稀土对汽车板用钢在沿海大气环境下耐腐蚀性能的影响.pdf

第45卷第4期2023年8 月试验研究稀土对汽车板用钢在沿海大气环境下耐腐蚀性能的影响（山东钢铁集团日照有限公司，山东日照2 7 6 8 2 6）摘要：通过室内周期浸润模拟内陆沿海大气腐蚀试验，分析了稀土对汽车板用钢耐沿海大气腐蚀性能的影响；通过扫描电镜SEM和X射线衍射XRD观察并分析了锈层形貌和腐蚀产物的成分，采用极化曲线法和失重法分析了电化学行为和腐蚀动力学规律。试验结果表明：含稀土的汽车板用钢与不含稀土的汽车板用钢相比，锈层更加致密与连续，含稀土的汽车板用钢自腐蚀电位高于不含稀土的汽车板用钢，自腐蚀电流密度低于不含稀土的汽车板用钢，稀土能够提高汽车板用钢的耐沿海大气腐蚀性能。关键词：稀土；汽车板用钢；沿海大气腐蚀；极化曲线中图分类号：TG172.3山东冶金Shandong Metallurgy孙帅,王锦波文献标识码：AVol.45 No.4August 2023文章编号：10 0 4-46 2 0(2 0 2 3)0 4-0 0 2 8-0 3在汽车随时间自然老化过程中，腐蚀损坏尤为普遍，由于汽车制造所用的材料主要是金属，发生电化学腐蚀是必然的。汽车的腐蚀，与所在的环境因素有直接的关系，如近海附近的大气环境，由于水汽中存在较高浓度氯离子,其对汽车板的腐蚀有直接影响。稀土在低碳钢中耐蚀机理的研究表明,稀土通过夹杂物改性，减小微区域腐蚀，促进提高碳钢表面稳定的保护性腐蚀产物-FeOOH的形成，锈层变得更加致密，提高了碳钢的耐大气腐蚀性。本试验研究汽车钢加人稀土后其对汽车板钢耐腐蚀性能变化，为开发新型汽车板用钢的防腐工作提供理论依据。1试验材料及方法试验材料为国内某钢厂生产的热轧7 0 0 MPa低合金高强度汽车板用钢，试验中的1钢为含稀土钢，2#钢为非稀土钢。利用周期性浸润腐蚀试验箱模拟了试验钢在内陆沿海工业大气腐蚀行为及规律，试验使用的溶液为质量分数0.5%Nacl溶液，水浴的加热温度设为45，干燥加热温度设为7 5；试样在溶液中浸泡12min,在干燥箱中烘烤48 min,每6 0 min为一周期,试验总时间为48 0 h。试验所用的失重样尺寸是30 mm20mm3mm,丙酮除去油，水磨砂纸打磨至12 0 0 号,用离子水冲洗，无水乙醇擦洗，冷风吹干，最后放置于干燥器中静置2 4h后称重。电化学试样的尺寸为10mm10mm,导线焊接后封样，砂纸打磨至12 0 0号，抛光剂抛光，采用美国产的普林斯顿VersaSTAT3F电化学工作站测试试样的极化曲线，收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 3作者简介：孙帅，男，1990 年生，现为山东钢铁集团日照有限公司工程师，从事金属热处理、冷轧带钢质量管理。28测试系统为三电极体系，电位的扫描范围为-0.2 50.5V,扫描速度为0.5mV/s。2结果与讨论2.1去除腐蚀产物后表面微观形貌两种成分对比试验钢试样周浸2 40 h和48 0h后，去除腐蚀产物后的表面微观形貌如图1所示。从图中可以看出，两种试样都是均匀腐蚀；2试样表面的腐蚀均匀性最差，部分区域的腐蚀坑大而深；1#试样表面的腐蚀坑变得相对均匀、平整、坑小。研究指出2 ,稀土能有效改善钢铁材料中氧、硫夹杂物的形态，钢中加人适量稀土时，在其中形成均匀分布的团球状稀土硫氧化物或稀土硫化物，取消了原先沿钢铁轧制方向分布的长条MnS等夹杂。通常钢中的电化学腐蚀会发生在夹杂物的周围3,加人钢中的稀土对夹杂物起到了变性和弥散的作用,均匀分布的夹杂物作为阳极活性溶解点促进了稀土钢表面整体发生均匀腐蚀，因此，稀土的添加促进了钢发生更均匀的表面腐蚀。2.2断面锈层形貌两种试样周浸后的断面锈层形貌如图2 所示。从图2 中可以看出，两种试样外层都形成了连续的锈层，并且有分层。非稀土钢的腐蚀产物疏松且有较多的大的纵向裂纹；稀土钢的腐蚀产物相对来说比较致密。非稀土钢锈层较疏松，且有许多贯穿性微裂纹，这些裂纹在腐蚀过程中由于毛细管效应大量吸收腐蚀液直至钢基体，使锈层长时间处于“湿润”状态,加剧钢基体腐蚀，因而削弱了锈层的保护能力4。两种钢的微观断面形貌表明了稀土可以提高腐蚀产物的致密性及与钢基体的附着性,致密连续的锈层可以更好地阻碍腐蚀性离子的进人，增加保护钢基体的能力。孙帅，等稀土对汽车板用钢在沿海大气环境下耐腐蚀性能的影响2023年第4期a No.1试样,2 40 hb No.2试样,2 40 hc NO.1试样,48 0 h图1除锈后的微观形貌d NO.2试样,48 0 haNO.1试样对周浸后试样的断面锈层进行厚度测量，1#钢的锈层厚度为7 0 0 m，2 钢的厚度分别为7 2 1m。由去除腐蚀产物后表面微观形貌和腐蚀产物的微观结构可知，稀土提高了锈层的致密性和连续性，减少了锈层的微裂纹和孔洞,抑制了腐蚀性离子的扩散，因此减弱了基体表面的电化学反应，使锈层厚度降低,更好地保护了钢基体5。2.3腐蚀动力学分析用失重法测量两种试样的耐腐蚀性能，如图3所示。在腐蚀刚开始阶段，腐蚀速率逐渐增大,在360h腐蚀速率降低，这是因为前期形成的锈层抵御腐蚀的加重6 ,而到了48 0 h两种钢的腐蚀速率又上升，,这是因为在高温、湿热，以及CI离子的作用下锈层的作用发生了反转，促进了钢的腐蚀速率的提高7 。在2 40 h时,添加了稀土的1钢与未添加稀土的2 钢的腐蚀速率相比下降了6%,48 0 h相比下降了8%。(-4u.8)/率率3.22.41.60.80图3试验钢的腐蚀速率随时间的变化2.4腐蚀产物物相分析图4是两种试验钢周浸后生成锈层的XRD图谱。从图4中可以看出,两种试验钢生成的腐蚀产物种类基本相同，全部是由-FeOOH、-Fe O O H、Fe:04、-Fe 2 O,和少量-FeOOH构成。对锈层中各bNO.1试样图2 稀土和非稀土钢周浸48 0 h后锈层的微观形貌100200300400500时间/hcNO.2试样物相进行半定量分析，结果如表1所示。研究指出8 ,锈层的保护性可以用参数/*表征，数值越大,锈层的保护性能越强，是指-FeOOH的含量，*是除-FeOOH以外的其余各相的总含量。-FeOOH是绝缘性很好的羟基铁氧化物,化学性质稳定，对钢基体具有很好的保护作用，其含量的增加有利于提高锈层的保护作用 。从表1中可以看出，1#钢锈层的参数值为0.18 0,2 钢锈层的参数值为0.17 5。表明稀土的加人增加了锈层中-FeOOH的含量,提高了耐腐蚀性能。80UFe:0.f-Fe.0,60+-FeOOHo-FeOOH40t-FeOOH200020 4060衍射角度2 0/(）a NO.1试样1008060402000204060衍射角度2 0/(。）b NO.2试样图4腐蚀产物的XRD物相分析表1腐蚀产物中不同物相的相对含量（质量分数）试样（-Fe00H-Fe0OH-Fe0OH Fe:04、-Fe 2 0,NO.119.2NO.218.8d NO.2试样80100UFe:0.f-Fe:0L-FeOOHo-FeOOHT-FcOOH80100/*4.517.63.917.8%65.50.18066.60.175292023年8 月2.5动电位极化曲线分析图5是两种试验钢周浸腐蚀不同周期后测试的动电位极化曲线。对比极化曲线的自腐蚀电位和相同电位下不同曲线的极化电流密度就能够了解两种材料的耐蚀性10 。0.4=72h-144hA-240 h360h0480h-0.4-0.8-7-65-5-4-3-2-1电流密度/(Acm-)aNO.1试样0.4144h-72 h240h360h0480h-0.4-0.8-7-65-4-3-22-1电流密度(Acm)bNO.2试样图5试验钢的动电位极化曲线由图5可知，稀土提高了基体钢的自腐蚀电位，且时间越长，自腐蚀电位相应地越高，自腐蚀电位越正表明锈层的保护作用越强 。阳极电流越小表明材料具有越好的耐腐蚀性能，从图5可以看到稀土钢的阳极极化曲线与非稀土钢相比更靠近左边，即稀土钢的阳极电流比非稀土钢要小，可以得知稀土钢表现出更好的保护钢基体能力。对极化曲线采用Tafel自腐蚀电流密度拟合得到了这两种试验钢的腐蚀电流密度，如图6 所示。1.81.4(2.o.V)1.00.60.20100200300400500时间/h图6 试验钢的电流密度Tafel拟合结果从图6 中可以看出在相同的周期，1稀土钢的腐蚀电流密度均相对于2 非稀土钢的自腐蚀电流密度小；2 40 h和48 0 h时，添加稀土的1钢比未加入稀土的2 钢的自腐蚀电流密度分别降低了12%或13%。因为稀土的添加促进了锈层变得致密性与连续,抑制了腐蚀性离子向基体的扩散，因此削山东冶金弱了钢基体的表面的电化学反应。从动力学的角度说明了稀土可以降低钢的腐蚀速率,增加了保护钢基体的能力。3结语(1)稀土的添加促进了汽车板用钢发生均匀、全面的腐蚀，促进钢板形成致密、连续、附着性好的锈层，有效抑制了溶液中的CI-离子与钢基体的接触,增强其对钢基体的保护性能。（2）含稀土的汽车板用钢的腐蚀速率明显低于不含稀土的汽车板用钢，其自腐蚀电位提高，腐蚀电流密度降低。(3)本试验条件下，稀土的添加促进了汽车板用钢腐蚀产物中稳定锈蚀相-FeOOH的生成与含量的增加，锈层对钢基体的保护性增强，是汽车板用钢耐蚀性能提高的主要原因。参考文献：1岳丽杰，韩金生，王龙妹.稀土耐候钢中的夹杂物及耐点蚀性能研究J.稀土,2 0 13,34(3)：13-19.2李春艳，王向东，江社明，等.稀土对低碳钢耐大气腐蚀性能影响的研究J稀土，2 0 0 5,2 6(6)：2 3-2 8.3林勤，李军，张路明.高强度耐大气腐蚀钢中稀土提高耐蚀机理研究J.稀土,2 0 0 8,2 9(1)：6 3-6 6.4王春荣.稀土对钢铁材料组织与性能的影响J.热加工工艺，2014,43(18):13-16.5T.Misawa,K.Hashimoto,S.Shimodaira.The mechanism offormation of iron oxide and oxyhydroxides in aqueous solutions atroom temperatureJ.Corrosion Science.1974,14(12):131-149.6Zhifen Wang,Jianrong Liu,Lixin Wu,et al.Study of the corrosionbehavior of weathering steels in atmospheric environments J.Corrosion Science.2013,53(2):1-10.7王成章，张作武，汪学华，等.热带海洋大气环境中钢腐蚀异常原因分析。装备环境工程，2 0 0 5(2)：6 8-7 5.8A.Raman,S.Nasrazadani,L.Sharma.Morphology of rust phases2#formed on weathering steels in various laboratory corrosion testsJ.Metallography,1989,22(1):79-96.9冯立超，贺毅强，乔斌，等.金属及合金在海洋环境中的腐蚀与防护J.热加工工艺，2 0 13,42(2 4)：13-17.1#10Asami K,Kikuchi M.In-depth distribution of rust on a plaincarbon steel and weathering steels exposed to coastal-industrialatmosphere for 17 years J.Corrosion Science,2003,45(11):2.6712 688.11岳丽杰，王龙妹，朴秀玉，等.10 PCuRE耐候钢耐蚀锈层的电化学特征J.稀土，2 0 0 5,2 6(5)：59-6 3.12 Leidheiser H,Music S.The Atmospheric C orrosion of Iron asStudied by Mo ssbauer Spectroscopy J.Corrosion Science,1982,22(12):1 089.第45卷(下转第34页）302023年8 月4.375钢热轧盘条的冷却速率设定为：吐丝后先以10 12/s的冷却速率冷却至56 0 58 5，然后进行缓慢冷却，得到较高含量的索氏体，研制出的盘条力学性能和显微组织满足用户要求。参考文献：1左锦中，陈海燕，张剑锋，等.一种精细钢帘线拉拔加工性能优的高碳钢线材及制造方法：中国，CN105624564AP.2016-06-01.2邱冬，邹锦忠，张亚君，等.深拉钢丝用7 0 钢盘条的研制与开发J.江西冶金,2 0 2 3,43(1)：51-55.3熊雄，董富军.高镜面P80模具钢相变行为及硬度研究J.江西冶金,2 0 19,39(1):2 1-2 5.4郝芳，王福明，金桂香，等.吐丝温度对8 2 B高碳钢动态CCT曲Experimental Analysis ofThermal Simulation of 75 Steel Hot Rolled Wire RodHUANG Xiaoshan,YAN Bo,LI Shengyan,ZHANG Chunbin,QIU DongAbstract:Gleeble 3800 was used to perform thermal simulation tests on 75 Steel.The phase transition point temperatures of Aa,Ae3and M.were 731、7 8 6 C a n d 2 38 C r e s p e c t i v e l y.W h e n t h e c o o l i n g r a t e i s h i g h e r t h a n 15 C/s,t h e f e r r i t e t r a n s i t i o n w i l l s t o p.When the cooling rate is greater than 20 C/s,begin to occur martensitic transformation temperature is 238 C.When the cooling rateis less than 10C/s,the microstructureispearlite plus a small amountofferrite.When the cooling rate is higherthan 15C/s,allaustenite forms pearlite.When the cooling rate exceeds 20 C/s,the martensite content is increasing,and the hardness is alsoincreasing.The controlled cooling process for 75 steel hot rolled wire rod is to first cool the wire at a cooling rate of 10-12 C/s to560-585,a n d t h e n s l o w c o o l i n g.T h e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e m a s s p r o d u c t i o n o f 7 5 St e e l w i r e r o d i s 1 0 38-1 12 6 M Pa,t h e s e c t i o nshrinkage rate is 42%-53%,the structure is sortenite+pearlite+a small amount of ferrite,no formation of central martensite ornetwork cementation,sortenite is grade 1-1.5,the comprehensive performance of the wire rod is good.Key words:75 Steel;thermal simulation test;CCT curve;phase transformation(上接第2 7 页）Optimization Practice of Slagging Process of Converter with Ferrous Materials(1 Metallurgical Technology Institute,Central Iron and Steel Research Institute,Beijing 100081,China;Abstract:This paper mainly introduces the improvement of slag-making process of converter by using ferrous materials recovered bymagnetic separation of converter slag,ferrous ball prepared by dedusting ash and sinter underscreen material,these ferrous materialsmainly composed of FetO are added to 3-4 kg/ton of steel in converter when the blowing starts for 1.5 min,and the lime is added atthe same time.At 6.5-8.5 min,about 3.5 kg/ton of steel is added.The slag melting effect and dephosphorization rate are improved,and lime consumption is reduced.This paper has certain reference significance for dephosphorization process and treatment of therecovered ferrous materials in iron and steel enterprises.Key words:converter;dephosphorization;slagging process;ferrous materials（上接第30 页）Effect of Rare Earths on Coastal Atmospheric Corrosion BehaviorAbstract:The effect of rare earth on the corrosion resistance of the steel for automobile sheet steel was studied by using the simulationof the Inlandcoastal atmospheric corrosion test.Through the observation and analysis of XRD and SEM,the morphology and corrosionproducts were observed and analyzed.The electrochemical behavior and corrosion kinetics were analyzed by using polarization curvemethod and gravimetric method.The experimental results show that the corrosion potential of steel used for automobile panelscontaining rare earth is more compact and continuous,and the corrosion potential is higher than that of non-containing rare earth.Under the experimental conditions,the rare earth can improve the corrosion resistance of the steel used in the automobile industry.Key words:rare earths;automobile steel sheet;coastal atmospheric corrosion;polarization curve34山东冶金线的影响J.金属热处理，2 0 11,36(12)：4-8.5付军，郝芳，王福明，等.变形温度对高碳钢8 2 B动态CCT曲线的影响J.金属热处理，2 0 11,36(10)：55-58.6江畅，王子波，王杨，等.冷作硬化非调质钢的连续冷却相变规律J.钢铁,2 0 2 2,57(3):91-96.7孙本荣，朱荣林，赵佩祥，等热变形对动态CCT曲线的影响J.钢铁,19 8 7(5):16-2 2.8齐福利.优质硬线轧后控冷过程中组织演变规律及力学性能研究D.贵阳：贵州大学,2 0 0 9.9张亚君，杨红来，邹锦忠，等.一种中高碳钢盘条及消除中高碳钢盘条芯部网状铁素体的方法：中国，CN114369708AP.2022-04-19.10 刘金源，李祥龙.6 5Mn弹簧钢盘条相变组织分析J.物理测试,2 0 19,37(1):18-2 3.(Xinyu Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Xinyu 338001,China)HU Yanbin,HU Xinfu,HUANG Fang,HOU Zhongxiao,HE Sai2 Ningxia Iron and Steel(Group)Co.,Ltd.,Zhongwei 755000,China)(Shandong Steel Group Rizhao Co.,Ltd.,Rizhao 276826,China)第45卷of Automobile Steel SheetSUN Shuai,WANG Jinbo