武汉工程职业技术学院学报Journal of Wuhan Engineering Institute
Vol.32No.4 December2020
第32卷第4期
2020年12月
朱敏14李闯2金明％赵国知1袁清4刘冈护
(1.宝钢股份中央研究院(青山)湖北武汉：430081；
2.中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所北京：100081；
3.中国铁路广州局集团有限公司广东广州：510088；
4.武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室湖北武汉：430081； 5.武汉钢铁有限公司湖北武汉：430081)
摘要狮子洋隧道的高速铁路钢轨常年处于磨损和腐蚀环境下，拟采用新型耐蚀钢轨U68CuCr 替代常规U71MnG钢轨。为了明确耐腐蚀钢轨的腐蚀规律，确保U68CuCr钢轨在狮子洋隧道的服役安全性，进行了盐雾实验及电化学测试分析实验，对U71MnG钢轨和U68CuCr耐蚀钢轨的腐蚀规律进行研究。结果表明，U68CuCr耐蚀钢轨在未腐蚀条件下存在阳极钝化现象，U71MnG钢轨无阳极钝化现象；随着腐蚀时间延长，两个钢轨试样锈层电阻都是逐渐减小，即抗腐蚀性能减弱％但是，U68CuCr耐蚀钢轨样品容抗弧半径大于U71MnG钢轨试样，说明U68CuCr耐蚀钢轨锈层对基体的保护作用优于U71MnG钢轨。两个钢轨的自腐蚀电流表明U71MnG钢轨腐蚀速度约是U68CuCr耐蚀钢轨的3.5倍％研究结果为新型耐蚀钢轨U68CuCr在腐蚀环境下的应用和服役安全性提供了参考％ 关键词耐蚀轨；腐蚀；极化曲线；交流阻抗谱
中图分类号：TG174.3+1文献标识码：A文章编号：1671-3524(2020)04-0013-04
狮子洋隧道是广深港高速铁路的一部分，位于广州南沙区与东莞虎门之间，全长10.8公里，该区段运行动车组，最高时速350km/h，目前使用的是常规U71MnG钢轨&-3。该隧道靠近南海，存在海渗漏现象，常年处于湿热状态，隧道中含有C1一，钢轨常年处于腐蚀和磨损环境中。腐蚀和磨损现象存在于石油、化工、煤矿、电力、冶金等工业的备中，是造成材料损失和设备失效的主要原因之一。金属产品受到腐蚀后，金属f 蚀1%(wt%"其强度下降大约10%，当双面腐蚀达到5%，会严重的安全可靠性，
甚至危及人的生命安全［4—6］。由于腐蚀和磨损问题对铁路运输设施造成损失，运行成本增加，同时造成铁路运行安全隐患&7—9，为此钢轨生产和使用部厂
岀新型耐蚀钢轨，开展耐腐蚀钢轨相关研究，尽快在腐蚀环境中采用耐蚀轨，减少钢轨的腐蚀，保证铁路的运行安全。
宝钢股份武汉钢铁有限公司研发岀新型耐腐蚀钢轨U68CuCr，为了保障列车运行安全性，有必要对耐蚀钢轨U68CuCr进行抗腐蚀性能研究，明确耐腐蚀钢子洋隧道环境下的腐蚀规律和腐蚀行为，为新型钢轨维护和供，确保高铁线路狮子道服役安全性。对常规U71MnG钢轨和新型耐蚀钢轨U68CuCr进行了盐雾实验和电化学，为新型耐蚀钢轨U68CuCr在腐蚀环境下的应用和服役安全性提供了参考。
1实验材料与方法
实验材料分别为武钢生产的U71MnG钢轨和U68CuCr耐蚀轨。盐雾实验试样尺寸为10mm X
收稿日期：2020-11-10修回日期：2020-11-30
基金项目：中国铁路总公司科技研究幵发计划课题(N2018G037)；中国铁道科学研究院科研项目(017YJ085)作者简介：朱敏(1981〜)，男，高级工程师.E-mail:zhuml218@baosteel
武汉工程职业技术学院学报20204
10mmX5mm，盐雾实验依据GB/T10125（（人造气
氛腐蚀试验一一盐雾试验》进行，按照实际测量的广
深港高铁狮子洋隧道渗水中的Cl—含量为2.5%设
定盐雾溶液浓度，具体实验方案见表1。
表1盐雾实验方案
腐蚀试样U71MnG钢轨与U68CuCr耐蚀钢轨
盐雾溶液 2.5%的NaCl溶液
试验周期24h、144h、360h
湿度85%〜90%
pH
盐雾箱温度饱和器温度喷雾器压力沉降量
6.5〜
7.2
35士2O C
45士2O C
〜90kPa
1.5m//(80cm2•h"
将经过盐雾实验后的试样用环氧树脂包封后制成工作电极，电极面积为100mm2，用蒸憎水清洗表面，冷风吹干，进行电化学实验。实验设备为德国Zahner电化学工作站，恒温水浴温度为25°C，测试开路电位时间为30分钟，当开路电位稳定后，在该电位下测试电化学阻抗谱，交流电流幅值为10mV，初始频率为100000Hz，终止频率为0.01Hz。在相对开路电位（一0.3〜+0.3）V的范围内测试动态极化电位曲线，电位扫描速率为0.5mV/s。根据测得的开路电位、动电位极化曲线和交流阻抗谱，分析和对比U71MnG钢轨和U68CuCr耐蚀钢轨抗腐蚀性能。 2实验结果与分析
2.1极化曲线
图1为U71MnG钢轨与U68CuCr耐蚀钢轨试样分别经过盐雾实验腐蚀0h、24h、144h和360h后的极化曲线。根据U71MnG钢轨与U68CuCr耐蚀钢轨在不同腐蚀周期下的动电位极化曲线可以看出，两个钢种经过腐蚀后，对应极化曲线阴极部分没有表现出明显变化，说明随着腐蚀的进行，样品电极表面积累的锈层对于阴极反应过程影响不大。阳极部分出现较明显的差别，说明腐蚀产物的堆积影响了钢种阳极腐蚀过程。U68CuCr耐蚀钢轨在未腐蚀条件下存在阳极钝化现象，U71MnG钢轨无阳极钝化现象，这是由于U68CuCr耐蚀钢轨中含有钝化性很强的金属元素Cr提高了材料的钝化性能，说明耐腐蚀轨基体材料具有更好的抗腐蚀性。另外，两钢同24h盐雾，曲线阳极均产生钝化现象，说明在经过腐蚀后，样品表面均产生了锈层，阻碍了腐蚀过程，因此表现出阳极钝象。
log(i/A*cm-2) (a)U71M11G钢轨
-------U68-0h
-0.8~\—..........—...........—...........—...........—..........—10'710'610'510'40.0010.01
log(i/A*cm-2)
(b)U68CuCr耐蚀钢轨
幸福是什么教学设计
图1U71MnG钢轨与U68CuCr耐蚀钢轨腐蚀不同时间后的极化曲线
自腐蚀电位和自腐蚀电流是重要的腐蚀电化学参数，能够在一定程度上反映出材料的腐蚀倾向和规律。经Tafel拟合后&10'，可得到U71MnG钢轨与U68CuCr耐蚀钢轨在腐蚀不同时间后的自腐蚀电位和自腐蚀电流（见表2）o由表2中可以看出，U68CuCr钢轨自腐蚀电位始终小于U71MnG钢轨，未经腐蚀试样差异较大，说明U68CuCr耐蚀钢基体材料具有的性能。盐雾
后的试样，两种钢轨试样表面均产生了锈层，隔绝了大部分腐蚀液，对内部基体起到了保护作用，自腐蚀电位趋于平稳，两者之间的自腐蚀电位差异变才、。因此，极化曲线和自腐蚀电位均证明U68CuCr耐蚀钢轨耐蚀性能优于U71MnG钢轨。从两个钢轨试样的自腐蚀电流可以看出，U68CuCr钢轨自腐蚀电流始终小于U71MnG钢轨，而且U68CuCr钢轨自电流变较#（0.4〜4.5）X10—5A/m2之
间变化，而U71MnG钢轨自腐蚀电流在（0.4〜9.5）X10-5A/m2之间变化。两种钢轨的自腐蚀电流表
朱敏李闯金明赵国知袁清刘冈lJ ：U68CuCr 耐蚀钢轨抗腐蚀性能研究
明U71MnG 钢轨腐蚀速度约是U68CuCr 耐蚀钢轨
的3. 5倍。
表2钢轨的自腐蚀电流和自腐蚀电位动画片卖猪
U68CuCr
U71MnG
周 (h )
自 电流(A/cm 2)自腐蚀电位(V)腐蚀周期(h)
自
电 流 ( A /cm 2 )
自
电(V)
0 3. 78X10-6—0.3950 3. 95X10-6—0.45724
4. 24X10-5—0.51924
8 94X10-5
—0.542144 2. 11X10 —5
—0.4961449. 51X10 —5—0.544360
1. 34X10 —5
—0.409
360
5. 07X10-5
—0.468
2.2
图2为U71MnG 钢轨与U68CuCr 耐蚀钢轨试
样分别经过盐雾实验腐蚀0h 、24h 、144h 和360h 后 的交流
谱。可以看出，交流阻抗谱由一个高频
容抗弧组成。随着腐蚀时间的增加，容抗弧向下压
各具特的民居教学设计扁，这是因为电极表面产生锈层导致表面粗糙，电 极/电解液 性质不稳定，产生 散效应。容抗
锈层对电 的 能力，即锈层
电阻，
锈层对基体的保护能力，通过比较
图中容
可以看出，两个钢：样锈层电阻都是 ，艮
性能 。但是，
U68CuCr 耐蚀钢轨样品容抗弧半径大于U71MnG
钢 ， 明 U68CuCr 钢 锈 对基体的保
护作用优于U71MnG 钢轨。
0 20 40
60 80 100 120 140
Z'/( Q • cm 2)
—U71MnG —U68CuCr
—-//
一
图2 U71MnG 钢轨与U68CuCr 耐蚀钢轨腐蚀
不同时间后的奈奎斯特图
3结论
采用德国Zahner 电化学工作站对相同腐蚀条 件下腐蚀后的U68CuCr 耐蚀钢轨与U71MnG 钢轨
进行电化学测试，绘制 电位极化曲线和
交流阻抗谱，得到如下结论：
(1) U68CuCr 耐蚀钢轨在未腐蚀条件下存在阳
极钝化现象，U71MnG 钢轨无阳极钝化现象，说明
U68CuCr 耐蚀钢轨基体材料耐蚀性能优于 U71MnG 钢轨。
(2) 随着
间延长，两个钢轨试样锈层电阻
都是逐渐减小，即抗腐蚀性能减弱。但是U68CuCr
耐蚀钢轨样品容抗弧半径大于U71MnG 钢轨试样，明U68CuCr
钢轨锈层对基体的保护作用优
于U71MnG 钢轨。
(3) 两个钢轨的自腐蚀电流表明U71MnG 钢轨
腐蚀速度约是U68CuCr 耐蚀钢轨的3. 5倍。
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武汉工程职业技术学院学报2020.4 Investigation on Corrosion Resistance of Rail Steel U68CuCr
Zhu Min1#Li Chuang2Jin Ming3Zhao Guozhi1Yuan Qing4Liu Gang5
(1.Baosteel Corporation Central Research Institute(Qing shan)#Wuhan430080#Hubei;
2.Research Institute of Metals and Chemistry,China Railway Research Institute
Group Co.LTD,Beijing100081；
3.China Railway Guangzhou Group Co.,Ltd.,Guangzhou510088,Guangdong；
4KeyLaboratoryforFerrous Meta l urgyandResourcesUtilizationofMinistryof Education#Wuhan UniversityofScienceandTechnology#Wuhan430081#Hubei;
5WuhanIronandSteelcorporation#Wuhan430080#Hubei)
Abstract：The high-speed rail used in the Lion Ocean Tunnel is subject to wear and corrosion situation. New corrosion resistant rail U68CuCr is planned to replace the serving U71MnG rail.Salt spray test and subsequenIelecIrochemicalmeasuremenIandanalysisexperimenIareconducIedIocompareIhecorrosion resisIanceofIheabovesIeelrails#providingcorrosionlawdaIaforIheservicingsafeIyofIhenewcorrosion resisIanIrailU68CuCr.ResulIsindicaIeananodepassivaIioninIheresisIanIrailU68CuCrandnoapparenI anode passivation in the U71MnG rail when they are free of corrosion.The resistances of the rust layer in tworalsdecreasew"ththeetch"ngt"me#manfest"ngana t enuatedcorros"onres"stance.However#thearc radius of U68CuCr rail is larger than that of U71MnG rail,which demonstrates a better protective effect to Ihe maIrixof rusIlayer inIhe U68CuCr rail.The self-eIching currenIs ofIheIwo sIeels showIhaIIhe sIa-ble corrosion rate of U71MnG rail is about3.5times that of U68CuCr corrosion resistant rail.Results pro-videJefeJencefoJtheapplicationandseJvingsafetyofnewcoJJosionJesistantJailU68CuCJundeJthecoJ-
JosiveenviJonments.
Key words：corrosion resistance rail；corrosion；polarization curve；electrochemical impedance spectroscopy(责任编辑：李文英)
(上接第12页)
Corrosion of Hot-dip Galvannealed Steel Sheets
Bai Huiping1Zhou Yuangui1Zhou Xiaozhou2
Lei Zehong1Xie Fen1Yang Peng2
(1.Baosteel Central Research Institute(RiD Center of Wuhan Iron and
SteelCompanyLimited)#Wuhan430080#Hubei；
低调奋进2.ColdRo l ingPlantofBaosteelWuhanLronandSteelCompanyLimited#
Wuhan430083#Hubei)
Abstract：The corrosion of hot—dip galvannealed(GA)steel sheets was studied by neutral salt spray teNtwiththeaidofopticalmicroNcopy#Ncanningelectron microNcope(SEM)#Nurfacecontourgraphand glow discharge optical emission spectrometer(GDOES).The results indicated that the sample1'showed higher corrosion resistance to neutral salt spray when compared with sample2'.This was related to different Al content in the GA caotings,cracks and surface roughness of the GA coatings.The more Al and less cracks in GA coatings and the smaller roughness of the GA coatings led to higher corrosion resistance.
Keywords：galvannealed；coJJosion；Joughness；cJack
（责任编辑：李文英）
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