni content in the rust layer at the weld zone is much higher than that at the base metal zone and the heat affected zone. Due to the large alloying element content in the weld zone, where the rust layer is more smooth and compact and has higher polarization resistance and impedance value，which may result in better corrosion resistance of the whole welded joint rather than the base metal.

Keywords： weathering bridge steel ; weld joint ; industrial atmospheric

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本文引用格式

程鹏, 刘静, 牟文广, 黄峰, 黄先球, 庞涛. 690 MPa级耐候桥梁钢焊接接头在模拟工业大气环境下的耐蚀性研究. 中国腐蚀与防护学报[J], 2023, 43(1): 95-103 DOI:10.11902/1005.4537.2022.104

CHENG Peng, LIU Jing, MU Wenguang, HUANG Feng, HUANG Xianqiu, PANG Tao. Corrosion Behavior of Weld Joint of 690 MPa Weathering Bridge Steel in Simulated Industrial Atmosphere. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2023, 43(1): 95-103 DOI:10.11902/1005.4537.2022.104

随着我国基础设施建设的高速发展，桥梁用钢的需求量大幅提升，对桥梁钢也提出了高强、高耐蚀、易焊接等新要求。在实际使用过程中，桥梁结构依靠焊接连接，因此，桥梁结构中焊接接头的服役寿命和服役安全成为影响整个桥梁工程寿命和服役安全的关键问题[1-6]。近年来，人们对桥梁钢焊接接头的腐蚀行为开展了大量研究。文献[7-9]针对345~500 MPa不同等级耐候桥梁钢焊接接头腐蚀行为的研究表明焊缝区 (WM) 腐蚀电位均高于母材区(BM)，合金元素的富集使其焊接接头较BM具有更好的耐蚀性。王军等[10]指出耐候钢的WM主要发生均匀腐蚀，其耐蚀性最高，BM和热影响区 (HAZ) 以局部腐蚀为主，BM的局部腐蚀以低浅腐蚀坑和点蚀两种形态存在，HAZ呈现低浅局部腐蚀坑与点蚀共存的腐蚀形貌，点蚀坑密度更高。但是，也有研究[11-13]表明耐候钢焊接接头HAZ粗大的晶粒和M-A硬化相的存在会使其焊接接头耐蚀性较差，在模拟海洋环境中，焊接接头化学成分的不均匀会使Cl-优先富集在接头缺陷中，导致局部腐蚀的产生，腐蚀初期存在的电偶腐蚀及后期锈层致密性差会导致焊接接头耐蚀性较BM略差。综上可见，耐候钢在焊接过程中，焊缝金属经过冶金反应，其成分和组织会与BM有所不同，并且由于焊接热输入的存在，焊缝两侧的BM都经历了不同的热循环，使其组织和性能发生变化，导致焊接接头不同区域的耐蚀性存在差异，使其成为桥梁钢结构的薄弱环节，因此在考虑桥梁钢结构整体力学性能的前提下，BM和焊接接头的耐蚀性能成为大家关注的重点。此外，由于桥梁实际服役环境较为复杂，不同的服役环境对焊接接头的耐蚀性影响也不同，因此在实际使用过程中，还要针对桥梁工程的不同服役环境考虑焊接接头的耐蚀问题。Q690qENH钢是宝钢研发的新型高强耐候桥梁钢，关于其焊接接头在工业大气环境下的研究未有报道。

本文采用气体保护焊工艺对Q690qENH钢进行焊接，采用周期浸润加速腐蚀实验、电化学测试、扫描开尔文探针 (SKP)、扫描电镜 (SEM)、电子探针 (EPMA) 等表面测试技术研究了其焊接接头在模拟工业大气环境下的腐蚀行为，以期为Q690qENH钢在工业大气环境下的应用提供数据支撑和理论依据。

1 实验方法

实验材料为宝钢生产的690 MPa级耐候桥梁钢 (Q690qENH)，采用气体保护焊对其进行焊接，焊材为XY-ER80QNH。焊接参数为：焊接电流265~285 A，焊接电压26~28 V，焊接速率28 cm/min。母材和焊丝化学成分见表1。

表1   Q690qENH钢和焊缝的化学成分

Table 1  Chemical compositions of Q690qENH steel and weld joint (mass fraction / %)

SampleCSiMnPSCuCrNi
Q690qENH＜0.100.111.530.008<0.0050.3-0.40.4-0.60.5-0.7
XY-ER80QNH＜0.100.441.400.0060.010.2-0.30.2-0.31.8-2.2

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用4%硝酸酒精溶液腐蚀Q690qENH钢焊接接头金相试样后，在金相显微镜下观察焊接接头不同区域的金相组织。采用TB/T 2375-93标准评价Q690qENH钢及焊接接头的耐蚀性能，试样加工尺寸为60 mm×40 mm×4 mm，实验溶液为0.01 mol/L 的NaHSO3溶液，时间为72 h，实验温度为45±2 ℃、相对湿度RH=(70±5)%，每个周期60 min，实验结束后，对试样进行酸洗、清洗后吹干称重。按照 式 (1) 计算平均腐蚀速率：

V=8.76×104ρ×S×t×ΔW

式中，△W为腐蚀失重，g；ρ为材料密度，g·cm-3；S为试样表面积，cm2；t为腐蚀时间，h；V为腐蚀速率，mm/a。

按照图1所示采用线切割分别切割出BM、 HAZ和WM后，将3个区域的试样打磨清洗，后用环氧树脂密封并保留1 cm2工作面进行长周期腐蚀实验，腐蚀时间分别为24、48、96、192、384 h，每周期实验后进行电化学实验。

图1

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图1   取样示意图

Fig.1   Schematic diagram of sampling locations


采用 Versa SCAN型微区电化学工作站对焊接接头进行SKP测试。包括BM，HAZ及WM试样，测试面积为6000 μm×4000 μm，扫描速度为100 μm/s，探针直径为100 μm，探针振幅为30 μm。

采用Solartron 1280C电化学工作站对3个区域腐蚀后的带锈试样进行测试。采用三电极体系，带锈试样为工作电极，Pt电极为辅助电极，饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极，测试溶液为0.01 mol/L NaHSO3。将试样在溶液中浸泡60 min稳定后开始测试。电化学阻抗谱的扰动电位振幅为10 mV，频率范围为104~10-2 Hz。线性极化曲线测试扫描范围为±10 mV，扫描速率10 mV/min。

采用Nova400场发射扫描电镜 (SEM) 观察锈层表面和截面形貌；使用EPMA-1720型电子探针显微分析仪 (EPMA) 观测锈层截面元素分布，电压为15 kV，电流为2×10-9 A。

2 实验结果

2.1 焊接接头的金相组织

图2是Q690qENH钢焊接接头不同区域的金相组织图。可见Q690qENH钢的BM显微组织主要为贝氏体；WM主要为铁素体；HAZ组织与母材相同为贝氏体，但是其晶粒尺寸较大。

图2

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图2   Q690qENH钢焊接接头的显微组织

Fig.2   Microstructural images of Q690qENH weld joint of BM (a), WM (b) and HAZ (c)


2.2 焊接接头的SKP电位分布

图3为Q690qENH钢焊接接头SKP电位分布图。可见BM、HAZ、WM的Volt电位呈阶梯状分布，HAZ的电位最低，BM其次，WM的电位最高；HAZ与BM的Volt电位差约为40 mV，HAZ与WM的Volt电位差约为100 mV。文献[14]表明，SKP实验测试结果中Volt电位差与自腐蚀电位有一次函数关系，可利用此数据来判断材料的耐腐蚀性能。据此可推测HAZ耐蚀性最差，WM耐蚀性最好。

图3

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图3   Q690qENH钢焊接接头的SKP图

Fig.3   Schematic diagram of scanning area (a) and SKP image (b) of Q690qENH steel welded joint


2.3 母材与焊接接头耐蚀性分析

采用失重法计算了Q690qENH钢及焊接接头周浸腐蚀72 h后的腐蚀速率。计算得到母材和焊接接头的腐蚀速率分别为2.31和2.09 g/(m2·h)，说明Q690qENH钢的焊接接头耐蚀性较母材提高9.5%。

Q690qENH钢及焊接接头酸洗除锈前后的表面形貌见图4。可以看出，Q690qENH钢母材 (图4a) 腐蚀较严重，试样表面锈层比较疏松，腐蚀产物较多且存在脱落现象，而焊接接头 (图4b) 腐蚀较轻，表面锈层比较致密，且紧密贴附于表面，对基体具有良好的防护作用。除锈后的图片可以看出母材表面存在较多明显的腐蚀坑 (图4c)，图4d可以清晰的看出焊接接头的WM、BM和HAZ，各区域颜色和表面腐蚀程度有所差异，这表明其耐蚀性存在差异，但是焊接接头表面整体比较平整，腐蚀坑的数量和腐蚀程度较BM都要小，说明焊接接头的耐蚀性要高于母材。

图4

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图4   Q690qENH钢焊接接头与母材酸洗前后腐蚀形貌

Fig.4   Corrosion morphologies of Q690qENH steel (a, c) and its weld joint (b, d) before (a, b) and after (c, d) pickling


2.4 焊接接头不同区域锈层形貌观察

Q690qENH钢焊接接头不同区域周浸腐蚀384 h后的表面微观形貌如图5。由图5c可见，WM表面腐蚀产物连续平整且致密性较好，放大后 (图5d) 显示其表面由连续致密的球状的腐蚀产物组成。BM表面 (图5a、b) 腐蚀产物比较疏松，存在一些裂纹和分层现象，而HAZ (图5e、f) 表面存在大量裂纹和孔隙，腐蚀产物有明显的脱落现象，锈层的致密性和附着力最差。

图5

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图5   Q690qENH钢焊接接头不同区域腐蚀384 h后的表面形貌

Fig.5   SEM surface morphologies of the welded joint of Q690qENH steel after corrosion for 384 h: (a, b) BM, (c, d) WM, (e, f) HAZ


2.5 焊接接头不同区域锈层截面形貌及元素分布

为了分析合金元素对致密锈层形成的影响机理，利用EPMA分析了Q690qENH钢焊接接头不同区域周浸腐蚀384 h后的锈层截面元素分布，结果见图6。WM的锈层较致密，与金属基体结合紧密，BM次之，而HAZ的锈层出现了明显的分层现象，且外锈层十分疏松，容易脱落，且锈层内部及与金属基体结合处含有大量裂纹和孔洞，这些裂纹和孔洞的为O2和HSO3-等腐蚀性介质腐蚀金属基体提供了通道，不利于保护锈层[15]。综合元素面分布结果表明，在腐蚀384 h后，Cu、Cr在焊接接头不同区域有明显的富集，Ni在BM和HAZ的锈层中含量较少，但是WM锈层中的Ni含量要明显高于BM和HAZ，且分布较前二者更加均匀。

图6

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图6   焊接接头不同区域腐蚀384 h后的截面锈层形貌和元素分布

Fig.6   Cross-sectional morphologies and element distributions of the different zones of the welded joint after 384 h corrosion of BM (a), WM (b) and HAZ (c)


2.6 电化学测试

2.6.1 开路电位

Q690qENH钢焊接接头不同区域的开路电位随周浸腐蚀时间的变化曲线如图7所示。焊接接头不同区域开路电位的演化规律基本一致，都是在实验前期随时间正移，后期达到稳定状态，在腐蚀后期，焊接接头各区域开路电位大小为：WM＞BM＞HAZ，腐蚀384 h后，BM与HAZ开路电位差为9 mV，WM与HAZ开路电位差为39 mV，不足以发生明显的电偶腐蚀。从热力学角度来说，材料发生腐蚀的趋势可以通过开路电位来判断，开路电位值越低，说明材料的腐蚀趋势越大[16]。可见Q690qENH钢焊接接头不同区域发生腐蚀倾向存在差异性。

图7

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图7   Q690qENH钢焊接接头不同区域开路电位随时间变化曲线

Fig.7   Variations of open circuit potentials of the different zones of welded joint with time


2.6.2 线性极化电阻

线性极化是在腐蚀电位附近的微小极化区内的稳态极化曲线，超电势η与腐蚀电流密度I呈线性相关，斜率即为线性极化电阻Rp，Rp是电化学反应的一个重要参数[17]。Q690qENH钢焊接接头不同区域周浸腐蚀不同时间后带锈试样的线性极化电阻如图8a~c所示，图8d为通过计算得到的焊接接头不同区域线性极化电阻Rp值随时间变化曲线。由图可见，BM和WM的线性极化电阻的变化规律基本一致，都是在实验前期降低，在24 h左右达到最小值，随后线性极化电阻逐渐升高，192 h后基本稳定，HAZ的线性极化电阻则随时间增加逐渐增大。在实验后期，不同区域线性极化电阻趋于稳定，WM的线性极化电阻高于BM和HAZ。

图8

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图8   焊接接头不同区域线性极化电阻随时间变化曲线

Fig.8   Linear polarization curves of the BM (a), WM (b) and HAZ (c) of weld joint and their Rp values


2.6.3 电化学阻抗

图9a~d是Q690qENH钢焊接接头不同区域裸钢及腐蚀不同时间后带锈试样的电化学阻抗谱图。由图9a可见，焊接接头不同区域裸钢的阻抗谱图都表现为一个容抗弧，此时试样表面未生成锈层，容抗弧反映的是腐蚀溶液界面的双电层结构。而腐蚀不同时间后带锈试样 (图9b~d) 的阻抗谱图由两个容抗弧组成，说明此时试样表面被锈层覆盖，高频区的容抗弧反映的是锈层与溶液构成的双电层结构，低频区的容抗弧反映的是基体与渗透到基体表面的腐蚀溶液构成的双电层结构。在每个实验周期，均表现为WM的容抗弧半径最大，其次为BM，HAZ的容抗弧半径最小。

图9

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图9   焊接接头不同区域腐蚀不同时间的电化学阻抗图及其等效电路

Fig.9   EIS of the different zones of weld joint after corrosion for 0 h (a), 96 h (b), 192 h (c) and 384 h (d) and equivalent circuit for EIS of weld joint after corrosion for 0 h (e), and 96, 192 and 384 h (f)


根据电化学阻抗谱图建立的等效电路如图9e，f所示。其中，图9e是焊接接头不同区域裸钢的等效电路，Rs代表溶液电阻，Cdl为双电层电容，Rct为电荷传递电阻；图9f是带锈试样的等效电路，与图9e相比增加了代表锈层电阻的Rr和锈层电容的Crust。采用Zview软件拟合的数据参数见表2。

表2   3种试样腐蚀不同时间后的EIS拟合参数

Table 2  Fitting results of EIS of the samples after corrosion for different time (Ω·cm2)

Time / hSampleRrRctRr+Rct
0BM---278.8278.8
WM---308308
HAZ---254.2254.2
96BM165.3348.4513.7
WM233521.9754.9
HAZ140.1293.6433.7
192BM178.6393.1571.7
WM207.3425.8633.1
HAZ169.7379.7549.4
384BM190.4395.1585.5
WM225.5485.7711.2
HAZ119.6332.9452.5

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从表2的拟合结果可以看出，不同区域裸钢Rct值的大小顺序为：WM＞BM＞HAZ，说明腐蚀初期不同区域的电化学反应阻力存在差异，WM最大，HAZ最小，与SKP实验结果一致。随着腐蚀时间的延长，3种试样的Rr和Rct均逐渐增大，Rr和Rct的增大阻碍了腐蚀介质和带电粒子的传输，腐蚀电化学过程难以进行，从而减缓了基体的腐蚀[18]，表明锈层的保护能力均不断加强。同一腐蚀周期内，WM的Rr和Rct值最大，BM次之，HAZ最小，说明WM的锈层保护能力最强，对O2、HSO3-等腐蚀介质的阻挡能力最大，具有更好的耐蚀性。

通常使用0.01 Hz频率 (|Z|0.01 Hz) 的阻抗模量来评价锈层的耐蚀性能。焊接接头不同区域腐蚀不同时间后的|Z|0.01 Hz值如图10所示。不同区域的|Z|0.01 Hz值均表现出随时间的增加而增大的趋势，表明耐蚀性能增强[19,20]。此外，在腐蚀后期，不同区域0.01 Hz频率下的阻抗值均表现为：WM＞BM＞HAZ，说明WM耐蚀性明显优于BM和HAZ。

图10

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图10   焊接接头不同区域腐蚀不同时间后的|Z|0.01 Hz值

Fig.10   Low-frequency impedances at 0.01 Hz for the different zones of weld joint after corrosion for different time


3 分析与讨论

3.1 组织对Q690qENH耐候桥梁钢焊接接头腐蚀行为的影响

在腐蚀初期，耐候桥梁钢的腐蚀差异与其微观组织密切相关。大量研究表明[21]铁素体的自腐蚀电位和线性极化电阻均高于贝氏体，自腐蚀电流密度小于贝氏体，电化学活性低于贝氏体。本研究中以铁素体为主的WM电化学稳定性高于以贝氏体为主的BM和HAZ，加之焊接热循环导致HAZ晶粒粗大且分布不均匀，导致BM和HAZ电位较负，从而使其与WM形成电位差，开路电位测量结果也表明，开路电位大小为：WM＞BM＞HAZ (图7)，但是焊接接头不同区域的开路电位差值不足以导致其发生明显的电偶腐蚀，也因而不会加速整体焊接接头的腐蚀。焊接接头不同区域裸钢的阻抗值：WM＞BM＞HAZ (表2，图10)，即在腐蚀初期，尽管组织的不均匀性导致Q690qENH钢焊接接头不同区域在腐蚀初期的耐蚀性有所不同，但WM较好耐蚀性使得整体焊接接头的耐蚀性略优于母材。

3.2 合金元素对Q690qENH桥梁钢焊接接头在工业大气环境中耐蚀机理探讨

在腐蚀中后期，合金元素能够改变锈层的成分和结构，提高锈层的稳定性及耐蚀性。Q690qENH桥梁钢合金元素以Cu、Cr、Ni为主，焊材XY-ER80QNH中合金元素含量基本与母材相同。腐蚀384 h后，Cu、Cr在焊接接头不同区域均出现富集 (图6)，且BM中 (图6a) 的富集程度要高于WM和HAZ，这是因为BM中Cu、Cr的含量为0.3%~0.6%，而焊材中的含量为0.2%~0.3%。研究[22-24]指出Cr的富集有利于稳定性更高的α-FeOOH的形成，能够细化锈层晶粒，Cu可以在锈层中以氧化物 (CuO) 的形式随着腐蚀反应的进行在锈层缺陷处富集从而阻碍腐蚀介质进入基体。Q690qENH钢母材区 (图6a) 具有更厚更致密的锈层，但HAZ (图6c) 的锈层出现了明显的分层现象，且外锈层十分疏松，容易脱落，且锈层内部及与金属基体结合处含有大量裂纹和孔洞，这些裂纹和孔洞的为O2和HSO3-等腐蚀性介质腐蚀金属基体提供了通道，不利于保护锈层。从图6b可见WM的Ni的富集要明显强于BM和HAZ，因为焊材XY-ER80QNH中虽然Cu、Cr的含量比BM低，但是其2.2%的Ni含量是BM的4倍。Ni具有形成致密锈层的作用，纳米结构的NiFe2O4促进了γ-FeOOH向精细α-FeOOH的转变，提高了锈层的保护性能[25,26]，WM锈层更加平整致密 (图5) 也证实了这一点。另外，腐蚀中后期WM具有更大的Rp (图9)、Rr、Rct值 (表2)，并具有更高的阻抗模量|Z|0.01 Hz (图10)。因此合金元素的增加提高了WM锈层的保护能力，导致腐蚀后期焊接接头耐蚀性能较好。

4 结论

(1) Q690qENH钢焊接接头的BM显微组织主要为贝氏体，WM主要为铁素体，HAZ组织也是贝氏体，但其晶粒尺寸较大且分布不均匀，焊接接头不同区域的电位分布值显示WM高于BM高于HAZ。组织的不均匀性和电位分布的不同导致不同区域在腐蚀初期的电化学活性和腐蚀趋势不同，HAZ和BM的腐蚀趋势更大，WM腐蚀趋势较小。但不同微区域的电位差不足以导致电偶腐蚀，不会加速整体焊接接头的腐蚀速率。

(2) 在模拟工业大气环境下，Ni在WM的明显富集使WM在腐蚀后期具有更致密的锈层，且线性极化电阻和低频区阻抗值均大于BM和HAZ，使得WM的耐蚀性较高，导致焊接接头整体耐蚀性优于母材。

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耐候钢以其优越的耐久性受到了桥梁设计者的重视和广泛关注，扩大耐候钢桥在中国的应用已成为必然趋势。鉴于目前中国耐候钢桥设计理论和方法匮乏的现状，通过调研国内外耐候钢和耐候钢桥研究文献，主要参考美国、日本和欧洲耐候钢桥建设经验，对耐候钢的应用研究现状以及耐候钢桥设计方法进行综述。重点阐述环境与荷载耦合作用下耐候钢的腐蚀机理、耐候钢腐蚀后的力学性能退化、耐候钢桥设计理论和细节设计方法等内容，总结和分析已有研究所取得的成果和尚存的问题。分析表明：当大气中Cl<sup>-</sup>和SO<sub>2</sub>浓度分别低于3，20 mg&middot;（m<sup>2</sup>&middot;d）<sup>-1</sup>或者非海洋大气环境中大气腐蚀等级为C2，C3时，可以裸装应用耐候钢；荷载作用下保护锈层存在开裂和脱落现象，锈层开裂为氧气扩散提供了通道，减弱了其对基体的保护能力，导致钢材进一步锈蚀，并且易发生局部腐蚀；裸装应用的耐候钢在使用不当时会产生较严重的腐蚀，从而导致力学性能退化，尤其是在应力腐蚀和腐蚀疲劳状态下其力学性能退化更为严重；钢桥细节设计方法对保证耐候钢的耐蚀性至关重要，定期维护可以延长结构的使用寿命；应用耐候钢可使钢桥全寿命周期成本显著降低。分析结果旨在为今后中国耐候钢耐蚀机理和力学性能的研究探明方向，并为耐候钢桥的设计和建造提供有效借鉴和参考。

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Q420qFNH 耐候桥梁钢焊接接头的腐蚀行为研究

[J]. 热加工工艺, 2021, 50(15): 20

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Zhang S J, Luo J, Liu D S.

Corrosion resistance of Q500qENH heavy steel plate and its weld joint against industrial atmosphere

[J]. Shanghai Met., 2014, 36(1): 18

张淑娟, 罗娇, 刘东升.

Q500qENH特厚桥梁钢板及其焊接接头的耐腐蚀性能

[J]. 上海金属, 2014, 36(1): 18

Zhang F M, Fu X Y.

Research on welding process of weathering bridge steels Q370qNH and Q420qNH

[J]. Sci. Technol. Baotou Steel, 2020, 46(5): 59

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张凤明, 付学义.

耐候桥梁钢Q370qNH、Q420qNH焊接工艺研究

[J]. 包钢科技, 2020, 46(5): 59

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Wang J, Feng C, Peng B C, et al.

Corrosion behavior of weld joint of S450EW steel in NaHSO3 solution

[J]. J. Chin. Soc. Corros. Prot., 2017, 37: 575

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王军, 冯超, 彭碧草 等.

S450EW焊接接头在NaHSO3溶液中的腐蚀行为研究

[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2017, 37: 575

[本文引用: 1]

Guo H, Cheng X D, Zhang H X, et al.

Corrosion behavior of welded joint of low alloy high strength steel in 3.5%NaCl solution

[J]. Hot Work. Technol., 2021, 50(13): 49

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郭晗, 程旭东, 张慧霞 等.

低合金高强钢焊接接头在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为

[J]. 热加工工艺, 2021, 50(13): 49

[本文引用: 1]

Huang C, Huang F, Liu J, et al.

Corrosion resistance of the welded joint of A710 high strength weathering steel

[J]. J. Wuhan Univ. Sci. Technol., 2017, 40: 350

黄宸, 黄峰, 刘静 等.

A710高强耐候钢焊接接头耐蚀性分析

[J]. 武汉科技大学学报, 2017, 40: 350

Cui K Q, Wu X Y, Zhang Z Y, et al.

Salt fog corrosion behavior of SMA490BW weathering steel and its welded joints

[J]. Hot Work. Technol., 2018, 47(13): 68

[本文引用: 1]

崔坤强, 吴向阳, 张志毅 等.

SMA490BW耐候钢及其焊接接头的盐雾腐蚀行为

[J]. 热加工工艺, 2018, 47(13): 68

[本文引用: 1]

Gao X X, Liang X M, Liu B C, et al.

Microstructure and corrosion resistance of new dissimilar steel welded joint

[J]. Plat. Finish., 2019, 41(9): 13

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高心心, 梁晓明, 刘保成 等.

新型异种钢接头组织和耐腐蚀性能研究

[J]. 电镀与精饰, 2019, 41(9): 13

[本文引用: 1]

Guo M X, Pan C, Wang Z Y, et al.

A study on the initial corrosion behavior of carbon steel exposed to a simulated coastal-industrial atmosphere

[J]. Acta Metall. Sin., 2018, 54: 65

DOI      [本文引用: 1]

Carbon steels as common structural material have been widely used for basic facilities with the development of the city. In these service environments, carbon steel would inevitably encounter the atmospheric corrosion. Especially, the corrosion of carbon steels exposed to coastal-industrial atmosphere is very outstanding. However, the initial corrosion mechanism of carbon steel subjected to coastal-industrial environment still need to be clarified, which would be vital for predicating the subsequent corrosion process. In addition, although many scholars studied the synergism of SO2 and Cl-, which obviously accelerates the corrosion of steel and reduces its service life, there is few research about the effect of the synergism of SO2 and Cl- (in different proportion) on the early corrosion behavior of the carbon steel. Therefore, it is of great importance to investigate the initial corrosion mechanism of carbon steel and the effect of the synergism of SO2 and Cl- (in different proportion) in the coastal-industrial atmosphere. In present work, the initial corrosion behavior of Q235 carbon steel exposed to a simulated coastal-industrial atmosphere has been studied by weight loss, XRD, SEM and electrochemical measurements. Also, the effect of the synergism of SO2 and Cl- (in different proportion) on the early corrosion behavior of Q235 car bon steel has been investigated. The results indicate that the initial corrosion behavior of carbon steel exposed to a simulated coastal-industrial atmosphere presented a transition from corrosion acceleration to deceleration, and the kinetics of accelerated corrosion process followed the empirical equation D=Atn. A double-layered corrosion product was formed on the surface of carbon steel after 24 h: the loose outer layer and relative dense inner layer; the synergistic effect between SO2 and Cl- accelerated the corrosion of carbon steel. However, the change in the ratio of SO2 and Cl- had no significant effect on the corrosion loss of carbon steel, and had not changed the composition of corrosion products formed on carbon steel surface. SO2 caused the corrosion morphology of carbon steel to tend to uniform corrosion.

郭明晓, 潘晨, 王振尧 等.

碳钢在模拟海洋工业大气环境中初期腐蚀行为研究

[J]. 金属学报, 2018, 54: 65

DOI      [本文引用: 1]

采用失重分析、X射线衍射分析、扫描电镜分析及电化学测试分析方法对Q235碳钢在模拟海洋工业大气环境中的初期腐蚀历程和机理开展深入研究,并着重探究了不同比例SO<sub>2</sub>和Cl<sup>-</sup>的协同效应对碳钢初期腐蚀行为机制的影响。结果表明,Q235碳钢在模拟海洋工业大气环境中的初期腐蚀呈现由加速过程向减速过程转化的特点,且加速过程的腐蚀动力学仍遵循幂函数规律D=At<sup>n</sup>;腐蚀24 h后,腐蚀产物呈现双层结构,即疏松的外层和相对致密的内层。SO<sub>2</sub>和Cl<sup>-</sup>的协同效应会加速碳钢的腐蚀,但二者比例的变化对碳钢腐蚀失重影响并不明显,也没有改变腐蚀产物成分,SO<sub>2</sub>促使碳钢腐蚀形态趋向于均匀腐蚀。

Shi J, Hu X W, He B, et al.

Sulfuric acid corrosion resistance of Q345NS steel welded joint

[J]. J. Chin. Soc. Corros. Prot., 2021, 41: 565

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石践, 胡学文, 何博 等.

Q345NS钢焊接接头耐硫酸腐蚀特性研究

[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2021, 41: 565

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Nishikata A, Zhu Q J, Tada E.

Long-term monitoring of atmospheric corrosion at weathering steel bridges by an electrochemical impedance method

[J]. Corros. Sci., 2014, 87: 80

DOI      URL     [本文引用: 1]

Luo H, Dong C F, Li X G, et al.

The electrochemical behaviour of 2205 duplex stainless steel in alkaline solutions with different pH in the presence of chloride

[J]. Electrochim. Acta, 2012, 64: 211

DOI      URL     [本文引用: 1]

Gui J, Devine T M.

The influence of sulfate ions on the surface enhanced Raman spectra of passive films formed on iron

[J]. Corros. Sci., 1994, 36: 441

DOI      URL     [本文引用: 1]

Cao X K, Huang F, Huang C, et al.

Preparation of graphene nanoplate added zinc-rich epoxy coatings for enhanced sacrificial anode-based corrosion protection

[J]. Corros. Sci., 2019, 159: 108120

DOI      URL     [本文引用: 1]

Zhang Y, Huang F, Hu Q, et al.

Effect of micro-phase electrochemical activity on the initial corrosion dynamics of weathering steel

[J]. Mater. Chem. Phys., 2020, 241: 122045

DOI      URL     [本文引用: 1]

Wu W, Cheng X Q, Zhao J B, et al.

Benefit of the corrosion product film formed on a new weathering steel containing 3% nickel under marine atmosphere in Maldives

[J]. Corros. Sci., 2020, 165: 108416

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Chao Y L, Zhou Y L, Di Q K, et al.

Effect of micro-alloying elements on corrosion resistance of low carbon steels

[J]. J. Chin. Soc. Corros. Prot., 2014, 34: 70

晁月林, 周玉丽, 邸全康 等.

Cu,P,Cr和Ni对低碳钢耐蚀性的影响

[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2014, 34: 70

Zhang T Y, Liu W, Fan Y M, et al.

Effect of synergistic action of Cu/Ni on corrosion resistance of low alloy steel in a simulated tropical marine atmosphere

[J]. J. Chin. Soc. Corros. Prot., 2019, 39: 511

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张天翼, 柳伟, 范玥铭 等.

海洋大气环境Cu/Ni协同作用对低合金钢耐蚀性影响

[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2019, 39: 511

[本文引用: 1]

Yamashita M, Miyuki H, Matsuda Y, et al.

The long term growth of the protective rust layer formed on weathering steel by atmospheric corrosion during a quarter of a century

[J]. Corros. Sci., 1994, 36: 283

DOI      URL     [本文引用: 1]

Cheng X Q, Jin Z, Liu M, et al.

Optimizing the nickel content in weathering steels to enhance their corrosion resistance in acidic atmospheres

[J]. Corros. Sci., 2017, 115: 135

DOI      URL     [本文引用: 1]

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