【摘要】：近年來,對于中大跨徑的公路橋梁,我國西北地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)受到了廣泛關(guān)注,既符合資源節(jié)約型的發(fā)展理念,又是西部經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求。然而,甘肅西北地區(qū)干燥少雨、風(fēng)力強(qiáng)勁、強(qiáng)光輻射的大氣環(huán)境使鋼鐵材料的腐蝕問題同樣不容忽視。面對風(fēng)沙帶來的鹽分、冬季融雪劑殘留的鹽分以及工業(yè)大氣的污染,橋梁鋼結(jié)構(gòu)的老化問題嚴(yán)重影響了鋼橋的服役壽命�；诖�,本文以普通橋梁鋼Q345q為基礎(chǔ),采用除冰鹽、NaHSO_3、除冰鹽+NaHSO_3分別模擬三種典型西北大氣環(huán)境,通過干濕交替加速腐蝕試驗(yàn)方法,系統(tǒng)地研究了表面有無氧化皮Q345q鋼在三種不同環(huán)境下的腐蝕行為,探討了裸鋼樣和帶氧化皮試樣的腐蝕機(jī)理,同時(shí)開展了大氣暴露一年的腐蝕試驗(yàn),驗(yàn)證了加速試驗(yàn)的加速性與相關(guān)性,并建立了大氣腐蝕時(shí)間模型,取得的主要成果與結(jié)論如下:1.通過失重法分析了裸鋼樣在三種介質(zhì)中的腐蝕動(dòng)力學(xué)規(guī)律,隨時(shí)間的延長腐蝕速率減小,其大小順序?yàn)?NaHSO_3除冰鹽+NaHSO_3除冰鹽,腐蝕數(shù)據(jù)用△W=At~n擬合后,在144h以下的n值均大于1,說明銹層沒有保護(hù)性,144h-480h之間,n值均小于1,說明銹層出現(xiàn)一定的保護(hù)性。采用XRD、SEM、電化學(xué)等方法對銹層物相、腐蝕形貌、帶銹樣的極化曲線對比分析,除冰鹽溶液中由于Cl~-在孔隙處產(chǎn)生閉塞電池的自催化效應(yīng),生成β-FeOOH、FeOCl等不穩(wěn)定的腐蝕產(chǎn)物,致使自腐蝕電流密度增大,自腐蝕電位較小,銹層沒有保護(hù)性;在NaHSO_3介質(zhì)中發(fā)生“生酸循環(huán)機(jī)制”,抑制了β-FeOOH的形成,自腐蝕電流密度逐漸減小,結(jié)合銹層形貌,銹層保護(hù)性較強(qiáng);在除冰鹽+NaHSO_3介質(zhì)中,發(fā)生了耦合效應(yīng),腐蝕行為并不是兩種介質(zhì)的簡單加和,Cl~-的部分閉塞微電池作用減弱,其保護(hù)性介于兩者之間。2.通過增重法分析了帶熱軋氧化皮試樣在三種介質(zhì)中的腐蝕動(dòng)力學(xué)規(guī)律,腐蝕速率大小順序?yàn)?NaHSO_3除冰鹽+NaHSO_3除冰鹽,數(shù)據(jù)擬合后得到192h以下,除冰鹽和混合介質(zhì)中n值小于1,腐蝕速率幾乎不變,說明氧化皮對基體有一定的保護(hù)性,在192h后,n值大于1,腐蝕速率加快,氧化皮逐漸被破壞;NaHSO_3溶液中48h已發(fā)生腐蝕,隨后腐蝕速率增大。結(jié)合氧化皮及銹層的物相、腐蝕形貌、帶銹樣的極化曲線分析,除冰鹽溶液中主要發(fā)生以“點(diǎn)蝕”為主的局部腐蝕,在氧化皮的缺陷處產(chǎn)生“大陰極小陽極”腐蝕微電池,Cl~-的自催化效應(yīng)致使銹層疏松多孔,截面有局部裂紋,銹層的自腐蝕電流密度增大;NaHSO_3溶液中發(fā)生“生酸循環(huán)機(jī)制”為主的全面腐蝕,銹層的自腐蝕電流密度先增大后減小,銹層具有一定的保護(hù)性;除冰鹽+NaHSO_3溶液中發(fā)生“點(diǎn)蝕”+全面腐蝕,腐蝕微電池降低了Cl~-與HSO_3~-的協(xié)同作用。3.通過增重法分析了裸鋼樣和帶氧化皮試樣大氣暴露一年的腐蝕動(dòng)力學(xué)規(guī)律,并結(jié)合裸鋼樣和帶氧化皮試樣在實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)大氣環(huán)境(NaHSO_3介質(zhì))的動(dòng)力學(xué)規(guī)律,得到室內(nèi)加速腐蝕與大氣暴露腐蝕的時(shí)間對應(yīng)點(diǎn),即裸鋼樣加速腐蝕72h和144h分別與大氣暴露5個(gè)月和1年對應(yīng),帶氧化皮試樣加速腐蝕144h和288h分別與大氣暴露7個(gè)月和1年對應(yīng)。在大氣暴露腐蝕條件下,根據(jù)表面形貌和截面形貌的致密度、動(dòng)力學(xué)曲線擬合的n值變化、自腐蝕電位的大小分析,裸鋼樣大氣暴露1年的銹層更具保護(hù)性,而帶氧化皮樣在短期內(nèi)具有延緩腐蝕的作用,但隨著氧化皮的腐蝕溶解,氧化皮和鋼基體之間形成大陰極小陽極的腐蝕微電池,從而加速了腐蝕。在0.01mol/LNaHSO_3介質(zhì)中干濕循環(huán)加速腐蝕和在蘭州市自然大氣腐蝕試驗(yàn)之間具有一定相關(guān)性,但也有差異性存在,具體表現(xiàn)在裸鋼在大氣環(huán)境下形成的銹層較加速腐蝕致密;帶氧化皮樣在大氣環(huán)境下以點(diǎn)蝕、局部腐蝕為主,而加速腐蝕時(shí)為全面腐蝕加點(diǎn)蝕,這主要因?yàn)樵诖髿猸h(huán)境中存在大量的塵埃及腐蝕性顆粒落在試樣表面易造成點(diǎn)腐蝕。
【圖文】：

鋼的進(jìn)一步發(fā)展，因此 15MnVNq 鋼并未得到推廣使韌性和焊接性能，蕪湖長江大橋采用了中鐵大橋局和，通過添加 Nb 元素和降低含碳量的方法，產(chǎn)生細(xì)晶高的屈服強(qiáng)度（Rel≥370MPa），又具有優(yōu)異的低溫沖保證了良好的焊接性能，板厚效應(yīng)問題也得到了解洲長江大橋，并于 2000 年納入了國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T京滬高速鐵路的南京大勝關(guān)長江大橋具有大跨(3300km/h)三大特點(diǎn)，由于受力要求極高，14MnNbq 鋼，為此中鐵局和武鋼聯(lián)合研發(fā)了 WNQ570(Q420)鋼，，性的同時(shí)不區(qū)分板厚效應(yīng)，最大板厚可以達(dá)到 68m能。梁鋼的發(fā)展史如圖 1.1 所示，其發(fā)展軌跡為[24]：碳—低碳貝氏體鋼，并逐步向高性能鋼的方向發(fā)展，鋼展到 420MPa，低溫韌性和焊接性能也大大提高，橋梁逐漸提高，列車線路由 2 線發(fā)展到 6 線，在各項(xiàng)關(guān)鍵而提高橋梁鋼的耐蝕性還面臨一定的挑戰(zhàn)。

腐蝕行為研究現(xiàn)狀的概念與分類在大氣環(huán)境下的化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)引起的金屬材[34]，如鋼鐵材料表面生銹。參與大氣腐蝕的主要碳及工業(yè)大氣（SO2）等，而且還與地理、氣候類多種多樣，按地理?xiàng)l件和大氣成分的不同，可蝕、農(nóng)村大氣腐蝕；按氣候條件的差異，分為熱溫帶大氣腐蝕。在各種不同類型的環(huán)境中，鋼鐵腐蝕條件看，大氣的主要成分是水和氧，而決定素是水汽。因此，Tomashov[35]于 1964 年建立了型，將大氣腐蝕分為干大氣腐蝕、潮大氣腐蝕、于大氣腐蝕的本質(zhì)是薄膜液下的電化學(xué)反應(yīng)，因度有關(guān)系，并將腐蝕類別分成了四個(gè)區(qū)域如圖 1
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U444

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本文編號：2637318