浙江宏盛特钢有限公司选择四种不同脱氧程度的锰钢,在pH10的3%(质量分数)氯化钠溶液中进行动电位极化实验,比较钢的点蚀诱发敏感性，在3%(质量分数)海盐水中进行室内间浸挂片实验，评价钢的点蚀扩展速度;利用扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)分析了钢中夹杂物组成和腐蚀形貌.结果表明,随着脱氧程度的加强,钢中的硫化物夹杂由短棒状变为长条状.脱氧程度越差,钢基体热力学稳定性越强,钢的点蚀诱发敏感性也越弱.室内间浸挂片实验结果表明,脱氧程度较强的锰钢表现出更强的点蚀扩展能力。

  锰钢是船舶与海洋工程中广泛使用的金属材料.在海洋环境中,腐蚀是该类钢主要的破坏形式,其中点蚀是危害最为严重的局部腐蚀。早期,人们通过合金化的办法来提高钢材的耐蚀性,但合金元素的添加不仅导致钢材成本的提高,而且某些耐蚀合金元素的加入会降低钢的韧性和焊接性能。因此,通过冶金因素的控制,采用非合金化的办法提高锰钢的耐点蚀性能尤为重要.例如,宏盛特钢研究表明,镇静钢的点蚀诱发敏感性明显强于沸腾钢.但是,脱氧对钢的点蚀诱发和扩展行为的影响机理尚不清楚.此外,普通结构钢的生产均已从模铸改为连铸,而连铸不能生产沸腾钢.因此,需要进一步研究不同脱氧程度对钢材耐点蚀性能的影响.值得注意的是,在目前的冶金条件下,钢中氧含量已降到较低的水平,这固然可以提高钢的力学性能，但也可能对钢的耐蚀性能产生不利的影响.为此,本文选择了四种不同脱氧程度的锰钢,通过冶金分析、电化学实验和室内挂片实验,研究了不同脱氧程度对锰钢点蚀诱发和扩展行为的影响。

  四种实验用钢均在20kg的真空感应炉中冶炼,其化学成分如表1所示.在冶炼过程中,四种钢均采用铝脱氧,钢中氧含量通过添加不同质量的三氧化二铁来控制.从钢中全氧含量分析结果来看,A钢和B钢的脱氧程度较高,其全氧含量分别为44×10-6和51×10-6(质量分数);C钢和D钢在冶炼中入一定量的三氧化二铁后,全氧含量分别达到133×10-6和151×10-6(质量分数)。所有实验的试样均取自轧制钢板,选取与轧制方向垂直的截面为试样的实验面.试样各表面先用600#砂纸打磨,再放入浓硝酸中钝化1h,焊上铜导线后,用环氧树脂镶封,留出1cm2的工作面.工作面用水磨砂纸逐级打磨至1500#,经W5的金刚石研磨膏抛光后,用丙酮去脂并快速吹干。实验装置采用CHI660C电化学工作站.电解池为普通三电极体系,参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极为铂电极.实验溶液均为3%(质量分数)的NaCl,其pH通过NaOH溶液调节为10,溶液的温度通过水浴控制在30±1℃.实验前先用高纯氮气(纯度为99.999%)除氧60min,再在-1000mV下阴极极化15min以去除表面的氧化膜,整个实验过程中对溶液持续通气.电位从-1000mV由负向正以1mV·s-1的速率进行扫描,取极化电流密度为100uA·cm-2对应的极化电位为点蚀电位.实验完成后,用蒸馏水清洗试样表面,吹干后观察试样的腐蚀形貌.1.3FeCl2溶液中电位测定实验溶液为1mol·L-1的FeCl2溶液,溶液温度通过水浴控制在25±1℃.为保证Fe2+不被氧化,实验溶液用高纯氮气除氧120min,并加入少量铁粉保护.试样先放入0.1mol·L-1的盐酸中静泡5min以促使整个表面活化,然后放入FeCl2溶液中监测电位随时间的变化情况.1.4室内间浸挂片实验裸钢的室内挂片实验在间浸条件下进行.每种钢选三个平行试样进行实验,试样的尺寸为100mm×50mm×5mm.试样用磨床磨光处理,其表面粗糙度为Ra=0.32~0.63um,Rz=1.6~3.2um.选取一个表面为实验面,背面先焊上铜导线,再用石蜡涂封钢的背面和侧面.挂片前,实验面分别用洗涤剂、酒精和丙酮清洗.实验溶液为50L的3%(质量分数)海盐水,溶液的pH为8.2左右,溶液温度为18~25℃,挂片的实验周期为405d.挂片实验过程中,用数字万用表定期监测钢的电位变化.1.5交流阻抗实验挂片实验结束后,利用CHI660C电化学工作站对带锈层的钢样进行交流阻抗实验.参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极为准20mm×20mm的石墨棒.实验溶液为pH8.2的3%(质量分数)海盐水,溶液温度为25±1℃.实验在开路电位下进行,正弦波幅值为5mV,扫描频率为100kHz~10mHz。

  此时,蚀孔内阳极区发生铁的活化溶解,而蚀孔外宏观阴极区则主要发生氧的去极化反应.因此,蚀孔内、外电位差构成了钢点蚀扩展的主要驱动力。由于四种钢都不含能促进致密锈层形成的Cr、Cu等合金元素，并且交流阻抗实验的结果也表明四种钢表面形成的锈层的保护能力相近,因此酸化蚀孔内电位的高低决定了钢的点蚀扩展速度.由于蚀孔内金属表面处于完全活化状态,热力学稳定性较强的C钢和D钢会表现出对基体铁原子更强的束缚能力,其表现就是蚀孔内的电位变正,点蚀扩展的驱动力就变小,从而钢的点蚀扩展速度下降.此外,钢中夹杂物的形态也会对点蚀的扩展产生一定影响。具有条形夹杂物的A钢和B钢,单个夹杂的腐蚀溶解更容易快速扩展到空间相连的其他夹杂部位,这也有利于加速蚀孔扩展.因此,脱氧程度较强的锰钢表现出更强的点蚀扩展能力。钢水的脱氧程度可影响钢中硫化物夹杂物的形态.脱氧程度较强的锰钢中的硫化物呈长条状,而脱氧程度较弱的锰钢中则出现短粗条状的硫化物夹杂。较弱的脱氧程度有助于提高锰钢的基体热力学稳定性,从而降低其点蚀诱发敏感性，脱氧程度较强的锰钢的点蚀扩展能力要比脱氧程度较弱的锰钢更强。