图1为X80钢焊接接头从母材到焊缝C、Mn、Si和Al EDS线扫描图。由图可见：在焊缝与母材交界的位置，C、Mn含量下降，Si含量变化不明显，Al含量增加，与化学分析结果基本一致。

图1   焊接接头各元素EDS线扫描结果

2.2 X80钢焊接接头的组织分析

采用金相显微镜对焊接结构从母材到焊缝处的组织进行观察，组织照片如图2所示。图2a~f依次为X80钢的母材-再结晶区-不完全淬火区-完全淬火区 （细晶区和粗晶区）-焊缝。图2a为X80钢的母材，其组织由细小的多边形铁素体和贝氏体组成，还包含少量的M/A组元，组织呈带状分布；图2b所示带状母材已经转变为无畸变的再结晶区，再结晶区组织由细小的铁素体和贝氏体组成；图2c为热影响区（HAZ） 的不完全淬火区，由部分粗大的白色铁素体和细小铁素体及贝氏体组成；图2d为热影响区的完全淬火区的细晶区，由细小的粒状贝氏体和细晶铁素体组成；图2e为完全淬火区的细晶区向粗晶区过渡区域，贝氏体明显长大；图2f为焊缝区，其组织以粗大的针叶状下贝氏体为主，在贝氏体针叶间分布少量颗粒状和片状碳化物。可见，X80钢焊接结构从母材到焊缝其组织分布及晶粒大小是极不均匀的。

图2   焊接接头从母材到焊缝的组织照片

2.3 X80钢焊接结构腐蚀行为研究

2.3.1 X80钢焊接接头宏观腐蚀观察

对整个焊接接头试样采用3.5%NaCl溶液进行浸泡，观察宏观腐蚀过程。观察发现：经过2 h后焊接接头不同部位发生腐蚀的程度并不相同，母材和热影响区先于焊缝发生明显腐蚀，表面失去金属光泽而变暗，附着有黄褐色腐蚀产物，其中热影响区锈层更深，轮廓更清晰，勾勒出复合坡口形式；焊缝处腐蚀较轻微，表面附着一薄层淡黄色腐蚀产物。

2.3.2 X80钢焊接接头的腐蚀电化学行为

图3为X80钢焊接接头不同位置在3.5%NaCl溶液中的电化学动电位极化曲线，计算的电化学参数如表2所示。

图3   X80钢焊接接头不同位置的极化曲线 （20 ℃）

表2   X80钢焊接接头不同位置的Icorr和Ecorr

由图3和表2可知，X80钢焊接接头各位置在3.5%NaCl溶液中没有出现钝化现象，比较而言，20 ℃时焊缝的自腐蚀电位最正，焊接热影响区的自腐蚀电位最负，即从腐蚀热力学看，热影响区的腐蚀倾向最大，而焊缝的腐蚀倾向较小；焊缝的自腐蚀电流密度较小，焊接热影响区的自腐蚀电流密度较大，约是焊缝的3倍，即从腐蚀动力学来看，焊接热影响区的腐蚀速度最大。

图4为X80钢焊接接头不同位置在20 ℃、3.5%NaCl溶液中的电化学阻抗谱Nyquist图，由图可见，各位置试样的阻抗谱线均为双容抗弧，呈现出2个时间常数，即低频区大容抗弧和高频区小容抗弧，没有出现Warburg阻抗。采用ZSimpWin软件的Rs（QdlRt（QpRp）） 等效电路对阻抗谱测试数据进行数值拟合，其中Rs为溶液电阻，Rt为电荷转移电阻，Qdl为双电层电容，Rp、Qp为腐蚀产物膜电阻和电容，n为弥散指数，n值越接近1，电容越接近平板电容，拟合结果如表3所示。

图4   X80钢焊接接头不同位置的电化学阻抗谱 （20 ℃）

表3   由图5拟合得到的电化学参数

由图4和表3可知：20 ℃时X80钢焊接接头3个不同位置中母材电荷转移电阻Rt最小为1248 Ω·cm；焊缝Rt最大为2605 Ω·cm，因此在相同条件下发生腐蚀时，母材先于焊缝发生腐蚀，母材表面快速失去金属光泽而变暗，该结果与焊接接头宏观浸泡现象相一致；对比形成的产物膜电阻，焊接热影响区形成的腐蚀产物膜电阻Rp较小为5.875 Ω·cm，焊缝形成的腐蚀产物膜电阻较大为8.484 Ω·cm，母材的介于两者之间，由此分析说明焊缝处腐蚀产物附着性与致密程度优于母材和热影响区，对腐蚀起到阻碍作用。

2.3.3 温度对X80钢焊接接头腐蚀电化学的影响

图5和6分别为40 ℃时焊接接头不同位置的极化曲线和阻抗谱图，拟合后的电化学参数如表4和5所示。对比图3和图5可见，温度升高，焊接接头各位置试样的极化曲线均发生少量负移，温度升高到40 ℃时，焊缝与母材腐蚀热力学倾向相近，但母材的腐蚀速度较大，约是焊缝的2倍；热影响区的腐蚀倾向和腐蚀速度依然最大。

图5   焊接接头不同位置的极化曲线 （40 ℃）

表4   X80钢焊接接头不同位置的Icorr和Ecorr （40 ℃）

图6   焊接接头不同位置的阻抗谱图 （40 ℃）

对比阻抗谱的图表可见，随着实验温度升高，焊接接头各位置试样的电荷转移电阻Rt均显著降低，其中母材Rt最小，热影响区Rt与母材相近，焊缝Rt最大；母材与热影响区腐蚀产物膜电阻Rp降低，说明温度升高后其一次腐蚀产物Fe2+在金属表面脱附速度较快，腐蚀产物在基材的附着性变差，升高温度增大了阳极去极化效果加速腐蚀过程。

表5   由图6拟合得到的电化学参数

温度升高时，焊缝的Rt降低而Rp由8.484 Ω·cm增大为9.656 Ω·cm，即温度升高能促进焊缝的腐蚀，且腐蚀产物的附着性与致密程度优于母材和热影响区，对腐蚀起到阻碍作用。

2.4 讨论

X80钢焊接接头各位置在模拟海水介质中的腐蚀行为存在较大差异，其中焊接热影响区的腐蚀倾向最大，易于发生腐蚀；焊缝较母材具有更好的耐蚀性和低的腐蚀速率；温度升高时，增大了金属表面物质扩散及放电过程，腐蚀倾向和腐蚀速度均增大，但焊缝处因生成的腐蚀产物致密且附着性优于母材与热影响区，所以表现出更好的耐蚀性。

X80钢焊缝在海水介质中具有较好的耐蚀行为与其组织结构密切相关。首先从化学成分来看，X80钢母材通过C、Mn和Si固溶强化和Mo、Nb元素的细晶强化提高合金的强韧性，通过少量Ni、Cr和Cu较普通碳钢提高了耐蚀性；而采用低碳焊材填充的焊缝，碳含量显著降低，同时Ni、Cr和Al等耐蚀元素含量明显增多，细晶强化的Nb和Mo含量减少。由化学成分的差异造成了X80钢母材与焊缝组织及晶粒尺寸的显著不同：X80钢的母材由细小的多边形铁素体和贝氏体组成，还包含的少量的M/A组元；而焊缝组织因低C导致贝氏体中铁素体特征明显，碳化物含量明显减少；减少Mo，Nb导致焊缝组织较母材粗大，晶界数量明显减少，又因Ni、Cr、Al耐蚀元素的增多，因而表现出较好的耐蚀性。

X80钢焊接结构中介于母材和焊缝间的热影响区与熔合区，其区域狭小且组织分布极不均匀，特别是热影响区的粗晶区和熔合区组织复杂、晶粒粗大、缺陷与杂质聚集，具有高的活化能，导致其具有较大的腐蚀倾向。

3 结论

（1） X80钢焊接结构在海水介质中焊接热影响区的腐蚀倾向最大，易于发生腐蚀；焊缝较母材具有更好的耐蚀性和低的腐蚀速率。

（2） 温度升高加速物质扩散及放电过程，因阳极去极化而加速腐蚀，但焊缝处因生成的腐蚀产物致密且附着性优于母材与热影响区，表现出更好的耐蚀性。

（3） 焊缝因低C、Mo、Nb等元素导致组织较母材粗大，晶界数量明显减少，又因Ni、Cr、Al耐蚀元素的增多，因而表现出较好的耐蚀性。

（4） 热影响区的粗晶区和熔合区组织复杂、晶粒粗大、缺陷与杂质聚集，具有高的活化能，导致其具有较大的腐蚀倾向。