【研究背景】

橋梁纜索鋼是懸索橋的核心承力部件，但其長期暴露于潮濕、含腐蝕性介質(zhì)（如硫氰酸銨）的環(huán)境中，易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂（SCC），導(dǎo)致突發(fā)性斷裂風(fēng)險。SCC的機(jī)理主要聚焦于兩種機(jī)制：

• 氫脆（Hydrogen Embrittlement, HE）：氫原子滲入鋼材晶格，引發(fā)脆性斷裂；

• 陽極溶解（Anodic Dissolution, AD）：金屬表面因電化學(xué)反應(yīng)被局部腐蝕，導(dǎo)致有效截面積減少。

本文作者通過電化學(xué)測試、力學(xué)性能分析、熱脫附分析（TDS）、微觀形貌等，系統(tǒng)揭示了20%wt NH?SCN溶液（FIP溶液）中橋梁纜索鋼的SCC主導(dǎo)機(jī)制。

【核心發(fā)現(xiàn)】

1. 氫脆（HE）是SCC的主導(dǎo)機(jī)制

（1）氫含量與斷裂時間強(qiáng)相關(guān)：

• 未施加防護(hù)時，鋼纜氫吸收量達(dá)4.99 ppm，斷裂時間為26.1小時；

• 施加50 A/m²陽極電流后，氫含量降至0.2 ppm，斷裂時間延長76%至46.1小時（圖4e-f）。

（2）電化學(xué)特征穩(wěn)定：

• 腐蝕電位（Ecorr）穩(wěn)定于-0.83 V（vs. SCE），極化電阻（R?）從372.3 Ω·cm²驟降至14.69 Ω·cm²（表2），表明氫滲透主導(dǎo)反應(yīng)動力學(xué)。

2. 陽極溶解（AD）的協(xié)同破壞效應(yīng)

（1）高電流密度下的局部腐蝕：當(dāng)施加100 A/m²陽極電流時，鋼纜直徑從7 mm縮減至6 mm（圖7d），表面形成鋸齒狀腐蝕坑（圖8d-f），有效截面積損失30%；

（2）腐蝕電位：正向偏移至-0.26 V（vs. SCE）（圖5d），珠光體中的鐵素體相優(yōu)先溶解，殘留滲碳體導(dǎo)致材料脆性增加。

3. 氫脆與陽極溶解的鑒別特征

【TDS測氫技術(shù)-量化氫滲透】

熱脫附分析（TDS）氫含量測試，流程如下：

• 樣品制備：鋼纜樣品（直徑7 mm）經(jīng)鹽酸去除鍍層，避免干擾（表1）；

• 氫充入方式：陰極極化（-50 A/m²）、浸泡（0 A/m²）、陽極極化（+50 A/m²）（圖3a）。

• 加熱與檢測：樣品以100°C/h加熱至850°C，氬氣載氣釋放的氫至色譜儀（圖3b）；

• 數(shù)據(jù)驗(yàn)證：重復(fù)實(shí)驗(yàn)誤差<0.1%，陰極極化后氫含量達(dá)6.91 ppm（圖4f）。

【工程啟示：橋梁纜索鋼的防護(hù)策略】

• 陽極電流主動防護(hù)是否可以？施加20 A/m²陽極電流，氫含量降至0.2 ppm，斷裂時間延長至135.8小時（如文中圖4e）；

• 定期氫含量監(jiān)測？：結(jié)合TDS技術(shù)與斷口SEM分析（如文中圖9）或其他技術(shù)，是否可以實(shí)時監(jiān)控氫脆風(fēng)險？

• 腐蝕形貌快速診斷？：表面出現(xiàn)腐蝕坑或直徑縮減>10%時，優(yōu)先排查AD機(jī)制，采取局部涂層修復(fù)。