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原文传递地铁隧道用钢轨及扣件腐蚀行为研究

论文题名：	地铁隧道用钢轨及扣件腐蚀行为研究
关键词：	地铁隧道用钢轨;扣件失效件;腐蚀行为;电化学试验
摘要：	安全可靠性在各大城市快速发展的地铁交通中有重要意义，地铁隧道环境中的钢轨及扣件腐蚀是个重要问题，但研究相对匮乏。本工作采用宏观观测、金相观察、成分分析、浸泡试验、电化学试验等方法研究了地铁隧道用钢轨及扣件失效件的腐蚀特征、钢轨材料和弹条用钢的腐蚀行为，包括NaCl浓度、温度和溶液中氧的影响。通过三种方式得到钢轨及扣件B型弹条的腐蚀速率，分别是宏观腐蚀速率、浸泡试验腐蚀速率、电化学试验腐蚀速率。试验材料为U75V钢轨钢和60Si2Mn的B型弹条。浸泡试验和电化学试验采用1.0%～10.0%（质量分数）范围不同浓度的氯化钠溶液，浸泡试验选用的温度是30℃，电化学试验的试验温度为10℃、30℃、50℃，在30℃环境下研究了除氧对腐蚀电化学行为的影响。主要研究工作和结论如下：　　1.采用宏观观测、金相观察、成分分析等研究了钢轨及扣件腐蚀失效件的宏观腐蚀速率、显微组织、化学成分情况。　　钢轨及B型弹条腐蚀失效件在隧道潮湿环境中发生了不均匀的全面腐蚀，腐蚀坑部位O和Cl含量明显较高。钢轨腐蚀坑最深处为8.85mm，对应的最大腐蚀速率为6.23mm/a。B型弹条主要是在表面涂层脱落处发生腐蚀，腐蚀坑最深处为0.19mm，对应的最大腐蚀速率为0.02mm/a；理化检验表明，钢轨及B型弹条失效件化学成分均符合标准要求。钢轨的显微组织为片状珠光体组织，B型弹条的显微组织主要为均匀的回火屈氏体。　　2.采用浸泡试验方法对钢轨材料和B型弹条用钢在30℃不同浓度NaCl溶液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明钢轨试样和B型弹条用钢的腐蚀速率随着NaCl浓度的升高而平缓下降，钢轨材料的浸泡腐蚀形貌类似于腐蚀失效件。　　3.采用电化学试验方法研究了钢轨材料在不同温度、不同浓度、是否除氧的NaCl溶液中的腐蚀行为；B型弹条用钢在不同浓度、是否除氧的NaCl溶液中的腐蚀行为。主要结论如下：　　（1）钢轨材料电化学试验结果表明，溶液中的氧对钢轨的腐蚀起到重要影响。该钢轨试验是典型的活化极化控制的腐蚀体系，受阴极控制的腐蚀过程，溶液中的氧含量影响阴极的腐蚀过程。在氧气充分的条件下，自腐蚀电位Ecorr大于除氧条件下的，自腐蚀电流密度Icorr远大于除氧条件下的，其腐蚀速率明显较高。B型弹条用钢电化学试验结果表明，溶液是否除氧对B型弹条用钢腐蚀速率也有数量级的显著影响，未除氧时B型弹条用钢更容易发生腐蚀。其腐蚀规律和机理与钢轨除氧与否的试验一致；　　（2）钢轨材料的腐蚀速率随着温度的升高而升高，推测是温度的升高使得氧的扩散过程和电极反应过程加快；　　（3）在30℃未除氧的溶液中，钢轨试样电化学试验的腐蚀速率随着NaCl溶液浓度的升高而下降，在低浓度时自腐蚀电流密度较高且离散性较大，高浓度时自腐蚀电流密度较低、离散性较小。B型弹条用钢的自腐蚀电流密度、自腐蚀电位随着NaCl浓度的升高而下降。　　4.根据试验结果推测，在工程实际中钢轨及B型弹条的腐蚀受到环境因素的影响，在氧气较充沛的渗水潮湿环境和较高温条件下，钢轨和扣件弹条较易发生腐蚀，应加强监测防范。
作者：	何兆如
专业：	材料学
导师：	李光福;纪开强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海材料研究所
学位年度：	2022