桥梁钢Q345q在西北典型大气环境中的腐蚀行为研究

发布时间：2020-04-23 03:49

【摘要】：近年来,对于中大跨径的公路桥梁,我国西北地区钢结构桥梁的建设受到了广泛关注,既符合资源节约型的发展理念,又是西部经济建设的需求。然而,甘肃西北地区干燥少雨、风力强劲、强光辐射的大气环境使钢铁材料的腐蚀问题同样不容忽视。面对风沙带来的盐分、冬季融雪剂残留的盐分以及工业大气的污染,桥梁钢结构的老化问题严重影响了钢桥的服役寿命。基于此,本文以普通桥梁钢Q345q为基础,采用除冰盐、NaHSO_3、除冰盐+NaHSO_3分别模拟三种典型西北大气环境,通过干湿交替加速腐蚀试验方法,系统地研究了表面有无氧化皮Q345q钢在三种不同环境下的腐蚀行为,探讨了裸钢样和带氧化皮试样的腐蚀机理,同时开展了大气暴露一年的腐蚀试验,验证了加速试验的加速性与相关性,并建立了大气腐蚀时间模型,取得的主要成果与结论如下:1.通过失重法分析了裸钢样在三种介质中的腐蚀动力学规律,随时间的延长腐蚀速率减小,其大小顺序为:NaHSO_3除冰盐+NaHSO_3除冰盐,腐蚀数据用△W=At~n拟合后,在144h以下的n值均大于1,说明锈层没有保护性,144h-480h之间,n值均小于1,说明锈层出现一定的保护性。采用XRD、SEM、电化学等方法对锈层物相、腐蚀形貌、带锈样的极化曲线对比分析,除冰盐溶液中由于Cl~-在孔隙处产生闭塞电池的自催化效应,生成β-FeOOH、FeOCl等不稳定的腐蚀产物,致使自腐蚀电流密度增大,自腐蚀电位较小,锈层没有保护性;在NaHSO_3介质中发生“生酸循环机制”,抑制了β-FeOOH的形成,自腐蚀电流密度逐渐减小,结合锈层形貌,锈层保护性较强;在除冰盐+NaHSO_3介质中,发生了耦合效应,腐蚀行为并不是两种介质的简单加和,Cl~-的部分闭塞微电池作用减弱,其保护性介于两者之间。2.通过增重法分析了带热轧氧化皮试样在三种介质中的腐蚀动力学规律,腐蚀速率大小顺序为:NaHSO_3除冰盐+NaHSO_3除冰盐,数据拟合后得到192h以下,除冰盐和混合介质中n值小于1,腐蚀速率几乎不变,说明氧化皮对基体有一定的保护性,在192h后,n值大于1,腐蚀速率加快,氧化皮逐渐被破坏;NaHSO_3溶液中48h已发生腐蚀,随后腐蚀速率增大。结合氧化皮及锈层的物相、腐蚀形貌、带锈样的极化曲线分析,除冰盐溶液中主要发生以“点蚀”为主的局部腐蚀,在氧化皮的缺陷处产生“大阴极小阳极”腐蚀微电池,Cl~-的自催化效应致使锈层疏松多孔,截面有局部裂纹,锈层的自腐蚀电流密度增大;NaHSO_3溶液中发生“生酸循环机制”为主的全面腐蚀,锈层的自腐蚀电流密度先增大后减小,锈层具有一定的保护性;除冰盐+NaHSO_3溶液中发生“点蚀”+全面腐蚀,腐蚀微电池降低了Cl~-与HSO_3~-的协同作用。3.通过增重法分析了裸钢样和带氧化皮试样大气暴露一年的腐蚀动力学规律,并结合裸钢样和带氧化皮试样在实验室模拟工业大气环境(NaHSO_3介质)的动力学规律,得到室内加速腐蚀与大气暴露腐蚀的时间对应点,即裸钢样加速腐蚀72h和144h分别与大气暴露5个月和1年对应,带氧化皮试样加速腐蚀144h和288h分别与大气暴露7个月和1年对应。在大气暴露腐蚀条件下,根据表面形貌和截面形貌的致密度、动力学曲线拟合的n值变化、自腐蚀电位的大小分析,裸钢样大气暴露1年的锈层更具保护性,而带氧化皮样在短期内具有延缓腐蚀的作用,但随着氧化皮的腐蚀溶解,氧化皮和钢基体之间形成大阴极小阳极的腐蚀微电池,从而加速了腐蚀。在0.01mol/LNaHSO_3介质中干湿循环加速腐蚀和在兰州市自然大气腐蚀试验之间具有一定相关性,但也有差异性存在,具体表现在裸钢在大气环境下形成的锈层较加速腐蚀致密;带氧化皮样在大气环境下以点蚀、局部腐蚀为主,而加速腐蚀时为全面腐蚀加点蚀,这主要因为在大气环境中存在大量的尘埃及腐蚀性颗粒落在试样表面易造成点腐蚀。
【图文】：

钢的进一步发展，因此 15MnVNq 钢并未得到推广使韧性和焊接性能，芜湖长江大桥采用了中铁大桥局和，通过添加 Nb 元素和降低含碳量的方法，产生细晶高的屈服强度（Rel≥370MPa），又具有优异的低温冲保证了良好的焊接性能，板厚效应问题也得到了解洲长江大桥，并于 2000 年纳入了国家标准 GB/T京沪高速铁路的南京大胜关长江大桥具有大跨(3300km/h)三大特点，由于受力要求极高，14MnNbq 钢，为此中铁局和武钢联合研发了 WNQ570(Q420)钢，，性的同时不区分板厚效应，最大板厚可以达到 68m能。梁钢的发展史如图 1.1 所示，其发展轨迹为[24]：碳—低碳贝氏体钢，并逐步向高性能钢的方向发展，钢展到 420MPa，低温韧性和焊接性能也大大提高，桥梁逐渐提高，列车线路由 2 线发展到 6 线，在各项关键而提高桥梁钢的耐蚀性还面临一定的挑战。

腐蚀行为研究现状的概念与分类在大气环境下的化学或电化学反应引起的金属材[34]，如钢铁材料表面生锈。参与大气腐蚀的主要碳及工业大气（SO2）等，而且还与地理、气候类多种多样，按地理条件和大气成分的不同，可蚀、农村大气腐蚀；按气候条件的差异，分为热温带大气腐蚀。在各种不同类型的环境中，钢铁腐蚀条件看，大气的主要成分是水和氧，而决定素是水汽。因此，Tomashov[35]于 1964 年建立了型，将大气腐蚀分为干大气腐蚀、潮大气腐蚀、于大气腐蚀的本质是薄膜液下的电化学反应，因度有关系，并将腐蚀类别分成了四个区域如图 1
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U444

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本文编号：2637318