（钢铁冶金专业论文）锰、铬及钒氮合金化在低碳耐候钢中的作用机理.pdf

11习j_ i l 乙 ad i s s e r t a t i o ni nf e r r o u sm e t a l l u r g y e f f e c t sa n dm e c h a n i s mo fm n ，c ra n dv - n a l l o y i n gi nl o w c a r b o nw e a t h e r i n gs t e e l b yw a n gb o s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rj i a n gm a o f a n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y d e c e mb e r2 0 0 7 2 i 一 一 一 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除 加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人 为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期：抄g 瘁7 曰年目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交 流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： p 摘要 本低廉、综合性能良好的低合金结构用钢，不仅具有良好的耐大气 良的力学、焊接等综合性能。目前，耐候钢向降低碳含量方向发展， 织强化等措施提高强度，既保证了焊接性，同时又获得高强度和高 ，本论文在保证耐候性和焊接性前提下，采取降低碳含量以提高耐 候钢韧性，采取增加锰、铬含量以及钒氮微合金化措施以提高耐候钢强度。分别研究了 上述成分设计在非控轧控冷条件下对耐候钢强度和韧性的影响。结合相应研究手段，本 文系统分析和探讨了各合金元素对耐候钢组织、力学性能以及耐腐蚀性能的影响规律和 作用机理。研究成果可为设计和开发新一代耐候钢提供理论依据。 力学实验表明，两组高氮一钒合金化耐候钢( 锰质量分数分别为0 5 0 和1 3 1 ) 取 得了良好的强韧化效果，屈服强度分别达到了5 5 5 m p a 和6 1 0 m p a ，并且具有较高的加 工硬化性能，抗拉强度达6 5 0 m p a 和7 0 5 m p a ；塑性和韧性均满足相同强度级别耐候钢 的使用要求。 热力学分析证明，本实验高氮一钒成分设计( 0 0 3 2 0 n 0 0 9 6 v 和0 0 3 5 8 n 一0 0 8 3 v ) 明显提高了钒的高温析出能力，钒开始析出温度达1 1 3 0 以上，8 5 0 钒析出率达9 0 以上；而如果采取常规氮质量分数( o 0 0 5 0 ) 设计，则析出温度降至1 0 0 0 以下，8 5 0 钒的析出率低于2 0 。动力学分析表明，8 5 0 终轧温度下v n 完全析出时间 1 1 0 s ； 透射电镜分析表明v n 颗粒尺寸分布在2 0 n m 3 0 0 n m ，达到了v n 析出强化临界颗粒尺 寸7 8 9 n m ；高温析出的v n 颗粒起到了很好的细晶强化和沉淀强化作用，两项加和对 屈服强度贡献率达7 0 以上。 极化曲线测试和腐蚀减重实验发现，钒氮合金化能够降低耐候钢的腐蚀速率；电化 学阻抗谱( e i s ) 测试和锈层分析实验表明：钒氮合金化耐候钢具有良好的抑制点蚀能力， 腐蚀反应在钢基体表面更加均匀进行，而且锈层具有较高的电荷传导电阻，绝缘性能增 强；钒氮合金化改变了铬的富集方式，铬富集区域由内锈层扩展至外锈层，这与其它实 验耐候钢有所不同；钒氮合金化耐候钢锈层中a f e o o h 含量较高，a f e o o h 与7 - f e o o h 比值较大，表明钒氮合金化有利于生成热力学稳定的锈层。 i - 一 理 一 机 一 用 一 作一 了 一- h 一 中 一 冈一卢千 一 嗅一， 一 耐 一 碳 一 氐 -t1忑 一 金 一 合 一 氮 、， 钒 、又ll，rx等圾 住一 锤 型 铬 博一 盂 进 锰 大一 北一 遨 查! ! 垄堂童主堂堡垒查塑墨 锰质量分数增至0 9 3 ，对耐候钢强化效果较弱，屈服强度和抗拉强度分别为 3 4 5 m p a 和4 8 5 m p a ，而锰质量分数由0 5 0 增至1 3 6 ，屈服强度由3 9 0 m p a 增至 4 3 5 m p a ，并且获得了高加工硬化性能，抗拉强度达到6 0 0 m p a ，塑性和韧性亦处于较高 水平，强韧化效果较好。动态热模拟实验发现锰质量分数增至1 3 6 ，舢瓠可降低 6 0 8 0 ，具有较好的细化铁素体晶粒作用，并且耐候钢的淬透性明显增强 验最大冷速1 5 c s 。1 下，贝氏体体积分数接近1 0 0 。极化曲线测试和腐蚀减 明，增加锰含量耐候钢腐蚀速率有小幅增加；e i s 测试和锈层截面形貌显示， 钢锰质量分数，点蚀特征增强，经热力学分析认为这与锰元素具有较高的腐蚀 关；e i s 测试发现增加锰含量对锈层绝缘性能没有明显影响，电子探针结果表明锰均匀 分布于内外锈层中，没有发生富集现象，锈层物相分析表明锈层中a f e o o h 略有增加， 而0 【f e o o h 与7 - f e o o h 比值降低，说明锰对稳定锈层的生成没有明显影响。 热模拟实验发现，耐候钢中铬质量分数由0 6 2 增至1 5 0 ，a r 3 温度没有明显变 化，淬透性有所提升，1 5 s 1 冷速下，贝氏体所占体积分数由1 2 8 增至2 3 。力学 实验表明，增加铬含量对耐候钢强化作用较弱，屈服强度仅为3 5 0 m p a ，虽然加工硬化 性能略有增强，但并未获得高抗拉强度，为4 6 0 m p a ；然而却获得了高塑性和高韧性； 极化曲线测试与腐蚀减重实验发现，铬质量分数由0 6 2 增至1 5 0 ，耐候钢腐蚀速率 降低。e i s 测试显示，其腐蚀反应初期具有较强的点蚀反应特征，然而点蚀反应被迅速 抑制，而且阻抗模图表明有绝缘性能较好的锈层生成；电子探针分析发现，增加耐候钢 铬质量分数对锈层结构没有明显影响，而锈层物相分析则表明，a f e o o h 含量显著增 加，a f e o o h 与y - f e o o h 比值明显升高，说明增加铬含量加速了锈层获得稳定结构的 进程。 关键词耐候钢，钒氮合金化，动态热模拟，电化学，锈层 _ i i - 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t e f f e c t sa n dm e c h a n i s mo fm n ，c ra n dv - n a l l o y i n gi nl o w c a r b o nw e a t h e r i n gs t e e l a bs t r a c t w e a t h e r i n gs t e e li so n et y p eo fl o wa l l o ys t r u c t u r a ls t e e l 、析t hg o o dc o m p r e h e n s i v e p e r f o r m a n c ea n dl o w e rc o s t ，w h i c hn o to n l yh a sg o o da t m o s p h e r i cc o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，b u t a l s oh a saw e l lm e c h a n i c a lp r o p e r t ya n dw e l d a b i l i t y u n t i l ln o w ，i no r d e rt oo b t a i nt h eh i g h e r c o m b i n a t i o no fs t r e n g t h - t o u g h n e s sa n dw e l d a b i l i t y ，d e v e l o p m e n to fw e a t h e r i n gs t e e li sf a c i n g t od e c r e a s ec a r b o nc o n t e n ta n di n c r e a s es t r e n g t h b yt h e m e t h o do fm i c r o a l l o y i n go r m i c r o s t r u c t u r es t r e n g t h e n i n g a c c o r d i n gt op r e s e n tr e s e a r c h , i nt h i sp a p e r ，o nt h e b a s i so fi n s u r i n ga t m o s p h e r i c r e s i s t a n c ea n dw e l d a b i l i t y ，c a r b o nc o n t e n to fw e a t h e r i n gs t e e lw a sd e c r e a s e dt oi n c r e a s e t o u g h n e s s ，a tt h es a m et i m e ，i n c r e a s i n gm na n dc rc o n t e n t ，v - nm i c r o a l l o y i n gw e r ea d o p t e d t oi n c r e a s es t r e n g t ho fw e a t h e r i n gs t e e lr e s p e c t i v e l y o nt h ec o n d i t i o nw i t h o u tt m c p ， i n f l u e n c eo fa b o v ed e s i g nv i e w p o i n t so ns t r e n g t ha n dt o u g h n e s so fw e a t h e r i n gs t e e lw e r e s t u d i e da sw e l la si n f l u e n c ea n dm e c h a n i s m so fa l l o ye l e m e n t so nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n d c o r r s o s i o nr e s i s t a n c eo fw e a t h e r i n gs t e e lw e r ea n a l y z e da n dd i s c u s s e dr e s p e c t i v e l y t h o s e r e s u l t sc o u l db ep r o v i d e dt od e s i g na n dd e v e l o pan e w g e n e r a t i o no fw e a t h e r i n gs t e e l m e c h a n i c a lt e s t ss h o w e dt h a t y i e l ds t r e n g t ho ft w ok i n d so fw e a t h e r i n gs t e e l s 、析t hv - n a l l o y i n gt r e a t m e n ta n db e a r i n g0 5 0 m na n d1 31 m nr e s p e c t i v e l ya c h i e v e d5 5 5 m p aa n d 610 m p a ，i na d d i t i o n ，t e n s i l es t r e n g t hr e a c h e d6 5 0 m p aa n d7 0 5 m p ad u et oar e l a t i v eh i 曲 s t r a i n - h a r d e n i n gp r o p e r t i e s f u r t h e r ，b o t hp l a s t i c i t ya n dt o u g h n e s ss a t i s f i e dt h er e q u i r e m e n to f t h eh i g hs t r e n g t hw e a t h e r i n gs t e e l t h e r m o d y n a m i c sa n a l y s i sp r o v e d t l l a ：t ，v - na l l o y i n gi n c r e a s e dt h e p r e c i p i t a t i o n p e r f o r m a n c eo fv a n a d i u ma th i g ht e m p e r a t u r er e m a r k a b l y f o rt h ew e a t h e r i n gs t e e l s 、析t h 0 0 3 2 0 n - 0 0 9 6 va n d0 0 3 5 8 n - 0 0 8 3 vi n i t i a l p r e c i p i t a t i o nt e m p e r a t u r eo fv a n a d i u m i n c r e a s e dt om o r et h a n113 0 a n dp r e c i p i t a t i o nr a t eo fv a n a d i u me x c e e d e d9 0 a t8 5 0 h o w e v e r ，f o ran o r m a lw e a t h e r i n gs t e e lb e a r i n g0 0 0 5 0 n ，i n i t i a lp r e c i p i t a t i o nt e m p e r a t u r e o fv a n a d i u mw a sl o w e rt h a n10 0 0 a n dp r e c i p i t a t i o nr a t eo fv a n a d i u mw a sl o w e rt h a n2 0 r e s p e c t i v e l ya t8 5 0 k i n e t i c sa n a l y s i ss h o w e dt h a t ，t o t a lp r e c i p i t a t i o nt i m eo fv nw a s i i i 东北大学博士学位论文a b s t r a c t l o w e rt h a nll0 sa t8 5 0 t e ma n a l y s i ss h o w e d ，f o rt h ev - n a l l o y i n gw e a t h e r i n gs t e e l s ，t h e g r a i ns i z eo fv np a r t i c l e sw a si nt h er a n g eo f2 0 n m 3 0 0 n m ，w h i c he x c e e d e dt h ec r i t i c a l p r e c i p i t a t i o n s i z eo f 7 8 9 n m p r e c i p i t a t i o ns t r e n g t h e n i n g a n d r e f i n i n gs t r e n g t h e n i n g c o n t r i b u t e dt om o r et h a n7 0 o fy i e l ds t r e n g t ho w i n gt o v np a r t i c l e sp r e c i p i t a t i n ga th i g h t e m p e r a t u r e p o l a r i z a t i o nc u r v et e s ta n dc o r r o s i o nm a s sl o s te x p e r i m e n ts h o w e d ，t h ec o r r o s i o nr a t eo f w e a t h e r i n gs t e e lw a sd e c r e a s e db e c a u s eo fv - na l l o y i n g e i st e s ta n dr u s tl a y e ra n a l y s i s r e s u l t ss h o w e d ，c o r r o s i o nr e a c t i o no c c u r r e do nt h es u r f a c eo fm a t r i xm o r es y m m e t r i c a l l y b e c a u s eo fp i a i n gb e i n gs u p p r e s s e db yv - na l l o y i n g ，f u r t h e r m o r e ，t h er u s tl a y e rh a da r e l a t i v eh i g hc h a r g ec o n d u c t i n gr e s i s t a n c e ，w h i c hc h a r a c t e r i z e dt h a tt h ei n s u l a t i n gp r o p e r t yo f r u s tl a y e ri n c r e a s e d c re n r i c h m e n tc h a r a c t e r i s t i cw a sc h a n g e db yv - na l l o y i n ga n dc r e n r i c h m e n tz o n ee x p a n d e df r o mi n n e rr u s tl a y e rt oo u t e rr u s tl a y e r , w h i c hw a sd i f f e r e n tf r o m o t h e re x p e r i m e n t a lw e a t h e r i n gs t e e l s v - na l l o y i n gc o u l da c c e l e r a t et of o r mt h e r m o d y n a m i c s t a b l er s u tl a y e rb e c a u s eo ft h er e l a t i v eh i g hc 【一f e o o hc o n t e n ta n dr a t i oo f0 【f e o o ha n d 7 - f e o o h w h e nm nm a s sf r a c t i o ni n c r e a s e dt o0 9 3 ，t h es t r e n g t h e n i n ge f f e c tw a sm u c hw e a k ， w h i c hy i e l ds t r e n g t ha n dt e n s i l e s t r e n g t hw a s3 4 5 m pa n d4 8 5 m p ar e s p e c t i v e l y , h o w e v e r w h e nm nm a s sf r a c t i o ni n c r e a s e dt o 1 3 6 ，t h ey i e l ds t r e n g t hi n c r e a s e df r o m3 9 0 m p at o 4 35 m p aa n dt e n s i l es t r e n g t hi n c r e a s e df r o m4 7 0 m p at o6 0 0 m p ad u et ot h er e l a t i v eh i g h s t r a i n - h a r d e n i n gp r o p e r t y , a sw e l la sc o m p a r a t i v e l yh i g hp l a s t i c i t ya n dd u c t i l i t yw e r ea c q u i r e d ， w h i c hs h o w e dt h a tt h es t r e n g t h e n i n g - t o u g h e n i n ge f f e c tw a ss t r o n g e r t h e r m a ls i m u l a t i o n r e s u l t ss h o w e dt h a t , i n c r e a s i n gm nm a s sf r a c t i o nt o1 3 6 ，a r 3t e m p e r a t u r ed e c r e a s e d6 0 c - 8 0 c ，a c c o r d i n g l y , f e r r i t eg r a i ns i z ew a sr e f i n e dr e m a r k a b l ya n dt h eh a r d e n a b i l i t ye n h a n c e d a tt h eh i g h e s tc o o l i n gr a t eo f15 。c s 1i nt h i ss t u d y , t h ev o l u m ef r a c t i o no fb a i n i t ea l m o s t l y i n c r e a s e dt o10 0 p o l a r i z a t i o nc u r v et e s ta n dc o r r o s i o nm a s sl o s te x p e r i m e n ts h o w e d ，t h e c o r r o s i o nr a t eh a das l i g h ti n c r e a s ew i t hm nc o n t e n ti n c r e a s i n g e i st e s ta n dt h em o r p h o l o g y o fr u s tl a y e rc r o s ss e c t i o ns h o w e d ，p i t t i n gc h a r a c t e r i s t i ci n c r e a s e dw i t hm nc o n t e n ti n c r e a s i n g ， b e c a u s em ne l e m e n th a sas t r o n gc o r r o s i o nt e n d e n c ep r o v e db yt h e r m o d y n a m i c sa n a l y s i s e i st e s ts h o w e d ，m nc o n t e n ti n c r e a s eh a dl i r l ei n f l u e n c eo ni n s u l a t i n gp r o p e r t yo fr u s tl a y e r e p m ar e s u l t ss h o w e d ，t h e r ew a sn oe n r i c h m e n to fm ne l e m e n ti nt h er u s tl a y e r , a n dm n j u s t d i s t r i b u t e di ni n n e ra n do u t e rr u s tl a y e rh o m o g e n e o u s l y p h a s ea n a l y s i so fr u s tl a y e rs h o w e d ， i n c r e a s i n gm nc o n t e n t , t h ea - f e o o hc o n t e n ti nr u s tl a y e ri n c r e a s e ds o m e w h a tb u tr a t i oo f i v v a - f e o o ha n dy - f e o o hd e c r e a s e d w h i c hc h a r a c t e r i z e dt h a tm nh a dl i t t l ee f f e c to nt h e f o r m a t i o no ft h e r m o d y n a m i cs t a b l er s u tl a y e r t h e r m a ls i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a t ，w h e nc rm a s sf r a c t i o ni n c r e a s e df r o m0 6 2 t o 1 5 0 ，a r 3t e m p e r a t u r eh a dl i t t l ec h a n g eb u tt h eh a r d e n a b i l i t ye n h a n c e ds o m e w h a t a tt h e c o o l i n gr a t eo f15 c s ，t h ev o l u m ef r a c t i o no fb a i n i t ei n c r e a s e dt o2 3 m e c h a n i c a lt e s t s s h o w e d ，c rm a s sf r a c t i o nh a das l i g h ti n f l u e n c eo ns t r e n g t h e n i n g ，t h o u g hs t r a i n - h a r d e n i n g p r o p e r t yi n c r e a s e ds o m e w h a t ，s oi t sy i e l ds t r e n g t ha n d t e n s i l es t r e n g t ho n l yw a s3 5 0 m p aa n d 4 6 0 m p ar e s p e c t i v e l y , h o w e v e r , i t sp l a s t i c i t ya n dd u c t i l i t yw a sh i 曲p o l a r i z a t i o nc u r v et e s t a n dc o r r o s i o nm a s sl o s te x p e r i m e n ts h o w e d t h ec o r r o s i o nr a t ed e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gc r m a s sf r a c t i o nf r o mo 6 2 t o1 5 0 e i st e s ts h o w e d p i t t i n gw a ss t r o n g e ra tt h ei n i t i a ls t a g e o fc o r r o s i o nr e a c t i o nb u ti tw a ss u p p r e s s e di m m e d i a t e l y , y e t ，t h eb o d ep l o t sf i g u r es h o w e d ， t h er u s tl a y e rw i t l lb e t t e ri n s u l a t i n gp r o p e r t yf o r m e d e p m ar e s u l t ss h o w e d ，i n c r e a s i n gc r c o n t e n th a dl i t t l ee f f e c to nt h es t r u c t u r eo fr e s tl a y e rb u tp h a s ea n a l y s i so fr u s tl a y e rr e v e a l e d t h a t ，a f e o o hc o m e ma n dt h er a t i oo fa - f e o o ha n dt - f e o o hi n c r e a s e dr e m a r k a b l y , w h i c h c h a r a c t e r i z e dt h a tt h ef o r m a t i o np r o g r e s so ft h e r m o d y n a m i cs t a b l er s u tl a y e rw a sa c c e l e r a t e d k e y w o r d sw e a t h e r i n gs t e e l ，v - na l l o y i n g ，d y n a m i ct h e r m a ls i m u l a t i o n , e l e c t r o c h e m i c a l ，r u s t l a y e r v j i 卜一 - 东北大学博士学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i f | j 录1 i r i 第一章绪论1 1 1 耐候钢发展概述。1 1 1 1 国外耐候钢发展概述1 1 1 2 国内耐候钢发展概述2 1 2 本课题研究背景及目的意义。4 1 3 本课题主要研究内容。5 第二章文献综述j 7 2 1 耐候钢耐大气腐蚀性能的研究现状分析7 2 1 1 钢的大气腐蚀反应机理7 2 1 2 环境因素对钢腐蚀的影响8 2 1 3 耐候钢锈层研究进展9 2 1 4 耐候钢中合金元素的作用1 2 2 2 耐候钢力学性能的研究现状分析1 4 2 2 1 钢的强韧化机制1 4 2 2 2 耐候钢强韧化实验研究。1 5 2 3 耐候钢微合金化的研究现状分析1 7 2 4 钒氮复合微合金化的研究现状分析17 2 5 文献评价18 第三章低碳耐候钢的成分设计与制备工艺2 0 3 1 耐候钢成分设计2 0 3 1 1 成分设计原则2 0 3 1 2 耐候钢成分确定2 1 v i 东北大学博士学位论文目录 3 2 耐候钢的制备2 2 3 2 1 真空感应炉冶炼2 2 3 2 2 锻造2 2 3 2 3 轧制2 3 第四章低碳耐候钢的热模拟实验研究2 4 4 1 研究方法2 4 4 1 1 实验设备2 4 4 1 2 实验步骤2 5 4 2 锰对耐候钢c c t 曲线影响分析2 6 4 3 铬对耐候钢c c t 曲线影响分析3 0 4 4 钒氮合金化对耐候钢c c t 曲线影响分析3 2 4 5 热模拟试样硬度变化规律分析3 4 4 5 1 热模拟试样硬度与抗拉强度的关系及变化规律3 4 4 5 2 热模拟试样抗拉强度变化规律的微观组织分析3 5 4 6 本章小结3 8 第五章低碳耐候钢的力学性能研究4 0 5 1 研究方法4 0 5 1 1 冲击实验方法4 0 5 1 2 拉伸实验方法4 0 5 1 3 轧态组织分析41 5 2 耐候钢的组织观察与分析4 1 5 2 1 轧态组织金相分析。4 1 5 2 2 轧态组织透射电镜分析4 3 5 2 3v n 析出行为的热力学与动力学分析4 5 5 3 耐候钢的强度和塑性研究5 4 5 3 1 工程应力应变曲线分析5 4 5 3 2 耐候钢强化机制分析。5 6 5 3 3 真应力真应变曲线分析5 8 5 3 4 拉伸断口分析。6 6 5 4 耐候钢的冲击韧性研究6 8 5 4 1 不同槽型条件下耐候钢室温冲击韧性比较6 8 v i i r 、 i ， 东北大学博士学位论文 目录 5 4 2 不同温度条件下耐候钢冲击韧性研究6 9 5 5 本章小结6 9 第六章低碳耐候钢的电化学行为研究7 1 6 1 研究方法7 1 6 1 1 试样制备7 1 6 1 2 电化学实验装置7 2 6 1 3 极化曲线测试方法7 3 6 1 4 电化学阻抗谱测试方法7 3 6 2 锰对耐候钢耐腐蚀性能影响的电化学研究7 5 6 2 1 高锰耐候钢极化曲线特征分析7 5 6 2 2 高锰耐候钢电化学阻抗谱分析7 7 6 3 铬对耐候钢耐腐蚀性能影响的电化学研究7 9 6 3 1 高铬耐候钢极化曲线特征分析7 9 6 3 2 高铬耐候钢电化学阻抗谱分析8 0 6 4 钒氮合金化对耐候钢耐腐蚀性能影响的电化学研究8 2 6 4 1 钒氮合金化耐候钢极化曲线特征分析8 2 6 4 2 钒氮合金化耐候钢电化学阻抗谱分析8 3 6 5 耐候钢中锰、铬、钒、氮的腐蚀反应机理的热力学分析8 6 6 6 本章小结8 7 第七章低碳耐候钢的锈层分析8 9 7 1 研究方法8 9 7 1 1 周期浸润腐蚀失重实验方法8 9 7 1 2 带锈层试样制备方法8 9 7 1 3 锈层的形貌分析方法9 0 7 1 4 锈层中元素浓度分布分析方法9 0 7 1 5 锈层物相分析方法9 0 7 2 耐候钢的腐蚀失重行为研究：9 0 7 3 耐候钢的锈层分析与研究9 2 7 3 1 锈层形貌观察9 2 7 3 2 锈层中元素浓度分布9 4 7 3 3 锈层物相分析9 7 v i i i 东北大学博士学位论文目录 7 4 本章小节1 0 3 第八章结论10 5 参考文献10 7 j l l 【谢115 作者简介11 6 攻读博士期间发表论文1 1 7 论文包含图、表、公式及文献118 、 一 r 争 f 矗 t t 东北大学博士学位论文 第一章绪论 第一章绪论弟一早三百t 匕 1 1 耐候钢发展概述 腐蚀，特别是大气中的腐蚀( 锈蚀) ，是钢铁材料的主要损耗形式之一。世界上每年 约有1 6 年产量的钢材因腐蚀而损耗。据一些工业发达国家统计，每年由于钢结构腐蚀 造成的经济损失约占国民经济生产总值的2 - - 4 。目前，全世界每年因钢结构腐蚀造 成的经济损失高达数千亿美元i l l 。而为防锈蚀所采取的诸如打磨、涂装等措施所需要的 费用更是占到工程投资总费用的相当比例。因此，防止或减缓钢铁材料在大气中的腐蚀 具有非常重要的意义。耐候钢( w e a t h e r i n gs t e e l ) ，是指通过添加少量合金元素( 如c u 、p 、 c r 、n i 等) ，使其在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金高强度钢，其耐大气腐蚀性能 为普通碳钢的2 8 倍，并且使用时间愈长，其耐大气腐蚀作用愈显著【2 卅。耐候钢除具 有良好的耐候性能外，还具有优良的力学、焊接等使用性能，是一种成本低廉、综合性 能良好的结构用钢。由于耐候钢相对于普通钢的抗大气腐蚀的有效性和相对于不锈钢的 经济性，耐候钢在世界各国得到了迅速发展。 2 0 世纪3 0 年代美国钢铁公司首先成功研制了c o r t e n 钢，并在6 0 年代不涂漆直接 用于建筑和桥梁，随后各国在c o r t e n 钢的基础上进行了仿制，并根据资源和使用要求 开发了品种繁多的耐候钢系列【5 】。世界各国对于耐候钢的研究大致可以分为三个阶段 【6 ，7 】：( 1 ) 2 0 世纪3 0 年代到6 0 年代，研究的重点为合金元素的选择及添加量对钢耐大气 腐蚀的影响；( 2 ) 6 0 年代到9 0 年代，各国学者对耐候钢的耐大气腐蚀机理、锈层形成热 力学和动力学及锈层结构进行了深入研究，并注意到不同使用环境下对耐候性的影响； ( 3 ) 进入2 1 世纪，许多国家提出了新一代钢铁材料研究计划