模拟海洋环境中两种结构钢焊接接头腐蚀特性_于美王瑞阳刘建华李松梅

北 京 航 空 航 天 大 学 学 报收稿日期：2012-08-30；网络出版时间：网络出版地址：基金项目：国家自然科学基金资助项目(51171011)作者简介：于 美（1981-），女，山东潍坊人，副教授，yumei@ .模拟海洋环境中两种结构钢焊接接头腐蚀特性于 美 王瑞阳 刘建华 李松梅（北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京，100191）摘 要： 采用周浸实验模拟海水周期浸润环境，中性盐雾实验模拟海洋大气环境，加以恒载荷拉伸应力条件研究了10CrNi3MoV 和12MnSiNiCrMo 两种结构钢焊接接头的腐蚀特性，并测试分析了其焊接接头各处的动电位极化曲线。

通过金相分析研究了两种钢焊缝区、热影响区与母材的显微组织差别。

结果表明：两种钢的焊缝区较母材更易发生腐蚀，应力腐蚀断裂位置均位于焊缝区，且焊缝区腐蚀电流密度最大，母材最小；10CrNi3MoV 钢焊接接头的耐蚀性能要好于12MnSiNiCrMo 钢，此外在较低和较高应力水平下10CrNi3MoV 钢焊接接头的耐应力腐蚀性能也优于12MnSiNiCrMo 钢，同时12MnSiNiCrMo 钢各区腐蚀电流密度都远大于10CrNi3MoV 钢。

焊接后不同区域金相组织的差别是造成上述现象的原因，母材区适量的针状铁素体能够保持其强韧性和耐蚀性，焊缝区过量的铁素体则导致其耐蚀性和耐应力腐蚀性能降低。

关 键 词：10CrNi3MoV ；12MnSiNiCrMo ；焊接接头；腐蚀特性 中图分类号：TG172 文献标识码：ACorrosion properties of two kinds of hull steels welding joints insimulated marine environmentsYu Mei Wang Ruiyang Liu Jianhua Li Songmei（School of Material Science and Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China ）Abstract: Corrosion properties of 10CrNi3MoV and 12MnSiNiCrMo welding joints were investigated by alternate immersion test, neutral salt spray test and constant load tensile stress corrosion test. These tests were designed to simulate circulatory soakage of seawater and marine atmosphere respectively. Dynamic polarization curves of the welding joints were tested too. Microstructures of the weld zone, heat affected zone and base metal were analyzed by metallographic technique. The results show that the weld zone is more liable to corrosion and more sensitive to fracture. The corrosion current density of weld zone is the biggest while the base metal is the smallest for both two welding joints. The corrosion resistance of 10CrNi3MoV is much better than 12MnSiNiCrMo. When the stress level is comparatively lower or higher, the welding joints of 12MnSiNiCrMo are more susceptible to stress corrosion cracking than 10CrNi3MoV . The corrosion current density of the welding joints of 12MnSiNiCrMo is much bigger than 10CrNi3MoV . Microstructure differences of different zones are the main reason. Proper amount of acicular ferrite maintains the obdurability corrosion resistance of base metal, but the resistance to corrosion and stress corrosion cracking is declined by superfluous ferrite in the weld zone.Key words: 10CrNi3MoV; 12MnSiNiCrMo; welding joints; corrosion property 低合金钢具有良好的综合力学性能、满意的焊接性能、抗脆性能和耐海洋大气腐蚀性能，在船体结构材料中的应用日趋广泛[1-3]。

80年代中期，美国开发了新型低碳铜析出强化的HSLA 系列低合金高强钢，其强韧性好、焊接及耐蚀性能好，成为美国的主要船舶用钢[3-5]。

我国自行研制的一系列强度级别的耐蚀可焊钢，如907A, 10CrNi3MoV 和12MnSiNiCrMo 钢等，其中590MPa 级系列船舶结构钢的代表钢种10CrNi3MoV 钢是含有Si ，Cr ，Ni ，Mo ，Mn 等合金元素的新型低碳高强钢，具有良好的强韧性，是船体的重要结构材料[6]。

其强度比440MPa 级2012-11-29 11:04/kcms/detail/11.2625.V.20121129.1104.007.html2 北京航空航天大学学报代表钢12MnSiNiCrMo 提高了一个等级，基本性能已达到世界等强度级别水平[1,7]。

舰船长期处在盐雾、潮气、强烈的紫外线和带微碱性的海水等海洋环境中，导致低合金钢极易出现严重的腐蚀问题。

舰船钢焊接接头由于化学、冶金等各方面影响使其性能不同于母材，接头的耐蚀性是船舶钢的研究热点之一[1,8]。

国外对HSLA 系列船舶钢的焊接接头的强韧性、耐蚀性及其影响因素的研究较为成熟[3,4,9-11]。

国内对于船体用钢的研究较多的集中在16Mn 和X70钢以及后继的碳素船体钢和不锈钢等[12-14]；对于10CrNi3MoV钢等新型船舶用低合金钢的研究主要集中于材料本身，对焊接接头性能的研究报道较少。

近两年，有人发现10CrNi3MoV 钢在海水中的氢脆敏感性随阴极极化电位的负移而增大，韧性降低[6]。

还有人将10CrNi3MoV 与12MnSiNiCrMo ，907A 等其他船舶钢在海水中的耐蚀性进行了比较，发现10CrNi3MoV 是最耐腐蚀的[15]。

埋弧焊作为较早获得应用的机械化焊接方法，是船舶建造中应用最广泛的焊接工艺方法之一[16]。

本文旨在对经埋弧焊接的10CrNi3MoV 与12MnSiNiCrMo 两种结构钢的焊接接头进行周浸、盐雾以及恒载荷拉伸应力腐蚀等实验，研究其在海水及海洋大气中的腐蚀特性，通过动电位极化曲线测试分析这两种钢焊接接头的腐蚀规律，并以金相测试分析其显微组织对腐蚀特性的影响。

同时将10CrNi3MoV 钢与12MnSiNiCrMo 钢进行比较。

1 实验材料与方法1.1 实验材料本实验采用10CrNi3MoV 和12MnSiNiCrMo 两种型号结构钢，10CrNi3MoV 钢的屈服强度为590MPa ，抗拉强度为730MPa ；12MnSiNiCrMo 钢的屈服强度为440MPa ，抗拉强度为615MPa 。

实验钢材的化学成分如表1所示。

两种钢均采用双丝埋弧焊接法，10CrNi3MoV 和12MnSiNiCrMo 所用焊丝分别为H08CrNi2MoA 和H10MoCrA ，焊接位置均为多道焊，单面焊双面成型。

表1 两种结构钢的化学成分（质量分数）%钢种 CSiMnNi CrMoV10CrNi3MoV 0.073 0.29 0.43 2.65 1.02 0.26 0.058 12MnSiNiCrMo0.120.54 1.031.370.61 0.12 0.0351.2周浸、盐雾实验截取两种钢材焊件焊缝处及母材材料，加工为垂直焊缝5mm 厚、以焊缝为中心100mm 长、平行焊缝40mm 宽的片状试样。

试样观察面为焊接件上、下表面以及离上表面1/3处截面。

周浸实验用于模拟海水周期浸润环境对两种结构钢的腐蚀效应。

实验用设备为FL-65型轮式周期浸润腐蚀实验机，溶液为 5.0%NaCl ，0.8%Na 2S 2O 8与0.05%(NH 4)2SO 4的混合液，补给液为1%NaCl ，0.6%Na 2S 2O 8；指示温度为45(±1)℃，指示相对湿度75(±5)%；采用10%冰醋酸将实验溶液调至pH3.6~4.0，补给液为pH6~8；浸润周期为15min ，延续时间20d 。

中性盐雾实验用于模拟海洋大气环境对两种结构钢的腐蚀效应。

实验用设备为PDL/Y-03型盐雾实验箱，溶液为3.5%的中性NaCl 溶液，盐雾沉降量为经24h 连续喷雾后每80cm 2面积上为1~2mL/h ；盐雾实验箱温度设定为35(±2)℃，实验时间为20d 。

两种实验不同腐蚀点均采用3个平行试样，实验结束后根据HB5257-83进行腐蚀失重测定。

1.3 恒载荷拉伸应力腐蚀实验恒载荷拉伸应力腐蚀实验的腐蚀介质为3.5%的中性NaCl 溶液，恒温35(±1)℃，以模拟中性海洋环境中两种钢在应力下的腐蚀特性。

试样的截取位置及拉伸试样尺寸如图1所示，中间位置为焊缝区。

两种高强钢恒载荷拉伸应力腐蚀实验选取95%σ0.2，80%σ0.2，70%σ0.2，60%σ0.2和50%σ0.25个应力水平的静载荷，每个应力水平选用3个平行试样。

试样断裂后记录断裂时间；若实验进行500h 后试样未断裂，则取下试样在拉伸实验机上进行剩余强度测试。

图1 恒载荷拉伸应力腐蚀试样的截取示意图图2 恒载荷拉伸应力腐蚀试样尺寸TS L5±0.2于美等：模拟海洋环境下两种结构钢焊接接头的腐蚀特性研究 31.4 极化曲线测试对两种结构钢的焊缝区、热影响区和母材分别取样，加工成工作电极。