稀土铈镧提高碳素结构钢耐大气腐蚀性能的机理研究

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1、钢铁研究总院博士学位论文摘要稀土元素是我国的特有资源，研究表明稀土元素能够提高钢铁材料的耐大气腐蚀性能，到目前为止稀土提高钢铁耐蚀性的机理已有多种解释。国内学者在研究稀土提高耐候钢耐蚀性的机理时，均将研究重点集中在稀土与其他合金元素的交互作用、稀土对锈层的影响、稀土对钢铁的净化作用等方面，而稀土本身所具有的缓蚀性质对钢铁耐蚀性的影响规律为人们所忽视。本文拟探讨稀土铈／镧在腐蚀介质中的缓蚀作用，研究稀土对碳结钢在模拟海洋性及工业性大气腐蚀环境下的影响规律，提出稀土提高钢铁材料的耐蚀性机理。本文使用金相、SEM、夹杂物评级、相分析、冲击功测试等方法研究了稀土在碳结钢中的存在形式及其对碳结钢力

2、学性能的影响；使用周浸、电化学、锈层微观分析等方法研究了稀土对碳结钢在模拟海洋和工业性大气腐蚀环境下耐蚀性的影响；使用盐水滴腐蚀试验、腐蚀产物SEM及XPS分析、极化曲线测试分别研究了稀土Ce3+和La3+对碳结钢在NaCI溶液中的缓蚀作用机理；使用电化学交流阻抗技术、锈层SEM及X衍射分析等方法研究了稀土钢、碳结钢在0．3mol／L氯化钠溶液中的腐蚀行为；使用大气暴晒试验考察了稀土对碳结钢耐蚀性的影响规律。试验结果表明：1)随着碳结钢中稀土含量的增加，钢中固溶稀土与稀土／铁金属间化合物总量在增加，钢的耐蚀性得到大幅提高，室内加速腐蚀试验表明碳结钢中添加0．12％含量的稀土后其耐蚀性可以

3、超过传统的CortenB型耐候钢；2)随着稀土含量的增加，锈层中对锈层具有保护作用的仅．FeOOH的含量增加；3)氯化钠中性腐蚀介质中的稀土离子是阴极沉淀型缓蚀剂，亚硫酸氢钠酸性腐蚀介质中的稀土离子是混合型缓蚀剂；腐蚀介质中的稀土离子能够大幅减轻钢铁材料的腐蚀；4)在0．3mol／LNaCl溶液中的浸泡腐蚀过程中，EIS各电化学参数随时间的演变规律表明稀土钢的耐蚀性要好于碳结钢，稀土可以提高碳结钢在NaCI溶液中的耐蚀性；5)大气暴晒试验结果表明无论是在海洋性大气腐蚀环境下(青岛)还是工业性大气腐蚀环境下(江津)，碳结钢中添加稀土均能够大幅度提高其耐蚀性。结合稀土元素具有的缓蚀特性以及热

4、力学分析，提出了稀土元素提高钢铁材料的耐蚀性机理：稀土加入钢中后，首先和氧、硫结合，剩余的稀土将以固溶稀钢铁研究总院博士学位论文土、稀土／铁金属间化合物等形式存在于钢中，而固溶稀土、稀土／铁金属间化合物、稀土硫化物的化学性质不稳定极易在腐蚀介质分解并释放出稀土离子，腐蚀介质中的稀土离子具有缓蚀特性，将会在p／-／值相对高的区域以氢氧化物或氧化物的形式沉淀于钢铁表面并使02、H+和电子在钢铁表面和溶液之间的转移和传递受到了阻碍，从而大幅度减缓腐蚀的进行。关键词：耐候钢，大气腐蚀，稀土，缓蚀剂，电化学钢铁研究总院博士学位论文AbstractRareearth(RE)elementispecu

5、liarresourceofChina．REelementcanimprovetheatmosphericcorrosionresistanceofsteel．TherearemanytheoriesofREelementimprovingthecorrosionresistanceofsteel．ThesetheoriesfocusonthemumalactionbetweenREelementandotheralloyelement，theeffectofREelementontherustlayerandthepurgefunctionofREelementtosteel，butt

6、heeffectofinhibitingcorrosionofREelementonthesteelcorrosionresistanceisignored．ThispaperinvestigatedtheeffectofinhibitingcorrosionofREelementinthecorrosionsolutionandtheeffectsofREelementonthecorrosionresistanceofcarbonsteelundersimulatingmarineandindustrialatmosphericenvironment，thetheoryofinhib

7、itingcorrosionofREelementinthesteelwasdiscussed．TheexistentformationofREelementinthesteelandtheeffectonmechanicalpropertywerestudiedbymetallographicanalysis，SEM，inclusionranking，phaseanalysis，andballisticworktest．Theef