摘要

分析討論了帶肋鋼在不同工況下的銹蝕機理及影響因素，分別從風(fēng)沙沖蝕、雨水沖刷、大氣、淡水、海洋及核輻射6個方面闡述了帶肋鋼服役過程腐蝕現(xiàn)象。結(jié)合當(dāng)前社會市場需求與已有防護技術(shù)，指出了帶肋鋼防護技術(shù)的主要發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞： 帶肋鋼 ; 工況 ; 腐蝕

熱軋帶肋鋼俗稱螺紋鋼，是以低合金鋼為原料，通過加熱軋制而成的建筑“骨架”材料；冷軋帶肋鋼則是在熱軋帶肋鋼基礎(chǔ)上進行冷加工消除應(yīng)力，如冷拉、拉拔等獲得工程用帶肋鋼。帶肋鋼產(chǎn)品目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)及民用建筑、道路、橋梁等重大建筑工程[1-3]。

材料腐蝕是材料基體與周圍介質(zhì) (水、酸、空氣等) 反應(yīng)致使材料產(chǎn)生損耗與破壞的過程。Hou等[4]研究指出，2014年我國由于腐蝕產(chǎn)生的損失占全年國民生產(chǎn)總值的3.34%，材料腐蝕問題已經(jīng)嚴重影響了社會發(fā)展。帶肋鋼作為建筑等常用材料，受地理環(huán)境、氣候、服役工況等多因素影響而產(chǎn)生的腐蝕問題，直接影響國家及人民財產(chǎn)安全，其腐蝕現(xiàn)象一般發(fā)生在生產(chǎn)、運輸、儲運及服役等中間環(huán)節(jié)，具體體現(xiàn)于露天存放、保管不當(dāng)及短期內(nèi)材料表面產(chǎn)生影響材料外觀和表面性能的表面銹蝕現(xiàn)象，以及在服役條件或環(huán)境中產(chǎn)生的腐蝕行為。因而研究帶肋鋼腐蝕機理及防腐措施等已迫在眉睫。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是帶肋鋼主要服役環(huán)境。腐蝕介質(zhì)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中引起鋼筋腐蝕的過程可以分為腐蝕誘導(dǎo)因子擴散進入混凝土結(jié)構(gòu)中引起鋼筋腐蝕、混凝土因鋼筋腐蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生出現(xiàn)裂紋和裂紋擴展致使鋼筋與混凝土脫離，鋼筋外保護層剝落3個階段[5-7]。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在腐蝕初期因鋼筋腐蝕產(chǎn)物的出現(xiàn)，整體結(jié)構(gòu)粘結(jié)度將更加密實，內(nèi)部構(gòu)件承載力會出現(xiàn)短暫升高的現(xiàn)象；后期隨著腐蝕程度的加劇，不斷增多的腐蝕產(chǎn)物使得鋼筋與混凝土之間的膨脹應(yīng)力加劇，當(dāng)膨脹應(yīng)力值高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗拉強度時混凝土出現(xiàn)裂紋及脫落現(xiàn)象[8,9]。

帶肋鋼腐蝕作用機理主要有化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、微生物腐蝕及應(yīng)力腐蝕開裂等形式，主要以化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕為主?；瘜W(xué)腐蝕即基體材料直接與周圍腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，加速表面氧化，產(chǎn)生疏松多孔的氧化鐵復(fù)合物。電化學(xué)腐蝕多發(fā)生于潮濕環(huán)境中，材料基體內(nèi)部鐵素體、滲碳體及游離石墨等因組份差異形成電解池，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)[10]。

帶肋鋼腐蝕是一個相對緩慢的過程，受工況環(huán)境 (風(fēng)沙沖蝕、雨水沖刷、大氣、淡水、海洋及核輻射等環(huán)境中砂礫刻蝕、酸、堿、鹽、雜質(zhì)介質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)腐蝕)、氣候及材料成分等因素的影響，在服役、運輸及儲存過程中的腐蝕現(xiàn)象不可避免。

本文主要綜述帶肋鋼在不同工況下的銹蝕機理及影響因素，分別從風(fēng)沙沖蝕、雨水沖刷、大氣、淡水、海洋及核輻射幾方面闡述了露天大氣環(huán)境銹蝕與服役環(huán)境腐蝕的國內(nèi)外最新研究進展。結(jié)合當(dāng)前已有的涂層技術(shù)、電化學(xué)處理技術(shù)、緩蝕劑等防護技術(shù)，以期探索了解滿足當(dāng)前苛刻工況下帶肋鋼新型防腐技術(shù)研究方向，為提高帶肋鋼存放、服役時限與優(yōu)化生產(chǎn)工藝提供參考。

1 露天環(huán)境的帶肋鋼表面銹蝕現(xiàn)象與機理

1.1 風(fēng)沙沖蝕環(huán)境中的損傷現(xiàn)象與機理

中國北方地區(qū)是沙塵暴高暴發(fā)活動區(qū)域[11,12]，沙漠及周邊的橋梁、輸電塔和通信塔等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因風(fēng)沙沖蝕作用受到嚴重影響。風(fēng)沙沖蝕過程主要是沙礫對材料的沖蝕磨損[13-15]。

沖蝕磨損是固體表面受流體或帶有固體粒子的流體沖擊材料表面發(fā)生損耗的現(xiàn)象[16,17]。沖蝕磨損受沖蝕環(huán)境、流體條件和材料性質(zhì)等多種因素影響，具體體現(xiàn)于沖蝕角度、沖蝕速率、粒子流量與粒子形狀等因素[18-20]。塑性材料與脆性材料的最大沖蝕角范圍不同，分別是15°~30°與90°，一般材料的最大沖蝕角介于這兩者之間。Finnie[21]根據(jù)沖蝕微切削理論指出了粒子低角度沖蝕損傷程度評價公式：

式中：V為材料流失的體積；M為固體粒子質(zhì)量；v為沖蝕速度；α為沖蝕角度；P為彈性流體壓力；c為粒子分數(shù)。

在低沖蝕角度時，具有動能的沙粒沖蝕到帶肋鋼的表面，鋼筋表面受到沙粒撞擊產(chǎn)生水平切削作用和豎直撞擊作用，此時水平切削力大于豎直撞擊力，鋼筋表面的沖蝕破壞主要以斜向的切削破壞為主；在高沖蝕角度時，鋼筋同樣受到沙粒撞擊產(chǎn)生的水平切削作用和豎直撞擊作用，此時豎直撞擊力大于水平切削力，鋼筋材料因較大的撞擊力撞擊產(chǎn)生沖蝕擠壓變形，發(fā)生疲勞而導(dǎo)致變形剝落。一般來講，帶肋鋼的最大沖蝕率沖擊角在15°~30°內(nèi)，鋼筋材料抗沖蝕效果取決于表面氧化鐵皮良好的強韌平衡度。若帶肋鋼氧化鐵皮結(jié)構(gòu)組分與強韌度調(diào)控不當(dāng)就會造成氧化鐵皮在風(fēng)沙沖蝕環(huán)境中受損破裂，在與外界環(huán)境相互作用發(fā)生銹蝕等問題，影響材料外觀和及其服役性能[22]。

1.2 雨水沖刷下帶肋鋼的表面銹蝕損傷現(xiàn)象與機理

雨水沖刷過程中材料腐蝕以電化學(xué)銹蝕為主，基材表面形成以鐵素體為陽極、滲碳體為陰極的銹蝕微電池。陽極鐵失去電子形成Fe2+進入電解池，溶于電解池的O在陰極被還原生成OH-，兩者相遇結(jié)合生成不溶于水的Fe(OH)2，產(chǎn)物進一步氧化生成Fe(OH)3。材料基體表面鐵銹逐步銹蝕脫落，致使銹蝕面積逐漸增大，銹蝕現(xiàn)象愈加嚴重。圖1是帶肋鋼雨水沖刷過程中的電化學(xué)銹蝕機理。

圖1   帶肋鋼外部雨水沖刷過程中的電化學(xué)銹蝕機理[23]

雨水沖刷過程中，帶肋鋼材料表面存在以下現(xiàn)象[23]：(1) 同時存在化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕兩種類型。流動的水帶有大量的溶氧化學(xué)物質(zhì)促使鋼筋表面發(fā)生化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕。(2) 處于電介質(zhì)水溶液包圍的裸露鋼筋，因鋼筋內(nèi)部物相組成 (鐵素體、碳化物等) 差異性與晶粒邊界/內(nèi)部的能量差異性導(dǎo)致電化學(xué)不均勻性，產(chǎn)生紅棕色質(zhì)地疏松易剝落鐵銹。(3) 基體表面形成外小內(nèi)大、較為平滑的點狀銹蝕坑現(xiàn)象。點銹蝕缺陷相互交迭形成凹坑缺陷。(4) 鋼筋橫肋部位形成斷續(xù)分布的裂紋缺陷。帶肋鋼在雨水沖刷過程中使鋼筋表面承受著一定的彎曲張應(yīng)力，鋼筋橫肋部位局部應(yīng)力集中，金屬能量高，金屬離子不穩(wěn)定，在電介質(zhì)中呈陽極狀態(tài)，易產(chǎn)生電化學(xué)應(yīng)力銹蝕，形成垂直分布于鋼筋表面，并沿徑向由金屬表面沿晶或穿晶向基體擴展的裂紋，同時，裂紋缺陷也向周圍生長，但其銹蝕速率低于垂直主應(yīng)力方向的生長速率，即形成桿狀裂紋缺陷。沿橫肋部位斷續(xù)分布的桿狀裂紋相互貫穿，嚴重影響了材料的服役使用壽命。

1.3 大氣環(huán)境中的損傷機理

鋼材大氣銹蝕是材料表面與周圍銹蝕性氣體介質(zhì)相互反應(yīng)的過程。大氣銹蝕現(xiàn)象由來已久，1995年我國因大氣銹蝕的鋼材達5×106 t[24,25]。大氣銹蝕現(xiàn)象較為復(fù)雜，在沒有污染物及相對濕度高于70%的大氣環(huán)境中，帶肋鋼與周圍大氣接觸并發(fā)生以下反應(yīng)[26-30]：

反應(yīng)形成Fe(OH)2，沉積在金屬表面：

Fe(OH)2再繼續(xù)氧化生成鐵銹Fe(OH)3。

然而，大氣組成成分復(fù)雜多樣，其中CO2、SO2、NOx、H2S、NH3、HCl污染性氣體與煤煙、灰塵等含碳化合物、砂土、鹽類固體顆粒均對帶肋鋼銹蝕速率產(chǎn)生了嚴重影響[31,32]?；炷撂蓟c酸雨銹蝕是大氣銹蝕最為典型的兩種方式[33-36]。

混凝土一般在初期呈現(xiàn)強堿性，pH約為12~13，在鋼筋表面生成一層防銹蝕的鈍化膜層。大氣中的酸性物質(zhì)通過孔隙從混凝土表面滲入混凝土內(nèi)部，與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，降低混凝土堿度使鋼筋表面的鈍化膜發(fā)生破壞，鋼筋發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。

酸雨銹蝕中以SO2、H2S、HCl氣體對鋼筋銹蝕影響最大。SO2吸附在帶肋鋼基體表面與鐵反應(yīng)生成易溶于水的FeSO4，F(xiàn)eSO4水解生成H2SO4，H2SO4繼續(xù)與Fe反應(yīng)，整個過程具有循環(huán)往復(fù)的特征，反應(yīng)式[37]：

H2S氣體溶于水中增加了H+的含量，使溶液酸化并提升了水膜導(dǎo)電性，加速帶肋鋼銹蝕。HCl氣體溶于水中生成HCl，其中Cl-與陽極反應(yīng)中產(chǎn)生的Fe2+結(jié)合生成可溶性FeCl，銹蝕現(xiàn)象循環(huán)進行，反應(yīng)式[38,39]：

圖2為帶肋鋼在大氣銹蝕中形成的銹蝕產(chǎn)物。帶肋鋼銹蝕形成的第一相化合物是Fe(OH)2，后續(xù)氧化形成菱形結(jié)構(gòu)的晶相γ-FeOOH；γ-FeOOH在外界因素作用下演變形成菱形結(jié)構(gòu) (α-FeOOH)，銹蝕速率較低時形成立方結(jié)構(gòu)γ-Fe2O3。四方結(jié)構(gòu)β-FeOOH化合物在氯化物含量較高的環(huán)境中形成，在一定的濕度條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎浇Y(jié)構(gòu)磁鐵礦 (Fe3O4)。反應(yīng)式如下[40,41]：

圖2   帶肋鋼在大氣中的銹蝕產(chǎn)物[41]

此外，帶肋鋼在污染物存在的銹蝕初期階段，會在金屬表面形成所謂的“綠色鐵銹”。綠銹是鐵 (II，III) 氫氧化物鹽的混合物，化學(xué)式如下[42-46]：

1.4 帶肋鋼在淡水中的銹蝕損傷機理

近些年來淡水等水資源污染現(xiàn)象嚴重，給社會發(fā)展帶來的危害也日益凸顯，特別是對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的銹蝕破壞。一般地，帶肋鋼在淡水中的銹蝕有電化學(xué)銹蝕與微生物銹蝕[48,49]。

淡水中一般包含有多種正負離子 (如Ca2+、SO42-等)，離子的存在、運動及所帶電荷的交換，使水庫、河道水形成微導(dǎo)電電解池，發(fā)生電化學(xué)銹蝕[50]。在電解質(zhì)溶液中，雜質(zhì)電位較高為陰極，帶肋鋼電位較低為陽極，帶肋鋼表面形成許多微電池。微電池的陽極區(qū)，F(xiàn)e釋放電子，以水化離子形式溶解于水，自由電子沿帶肋鋼基體流向陰極區(qū)，在陰極區(qū)發(fā)生物質(zhì)還原，如溶解氧得到電子后成為O2-，O2-再積水作用獲得OH-。Fe2+與OH-結(jié)合生成鐵銹化合物。淡水中電化學(xué)銹蝕受含氧量、淡水流速、pH及溶解元素成分等因素的影響[51-53]。

微生物銹蝕根據(jù)不同條件分為好氧銹蝕和厭氧銹蝕[54,55]。好氧銹蝕有氧差電池引起的銹蝕與代謝產(chǎn)物引起的銹蝕兩種形式。氧差電池引起的銹蝕中，微生物附著處的O相對缺乏而成為陽極，附近的表面上氧含量相對高而成為陰極，金屬在陽極溶解，電子則遷移到陰極處與O結(jié)合形成金屬的氧化物及其水化物。代謝產(chǎn)物引起的銹蝕中，硫氧化菌氧化硫元素、硫代硫酸鹽等產(chǎn)生代謝物H2SO4。銹蝕機理 (以硫氧化菌為例) 可表示為[55]：

好氧銹蝕：

在厭氧銹蝕中：

SRB去極化作用：

微生物銹蝕的整個反應(yīng)過程由陰極去極化驅(qū)動，而陰極上H的消耗速度是限制反應(yīng)的關(guān)鍵因素。因甲烷菌、硫酸鹽還原菌和乙酸菌在生命活動中的生長代謝，消耗了電化學(xué)產(chǎn)生出的氫，將加速對材料的銹蝕過程。

2 服役環(huán)境腐蝕現(xiàn)象與機理

2.1 帶肋鋼在海洋環(huán)境中的腐蝕損傷機理

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于優(yōu)異的性能，在港口碼頭等工程被大規(guī)模應(yīng)用。然而隨著服役時間的延長，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到嚴重的海洋腐蝕[56-60]。研究報道，高溫、高濕、高鹽的南海島礁環(huán)境下鋼筋腐蝕率是一般近海環(huán)境的31.7~125.8倍，鋼筋起銹時間不足25 a，海水侵蝕現(xiàn)象尤為嚴重[61-63]。一般暴露于不同海洋區(qū)域環(huán)境條件的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕機理也不同。通常海洋腐蝕環(huán)境分為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)和海水全浸區(qū)，如圖3所示[64]。海洋大氣區(qū)中鹽粒因風(fēng)等作用沉積于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面，吸濕形成液膜后對建筑物產(chǎn)生污染破壞；潮差區(qū)的飽水部分與水下部位，以擴散和滲透為主，作用于鋼筋混凝土建筑物；浪濺區(qū)和潮差區(qū)的非飽水部分，其主要以擴散、毛細管和滲透共同作用，海浪的強烈撞擊，以及充足的有氧環(huán)境，使此區(qū)域的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕最為嚴重[65]。

圖3   海洋環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)不同部位受不同的侵蝕[64]

海洋環(huán)境對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕主要分結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕，主要以氯致腐蝕為主；以及混凝土基體的腐蝕，主要為鎂鹽/硫酸鹽侵蝕。目前研究人員往往將將兩方面割裂開來進行研究，或是集中于鋼筋的腐蝕，或是集中于混凝土基體的侵蝕，缺乏兩者綜合的系統(tǒng)性研究[62,63,66]。

混凝土基體腐蝕方面，混凝土基體成分中的Ca(OH)2與海水中鎂鹽 (MgCl2與MgSO4等) 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。MgCl2與Ca(OH)2反應(yīng)生成易溶于水的CaCl2與松散而無膠凝能力的Mg(OH)2，且Mg(OH)2難溶于水。MgSO4與Ca(OH)2反應(yīng)不僅生成松散而無膠凝能力Mg(OH)2，亦生成對水泥產(chǎn)生腐蝕的硫酸鹽 (CaSO4·2H2O)，即產(chǎn)生鎂鹽與硫酸鹽雙重腐蝕。水泥中水化產(chǎn)物需在一定堿度下才能穩(wěn)定存在，其中Ca(OH)2維持著水泥漿體的堿性，Ca(OH)2的消耗使得水泥漿體堿度低于其他水化產(chǎn)物穩(wěn)定存在的pH，此時水化硅酸鈣 (C—S—H) 等其它水化產(chǎn)物會隨之發(fā)生分解以維持酸堿度平衡，長時間下不斷發(fā)生的消耗使水泥石膠凝性降低，孔隙率增大，強度降低，最終致使混凝土基體損壞[67,68]。

混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕主要以氯致腐蝕為主。氯致腐蝕有4種作用機理[69-73]：(1) 破壞鈍化膜。初期高堿性混凝土在鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜層，海水、水泥、水、骨料等中的大量Cl-通過孔隙網(wǎng)孔和微裂紋滲透到混凝土中，在鋼筋表面產(chǎn)生局部匯集，致使鋼筋表面鈍化膜由于局部酸化而破壞。(2) 形成腐蝕電池?；炷两Y(jié)構(gòu)中鋼筋表面鈍化膜被Cl-積聚酸化破壞后，裸露的鐵基體與鈍化膜完好區(qū)域形成電位差，形成微電池。(3) 陽極去極化作用。Cl-可加速陽極反應(yīng)過程。

Fe(OH)3失水后成為紅褐色鐵銹。反應(yīng)過程中Cl-起催化作用，加速了鋼筋的縱向腐蝕。(4) 提高腐蝕電流效率。Cl-能強化腐蝕電池中的離子通路，即降低陰、陽兩極之間的電阻，提高腐蝕電流效率。

鋼筋表面鈍化膜被破壞后，混凝土中的鋼筋與氧氣、濕度等因素下形成的OH-反應(yīng)產(chǎn)生更多的鐵銹 (FeO·(H2O)x)。圖4是帶肋鋼在混凝土中的腐蝕反應(yīng)原理[74-77]，反應(yīng)式：

圖4   帶肋鋼在混凝土中的腐蝕反應(yīng)原理[75]

2.2 核環(huán)境中的帶肋鋼腐蝕現(xiàn)象與機理

核電設(shè)備常用鋼鐵材料為AISI304L不銹鋼，長期服役于高溫、高壓、強腐蝕和輻射性極端環(huán)境中，導(dǎo)致核電設(shè)備關(guān)鍵部件及整機表面發(fā)生嚴重材料腐蝕行為，造成核電設(shè)備失效。壓水反應(yīng)堆核電設(shè)備的主要腐蝕機制為均勻腐蝕與應(yīng)力腐蝕開裂[75]。

均勻腐蝕直接危害核電設(shè)備組件壁厚，有核泄漏等潛在危害。均勻腐蝕產(chǎn)物若隨流動介質(zhì)發(fā)生遷移，將間接引起部件局部腐蝕。例如支撐板間的環(huán)向縫隙因二回路腐蝕產(chǎn)物聚集而導(dǎo)致傳熱管凹陷等現(xiàn)象。均勻腐蝕現(xiàn)象在核電廠中極為普遍，碳鋼與常規(guī)的低合金鋼在高溫高壓水、酸堿溶液等環(huán)境中易腐蝕，反應(yīng)堆壓力容器合金及鋼部件發(fā)生的硼酸腐蝕等。由于均勻腐蝕對核電廠設(shè)備的安全性影響不是很大，通過合理的選材及防腐處理可得到有效的緩解[79]。

應(yīng)力腐蝕開裂 (SCC) 是指在機械、電化學(xué)和冶金等多種因素協(xié)同作用，致使材料產(chǎn)生局部萌生裂紋及亞臨界裂紋擴展，長期積累的SCC就會導(dǎo)致核設(shè)備材料的突發(fā)性開裂。核電廠腐蝕失效機理主要以應(yīng)力腐蝕開裂為主。應(yīng)力腐蝕開裂類型較多，其包括輻照促進應(yīng)力腐蝕開裂 (IASCC)、一次側(cè)應(yīng)力腐蝕開裂 (PWSCC)、二次側(cè)應(yīng)力腐蝕開裂 (ODSCC) 三類，均是因其有別于其他工業(yè)領(lǐng)域的特殊運行工況所致。由于應(yīng)力腐蝕開裂中部件受腐蝕介質(zhì)與拉應(yīng)力的相互作用，既使兩者分別處在較低水平都會引發(fā)裂紋萌生，裂紋一旦達到臨界尺寸 (孕育期) 便會迅速擴展 (擴展期) 成穿晶或沿晶裂紋，最終導(dǎo)致材料發(fā)生脆性斷裂。其中不銹鋼材料以輻照促進應(yīng)力腐蝕開裂為代表的輻照加速腐蝕失效是核電站安全高效運行的關(guān)鍵問題之一[80-83]。圖5是發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的機理[78]。

圖5   應(yīng)力腐蝕開裂 (SCC) 機理[78]

目前國內(nèi)外廣泛采用A508III (Gr.3C1.1) 和16MND5等低合金鋼作為反應(yīng)堆壓力容器材料，合金鋼容器內(nèi)壁堆焊不銹鋼以防止與冷卻劑的接觸產(chǎn)生腐蝕。而蒸汽發(fā)生器則多采用690、800等鎳基合金材料。反應(yīng)堆內(nèi)構(gòu)件多采用奧氏體不銹鋼及部分鎳基合金，關(guān)于核設(shè)備用鋼鐵材料在高溫高壓水腐蝕疲勞損傷的研究，由于缺乏微觀裂紋萌生和擴展過程的直接實驗證據(jù)，到底是氫致開裂機制還是滑移溶解機制控制著鋼鐵材料環(huán)境疲勞損傷，尚存在較大爭議[84]。對核電設(shè)備用鋼鐵材料服役弱 (老) 化機理及發(fā)生規(guī)律、壽命設(shè)計和預(yù)測模型的認識還十分缺乏，相關(guān)研究工作仍是核設(shè)施腐蝕的研究熱點。

3 帶肋鋼在苛刻工況環(huán)境下的防腐蝕技術(shù)

目前，國內(nèi)外帶肋鋼的生產(chǎn)普遍采用穿水冷卻技術(shù)，該工藝是一種表面相變強化技術(shù)，在改善螺紋鋼力學(xué)性能方面有很好的效果。然而穿水冷卻生產(chǎn)的螺紋鋼在服役、儲存和運輸過程中很容易腐蝕生銹，嚴重影響了螺紋鋼的質(zhì)量。腐蝕引起的混凝土結(jié)構(gòu)失效給社會發(fā)展帶來巨大損失。因而，采取有效的措施減緩螺紋鋼的腐蝕變得尤為重要。截至目前，防止鋼鐵制品腐蝕的措施主要有改變鋼鐵內(nèi)部結(jié)構(gòu)與表面防腐蝕工程技術(shù)兩種方法。

3.1 改變鋼鐵內(nèi)部結(jié)構(gòu)技術(shù)

3.1.1 改變材料中部分構(gòu)成元素含量

金屬材料中部分元素 (C、Mo、N、Cr、Ni等) 含量通常會對材料的抗腐蝕能力有極大改善。文獻[85]研究指出，在金屬材料中添加C、Mo和N可以降低材料表面活性，提升材料表面抗腐蝕效應(yīng)。Barker等[86]研究了不同Cr含量鋼的抗沖刷腐蝕能力，Cr含量8%以上的鋼普遍具有馬氏體、雙相和亞穩(wěn)奧氏體的混合結(jié)構(gòu)，具有高加工硬化的潛力，有較強的抗沖刷腐蝕的能力。Ni可以穩(wěn)定不銹鋼的奧氏體相進而增強電極表面的鈍化能力[84]。鋼中γ相具有韌性好、形變強化能力高等特點，α相硬度也較低，σ相卻具有較脆、硬度較高的特點[86]。王國華等[89]研究指出，不銹鋼中提高Cr和Mo等鐵素體形成元素的含量，既能縮短相形成的孕育期，同時提高了σ相穩(wěn)定存在的上限溫度。Wu等[90]研究認為，Mo含量的增加能提升電極表面鈍化能力，增強其抗電化學(xué)腐蝕及沖刷腐蝕性能。Ilevbare等[87]研究了不銹鋼中Mo對材料性能的影響，認為Mo可能以鉬酸鹽的形式融入金屬的氧化膜中，改變了氧化膜的離子選擇性，使得Cl-難以通過；同時，Mo的存在可以增加電極表面鈍化膜的厚度。

3.1.2 調(diào)控生產(chǎn)工藝參數(shù)形成致密氧化鐵皮

致密氧化鐵皮是利用帶肋鋼在連鑄和軋制過程中，鋼材表面在環(huán)境介質(zhì) (空氣、水蒸汽、氧氣等) 的作用下生成Fe氧化物層的現(xiàn)象，通過調(diào)控鐵氧化物層組分及組成，提升材料防腐、耐摩擦磨損性能[88]。帶肋鋼表面氧化鐵皮由內(nèi)向外由三層Fe的氧化物組成，依次是FeO層、Fe3O4層與Fe2O3層[91]。Fe2O3層呈紅褐色且較致密；Fe3O4層呈黑色且致密而無裂紋；FeO層疏松多孔、易被破壞。這些氧化物的氧含量由外到內(nèi)逐漸減小，并且外層致密，內(nèi)層疏松多孔。文獻[92-94]對Fe氧化層的演變過程研究證明，高于或低于570 ℃時，氧化層中的3種物相結(jié)構(gòu)之間均存在不同程度的物相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。通過合理調(diào)節(jié)FeO、Fe2O3及Fe3O4物相生成厚度的相對比例及表面缺陷，提高材料自身抵御風(fēng)沙沖蝕和雨水沖刷等苛刻工況環(huán)境的抗腐蝕性能。

3.2 表面防腐蝕工程技術(shù)

表面防腐蝕工程技術(shù)主要包括：涂層技術(shù)、緩蝕劑技術(shù)、電化學(xué)防護技術(shù)等，各種防腐蝕技術(shù)相互聯(lián)系、相互滲透。相比改變鋼鐵材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，表面防腐蝕工程技術(shù)簡單高效、成本低廉，對碳鋼等金屬制品能起到很好的防護作用。

3.2.1 涂層技術(shù)

涂層技術(shù)即將涂料涂覆在鋼鐵材料的表面上，形成具有一定機械強度、一層或多層復(fù)合的固態(tài)薄膜，稱為涂層。涂層具有防止或延緩構(gòu)件的腐蝕、提高構(gòu)件的耐磨性能、裝飾構(gòu)件等作用。特殊涂層還具有絕緣、屏蔽電磁波、防靜電等功能。目前抗沖蝕磨損涂層按其抗沖蝕作用原理大致可分為硬質(zhì)與超硬涂層、彈性涂層、自潤滑涂層以及仿生涂層等。

硬質(zhì)涂層起步較早且應(yīng)用最廣，一般為過渡族金屬與非金屬構(gòu)成的化合物、金屬間化合物等，涂層硬度均在10 GPa以上。除高硬度以外，高韌性也同樣重要。保證自身的高硬度和高韌性同時具備并且達到一個最佳比例才能使涂層具有良好的抗沖蝕磨損性能。硬質(zhì)與超硬涂層制備技術(shù)包含物理氣相沉積 ( PVD)、化學(xué)氣相沉積 (CVD) 以及熱噴涂等。

文獻[18]采用彈性涂層實現(xiàn)回避粒子接觸的抗沖蝕設(shè)計理論，建立了彈性涂層沖蝕損傷的定量描述模型。由于涂層容易發(fā)生彈性形變，可將入射粒子的沖擊能轉(zhuǎn)化為本身的彈性應(yīng)變，從而保護基材不受沖蝕，提升涂層的耐沖蝕能力。

混凝土表面涂層技術(shù)。通過混凝土表面涂層處理可以有效阻止Cl-及碳化物等侵蝕因子的危害?，F(xiàn)有的混凝土表面涂層技術(shù)主要是聚合物改性水泥砂漿與滲透型涂層。

環(huán)氧涂層鋼筋。通過借助環(huán)氧涂層與鋼筋之間的強粘結(jié)度，保護鋼筋不受外界腐蝕介質(zhì)的侵蝕。美國材料研究協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，環(huán)氧涂層鋼筋的使用壽命可延長20 a以上。

層狀雙金屬氫氧化物 (LDHs) 是一類重要的陰離子型黏土材料[93]。目前LDHs應(yīng)用在腐蝕防護中主要有兩種路徑，一是通過LDHs材料中陰離子可交換性使其成為緩蝕劑的微納米級存儲器，將其作為摻雜劑摻入涂層中，加強涂層對基體的主動防護作用。二是直接將其作為防腐薄膜，對金屬基底起到短期防護作用；或是以此薄膜作為預(yù)處理層，后續(xù)涂覆有機涂層，起到長期防護作用。

3.2.2 緩蝕劑技術(shù)

緩蝕劑技術(shù)因用量小、緩蝕效率高、制備過程簡單、可循環(huán)使用，對環(huán)境污染和人體危害性小而被廣泛運用于工業(yè)鍋爐、海洋工程、石油管道、蒸汽冷凝管線以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的防腐蝕。常用的緩蝕物質(zhì)有無機緩蝕劑、有機緩蝕劑以及蒸汽緩蝕劑等。

無機緩蝕劑一般包括硼酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽以及鉬酸鹽等。無機緩蝕與鋼材界面反應(yīng)生成一層致密鈍化膜，延緩鋼鐵腐蝕[94]。亞硝酸鹽、鉻酸鹽雖然對鋼材具有較好的緩蝕效果，但是其對環(huán)境污染大，對人體有毒害作用。鉬酸鈉緩蝕劑緩蝕效率高、穩(wěn)定性好、低毒無公害，適用于高pH、高硬水和較高的溫度條件。鉬酸鹽緩蝕作用是在鋼筯表面形成Fe-MoO4-Fe2O3鈍化膜，此膜十分致密，隔離了鋼筋表面的Cl-的侵蝕。由于鉬酸鹽價格相對較高，現(xiàn)基本上與其他緩蝕劑混配使用。聚磷酸鹽中廣泛應(yīng)用的為三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉。其緩蝕機理主要是在水中有溶解氧存在下，它在促進鋼表面上生成γ-Fe2O3的同時，可與兩種金屬形成鰲合物沉積在鋼表面形成保護膜，目前該類鹽常與其他緩蝕劑混配使用。

有機緩蝕劑大多數(shù)含P、N、S、O等原子，比較常用的有吡啶類化合物、硫脲及其衍生物以及有機胺等。此類物質(zhì)與鋼鐵表面的Fe通過絡(luò)合吸附形成牢固的吸附膜，阻礙鋼材基體與腐蝕介質(zhì)的直接接觸，從而起到緩蝕作用[48]。當(dāng)AVMHT用量為100 mg/L，溫度在60~100 ℃時，緩蝕率可達94.4%，但是此吸附膜與鋼筋的結(jié)合力較差，弱于鈍化膜與鋼筋的結(jié)合力。文獻報道了一種離子液體用作碳鋼緩蝕劑的方法[95]。該離子液體由1-辛基-2-吡咯烷酮陽離子和無機或有機陰離子組成，其中陰離子為：HSO4-、NO3-、H2PO4-、CH3COO-、PTSA-以及Br-等，其中鹽酸介質(zhì)溶液濃度為0.1~3 mol/L，溶液溫度為15~70 ℃，離子液體加入濃度為0.5~5 mol/L時，延緩碳鋼腐蝕率高達90%以上。

蒸汽緩蝕劑。鋼材在相對濕度小于40%的環(huán)境中腐蝕的可能性較小，相對濕度在40%~60%之間可以發(fā)生腐蝕，但速率較低；當(dāng)相對濕度比例大于60%時，材料腐蝕速度急劇增長。因而控制空氣濕度，特別是相對濕度，消除水分是抑制大氣腐蝕速率的關(guān)鍵。相關(guān)實驗研究證明[29]，鋼鐵材料表界面使用蒸汽緩蝕劑 (VCI)，可以使得金屬和水之間面形成單分子膜的化合物。圖6是蒸汽緩蝕劑原理[29]。在鋼材表面的抑制劑薄膜中，分子的一端是親水性的，另一端是疏水性的。蒸汽緩蝕劑的吸附能約為-10~14 kJ/mol，在金屬表面具有很強的物理吸附性。蒸汽緩蝕劑中疏水端使得材料與腐蝕性物質(zhì)的任何表面接觸最小化，從而增強材料的抗腐蝕性能。

圖6   蒸汽緩蝕劑原理圖[29]

3.2.3 電化學(xué)防護技術(shù)

金屬-電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時，電位負移，金屬陽極氧化反應(yīng)過電位減小，反應(yīng)速度減小，因而金屬腐蝕速度減小，稱為陰極保護效應(yīng)。電化學(xué) (陰極) 保護法分兩種：外加電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護。

犧牲陽極陰極保護是將電位更負的金屬與被保護金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護金屬上去，使整個被保護金屬處于一個較負的相同的電位下。該方式簡便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護小型 (電流一般小于1A) 金屬結(jié)構(gòu)。對于犧牲陽極的使用有很多失敗的教訓(xùn)，失敗的主要原因是陽極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼，限制了陽極的電流輸出。

外加電流陰極保護是通過外加直流電源以及輔助陽極，迫使電流從介質(zhì)中流向被保護金屬，使被保護金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境。該方式主要用于保護大型金屬結(jié)構(gòu)。

4 帶肋鋼腐蝕防護未來發(fā)展的幾點思考

美國科學(xué)院研究指出目前腐蝕領(lǐng)域存在4種亟待解決的問題：(1) 研究探索低成本環(huán)境友好型耐腐蝕材料及涂層；(2) 模擬研究現(xiàn)實服役環(huán)境中腐蝕的高保真模型；(3) 探索開發(fā)對現(xiàn)實服役環(huán)境中腐蝕行為進行定量關(guān)聯(lián)可控的實驗室加速實驗方法；(4) 實現(xiàn)精確預(yù)測現(xiàn)有設(shè)備修理、更換及停用的壽命時限。結(jié)合帶肋鋼目前生產(chǎn)及苛刻工況下服役過程中存在的腐蝕現(xiàn)象，探索新型防護技術(shù)。具體為以下幾個方面。

4.1 帶肋鋼腐蝕機理研究

有必要針對影響帶肋鋼在各服役環(huán)境中的腐蝕因子進行相關(guān)的研究，分析不同工況下帶肋鋼的腐蝕機理。根據(jù)不同工況環(huán)境下腐蝕發(fā)生的機理，分析腐蝕條件下防護的關(guān)鍵要素，為帶肋鋼的工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用提供技術(shù)支持。

4.2 混凝土損傷機理研究

混凝土開裂破損致使鋼筋與外界腐蝕因子接觸，從而影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。明確混凝土各項指標對鋼筋腐蝕保護的關(guān)鍵因素，例如鋼筋混凝土保護層的厚度、保護層混凝土的堿度、保護層混凝土的密實度與抗水、氣滲透能力、抗裂性能的關(guān)聯(lián)性等。明確混凝土損傷機理，探索混凝土損傷防護技術(shù)，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實施應(yīng)用提供新的技術(shù)支持。

4.3 帶肋鋼腐蝕的防護技術(shù)開發(fā)

針對不同苛刻工況環(huán)境腐蝕機理，研究帶肋鋼腐蝕修復(fù)技術(shù)。近年來發(fā)展的緩蝕劑抑制帶肋鋼腐蝕技術(shù)，通過利用緩蝕劑在金屬表面吸附形成連續(xù)的薄膜阻隔介質(zhì)腐蝕、改變金屬腐蝕電位阻止電化學(xué)腐蝕反應(yīng)中的陽極金屬溶解及陰極H+放電析出氫氣等效能，極大改善了帶肋鋼腐蝕現(xiàn)象；電鍍、涂覆及沉積等表面涂層防護技術(shù)，涂料通過涂層處理技術(shù)在鋼材基體上形成一層緊密結(jié)合的固化膜，阻礙了鋼基材與有害介質(zhì)因子的接觸，有效延長了材料服役及儲放期限；致密氧化鐵皮防腐蝕技術(shù)中利用帶肋鋼在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生鐵氧化層的現(xiàn)象及鐵氧化層組分Fe2O3、Fe3O4、FeO的物相性質(zhì)，通過在鋼筋生產(chǎn)線上調(diào)控帶肋鋼鐵皮氧化層的物相組成及厚度比例，提升材料自防腐、耐摩擦磨損性能。然而當(dāng)前主要應(yīng)用的帶肋鋼防護技術(shù)已經(jīng)不能滿足風(fēng)沙、雨水、海洋環(huán)境、淡水環(huán)境及核環(huán)境等苛刻工況下服役時限需求。因而研究新型帶肋鋼防護技術(shù)、引導(dǎo)帶肋鋼腐蝕防護產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向已迫在眉睫。

5 結(jié)語

隨著社會的發(fā)展，帶肋鋼所面臨的工況環(huán)境會愈加苛刻，未來材料的表面防護技術(shù)將朝著適應(yīng)復(fù)雜多變的多種功能一體化、超長壽命的方向發(fā)展。這需要基礎(chǔ)理論研究結(jié)合實際試驗分析，從材料的設(shè)計、生產(chǎn)制備以及服役壽命與失效機制等方面，明確材料的結(jié)構(gòu)與效能關(guān)系、表界面相互作用等，從而達到延緩材料銹蝕期限、減緩材料的服役失效行為。雖然當(dāng)前防腐技術(shù)取得一些突破，但是在未來的發(fā)展中還需要研究防腐的新技術(shù)和新方法，降低銹蝕產(chǎn)生的損失。

參考文獻

1 Su H Z. Study on the production process of HRB400 hot-rolled ribbed steel bar [D]. Chongqing: Chongqing University, 2007

1 蘇鶴洲. HRB400熱軋帶肋鋼筋生產(chǎn)工藝研究 [D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2007

2 Jin X, Song R B, Wang X Y, et al. Production process optimization of the hot rolling HRB400 rebar [J]. Henan Metall., 2013, 21(2): 45

2 靳熙, 宋仁伯, 王曉燕等. HRB400帶肋鋼筋生產(chǎn)工藝優(yōu)化 [J]. 河南冶金, 2013, 21(2): 45

3 Zhou F G, Wu S J. Production practice of Nb-bearing HRB400 hot rolling ribbed reinforced bar [J]. China Metall., 2005, (9): 33

3 周福功, 吳紹杰. 含鈮HRB400熱軋帶肋鋼筋的生產(chǎn)實踐 [J]. 中國冶金, 2005, (9): 33

4 Hou B R, Li X G, Ma X M, et al. The cost of corrosion in China [J]. NPJ Mater. Degrad., 2017, 1: 4

5 Wang J. Effect of concrete cover on corrosion mechanism and corrosion rate of steel bar [J]. Market Res. Inform., 2019, (4): 81

5 王建. 混凝土保護層對鋼筋腐蝕機理及腐蝕速率的影響 [J]. 市場調(diào)查信息 (綜合版), 2019, (4): 81

6 Li F M, Li Z J. Continuum damage mechanics based modeling of fiber reinforced concrete in tension [J]. Int. J. Solids Struct., 2001, 38: 777

7 Li Z, Jin Z Q, Shao S S, et al. A review on reinforcement corrosion mechanics and monitoring techniques in concrete in marine environment [J]. Mater. Rev., 2018, 32: 4170

7 李哲, 金祖權(quán), 邵爽爽等. 海洋環(huán)境下混凝土中鋼筋銹蝕機理及監(jiān)測技術(shù)概述 [J]. 材料導(dǎo)報, 2018, 32: 4170

8 Al-Tikrite A, Hadi M N S. Mechanical properties of reactive powder concrete containing industrial and waste steel fibres at different ratios under compression [J]. Constr. Build. Mater., 2017, 154: 1024

9 Jin W L, Zhou Z D, Mao J H, et al. Experimental study on magnetic field distribution in the fatigue process of corroded steel bars [J]. Ocean Eng., 2016, 34(5): 65

9 金偉良, 周崢棟, 毛江鴻等. 銹蝕鋼筋在疲勞荷載作用下壓磁場分布研究 [J]. 海洋工程, 2016, 34(5): 65

10 Li J. Effect of negative difference rate and corrosion of hot rolled ribbed steel bar on steel bar performance [A]. Academic Seminar on Railway and Construction Steel [C]. Huangshan, 2013: 311

10 李軍. 熱軋帶肋鋼筋負差率及銹蝕對鋼筋性能的影響 [A]. 2013年鐵路和建筑用鋼學(xué)術(shù)研討會論文集 [C]. 黃山, 2013: 311

11 Liu J T, Zheng M Q. Climatic characteristics of strong and very strong sandstorms in the middle and west parts of Inner Mongolia [J]. Plateau Meteor., 2003, 22: 51

11 劉景濤, 鄭明倩. 內(nèi)蒙古中西部強和特強沙塵暴的氣候?qū)W特征 [J]. 高原氣象, 2003, 22: 51

12 Cai C X, Jiang W M, Huang S H, et al. Chemical characteristic of two duststorms in the south-east coastal area of China and its possible origin [J]. Plateau Meteor., 2000, 19: 179

12 蔡晨霞, 蔣維楣, 黃世鴻等. 我國東南沿海兩次沙塵的化學(xué)特征及其源地探討 [J]. 高原氣象, 2000, 19: 179

13 Ma Z H, Wang J. Progress on study of erosion of military equipments by sand and dust [J]. Corros. Sci. Prot. Technol., 2005, 17: 112

13 馬志宏, 汪浚. 砂塵環(huán)境中軍用裝備磨損腐蝕進展的研究 [J]. 腐蝕科學(xué)與防護技術(shù), 2005, 17: 112

14 Hao Y H, Xing Y M, Zhao Y R, et al. Erosion mechanism and evaluation method of steel structure coating eroded under sandstorm environment [J]. J. Build. Mater., 2011, 14: 345

14 郝贠洪, 邢永明, 趙燕茹等. 風(fēng)沙環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)涂層侵蝕機理及評價方法 [J]. 建筑材料學(xué)報, 2011, 14: 345

15 Hao Y H, Xing Y M, Feng Y J, et al. Research on anti-erosion mechanical properties of steel structure coating [J]. J. Build. Mater., 2013, 16: 1092

15 郝贠洪, 邢永明, 馮玉江等. 鋼結(jié)構(gòu)表面涂層材料抗風(fēng)沙沖蝕力學(xué)性能研究 [J]. 建筑材料學(xué)報, 2013, 16: 1092

16 Li L, Wei T C, Liu M W, et al. Research progress on erosion wear mechanism and anti-erosion coatings [J]. J. Chongqing Jiaotong Univ. (Nat. Sci.), 2019, 38(8): 70

16 李力, 魏天酬, 劉明維等. 沖蝕磨損機理及抗沖蝕涂層研究進展 [J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版), 2019, 38(8): 70

17 Yao M J, Li C F, He J B, et al. Progresses of anti-erosion coatings [J]. Mater. Rev., 2015, 29: 283

17 姚夢佳, 李春福, 何俊波等. 抗沖蝕磨損涂層的研究進展 [J]. 材料導(dǎo)報: 納米與新材料專輯, 2015, 29: 283

18 Ren Y. Erosion wear mechanism and evaluation of steel-structure coating in sandstorm [D]. Hohhot: Inner Mongolia University of Technology, 2014

18 任瑩. 鋼結(jié)構(gòu)涂層受風(fēng)沙環(huán)境沖蝕機理和損傷程度評價研究 [D]. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué), 2014

19 Li S Z, Dong X L. Erosion Wear and Fretting Wear of Materials [M]. Beijing: Mechanical Industry Press, 1987

19 李詩卓, 董祥林. 材料的沖蝕磨損與微動磨損 [M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1987

20 Ballout Y, Mathis J A, Talia J E. Solid particle erosion mechanism in glass [J]. Wear, 1996, 196: 263

21 Finnie I. Erosion of surfaces by solid particles [J]. Wear, 1960, 3: 87

22 Hao Y H, Ren Y, Duan G L, et al. Erosion mechanism and evaluation of steel structure coating eroded under sandstorm environment [J]. Tribology, 2014, 34: 357

22 郝贠洪, 任瑩, 段國龍等. 鋼結(jié)構(gòu)表面涂層受風(fēng)沙沖蝕機理和評價方法 [J]. 摩擦學(xué)學(xué)報, 2014, 34: 357

23 Yang S. The development of high-strength steel and the research of anti-corrosion resistance [D]. Xi'an: Xi'an University of Architecture and Technology, 2015

23 楊森. 高強度鋼筋開發(fā)及抗銹蝕性研究 [D]. 西安: 西安建筑科技大學(xué), 2015

24 Ding G Q, Zhang B. Research progress of atmospheric corrosion of steels in natural environment [J]. Equip. Environ. Eng., 2010, 7(3): 42

24 丁國清, 張波. 鋼在自然環(huán)境中的大氣腐蝕研究進展 [J]. 裝備環(huán)境工程, 2010, 7(3): 42

25 Zhang Q C, Wu J S. Current status of R&D work on weathering steel [J]. Mater. Rev., 2000, 14(7): 12

25 張全成, 吳建生. 耐侯鋼的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 [J]. 材料導(dǎo)報, 2000, 14(7): 12

26 Liu Z. Discussion on atmospheric corrosion of weathering steel and carbon steel [J]. China High-Tech Enterprises, 2015, (7): 85

26 柳喆. 耐候鋼和碳鋼大氣腐蝕探討 [J]. 中國高新技術(shù)企業(yè), 2015, (7): 85

27 Zhang Q C, Wu J S, Yang X F, et al. Investigation of accelerated laboratory tests for weathering steel [J]. Mater. Prot., 2002, 35(3): 21

27 張全成, 吳建生, 楊曉芳等. 耐大氣腐蝕用鋼實驗室加速腐蝕的研究 [J]. 材料保護, 2002, 35(3): 21

28 Yang X F, Zheng W L. Analysis on the corrosion rust of weathering steel and carbon steel exposed to atmosphere for two years [J]. Corros. Prot., 2002, 23: 97

28 楊曉芳, 鄭文龍. 暴露2年的碳鋼與耐候鋼表面銹層分析 [J]. 腐蝕與防護, 2002, 23: 97

29 Bavarian B, Ikder Y, Samimi B, et al. Comparison of the corrosion protection effectiveness of vapor corrosion inhibitors and dry air system [A]. Corrosion 2015 Conference [C]. Dallas, Texas, 2015: 10

30 Wang X J. Research on the behaviors and mechanism of the rust layer evolution of the early stages of atmospheric corrosion for metals [D]. Beijing: China Academy of Machinery Science and Technology, 2013

30 王秀靜. 金屬材料大氣環(huán)境早期腐蝕行為及銹層演化機制研究 [D]. 北京: 機械科學(xué)研究總院, 2013

31 Boden P J. Effect of concentration, velocity and temperature [A]. Corrosion [M]. 3rd Ed. New York: Elsevier, 1994

32 Liu J Z. A review of carbonation in reinforced concrete (1): Mechanism of carbonation and evaluative methods [J]. Concrete, 2005, (11): 10

32 柳俊哲. 混凝土碳化研究與進展 (1)—碳化機理及碳化程度評價 [J]. 混凝土, 2005, (11): 10

33 Li G, Yuan Y S, Geng O. Influences of climate conditions to the concrete carbonization rates [J]. Concrete, 2004, (11): 49

33 李果, 袁迎曙, 耿歐. 氣候條件對混凝土碳化速度的影響 [J]. 混凝土, 2004, (11): 49

34 Papadakis V G, Vayenas C G, Fardis M N. Fundamental modeling and experimental investigation of concrete carbonation [J]. ACI Mater. J., 1991, 88: 363

35 Roberge P R. Handbook of Corrosion Engineering [M]. New York: McGraw-Hill, 2000

36 Smart N G, Gamboa-Aldeco M, Bockris J O M. Corrosion mechanisms of iron in concentrated acidic zinc chloride media [J]. Corros. Sci., 1993, 34: 759

37 Enke C G. Werkstoffe und korrosion [J]. Mater. Corros., 1972, 23: XLIII

38 Pacheco A M G, Teixeira M G I B, Ferreira M G S. Initial stages of chloride induced atmospheric corrosion of iron: an infrared spectroscopic study [J]. Br. Corros. J., 1990, 25: 57

39 Refait P, Benali O, Abdelmoula M, et al. Formation of 'ferric green rust' and/or ferrihydrite by fast oxidation of iron (II-III) hydroxychloride green rust [J]. Corros. Sci., 2003, 45: 2435

40 Legrand L, Sagon G, Lecomte S, et al. A Raman and infrared study of a new carbonate green rust obtained by electrochemical way [J]. Corros. Sci., 2001, 43: 1739

41 Refait P, Memet J B, Bon C, et al. Formation of the Fe(II)-Fe(III) hydroxysulphate green rust during marine corrosion of steel [J]. Corros. Sci., 2003, 45: 833

42 Géhin A, Ruby C, Abdelmoula M, et al. Synthesis of Fe(II-III) hydroxysulphate green rust by coprecipitation [J]. Solid State Sci., 2002, 4: 61

43 Ruby C, Géhin A, Abdelmoula M, et al. Coprecipitation of Fe(II) and Fe(III) cations in sulphated aqueous medium and formation of hydroxysulphate green rust [J]. Solid State Sci., 2003, 5: 1055

44 Hong N F. Corrosion in water environments and durability of concrete [J]. Corros. Prot., 2006, 27: 174

44 洪乃豐. 水環(huán)境腐蝕與混凝土的耐久性 [J]. 腐蝕與防護, 2006, 27: 174

45 Odokuma L O, Ugboma C J. Microbial corrosion of steel coupons in a freshwater habitat in the Niger Delta [J]. J. Ecol. Nat. Environ., 2012, 4: 42

46 Cao G, Gao C, Gan F X. Corrosion behaviors of carbon steel in fresh water [J]. Equip. Environ. Eng., 2006, 3(1): 46

46 曹剛, 高翠, 甘復(fù)興. 碳鋼在淡水環(huán)境中的腐蝕行為 [J]. 裝備環(huán)境工程, 2006, 3(1): 46

47 Zhang W Y. Corrosion and prevention of hydraulic steel gate in freshwater environment [J]. Surf. Technol., 2001, 30(4): 20

47 張文淵. 淡水環(huán)境中水工鋼閘門的腐蝕與防護 [J]. 表面技術(shù), 2001, 30(4): 20

48 Yang Z K. Corrosion and its control of steel radiator [J]. Heat. Vent. Air Cond., 2001, 31(1): 21

48 楊志寬. 鋼制散熱器腐蝕與控制 [J]. 暖通空調(diào), 2001, 31(1): 21

49 Zhu Y X, Zhu X C, Ge Y, et al. Study on corrosion behavior of steel in flowing freshwater [J]. Hydro-Sci. Eng., 2002, (2): 7

49 朱雅仙, 朱錫昶, 葛燕等. 流動淡水中鋼的腐蝕行為研究 [J]. 水利水運工程學(xué)報, 2002, (2): 7

50 Beech I B. Biocorrosion: Role of sulfate reducing bacteria [A]. Encyclopedia of Environmental Microbiology [M]. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2003

51 Dinh H T, Kuever J, Mu?mann M, et al. Iron corrosion by novel anaerobic microorganisms [J]. Nature, 2004, 427: 829

52 Hamilton W A. Microbially influenced corrosion as a model system for the study of metal microbe interactions: A unifying electron transfer hypothesis [J]. Biofouling, 2003, 19: 65

53 Lv H, Wei C F, Liang B F, et al. Analysis on causes of high corrosion rate in circulating water system of chemical fertilizer plant [J]. Petrochem. Technol. Appl., 2000, 18: 362

53 呂紅, 魏存發(fā), 梁寶鋒等. 大化肥循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕率高的原因剖析 [J]. 石化技術(shù)與應(yīng)用, 2000, 18: 362

54 Gibson G R. Physiology and ecology of the sulphate-reducing bacteria [J]. J. Appl. Bacteriol., 1990, 69: 769

55 Zhu R X, Na J Y, Guo S W, et al. Corrosion mechanism of sulfate-reducing bacteria [J]. J. Air Force Eng. Univ. (Nat. Sci. Ed.), 2000, 1(3): 10

55 朱絨霞, 那靜彥, 郭生武等. 硫酸鹽還原菌的腐蝕機理 [J]. 空軍工程大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版), 2000, 1(3): 10

56 Xu Q, Zhan S L, Zhang Q L, et al. Preparation and properties of nano-silicone marine reinforced concrete permeable protective coating [J]. Chin. J. Mater. Res., 2014, 28: 443

56 徐強, 詹樹林, 張啟龍等. 海洋工程鋼筋混凝土納米硅滲透型防護劑的制備和性能 [J]. 材料研究學(xué)報, 2014, 28: 443

57 Wu Q L. Research on flexural RC components exposed to marine environments: durability and life prediction [D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2010

57 吳慶令. 海洋環(huán)境鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的耐久性與壽命預(yù)測 [D]. 南京: 南京航空航天大學(xué), 2010

58 Tian H W, Li W H, Zong C Z, et al. Corrosion mechanism and research progress of anti-corrosion coatings for reinforced concrete used in marine environment [J]. Paint Coat. Ind., 2008, 38(8): 62

58 田惠文, 李偉華, 宗成中等. 海洋環(huán)境鋼筋混凝土腐蝕機理和防腐涂料研究進展 [J]. 涂料工業(yè), 2008, 38(8): 62

59 Morris W, Vazquez M. Corrosion of reinforced concrete exposed to marine environment [J]. Corros. Rev., 2002, 20: 469

60 Zhu H W, Yu H F, Ma H Y. Electrochemical study on effect of rust inhibitors on corrosion of reinforcing bar in concrete in marine environment [J]. J. Southeast Univ. (Nat. Sci. Ed.), 2020, 50: 109

60 朱海威, 余紅發(fā), 麻海燕. 阻銹劑對海洋環(huán)境下混凝土中鋼筋腐蝕影響的電化學(xué)研究 [J]. 東南大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版), 2020, 50: 109

61 Yu Z T, Han D J. Method of carbonization reliability assessment for existing reinforced concrete bridges [J]. J. South China Univ. Technol. (Nat. Sci. Ed.), 2004, 32(2): 50

61 禹智濤, 韓大建. 既有鋼筋混凝土橋梁碳化可靠度評估方法 [J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版), 2004, 32(2): 50

62 Song L Y. Study on chloride corrosion durability of reinforced concrete marine structures [D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2009

62 宋立元. 海洋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)氯離子腐蝕耐久性研究 [D]. 大連: 大連理工大學(xué), 2009

63 Liang Y N, Yuan Y S. Test study on bond behavior of corroded concrete and steel bars [J]. Concrete, 2008, (2): 20

63 梁詠寧, 袁迎曙. 受硫酸鹽腐蝕混凝土與鋼筋黏結(jié)性能的研究 [J]. 混凝土, 2008, (2): 20

64 Artigas A, Monsalve A, Sipos K, et al. Development of accelerated wet-dry cycle corrosion test in marine environment for weathering steels [J]. Corros. Eng. Sci. Technol., 2015, 50: 628

65 Melchers R E, Li C Q. Reinforcement corrosion in concrete exposed to the North Sea for more than 60 years [J]. Corrosion, 2009, 65: 554

66 Han J Y, Dai C, Gao Z H, et al. Microorganism corrosion of concrete [J]. Mater. Rev., 2002, 16(10): 42

66 韓靜云, 戴超, 郜志海等. 混凝土的微生物腐蝕 [J]. 材料導(dǎo)報, 2002, 16(10): 42

67 Li J C M. Microstructure and Properties of Materials [M]. Singapore: World Scientific, 1996

68 Miller F M, Tang F J. The distribution of sulfur in present-day clinkers of variable sulfur content [J]. Cem. Concr. Res., 1996, 26: 1821

69 Ormellese M, Berra M, Bolzoni F, et al. Corrosion inhibitors for chlorides induced corrosion in reinforced concrete structures [J]. Cem. Concr. Res., 2006, 36: 536

70 Hussain S E, Al-Gahtani A S, Rasheeduzzafar. Chloride threshold for corrosion of reinforcement in concrete [J]. ACI Mater. J., 1996, 93: 534

71 Pavan I, Reddy K, Pai V. Repair and rehabilitation of concrete pavements [J]. Int. J. Eng. Res. Dev., 2015, 11: 2278

72 Mohammed T U, Otsuki N, Hamada H. Corrosion of steel bars in cracked concrete under marine environment [J]. J. Mater. Civil Eng., 2003, 15: 460

73 Skoglund P, Silfwerbrand J, Holmgren J, et al. Chloride redistribution and reinforcement corrosion in the interfacial region between substrate and repair concrete-a laboratory study [J]. Mater. Struct., 2008, 41: 1001

74 Quraishi M A, Nayak D K, Kumar R, et al. Corrosion of reinforced steel in concrete and its control: An overview [J]. J. Steel Struct. Constr., 2017, 2: 124

75 Mehta P K, Monteiro P J M. Concrete: Microstructure, Properties, and Materials [M]. 4th Ed. New York: McGraw-Hill, 2014

76 Isgor O B, Razaqpur A G. Modelling steel corrosion in concrete structures [J]. Mater. Struct., 2006, 39: 291

77 Raupach M. Corrosion of steel reinforcement in concrete [J]. Mater. Corros., 2009, 60: 77

78 He K, Xu Y F, Tan Y, et al. Review of corrosion behavior of typical nuclear power materials [J]. Shandong Chem. Ind., 2018, 47(22): 61

78 何寬, 徐蕓菲, 檀玉等. 核電典型材料的腐蝕行為研究綜述 [J]. 山東化工, 2018, 47(22): 61

79 Liu X, Zhao J C, Wang G G, et al. Failure analysis of pipelines and welding joints in nuclear power plant [J]. Fail. Anal. Prev., 2013, 8: 300

79 劉肖, 趙建倉, 王淦剛等. 核電廠管道及焊接接頭失效案例綜述 [J]. 失效分析與預(yù)防, 2013, 8: 300

80 Staehle R W, Gorman J A. Quantitative assessment of submodes of stress corrosion cracking on the secondary side of steam generator tubing in pressurized water reactors: Part 1 [J]. Corrosion, 2003, 59: 931

81 Andresen P L, Ford F P. Prediction of stress corrosion cracking (SCC) in nuclear power systems [A]. Stress Corrosion Cracking [M]. Cambridge: Woodhead Publishing, 2011: 651

82 Peng Q J, Hou J, Takeda Y, et al. Effect of chemical composition on grain boundary microchemistry and stress corrosion cracking in Alloy 182 [J]. Corros. Sci., 2013, 67: 91

83 Wang Y. Study on surface contamination and surface modification of nuclear grade materials [D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2010

83 王永. 核級材料的表面污染及表面改性研究 [D]. 大連: 大連理工大學(xué), 2010

84 Deng P. Irradiation assisted corrosion and stress corrosion of nuclear-grade 304 stainless steel in high temperature and high pressure water [D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2018

84 鄧平. 核級304不銹鋼輻照促進高溫高壓水環(huán)境腐蝕與應(yīng)力腐蝕研究 [D]. 合肥: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2018

85 Hu X, Neville A. The electrochemical response of stainless steels in liquid-solid impingement [J]. Wear, 2005, 258: 641

86 Barker K C, Ball A. Synergistic abrasive—corrosive wear of chromium containing steels [J]. Br. Corros. J., 1989, 24: 222

87 Ilevbare G O, Burstein G T. The role of alloyed molybdenum in the inhibition of pitting corrosion in stainless steels [J]. Corros. Sci., 2001, 43: 485

88 Zheng Z B, Zheng Y G, Sun W H, et al. Erosion-corrosion of HVOF-sprayed Fe-based amorphous metallic coating under impingement by a sand-containing NaCl solution [J]. Corros. Sci., 2013, 76: 337

89 Wang G H. Influence of the sigma phase precipitation on the microstructure and properties in duplex stainless steel [J]. China Metall., 2011, 21(6): 15

89 王國華. σ相的析出對雙相不銹鋼組織性能的影響 [J]. 中國冶金, 2011, 21(6): 15

90 Wu X Q, Jing H M, Zheng Y G, et al. Resistance of Mo-bearing stainless steels and Mo-bearing stainless-steel coating to naphthenic acid corrosion and erosion-corrosion [J]. Corros. Sci., 2004, 46: 1013

91 Bertrand N, Desgranges C, Poquillon D, et al. Iron oxidation at low temperature (260~500 ℃) in air and the effect of water vapor [J]. Oxid. Met., 2010, 73: 139

92 Zhang B, Cao J, Guo Z, et al. Effect of cooling bed temperature on the corrosion resistance of surface oxide scale of rebar [J]. J. Anhui Univ. Technol. (Nat. Sci.), 2018, 35: 301

92 張波, 曹杰, 郭湛等. 上冷床溫度對螺紋鋼筋表面氧化鐵皮抗銹蝕性能的影響 [J]. 安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版), 2018, 35: 301

93 Chen R Y. Mechanism of iron oxide scale reduction in 5%H2-N2 gas at 650~900 ℃ [J]. Oxid. Met., 2017, 88: 687

94 Chen R Y, Yuen W Y D. Longer term oxidation kinetics of low carbon, low silicon steel in 17H2O-N2 at 900 ℃ [J]. Oxid. Met., 2016, 85: 489

95 Huang B H, Xu X L, Liu J, et al. A method for using ionic liquids as corrosion inhibitors for carbon steel [P]. Chin. Pat., 201010019346.8, 2010

95 黃寶華, 徐效陵, 劉軍等. 一種離子液體用作碳鋼緩蝕劑的方法 [P]. 中國專利, 201010019346.8, 2010)