吳世杰，劉麗霞,b，彭軍,b

（內(nèi)蒙古科技大學(xué) a.材料與冶金學(xué)院，b.內(nèi)蒙古自治區(qū)先進(jìn)陶瓷與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

從1997年至2007年，我國(guó)鐵路完成六次大提速。開(kāi)行時(shí)速200 km/h以上的車組52對(duì)，出現(xiàn)中國(guó)品牌的 CRH，形成一批快速客運(yùn)通道，高速鐵路進(jìn)一步發(fā)展。京包、京九等鐵路速度提升至200 km/h；京滬、京廣最高時(shí)速達(dá)250 km/h，我國(guó)鐵路已經(jīng)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。發(fā)展高速鐵路有利于交通狀況改善，歐美、亞洲等國(guó)和地區(qū)均計(jì)劃進(jìn)一步發(fā)展高速鐵路。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年金屬腐蝕是地震、水災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害造成損失總和的6倍。多年來(lái)，鐵路腐蝕給鐵路行業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。鋼軌腐蝕會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鐵軌的損壞，給交通帶來(lái)巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)，造成人民財(cái)產(chǎn)的損失[1]。鋼軌腐蝕問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視，大氣腐蝕已成為影響鋼軌使用壽命的重要因素。隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展，大氣污染日益加重，鋼軌腐蝕的問(wèn)題必然會(huì)更加嚴(yán)重。因此，為了提高鋼軌耐蝕性能，國(guó)內(nèi)外相關(guān)科技工作者很早就開(kāi)始在鋼軌腐蝕機(jī)理、銹層成分、腐蝕電化學(xué)等方面進(jìn)行了理論研究與技術(shù)探索，但實(shí)際應(yīng)用卻進(jìn)展緩慢。國(guó)內(nèi)對(duì)鋼軌損傷的研究?jī)H限于對(duì)鋼軌的機(jī)械和疲勞分析，很少考慮各種腐蝕因素（如水分、大氣污染、溫差、雜散電流等）的影響。所以，研究鋼軌的腐蝕原理，找出防止其腐蝕的措施十分必要。

1 國(guó)內(nèi)外重軌鋼研究簡(jiǎn)介

鋼軌是軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，承擔(dān)著引導(dǎo)車輪、傳遞載荷的作用。我國(guó)早期使用的鋼軌為碳素鋼軌，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，開(kāi)始使用微合金和合金鋼軌，90年代又成功研發(fā)了Cr-Mn-Mo系貝氏體鋼軌，近幾年國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.90%～1.0%的過(guò)共析鋼軌，目前正在進(jìn)行使用考核[2]。重軌鋼在我國(guó)主要是指生產(chǎn)60～70 kg/m的重軌（含道岔）使用的鋼種。國(guó)內(nèi)重軌鋼生產(chǎn)廠家包括包鋼、武鋼、鞍鋼、攀鋼、邯鋼等鋼鐵企業(yè)。攀鋼主要生產(chǎn)的鋼種有 U71Mn/U71MnG、U75V/U75VG、U78CrV等材質(zhì)鋼軌，道岔用50AT、60AT、60D40、60TY等品種鋼軌。鞍鋼主要生產(chǎn)的鋼種有U71Mn/U71MnG、U75V/U75VG、U77MnCr等材質(zhì)鋼軌，道岔用 50AT、60AT等品種鋼軌。包鋼和武鋼生產(chǎn)百米定尺鋼軌[3]。目前關(guān)于高速重軌鋼的研究主要集中在提高重軌鋼的抗疲勞、抗磨耗性能和純凈度方面。

國(guó)外大約有23家比較知名的重軌生產(chǎn)廠家，一直在研制高強(qiáng)重軌鋼。日本新日鐵公司[4]研制出來(lái)的高強(qiáng)重軌鋼是過(guò)共析鋼軌鋼，通過(guò)增加鋼軌成分中的碳含量，達(dá)到增加珠光體組織中滲碳體片層厚度的目的，進(jìn)而使重軌鋼具有更高的強(qiáng)度和耐磨性。英鋼聯(lián)研究開(kāi)發(fā)出硬度達(dá) 445HB的低碳馬氏體鋼軌，該鋼軌的耐磨性和韌性均較高[6]。德國(guó)Thyssenstarh研制出的高強(qiáng)重軌鋼是貝氏體鋼軌，軌頭硬度達(dá)425HB，已經(jīng)進(jìn)行了鋪設(shè)試驗(yàn)，證實(shí)其耐磨性比普通熱處理鋼軌好。貝氏體鋼軌強(qiáng)度高、韌性和塑性好，是珠光體鋼軌的2～5倍，同時(shí)還易于與珠光體鋼軌焊接。美國(guó)鐵路、日本NKK和Burlington Northern聯(lián)合開(kāi)發(fā)了“抗破損”的高強(qiáng)重軌鋼，與普通鋼軌相比，該種鋼軌具有更強(qiáng)的抗破損能力[5]。

國(guó)內(nèi)通過(guò)在重軌鋼中添加合金元素，改善鋼軌性能，提高鋼軌耐磨性方面的研究較多。攀鋼通過(guò)添加V研制開(kāi)發(fā)了PD3、PD4等合金重軌鋼，包鋼通過(guò)添加V、Nb、Cr、RE，研制開(kāi)發(fā)了U75V、U76CrRE、BNbRE等合金重軌鋼。鋪設(shè)結(jié)果表明，添加了合金元素的重軌鋼，其耐磨性能和使用壽命均比普通鋼軌有所提高。

全世界的鋼鐵和金屬設(shè)備每年因腐蝕造成的損失非常高，腐蝕帶來(lái)的環(huán)境污染等問(wèn)題在嚴(yán)重時(shí)甚至讓人民的生命安全難以得到保障。按照產(chǎn)生腐蝕的環(huán)境狀態(tài)，腐蝕可以分為大氣腐蝕、土壤腐蝕、微生物腐蝕、淡水和海水腐蝕，鐵路鋼軌的腐蝕多數(shù)情況下屬于大氣腐蝕。根據(jù)機(jī)理的不同，可以將腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，鋼軌腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。鐵路軌道的腐蝕主要發(fā)生在海邊、陰暗隧道和濕潤(rùn)的大氣環(huán)境中，其失效的主要原因是大氣腐蝕和應(yīng)力損壞。鋼軌腐蝕是以下因素的綜合作用，首先，大氣中的濕潤(rùn)空氣、污染的氣體、雨水和晝夜溫差為軌道的電化學(xué)腐蝕提供了條件。其次，機(jī)車的頻繁應(yīng)力導(dǎo)致軌道變形和進(jìn)一步加快電化學(xué)腐蝕。同時(shí)，由于軌道對(duì)地面的絕緣受限，機(jī)車牽引電流在電路回路中不可避免地泄漏，這使得電化學(xué)反應(yīng)速度加快，鐵路腐蝕加劇[1]。

2 合金元素對(duì)重軌鋼腐蝕的影響

目前重軌鋼中加入的合金元素有C、Si、Mn、V、Nb、Ti、W、Cu、Al、Si、Cr或Ni等，其中 C是添加最廣的元素，可以提高屈服點(diǎn)及抗拉強(qiáng)度，但其對(duì)材料的塑性和沖擊性的影響是消極的，當(dāng)材料中 C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.23%時(shí)，鋼材焊接性能急劇下降，大氣腐蝕能力變差，已發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。這是因?yàn)樘荚氐难趸^(guò)電位較低，發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的熱力學(xué)趨勢(shì)較大。Si通常在煉鋼的過(guò)程中作為還原劑和氧化劑，所以鋼材一般都含有Si，可以明顯增強(qiáng)鋼材的彈性極限值，屈服點(diǎn)和抗拉伸強(qiáng)度也會(huì)提高。Mn在鋼鐵煉制的過(guò)程中通常作為良好的脫氧、脫硫劑，錳鋼較普通鋼材具有許多優(yōu)點(diǎn)，如機(jī)械強(qiáng)度高、韌性更強(qiáng)、硬度高、抗拉伸能力好，同時(shí)熱處理及加工性能方面同樣表現(xiàn)優(yōu)異，淬性好，屈服點(diǎn)較普通鋼提高40%，耐磨性能優(yōu)異，但高錳鋼影響材料的抗腐蝕性能和焊接性能。在不同環(huán)境下合金元素對(duì)腐蝕速率的影響是不同的，Cr可有效降低鋼材在較高 Cl?濃度中的點(diǎn)腐蝕速率，相反，Cu、P可以有效防止二氧化硫污染的影響[7]。V在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中起到優(yōu)良脫氧劑的作用，鋼材中V的添加可以使材料的強(qiáng)度和韌性顯著增加，并且在后續(xù)熱處理的過(guò)程中對(duì)微觀組織的晶粒有細(xì)化作用，并且在高溫高壓下抗氫腐蝕能力明顯增強(qiáng)。

Nb的添加主要作用于鋼材微觀組織，細(xì)化晶粒的同時(shí)可以使材料過(guò)熱敏感性降低，回火脆性減弱，強(qiáng)度增強(qiáng)，抗大氣腐蝕性能提高，高溫高壓下耐受氫、氮、氧的腐蝕，并且適當(dāng)?shù)奶砑涌梢允共牧弦子诤附印Ｍ鯐喳惖萚8-9]在U76CrRE重軌鋼中添加合金元素Nb，在模擬工業(yè)大氣腐蝕中發(fā)現(xiàn)，Nb的添加有利于銹層中物質(zhì)的生成，因此加入適量的Nb有利于提高鋼材的耐腐蝕性。通過(guò)研究表明，RE在基體的局部富集促進(jìn)了銹層中穩(wěn)定性α-FeOOH的快速生成，改善了重軌鋼在工業(yè)大氣環(huán)境下的耐腐蝕性能。吳志峰等[10]研究發(fā)現(xiàn)，La可以使點(diǎn)蝕電位升高，添加La后腐蝕銹層更加連續(xù)、致密，腐蝕性粒子難以進(jìn)入金屬基體，從而使得重軌鋼的耐腐蝕性能提高。竇為學(xué)等[11]在U75V高速重軌鋼中加入合金元素Cr，通過(guò)電化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，適量的Cr有利于提高鋼基體銹層的致密性，進(jìn)而提高耐腐蝕性。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.45%Cr的試驗(yàn)鋼自腐蝕電流密度比其他三種試驗(yàn)鋼都低，耐腐蝕能最佳。

Y.H.Qian等[12]研究了Cr含量對(duì)鋼軌耐腐蝕性能的影響，Cr的加入提高了鋼的鈍化能力，除銹后，Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于7%的鋼的腐蝕電流密度明顯降低。T.Misawa等[13]的研究結(jié)果表明，合金元素在重軌鋼的內(nèi)層銹層中富集，使得鋼軌的內(nèi)層銹層明顯比碳鋼的內(nèi)層銹層致密，增強(qiáng)了鋼的耐蝕性。T.Kamimura[14]研究了含Cr鋼在濕/干循環(huán)過(guò)程中的腐蝕，發(fā)現(xiàn)在干燥過(guò)程中，含Cr鋼的腐蝕速率低是由于在Cr摻雜的氧化物存在下，生銹層內(nèi)的銹蝕減少，F(xiàn)e2+的形成受到抑制，從而提高了Cr重軌鋼的耐腐蝕性。同時(shí)通過(guò)電化學(xué)分析，也能了解到重軌鋼腐蝕速率較低。

B.Panda等[15]采用失重法、紅外光譜、銹蝕形貌和EIS分析等方法，研究了添加銅、鉬、鉻、鎳、硅合金的新型鋼軌鋼在潮濕干燥鹽霧49 a后的腐蝕行為，所有鋼軌的減重值相似。所有鋼軌內(nèi)層和外層鐵銹層的鑒定相為非晶 γ-FeOOH（lepidocrocite）、Fe3?xO4（磁鐵礦）、非晶 α-FeOOH（goethite）和非晶δ-FeOOH。在所有鋼軌中，F(xiàn)e3?xO4被認(rèn)為是主要的銹蝕相。與C-Mn、Cu-Si鋼軌鋼相比，Cu-Mo、Cr-Mn、Cu-Ni、Cr-Cu-Ni、Cr-Cu-Ni、Cr-Cu-Si鋼軌鋼的 ZCP要高，所有鋼軌鋼在沒(méi)有任何外部電位情況下的自由腐蝕電位（FCP）均相似。由于氧在室溫下的最大溶解度很低，陰極反應(yīng)速率受氧從本體溶液擴(kuò)散到鋼表面的限制，因此所有鋼軌鋼的陰極反應(yīng)均受到擴(kuò)散的限制。在銹蝕 49 a后，所有鋼軌的阻抗譜中均出現(xiàn)了兩個(gè)時(shí)間常數(shù)。通過(guò)對(duì)低頻阻抗數(shù)據(jù)的比較發(fā)現(xiàn)，鉻銅鎳鋼軌的擴(kuò)散效應(yīng)低于其他鋼軌。曝露氣體條件下中性溶液的主要還原反應(yīng)是氧的還原（O2+2H2O+4e=4OH?），這與CrCuNi鋼軌銹蝕大孔數(shù)減少有關(guān)。CrCuNi和CrCuNiSi鋼軌上形成的致密鐵銹使得高頻區(qū)域的阻抗較高，耐腐蝕性能更好。CrCuNi和CrCuNiSi鋼軌表面銹蝕的顯微形貌如圖1所示[15]。

圖1 CrCuNi和CrCuNiSi鋼軌表面銹蝕的顯微形貌Fig.1 SEM micrograph of corrosion on CrCuNi and CrCuNiSi steel rails surface

3 組織結(jié)構(gòu)對(duì)重軌鋼腐蝕的影響

在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就合金元素和晶粒尺寸等對(duì)鋼大氣腐蝕性能的影響做了很多研究，卻很少研究金相組織對(duì)鋼腐蝕的影響。由于鋼軌的腐蝕日益嚴(yán)重，人們逐漸發(fā)現(xiàn)金相組織對(duì)鋼的腐蝕也有較大程度的影響。有人曾對(duì)不同組織的耐候鋼進(jìn)行耐腐蝕分析，發(fā)現(xiàn)低碳貝氏體組織比其他組織類型的鋼更耐腐蝕。在模擬大氣腐蝕環(huán)境下，馬氏體鋼耐腐蝕性能大于針狀鐵素體鋼和珠光體+鐵素體鋼。不同組織對(duì)鋼的耐腐蝕性能有很大的影響，所以非常有必要研究組織對(duì)鋼腐蝕的作用和機(jī)理[16]。重軌鋼通過(guò)熱處理的方法來(lái)減少組織晶間間距，以提高其耐腐蝕性。郭佳等[17]研究發(fā)現(xiàn)顯微組織直接影響鋼初期腐蝕，并間接影響長(zhǎng)期腐蝕。在初期腐蝕時(shí)，鐵素體鋼中大角晶界易于優(yōu)先腐蝕，而貝氏體內(nèi)小角晶界擇優(yōu)腐蝕減弱，鐵素體加珠光體的擇優(yōu)腐蝕集中于珠光體及其邊界。鐵素體裸鋼有較強(qiáng)的耐腐蝕性，貝氏體與鐵素體+珠光體裸鋼初期耐腐蝕性差，長(zhǎng)期腐蝕性能更優(yōu)。貝氏體鋼不僅具備優(yōu)良的強(qiáng)韌性，也具備優(yōu)良的耐腐蝕性能。鐵素體+珠光體鋼的長(zhǎng)期耐腐蝕性能也較好的原因可能是由于珠光體中的滲碳體片對(duì)銹層與基體起鉚接作用[18]。

邵軍[19]研究了組織為馬氏體、貝氏體＋鐵素珠、珠光體＋鐵素體的低合金高強(qiáng)度船板鋼在酸性氯離子環(huán)境下的耐蝕性，結(jié)果表明組織對(duì)鋼的耐蝕性有明顯的影響。馬氏體結(jié)構(gòu)單一以及碳化析出量少，結(jié)構(gòu)之間沒(méi)有明顯的相位差，腐蝕反應(yīng)均勻分布在鋼材表面，易形成致密的銹層，對(duì)基體具有較好的保護(hù)效果。董杰吉[20]等研究發(fā)現(xiàn)，由于碳濃度分布不均，加速了鐵素體+珠光體組織鋼中微電池的形成，降低了鋼的耐蝕性。ULCB鋼是一種均勻、細(xì)密的板條狀貝氏體組織，不會(huì)產(chǎn)生明顯的電化學(xué)效應(yīng)，因而ULCB鋼具有良好的耐蝕性，能夠滿足使用條件。Z.F.Wang等[21]比較了加速循環(huán)腐蝕試驗(yàn)后的ULCB鋼和09CuPCrNi鋼的耐蝕性，并研究了微觀結(jié)構(gòu)對(duì)腐蝕的影響，發(fā)現(xiàn)采用均勻的組織、較低的碳含量、大量的低角度邊界和隨機(jī)分布的Σ3邊界可以有效地提高ULCB鋼的耐蝕性。

任安超等[22]通過(guò)掃描電鏡觀察和測(cè)量 U75V和U68CrCu鋼軌鋼的珠光體，研究這兩種鋼早期的腐蝕機(jī)理。研究結(jié)果表明，熱軋后 U68CrCu鋼軌鋼珠光體片層間距明顯減少，表面形成更多的微電池，更容易形成均勻腐蝕，銹層更加致密。相對(duì)于U68CrCu，U75V鋼軌珠光體片層間距大且比較粗糙，形成微電池相對(duì)較少，更容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕，從而導(dǎo)致腐蝕速度相對(duì)較快。珠光體鋼容易被腐蝕主要與珠光體片層間距有關(guān)，如圖2所示。微觀組織為珠光體復(fù)相組織的U71Mn鋼樣，經(jīng)過(guò)周期性浸潤(rùn)腐蝕，自腐蝕電位隨著時(shí)間的增加而降低，腐蝕傾向較大，腐蝕電流的增加表明，隨著腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展，鋼材的抗腐蝕能力降低。通過(guò)對(duì)腐蝕產(chǎn)物的觀察可知，銹層形貌較為粗糙，且分布均勻性差，其中包含的滲碳體會(huì)在U71Mn內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕微電池，進(jìn)而使得鋼中鐵素體組織的腐蝕速率增加。

圖2 U68CrCu鋼軌鋼珠光體腐蝕Fig.2 Pearlite corrosion of U68CrCu steel rail

D.Clover[23]研究表明，腐蝕/滲透速率的變化部分是由微觀結(jié)構(gòu)的差異而造成的。研究發(fā)現(xiàn)，具有帶狀鐵素體/珠光體結(jié)構(gòu)的鋼在局部腐蝕方面表現(xiàn)不佳，這歸因于碳化鐵相滲碳體（Fe3C）的分離分布。相比之下，觀察到的所有其他微觀結(jié)構(gòu)為均勻的滲碳體。鋼的細(xì)化鐵素體、鐵素體/粗粒、點(diǎn)針狀珠光體/珠光體或回火馬氏體微觀組織的腐蝕性能存在微不足道的差異。無(wú)論如何，鐵素體/粗粒和少量珠光體/珠光體材料在平均腐蝕和滲透性方面表現(xiàn)得更好。D.Clover推測(cè)，在富碳相和大塊鋼之間形成了電偶，注意到滲碳體相對(duì)于鐵是陰極的。同樣，與鐵相比，錳的陽(yáng)極性更強(qiáng)，這可能有利于在錳和大塊材料之間形成一對(duì)電偶。顯然，這兩種效應(yīng)將相互競(jìng)爭(zhēng)。錳還影響鋼中含碳相的形成，富含錳的區(qū)域有優(yōu)先形成珠光體的趨勢(shì)。T.Perez[24]等研究表明，鐵素體在珠光體晶粒中的優(yōu)先腐蝕，珠光體鋼表面形成層狀或片狀滲碳體（珠光體為滲碳體的層狀結(jié)構(gòu)，F(xiàn)e3C、鐵氧體和鐵）。隨后，碳酸鐵垢被困在片層珠光體之間，進(jìn)而形成電解質(zhì)和鋼之間的物理屏障，然而，表面不均勻的鱗片覆蓋可能有利于局部腐蝕。

4 熱處理工藝或加工工藝對(duì)重軌鋼腐蝕的影響

通過(guò)不同熱處理工藝獲取不同細(xì)小程度的珠光體組織，研究珠光體組織對(duì)抗大氣腐蝕的影響。研究不同的熱處理工藝，以獲取不同程度的晶粒，達(dá)到不同的耐腐蝕效果，從而研究不同的重軌鋼耐腐蝕性能。周麗等[25]對(duì)含Cr重軌鋼進(jìn)行不同加工工藝處理，以模擬其在工業(yè)大氣環(huán)境下的腐蝕，研究表明，經(jīng)軋制處理的含Cr重軌鋼的耐腐蝕性明顯比經(jīng)鍛造處理的高。含Cr重軌鋼經(jīng)軋制處理后能促進(jìn)保護(hù)性銹層增加，提高了銹層阻止侵蝕性介質(zhì)穿透的能力。另外，軋制處理可提高重軌鋼的耐工業(yè)性大氣腐蝕性。隨時(shí)間的增加，軋制鋼比鑄造鋼更容易生成均勻的銹層。

E.Robert[26]研究了低水平的拉伸應(yīng)變應(yīng)用于先前腐蝕的鋼試樣，結(jié)果表明低水平拉伸應(yīng)變對(duì)金屬表面的附著銹蝕損失的影響相對(duì)較小，Songbo Yin[27]研究了預(yù)變形對(duì)碳鋼磨損腐蝕協(xié)同效應(yīng)的影響，結(jié)果表明總的磨損和腐蝕磨損協(xié)同作用均隨應(yīng)變率的增加而增強(qiáng)。預(yù)變形對(duì)腐蝕磨損有兩個(gè)影響。一方面，之前的應(yīng)變硬化可能或多或少有利于耐磨性[28-29]，因?yàn)殡S著材料硬度的增加，磨損損失降低，盡管這種好處會(huì)受到位錯(cuò)構(gòu)型的影響。另一方面，預(yù)變形引起的位錯(cuò)密度的增加會(huì)增大腐蝕速率[30]，從而增強(qiáng)磨損腐蝕的協(xié)同作用，進(jìn)而導(dǎo)致更大的材料損失。更重要的是，其他缺陷，特別是之前的高應(yīng)變率變形所產(chǎn)生的高密度微裂紋，可能會(huì)在腐蝕磨損過(guò)程中顯著惡化目標(biāo)材料的力學(xué)性能。腐蝕輔助裂紋擴(kuò)展已被廣泛研究[31]，裂紋主要通過(guò)溶解作用擴(kuò)展，殘余韌帶在外加應(yīng)力的作用下因機(jī)械斷裂而失效[32]。朱曄[33]研究了U74鋼軌，獲得超細(xì)珠光體，結(jié)果表明變形溫度控制在850～900 ℃、變形程度控制在50%時(shí)珠光體片層間距最小，并且隨冷卻速度增加而減小。變形溫度在850～900 ℃時(shí)，球團(tuán)最小，并隨變形程度、冷卻速度的增大而減小。通過(guò)多道次熱軋變形工藝模擬試驗(yàn)測(cè)定獲得超細(xì)珠光體組織的最佳變形工藝為 850 ℃終軋、5～10 ℃/s。細(xì)化珠光體晶粒有利于提高耐腐蝕性。

吳慶輝等[34]通過(guò)在熱模擬機(jī)上對(duì)耐腐蝕鋼進(jìn)行單道次壓縮試驗(yàn)，測(cè)定在變形溫度和變形量一定的情況下，降低變形速率有利于原奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為，空冷后獲得的珠光體間距減少。劉天模等[35]研究了不同冷卻速度對(duì)珠光體重軌鋼組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)冷卻速度主要影響鋼的珠光體片間距，但對(duì)珠光體的大小沒(méi)有明顯影響。細(xì)化珠光體片間距可以提高鋼的耐腐蝕性。鋼材腐蝕是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，因此研究鋼的腐蝕機(jī)理和腐蝕性能，目的是提出保護(hù)措施和防腐辦法。吳紅艷[36]采用多道次軋制，用TEM觀察試驗(yàn)鋼組織為針狀鐵素體和板條貝氏體，析出物為Ti和Nb的復(fù)合碳氮化物。在熱連軋生產(chǎn)線上采用兩階段軋制，生產(chǎn)了09CuPTi系耐候鋼。結(jié)果表明，在腐蝕初期，腐蝕速度隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而增大，在后期腐蝕速度逐漸降低，09CuPTi鋼的腐蝕速率與SPA-H鋼相當(dāng)，但低于Q345鋼。09CuPTi鋼銹層分為內(nèi)外兩層，內(nèi)銹層致密，主要由 α-FeOOH和少量γ-Fe2O3組成；Q345鋼銹層主要由 α-FeOOH、γ-Fe2O3和Fe3O4組成。電化學(xué)試驗(yàn)表明，腐蝕產(chǎn)物促進(jìn)陰極過(guò)程，抑制陽(yáng)極過(guò)程。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著中國(guó)鐵路建設(shè)和鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，應(yīng)該加快耐腐蝕鐵路的研發(fā)，以滿足我國(guó)多樣化的氣候。雖然研究耐腐蝕鋼軌鋼多年，但還有許多亟待解決的課題，例如合金元素含量與非晶態(tài)銹物質(zhì)之間的關(guān)系、工業(yè)大氣氣氛中β-FeOOH和SO42+的關(guān)系、銹層穩(wěn)定化技術(shù)的開(kāi)發(fā)、新型經(jīng)濟(jì)耐候鋼種的研發(fā)、缺乏對(duì)重軌鋼腐蝕數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等等。應(yīng)該結(jié)合自身特點(diǎn)，借鑒外國(guó)先進(jìn)研究成果，開(kāi)發(fā)適合我國(guó)的耐腐蝕的重軌鋼，在重軌鋼中加入合金元素、不同組織、熱處理等加工工藝來(lái)研究鋼軌腐蝕。重軌鋼腐蝕過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，包含物理領(lǐng)域、化學(xué)領(lǐng)域、電化學(xué)領(lǐng)域等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。對(duì)大氣腐蝕的機(jī)理研究，應(yīng)該在不同階段采用不同的研究方法進(jìn)行機(jī)理、銹層產(chǎn)物探索。在原有的基礎(chǔ)上，結(jié)合一些新的研究手段，能使我們更清楚地了解重軌鋼腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)及演變作用機(jī)理。