建筑结构钢Q390E卷板表面改性

Q390E卷板钢具有优良的力学和机械性能（如高硬度、高疲劳强度和断裂韧性等），是制造中高压石油 化工容器、高压锅炉汽包等特种设备的理想材料。Q390E卷板钢的耐蚀性较差，遭受腐蚀会严重降低其力学和机械性能，从而缩短特种设备的使用寿命。为了减缓Q390E卷板钢腐蚀，可以采用电镀、喷涂、磷化等工艺手段。其中，磷化具有成本低廉、工艺简单且成熟可靠、能快速成膜等优点，已成为钢铁材料防腐蚀中占有重要地位的工艺手段。

在诸多磷化工艺中，锰系磷化工艺的防腐蚀效果较好。鉴于特种设备对于钢铁材料的耐蚀性有较高的要求，为了获得更好的防腐蚀效果，笔者采用锰系磷化工艺对特种设备用Q390E卷板钢进行防腐蚀处理，将不同浓度的PTFE乳液分别加入磷化液中，在Q390E卷板钢表面制备了锰系磷化膜和三种锰系复合磷化膜。本文进行这方面的研究可以丰富Q390E卷板钢锰系磷化处理的相关理论，为减缓Q390E腐蚀提供参考。

实 验

材料与试剂

Q390E卷板钢 的 成 分 如 下：Mn 1.0~1.6 % 、 Ti 0.02~0.20 %、C 0.2 %、Si 0.55 %、Cr 0.3 %、Ni 0.7%、

P 0.025 %、S 0.025%、Al 0.015 %，余量为Fe。 试样尺寸为30 mm×13 mm×2 mm。

主要试剂：盐酸、氢氧化钠、碳酸钠、无水、硝酸锰、磷酸二氢锰、等，均为分析纯。

锰系磷化处理

Q390E卷板钢锰系磷化处理的过程如下：

试样预处理。用800#砂纸粗磨，去除试样表面的氧化皮和杂质。再用1500#砂纸细磨，使表 面趋于平滑。打磨后的试样采用氢氧化钠和碳酸钠 的混合溶液除油，再浸入无水中超声波清洗。接着用体积分数为 5%的稀盐酸溶液酸洗，水洗后，迅速吹干待用。

磷化液配制。以去离子水作溶剂，硝酸锰、磷酸二氢锰、等做溶质配制500 mL 磷化液，

具体成分为：硝酸锰 20g/L、磷酸二氢锰 36 g/L、1 g/L。将不同浓度的 PTFE 乳液（0 、5 、20 、35mL/L）缓慢倒入配好的磷化液中并搅拌均匀，乳液中PTFE 颗粒所占比例约为50 %。

磷化工艺参数设定。水浴加热使磷化液受热均匀，温度维持在（86±0.5）℃，磷化时间设定 20 min。为了保证磷化液中的PTFE 颗粒呈较均匀分散状态，在试验过程中不断搅拌磷化液，搅拌速度为150r/min。

当磷化液中无PTFE乳液时，在试样表面制备的磷化膜称为锰系磷化膜（以下简称MF）。而当磷化液中PTFE 乳液浓度分别为 5、20、35 mL/L时，在试样表面制备的磷化膜都称为锰系复合磷化膜，以下简称MCF1、MCF2、MCF3。

表征与测试

以质量分数为3.5%的氯化钠溶液作腐蚀介质， 采用CHI660E 型电化学工作站分别测试Q390E卷板钢、锰系磷化膜、三种锰系复合磷化膜的电化学阻抗谱。以铂片为辅助电极，待测试样为工作电极，饱和 甘电极为参比电极，交流正弦波振幅为10 mV。

参照GB/T10125-2012《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》，在 TST-E808 型盐雾箱中进行盐雾试验。将质量分数为5%的氯化钠溶液通过喷雾装置均匀地沉降在待测试样表面。48 h 后取出样品，采用SU8010型扫描电镜分别表征Q390E卷板钢、锰系磷化膜、三种锰系复合磷化膜盐雾试验前后的表面形貌。

结果与分析

电化学阻抗谱结果

图 1为Q390E卷板钢、锰系磷化膜和三种锰系复合磷化膜的电化学阻抗谱。图1中显示Q390E卷板钢的阻抗谱半径小，锰系磷化膜和三种锰系复合磷化膜的阻抗谱半径不同程度增大，表明锰系磷化膜和三种锰系复合磷化膜对电解质离子扩散都具有较强的阻碍作用，能抑制Q390E卷板钢腐蚀。

图 2为Q390E卷板钢、锰系磷化膜及三种锰系复合磷化膜在腐蚀介质中的等效电路。其中，Q390E卷板钢

的等效电路由溶液电阻Rs、双电层电容Qdl和电荷转移电阻Rct 构成，见图2（a）。锰系磷化膜和三种锰系复合磷化膜的等效电路则由溶液电阻 Rs、双电层电容 Qdl、膜层电阻Rf、膜层电容 Qf 和电荷转移电阻 Rct 构成，见图2（b）。采用电化学工作站配套的软件对 电化学阻抗谱进行拟合，得到的数据列于表1 中。

由表 1可知，锰系磷化膜和三种锰系复合磷化膜的Rct 值和Rs 值相比于Q390E卷板钢都增大。研究发现，磷化膜的Rct值越大，意味着磷化膜与基体间的电荷转移速率越低，其耐蚀性能往往越好。R 值越大，意味着磷化膜对腐蚀介质扩散具有较强的阻碍，同样可以说明磷化膜的耐蚀性能较好。由此可知，锰系磷化膜和三种锰系复合磷化膜都能较好的保护Q390E卷板钢起到防腐蚀作用。

高强卷板  Q390E   9.75    1250   129.49 吨   安阳    安钢

高强卷板  Q390E   7.75    1500   29.38 吨    安阳    安钢

高强卷板  Q390E   7.75    1250   59.86 吨    安阳    安钢

高强卷板  Q390E   7.5 1500    23.41吨    安阳    安钢

高强卷板  Q390E   5.75    1500   20.48 吨    安阳    安钢

高强卷板  Q390E   5.75    1250   21.29 吨    安阳    安钢

高强卷板  Q390E   5   1500    58.02吨    安阳    安钢

高强卷板  Q390E   4.75    1250   43.27 吨    安阳    安钢

高强卷板  Q390E   3.75    1500   28.86 吨    安阳    安钢

高强卷板  Q390E   3   1500    58.04吨    安阳    安钢