碳钢在海洋环境中腐蚀机理

一、碳钢腐蚀研究的目的和意义
研究低碳钢及低合金钢在海洋环境中的腐蚀机理， 采取有效的防护措施能够增加海洋工程碳钢的使用寿命 和可靠性，减少因碳钢腐蚀造成的经济损失，更好的促
进我国海洋工程建设，对促进我国海洋资源开发和实现
海洋强国战略具有非常重要的现实意义。
二、腐蚀与防护学科国内外现状
美国在上世纪七十年代就已开展多种金属材料深海腐蚀试验研究， 监测了海水环境参数随海水深度的变化。 挪威和英国等国家为了配合北海海上油田开发开展了深水环境中 阴极保护技术的研究。 我国以中科院海洋研究所、中国海大、中船重工725所等一批科研 机构为代表在腐蚀与防护技术在部分研究方向上，达到了国际先进水 平。研究开发了各种环境和结构物使用的防腐涂料、金属涂镀层、特 种功能涂层技术、电化学保护技术、缓蚀剂技术、耐腐蚀材料等，在 国防装备和民用设施上得到广泛应用。
3.3 碳钢在潮差区的腐蚀
分区特点：这一区域相对飞溅区氧气扩散的较慢，碳钢温和潮差部位之间形成了宏观电池。潮差部位由于 供氧充分形成宏观电池的阴极区，水下部分成为宏观电池的阳极区，
阳极区向阴极区提供保护电流，使潮差区腐蚀减轻。
海洋生物能够栖居在潮差区的碳钢表面，如果附着均匀密布，可以 在钢表面形成保护膜使得钢结构的腐蚀相对减轻。如果局部附着，会
显。 机理：大气中水蒸气在毛细管作用、吸附作用、化学凝结作用的影响下
容易附着在钢铁表面形成一层肉眼看不见的水膜，水膜中溶解有CO2、
SO2和一些其他盐分，成为导电性很强的电解质溶液。研究结果表明钢在 相对湿度大于70%时腐蚀严重
钢铁的主体元素铁和微量元素碳的标准电极电位不同，形成原电池，铁
作为阳极被氧化而失去电子，变成铁锈。其反应如下式所示： 阳极反应：Fe → Fe2+ + 2e-
阴极反应：2H2O + O2 + 4e- → 4OH-
海洋大气环境中的钢铁，白天经日光照射，水分蒸发提高了表面盐
度，晚间又形成潮湿表面，这种干湿循环使得腐蚀速度大大加快。 另外，氯离子有穿透作用，它能加速钢铁的点蚀、应力腐蚀、晶间
腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀。钢铁表面就难以形成保护性的长期稳定致
密的锈层，腐蚀率急剧上升。
海洋环境下碳钢腐蚀行为机理与特点
高等海洋化学作业分享 分享人：番茄 2012.12.19
主要内容
一、研究碳钢腐蚀的目的和意义
二、腐蚀与防护学科国内外现状
三、海洋环境中五个区域腐蚀机理
四、研究结论
海洋工程建设发展迅猛……
我国主要钢厂生产海洋工程用钢的生产能力（单位：万吨）
钢厂 鞍钢 新钢 宝钢 南钢 首钢 济钢 湘钢 舞钢 船板产量 172.59 140.09 136.78 101,32 92.05 88.44 86.38 50.32 海工用钢产量 59.8 59.62 72.41 37.53 50.64 39.42 42.15 50.32 主要生产设备、轧机类型 2500、4300、5500 mm 2800、3800mm 4300、5000mm 2800、3500mm 3450-3500-4300mm 2500-3500-4300mm 3800-3800mm 4100-4200mm 认证级别 FH550 FH40 FH36 EH36 EH36 FH40 FH40 FH36
谢谢各位聆听 欢迎批评指正
因附着部位的钢与氧难于接触而产生氧浓差电池，使得生物附着部位
下面的钢产生强烈腐蚀
3.4 碳钢在海水全浸区的腐蚀
分区特点： 机理：根据海水深度不同将其分为浅水区（低潮位以下20m～30m以 内）、大陆架全浸区（在30m～200m水深区）和深海区（＞200m水
深区）
浅水区：海水流速较大，存在近海化学和泥沙污染，O2、CO2处于饱 和状态，生物活跃、水温较高，以电化学和生物腐蚀为主。所形成的
学腐蚀为次。 硅藻、真菌等微型生物在碳钢表面附着形成微生物膜。膜中溶解氧、
PH值、有机物等各类因素与海水中完全不同：生物膜中好氧细菌通过新
城代谢消耗大量氧气，对电化学腐蚀产生竞争抑制，同时细菌在金属表 面的集中会降低氧分子在金属表面扩散的数量。
3.5 碳钢在海底泥土区的腐蚀
分区特点：海底泥土区含盐量高，电阻率低，海底泥浆是一种良好的
电解质，含有细菌（主要为硫酸盐还原菌），溶解氧含量低。
机理：海底泥浆是一种良好的电解质，对钢铁的腐蚀比在陆地土壤中 的强烈。
此外，海底泥土区中通常含有细菌，主要是厌氧的硫酸盐还原菌，
它可以在缺氧的环境条件下生长繁殖，海水的静压力会提高细菌的活 性。
由细菌作用而产生的气体如NH3、H2S等，也影响钢铁的腐蚀性。
但钢铁在海底泥土区中的氧供给受到限制，其腐蚀速率远小于其他四 个区带的腐蚀速率。
四、研究结论 碳钢在海水中的腐蚀是受到包括物理、化学、电化学、 生物等种因素影响，应结合每个区间带不同的腐蚀机理对
海洋工程用钢采取有效的防护措施。
主要参考文献
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3.2 碳钢在浪花飞溅区的腐蚀
分区特点：特点是潮湿、表面氧气充分、海水飞溅、干湿交替、日 照和无海生物污损等。 机理：在浪花飞溅区海水膜润湿时间长、干湿交替频率高、海盐粒 子的大量积聚、飞溅的海水粒子冲击以及风浪影响造成的供氧充分 是主要外部因素。 其内在因素是飞溅区中的钢铁在腐蚀过程中由于表面锈层自身 氧化剂的作用而使阴极电流变大。 飞溅区的表面锈层在湿润过程中作为一种强氧化剂在起作用，而 在干燥过程中，由于氧化作用，锈层自身的Fe2+又被氧化为Fe3+。
三、海洋环境中五个区域腐蚀机理
海洋环境复杂，从上而下包括温度，阳光，水流，盐度，溶解氧等
因素变化都很大，从腐蚀的角度来说，一般把海洋环境分为5个腐蚀区
带：海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区和海底泥土区。
海洋大气区 浪花飞溅区 潮差区
海水全浸区
海底泥土区
3.1 碳钢在海洋大气区的腐蚀
分区特点：具有比普通大气湿度大、盐分高、温度高及干湿循环效应明
宏观电池的阳极面积,即全浸部分的面积较小与深海区相比较腐蚀速
度更快。
大陆架全浸区：随着水的深度增加，含气量、水温及水流速度均下降，
生物亦减少，钢腐蚀以电化学腐蚀为主，此水域的腐蚀
较浅海区轻； 深海区：pH为7.6～8.2，压力随水的深度增加，矿物盐溶解量下降，水流、
温度溶解空气均低，钢腐蚀以电化学腐蚀和应力腐蚀为主，化