海洋环境下钢铁腐蚀的影响因素及腐蚀机理研究进展
海洋环境下钢筋混凝土结构腐蚀以及防腐技术
海洋环境下钢筋混凝土结构腐蚀以及防腐技术摘要：在海洋环境下，钢筋混凝土结构腐蚀现象较多，钢筋腐蚀会造成海洋环境下钢筋混凝土结构腐蚀破坏，其中影响钢筋腐蚀最重要因素是氯离子、氧及湿气，使用传统局部修补术效果并不好，需采用各种新型防腐技术改善钢筋混凝土的结构与性能。
本文将首先分析下海洋环境下钢筋混凝土结构腐蚀，钢筋混凝土腐蚀机理，最后结合实际情况提出海洋环境下钢筋混凝土防腐蚀技术。
关键词：海洋环境；钢筋混凝土；腐蚀；防腐技术钢筋混凝土结构耐久性是很多研究者关注的焦点与重点问题，我国很多海港码头混凝土结构使用寿命常常不超过10年就出现顺筋锈胀开裂及剥落等等，海港码头工程质量深受影响。
在海洋环境下，腐蚀钢筋混凝土结构的主要原因是氯盐外侵，造成钢筋混凝土结构性能降低，壁内陆腐蚀现象更严重。
一、海洋环境下钢筋混凝土结构腐蚀钢筋周围混凝土在正常情况是高碱性的，并且钢筋表面会有一层致密钝化膜，其对钢筋有很强的保护能力，防止钢筋受腐蚀。
海洋环境下的钢筋混凝土，会受到来自海水中极强穿透能力氯离子影响，这些氯离子透过混凝土毛细孔到钢筋表面，钢筋周围混凝土液相中氯离子含量处于临界值时就会局部破坏钢筋钝化膜。
只要具备钢筋腐蚀需要的水氧等必要条件，就可能造成严重钢筋腐蚀[1]。
钢筋被腐蚀后会降低混凝土结构性能，促使其性能劣化如损伤钢筋断面、断裂钢筋应力腐蚀等等。
在海洋环境中，钢筋混凝土结构一般处于两种环境：直接暴露环境、间接暴露环境，其中前者是指将部分或全部浸泡在海水中的钢筋混凝土结构，间接暴露主要是沿海岸线构造的不与海水接触的钢筋混凝土结构。
当钢筋混凝土结构处在直接暴露环境且部分浸泡在海水中时，可以依据腐蚀程度分区：水下区、水位变化区、浪溅区与大气区。
浪溅区腐蚀最严重，这是海浪溅湿了处于高潮时的结构物，结构物在低潮时会蒸发水分，混凝土表层空隙液的氯离子浓度由此增高，并持续扩散到混凝土内，钢筋周围空隙液氯离子浓度由此增大，一直到达破坏钢筋钝化膜的临界浓度值[2]。
钢结构海洋平台金属腐蚀分析
钢结构海洋平台金属腐蚀分析钢结构海洋平台是承担海洋石油勘探和开发作业的重要设施，而金属腐蚀是海洋环境中最主要的损伤形式之一。
本文将对钢结构海洋平台金属腐蚀进行分析，并提出相应的防护措施。
一、海洋环境对钢结构的腐蚀影响海洋环境中存在着高盐度、高湿度、高温度、氧含量较高等特点，这些因素对钢结构的金属材料产生了较大的腐蚀影响。
主要腐蚀形式包括表面腐蚀、海洋生物腐蚀和应力腐蚀裂纹等。
1. 表面腐蚀表面腐蚀是钢结构海洋平台金属腐蚀的最常见形式之一。
海洋环境中的海水中含有大量盐分，钢结构暴露在海水中，水分中的盐分容易在钢表面形成盐结晶，导致表面腐蚀现象。
2. 海洋生物腐蚀海洋生物腐蚀是由海洋生物的代谢产物引起的。
海洋环境中有大量微生物和海洋生物存在，它们对钢结构的金属表面产生腐蚀作用。
尤其是一些微生物，如硫酸盐还原菌、铁细菌等在海洋平台的构件上形成了一层致密的生物膜，使得金属腐蚀速率加快。
3. 应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹是由材料的应力和腐蚀介质共同作用下产生的腐蚀裂纹。
海洋平台的钢结构常受到风浪、潮汐等力作用，产生应力集中，而海洋环境中的氯离子等物质可以加速腐蚀进程，导致应力腐蚀裂纹的出现。
二、钢结构海洋平台金属腐蚀防护措施为了保护钢结构海洋平台的金属材料，延长其使用寿命，需要采取一系列的防护措施对金属腐蚀进行防范。
1. 防腐涂层使用适当的防腐涂层是保护钢结构海洋平台最常见、也是最有效的措施之一。
防腐涂层可以形成一层致密的保护层，起到隔绝海洋介质和金属的作用，减缓腐蚀速率。
2. 阳极保护阳极保护是利用金属阳极与钢结构平台作为阴极，通过外加电流将钢结构的腐蚀电流转移至阳极以防止钢结构的腐蚀。
阳极保护可以分为主动式阳极保护和被动式阳极保护两种形式。
3. 定期维护对钢结构海洋平台进行定期维护是防止金属腐蚀的重要手段。
通过检查和维修，及时处理和修复钢结构上的损伤和缺陷，可以有效地延长其使用寿命。
4. 材料选择在设计和选择钢结构材料时，应尽量选择抗腐蚀性能较好的材料，如不锈钢等。
湿热海洋大气环境下的钢铁腐蚀影响因素
宝 钢 湛 江 钢 铁 基 地 项 目， 于２ ０ １ ２年 ５月 ３ １
湿度 大 于 ８ ０ ％ 的 时 间超 过 ６ ０ ％（ ５ ５ ０ ０ ｈ ） ； Ｇ Ｂ ／ Ｔ
２ ０ １ ５年 第 １期
宝
钢
技
术
７ ７
湿热 海 洋 大气 环 境 下 的钢 铁 腐 蚀影 响 因素
李 钊， 祁庆 琚 ， 马朝 晖 ， 周 庆 军 ２ ０ １ ９ ０ ０ ） （ 宝 山钢铁 股 份有 限公 司研 究院 ， 上海
摘要 ： 宝钢 湛江钢 铁基 地位 于广 东省 湛江 市 东海 岛， 属 于 湿热 海 洋 大 气环 境 ， 在 这种 环 境 下 的空 气潮 湿且含 有 氯 离子 ， 钢铁表 面很 容 易产 生锈 蚀 。探 讨 湿度 、 氯 离子 、 二 氧 化硫 等对 钢
铁 在 大 气腐蚀 过程 中的作 用 。经研 究发 现 ， 二 氧 化硫 对钢铁 在 大 气腐蚀初 期 影响较 大 ， 氯 离子 是钢铁 长期 受 大气腐蚀 影 响的 主要 因素 ， 干 湿 交替 则会 加 速腐蚀 过 程 。
关键 词 ： 湛 江钢 铁 ；湿热 海 洋大 气 ；大 气腐蚀
中图 分类 号 ： Ｔ Ｇ １ ７ ２ ． ３ 文献 标 志码 ： Ｂ 文章 编号 ： １ ０ ０ ８— ０ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １— ０ ０ ７ ７— ０ ４
ｈｕ ｍｉ ｄ ｍａ ｒ ｉ ｎｅ ａ ｔ ｍｏ ｓ ｐ ｈｅ ｒ ｉ ｃ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎｔ
Ｌ Ｉ Ｚ ｈ ａ ｏ ，
Ｑ ｉ ｎ ｇ ￣ ｕ， ＭＡ Ｚ ｈ ａ ｏ ｈ ｕ ｉ ａ ｎ ｄ Ｚ ＨＯＵ Ｑ ｉ ｎ ｇ ｊ ｕ ｎ
（ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｂ ａ ｏ ｓ ｈ ａ ｎ Ｉ ｒ ｏ ｎ＆ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ９ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｚ ｈ ａ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｉ ｒ ｏ ｎ＆ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｂ ａ ｓ ｅ ｉ ｓ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｅ ａ ｓ ｔ Ｏ ｃ ｅ ａ ｎ ｉ ｓ ｌ ａ ｎ ｄ ，Ｚ ｈ ａ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｃ ｉ ｔ ｙ ，
碳钢在海洋环境下的腐蚀研究
碳钢在海洋环境下的腐蚀研究碳钢是一种常用的材料，广泛应用于各个领域，包括船舶和海洋结构。
然而，由于海洋环境中存在着复杂的腐蚀因素，碳钢在这种环境下容易遭受腐蚀。
因此，研究碳钢在海洋环境中的腐蚀行为对于提高碳钢的耐蚀性能和延长其使用寿命具有重要意义。
首先，海洋环境中的腐蚀因素主要包括氧气、盐水和微生物等。
氧气是导致碳钢腐蚀的最主要因素之一，它会与碳钢表面的铁发生氧化反应，形成氧化铁。
而盐水中的氯离子则加速了氧化反应的进行，使得碳钢表面的腐蚀速度加快。
此外，在海洋环境中生活着大量的微生物，它们会通过吸附和代谢产生一系列有害的化学物质，进一步加剧了碳钢的腐蚀。
为了研究碳钢在海洋环境中腐蚀行为，研究人员通常采用电化学测试方法，如腐蚀电位和极化曲线测试。
其中，腐蚀电位是指在其中一特定条件下，电极表面发生腐蚀时的电位值，它可以作为评价碳钢腐蚀性能的一个重要指标。
而极化曲线则可以提供关于碳钢在不同电位下的极化行为信息，从而进一步了解其腐蚀机制。
研究表明，碳钢在海洋环境中存在一些特殊的腐蚀行为。
首先，由于氯离子的存在，碳钢在海洋环境中易发生点蚀腐蚀。
点蚀腐蚀是指在一个局部区域上，发生了严重的腐蚀，形成深而狭长的腐蚀坑。
其次，海洋环境中的微生物会形成微生物膜附着在碳钢表面，导致微生物腐蚀，研究表明微生物腐蚀比无菌腐蚀更加严重。
再次，海洋环境中的海水流动还会对碳钢的腐蚀行为产生影响，流动可以带走腐蚀产物，减缓碳钢的腐蚀速度。
针对碳钢在海洋环境下的腐蚀问题，研究人员提出了一些解决方案。
首先，采用防腐涂层是最常见且有效的方法之一、防腐涂层可以阻隔氧气和盐水与碳钢的接触，起到保护作用。
其次，使用抗蚀合金是另一种常用的方法，比如不锈钢和钛合金。
这些合金具有较高的抗蚀性能，可以代替碳钢使用。
此外，改变碳钢的制备工艺和控制材料的成分也是一种改善碳钢抗蚀性能的途径。
总之，海洋环境中的腐蚀对碳钢构件的使用寿命和性能造成了很大影响，因此对其进行深入的研究具有重要意义。
耐海水腐蚀钢的腐蚀性能评价与机理研究
第22卷第3期 • 1〇• 2016 年 6 月宽厚板WIDE AND HEAVY PLATEVol. 22,No. 3June 2016耐海水腐蚀钢的腐蚀性能评价与机理研究邬早勤1尹绍江2王云阁2(1唐山中厚板有限公司;2河钢集团唐山钢铁公司技术中心）摘要通过适量添加Cu、Ni、&、M〇、S n等元素，某钢厂成功开发耐海水腐蚀钢NHYNE36。
周期浸润 腐蚀试验和盐雾腐蚀试验表明:耐海水腐蚀钢NHYNE36的腐蚀性能接近或优于船级社的相应要求。
光学显 微镜和扫描电镜分析表明:耐海水腐蚀钢表面内镑层中发现的&元素可形成致密氧化膜，有利于钢板耐蚀性 的提高;基体组织为单相多边形铁素体精细组织或含有极少量珠光体，可有效降低钢中原电池的数量，从而提 高基体的抗电化学腐蚀能力。
关键词耐海水腐蚀钢盐雾腐蚀试验周期浸润腐蚀试验显微组织Corrosion Resistance Evaluation and Mechanism Studyof Seawater Corrosion Resistant SteelWu Zaoqin1 ,Yin Shaojiang2 and Wang Yunge2(1Tangshan Medium and Heavy Steel Plate Co. ,Ltd.；2 Technology Center of HBIS Tangshan Iron and Steel Co. ,L td.)Abstract The seawater corrosion resistant steel NHYNE36 has been developed by adding Cu, Ni, Cr, Mo, Sn elements. Corrosion resistance of the steel was investigated by alternate immersion test and salt spray test. The results showed that the corrosion resistance of seawater corrosion resistant steel NHYNE36 was better than that of the corrosion resistance required by relevant classification societies. The analysis of optical microscope and scanning electron microscope showed that Cr element observed in the internal rust layer on the surface of the steel can form dense oxidizing film favorable for the steel plate corrosion resistance, the matrix structure comprised of single phase polygonal ferrite fine constituent or little pearlite, which effectively reduced the quantity of galvanic cells, thus improving the electrochemical corrosion resistance of the matrix.Keywords Seawater corrosion resistant steel,Salt spray test,Alternate immersion test,Microstructure〇前言为了适应海洋环境中钢铁材料耐蚀性能的需 要，许多国家已经开发出耐海水腐蚀钢种，其中有 美国研制的MARINER钢，属于Ni - Cu - P 系[1-3]，&1&0.50%，见为0.40%~0.65%,?为0• 08%~ 0• 15% ;法国Pompey公司研制的APS钢，属于Cr- A1系[4]，C r含量4%和A1含量 3=0. 6% ;日本研制的Mariloy钢，属于0-(]11- Mo系[4。
海洋细菌对钢的腐蚀作用
海洋细菌对钢的腐蚀作用导言：海洋环境中的微生物是海洋生态系统中重要的组成部分，其中海洋细菌是最常见的一类微生物。
海洋细菌的数量庞大，且分布广泛，生存条件适应性强，它们具有多样的代谢途径和生物降解能力。
然而，海洋细菌对于人类工程结构的腐蚀却是一个不容忽视的问题。
尤其是钢材，作为一种常用的工程材料，常在海洋环境中使用。
因此，了解海洋细菌对钢材的腐蚀作用是非常重要的。
一、海洋细菌对钢的腐蚀机理海洋中的细菌通过吸附在金属表面，并形成一层称为生物膜的糖蛋白复合物。
这层生物膜保护了细菌免受外界环境的影响，提供了合适的生长途径。
一旦形成生物膜，细菌就开始分泌一系列的生物聚合物，这些聚合物具有吸附金属离子的能力，如铁离子。
这使得金属表面尤其是钢表面形成一层腐蚀性物质，促使细菌继续繁殖并攻击金属表面。
海洋细菌主要通过两种机制对钢材进行腐蚀：生物电化学机制和生物化学机制。
在生物电化学机制中，海洋细菌通过产生电流来耗尽金属表面的电荷。
他们通过代谢活动产生的电子来还原氧气、二氧化碳以及其他它们所需的电子受体。
这些电流和氧气还原活性共同导致了钢表面的腐蚀。
另一方面，海洋细菌还通过生物化学机制对钢材进行腐蚀。
他们分泌一系列的酶和酸类物质，这些物质能够与金属反应，生成可溶性的金属络合物和腐蚀产物，从而导致钢材表面的腐蚀。
这些产物可以提供细菌生长和进一步侵蚀金属的营养来源。
二、影响海洋细菌钢腐蚀能力的因素海洋环境因素是影响海洋细菌对钢腐蚀能力的关键因素之一。
例如，温度、盐度、氧含量以及海洋污染等环境因素都会对海洋细菌的生长和代谢活动产生重要影响。
另外，金属表面的形貌和化学组成也会对腐蚀过程产生重要影响。
温度是影响海洋细菌腐蚀能力的重要因素之一。
研究发现，海洋细菌在较低的温度下往往生长缓慢，且腐蚀作用较小。
然而，在较高温度下，它们的代谢活动增强，从而加速了钢材表面的腐蚀。
这是因为较高温度有利于细菌的代谢活动，使得它们可以更有效地产生酶和酸类物质，从而加速腐蚀过程。
我国金属材料的海水腐蚀研究现状
我国金属材料的海水腐蚀研究现状一、本文概述我国金属材料在海洋环境中的腐蚀问题，一直是材料科学、海洋工程和防腐蚀技术等领域的研究热点。
金属材料作为海洋工程、船舶制造、石油开采、海洋资源利用等领域的主要结构材料，其耐蚀性能直接影响到设备的使用寿命和安全性。
因此，深入研究和了解我国金属材料的海水腐蚀现状，对于提升我国金属材料在海洋环境中的使用寿命，降低因腐蚀造成的经济损失，保障海洋工程的可持续发展具有重要意义。
本文旨在全面概述我国金属材料的海水腐蚀研究现状，包括腐蚀机理、影响因素、防护技术和研究进展等方面。
对金属材料在海水中的腐蚀机理进行阐述，包括电化学腐蚀、化学腐蚀和生物腐蚀等。
分析影响金属材料海水腐蚀的主要因素，如材料成分、微观结构、海水成分、温度、流速等。
接着，介绍我国目前在金属材料海水腐蚀防护技术方面的研究进展，包括涂层防护、电化学防护、合金化防护等。
展望金属材料海水腐蚀研究的未来发展趋势和挑战，为我国金属材料在海洋工程领域的应用提供理论支持和技术指导。
二、我国金属材料海水腐蚀研究的发展历程我国金属材料海水腐蚀研究的发展历程可以追溯到上世纪五十年代，那时我国开始着手进行海洋环境的腐蚀研究，以支持海洋工程的发展。
初期的研究主要集中在金属材料的耐蚀性测试和评估，通过对不同金属材料在海水环境中的腐蚀行为进行研究，初步建立了我国金属材料海水腐蚀的基础数据库。
进入八十年代，随着我国海洋工程的大规模建设，海水腐蚀问题日益凸显。
此时，我国的金属材料海水腐蚀研究逐渐深入，开始涉及到腐蚀机理的探索和腐蚀防护技术的研究。
研究者们不仅关注金属材料的耐蚀性能，更开始探索如何通过各种技术手段提高金属材料的耐蚀性，如涂层防护、电化学保护等。
进入二十一世纪，我国金属材料海水腐蚀研究迎来了飞速发展的时期。
随着科学技术的进步，研究者们开始运用先进的测试手段和技术，如电化学测试、表面分析、数值模拟等，对金属材料的海水腐蚀行为进行深入分析。
海洋环境下建筑钢结构腐蚀原因及防治方法
海洋环境下建筑钢结构腐蚀原因及防治方法1. 摘要本文档主要分析了海洋环境下建筑钢结构腐蚀的原因，并提出了相应的防治方法。
在海洋环境中，钢结构建筑面临着更为严峻的腐蚀挑战，这主要是由于海水中的盐分、湿度以及氧气等引起的。
本文档旨在提供一份全面的指南，以帮助工程师和建筑师了解和防止海洋环境下的钢结构腐蚀问题。
2. 腐蚀原因分析2.1 盐分的影响海洋环境中，盐分是导致钢结构腐蚀的主要原因之一。
盐分能够增加钢铁表面的电化学活性，形成原电池，从而加速腐蚀过程。
2.2 湿度海洋环境通常伴随着高湿度，钢铁在潮湿的环境中更容易腐蚀。
湿度能够提供钢铁腐蚀所需的水分，加速腐蚀过程。
2.3 氧气海洋环境中的氧气是钢结构腐蚀的另一个关键因素。
氧气能够参与钢铁表面的电化学反应，从而加速腐蚀。
2.4 微生物海洋环境中的微生物也可能导致钢结构腐蚀。
例如，铁细菌能够利用钢铁表面的铁元素进行代谢，从而导致钢铁的腐蚀。
3. 防治方法针对上述腐蚀原因，我们可以采取以下防治方法：3.1 涂层保护涂层保护是一种常见的防腐方法，可以通过在钢铁表面涂覆一层防护材料，如涂料、油脂或者塑料，来隔绝钢铁与海洋环境的直接接触，从而防止腐蚀。
3.2 阴极保护阴极保护是一种通过施加外部电流，使钢铁表面成为电解质溶液中的阴极，从而减缓腐蚀速度的方法。
3.3 合金设计选择合适的合金材料，能够提高钢结构的耐腐蚀性能。
例如，不锈钢和镀锌钢等材料具有较好的耐腐蚀性。
3.4 结构优化通过优化钢结构的设计，减少结构的暴露面积，可以降低腐蚀的风险。
4. 结论海洋环境下的建筑钢结构面临着严峻的腐蚀挑战。
通过了解腐蚀原因，并采取有效的防治方法，我们可以显著提高钢结构建筑的使用寿命和安全性。
本文档提供了一份全面的指南，以帮助工程师和建筑师应对海洋环境下的钢结构腐蚀问题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
海洋环境下钢铁腐蚀的影响因素及腐蚀机理研究进展[摘要] 本文阐述了海洋环境下钢铁腐蚀的研究意义及腐蚀影响因素,综述了海洋环境五个不同区带的腐蚀机理的研究进展。
[关键词]海洋腐蚀影响因素腐蚀机理[Abstract] In this paper, research significance of corrosion and influence factors of steels in marine environment were reviewed, and the corrosion mechanism of five different zones in marine environment was summarized.[Key words]Marine corrosioninfluence factorcorrosion mechanism引言海洋中蕴藏着巨大的资源财富,有着极为广阔的发展前景。
海洋资源的开发和利用,离不开海上基础设施的建设。
由于海洋环境是一个腐蚀性很强的环境,海洋大气中相对湿度都高于它的临界值,海洋大气中的钢铁表面很容易形成有腐蚀性的水膜;海水中含有较高浓度的盐分,是一种容易导电的电解质溶液,是腐蚀性最强的天然腐蚀剂之一。
同时波、浪、潮、流又会对金属构件产生低频往复应力和冲击,加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都会对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。
因此,在诸多工程领域广泛使用的钢结构等工程材料容易发生各种灾害性腐蚀破坏。
这不仅仅涉及造成材料的浪费,更严重的是造成灾害性事故,引发油气泄漏,造成环境污染和人员伤亡等,导致巨大经济损失。
作为工业材料,由于钢铁材料韧性大、强度高、价格便宜,因而大量应用于海洋环境中;但是苛刻的海洋腐蚀环境使得钢铁构筑物的腐蚀不可避免,所以海洋环境中的钢铁腐蚀和防护是一个重大课题。
因此,研究钢铁在海洋环境中的腐蚀规律及其防护对策,对于延长海洋钢铁设施的使用寿命,保证海上钢铁构造物的正常运行和安全使用以及促进海洋经济的发展,都具有十分重要的意义。
本文综述了钢铁在海洋环境中的腐蚀影响因素以及腐蚀机理的研究进展。
1. 海洋环境下钢铁腐蚀的影响因素海水不仅仅是盐度在32‰～37‰,pH值在8～8.2之间的天然强电解质溶液,更是一个含有悬浮泥沙、溶解各种气体、生物以及腐败有机物的复杂体系。
钢铁海洋腐蚀是海洋环境中诸多因素的综合作用结果,例如,溶解氧、盐度、温度、pH 值、流速、海洋生物等环境因素以及钢铁合金元素都是影响腐蚀的重要因素,而且它们的影响常常是相互关联的。
1.1溶解氧:氧是钢铁海水腐蚀的去极化剂,如果海水中没有溶解氧,钢铁是不会腐蚀的,因此海水中溶解氧是影响钢铁海洋腐蚀的重要因素之一。
它在钢铁腐蚀的微电池的阴极区不断反应,产生很强的阴极去极化作用,微电池阳极区的金属不断溶解形成氢氧化亚铁,使金属遭到腐蚀。
另一方面,对于那些依靠表面钝化膜提高耐蚀性的金属,如不锈钢等,由于金属表面氧化膜的形成和修补,在某种程度上又可以抑制腐蚀反应的进行。
1.2 盐度:海水中溶解有大量NaCl、KCl、Na2SO4等中性盐,其中,NaCl占78%。
在海水中NaCl的浓度一般为3%左右,在这个浓度附近时腐蚀速度表现为最大值。
当盐的浓度较低时,腐蚀速度随含盐量的增加而急速增加,这主要是由于Cl-的增加促进了阳极反应所造成的。
另外,由于随着盐浓度的增加使氧的溶解度降低,当溶液中的盐度再继续增加时腐蚀速度反而明显下降。
1.3 温度:钢铁在海水中发生氧化反应,一般来说温度上升反应速度加快。
但这种相互之间的关系是非常复杂的,并非随温度升高腐蚀速度成比例增加,这还与氧扩散等其他因素有关。
腐蚀速度受氧扩散所支配,温度上升,溶液中氧的溶解度减少,减缓了阴极的反应过程。
在密闭系统中,温度升高时溶液中的氧并不减少,随着温度的上升腐蚀速度直线增加;但在开放系统中,随着温度的上升水中的含氧量逐渐降低。
水温在80～90℃时,腐蚀速度明显减低,当温度达到沸点100℃时腐蚀速度降至最低值。
1.4 pH值:一般来说,海水pH值升高,有利于抑制海水对钢铁的腐蚀。
但海水pH值的变化幅度不大,不会对钢铁海水腐蚀产生明显的影响(远没有含氧量大)。
尽管表层海水pH值比深处海水高,但由于表层海水含氧量比深处海水高,所以表层海水对钢铁的腐蚀性比深处海水大。
海水的pH值主要影响钙质水垢沉积,从而影响到海水的腐蚀性。
在海水pH值条件下,海水中的碳酸盐一般达到饱和,pH值即使变化不大也会影响到碳酸钙水垢沉积。
pH值升高,容易形成钙沉积层,海水腐蚀性减弱。
在施加阴极保护时,这种沉积层对阴极保护是有利的。
1.5 流速:液体在金属表面的流动可以促进溶液中腐蚀性成分的循环,加速氧的扩散,同时也除去了附着在金属表面上的腐蚀生成物,从而促进了金属腐蚀。
但这是指在表面难以形成钝化膜的钢铁。
在表面易形成钝化膜的钢铁则不同,例如不锈钢等,由于海水的流动,在其表面容易生成钝化膜,腐蚀速度反而会降低。
在接近中性的水溶液中,由于金属的腐蚀反应受氧的还原控制,流速越大,腐蚀越严重,不管在什么情况下,金属表面总会附着一层很薄的水膜,当流速变大时,这种薄膜的厚度会减少,从而使穿过薄膜向金属表面的氧扩散变得容易起来。
1.6 海洋生物:海洋生物对钢铁腐蚀的影响很复杂。
有时有些生物的附着可以降低钢铁的腐蚀速度,但是不久又会加速腐蚀,产生孔蚀或使涂层遭到破坏。
首先,钢铁表面上生物体所覆盖的部分由于氧的供给受到了控制成为阳极,而未被生物覆盖的部分成为阴极,从而产生局部腐蚀,或者附着层内外可能产生氧浓差电池腐蚀;其次,由于生物的生命活动使局部钢铁表面的海水成分发生了变化,使水的性质发生了变化从而加速了钢铁的腐蚀;另外,某些海生物生长时能穿透保护层,直接破坏保护。
某些海生物对保护层的黏着力甚至大于保护层对金属的黏着力,于是在海水冲击等机械载荷的作用下,海生物与保护层一起剥落,导致保护层破坏,从而使钢铁的腐蚀变得严重。
1.7 合金元素:在不同海水环境中,即使含有同一种合金元素的钢铁的耐蚀性也有差异,这是由于合金元素对腐蚀的影响还受环境因素的影响;合金元素中,钼、铜在浪花飞溅区是提高钢铁耐蚀性的有效元素;铬、钼、磷在海水全浸区是提高钢铁耐蚀性的有效元素。
但是,必须指出对于可以提高一个腐蚀带钢铁耐蚀性的有效元素未必对另一个腐蚀区带有效。
2 钢铁在海洋环境各腐蚀区带中的腐蚀机理从腐蚀的角度来说,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。
海洋腐蚀环境中有三个腐蚀峰值,一个峰值位于平均高潮位的浪花飞溅区,是钢铁腐蚀最严重的区域,也是最严峻的海洋腐蚀环境,年平均腐蚀率为0.2～0.5毫米;第二个峰值通常发生在平均低潮线以下0.5～1.0米处,年平均腐蚀率为0.1～0.3毫米;第三个峰值是发生在与海水海泥交界处下方,年平均腐蚀率为0.03～0.07毫米。
2.1 钢铁在海洋大气区的腐蚀:海洋大气区是指浪花飞溅区以上的大气区和沿岸大气区。
对于海洋中的钢铁构筑物来说是指常年不接触海水的部分。
海洋大气湿度大,水蒸气容易附着在钢铁表面形成一层肉眼看不见的水膜,该水膜中溶解有CO2、SO2和一些盐分,于是成为导电性很强的电解质溶液。
钢铁的主体元素和微量元素碳的标准电极电位不同,当它们同时处于电解质溶液(水膜)中时,形成原电池,铁作为阳极被氧化而失去电子,变成铁锈,这一点与内陆大气环境中的腐蚀基本相同。
但由于海洋大气相对湿度较大,水膜较厚,含盐量较高,水膜电解能力更强,同时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。
2.2 钢铁在浪花飞溅区的腐蚀:浪花飞溅区是指海洋环境中,海水能够飞溅到构筑物表面,但在海水涨潮时又不能被海水所浸没的部分区段。
对于许多金属材料来说,飞溅区是所有海洋环境中腐蚀最为严重的部位。
一般情况下,钢铁在海洋大气中的平均腐蚀速率约为0.03～0.08mm/a;而在浪花飞溅区为0.3～0.5mm/a。
同一种钢,在浪花飞溅区的腐蚀速度比在海水全浸区中高3～10倍。
浪花飞溅区之所以成为所有海洋环境中腐蚀最为严重的部位,国外学者认为是由于海水飞溅,钢铁表面干燥时间短难于形成保护性锈层;而国内学者则认为相对于海洋大气环境,它的日光照射情况是一样的,飞溅区钢铁表面上含盐粒子量及湿润程度是其主要原因。
这是由于海水运动和蒸发,使海盐粒子在平均高潮位上的一定范围内的积累,远大于海洋大气区的积累。
总的来说含盐粒子量大,水膜停留时间长以及干湿交替频率高是造成钢铁在浪花飞溅区严重腐蚀的外界因素,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。
2.3 钢铁在潮差区的腐蚀:潮差区是指海水平均高潮位和平均低潮位之间的区域。
钢铁在潮差区中的腐蚀主要有两种类型,一种是孤立地处于潮差区的钢铁构件的腐蚀,例如,处于潮差区的排污栅门等的腐蚀;另一种是钢桩类型的腐蚀。
实验证明,分别挂片在潮差区的腐蚀速度远大于长尺挂片的腐蚀速度。
通过腐蚀电流测定实验,得到上述现象的主要原因是由于长尺挂片的水下部位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。
需要指出,潮差区的试件虽然受到了一定程度的保护,但是仍有腐蚀。
尽管潮差区中的试件都得到了海水全浸区中试件的保护电流,但是其中上部分试件在海水中的浸没时间短,获得电流时间短,又加上处于空气中的时间长,自由腐蚀时间也就长;而下部分试件的腐蚀情况则正好相反。
因此,位于潮差区上部分试件的腐蚀速度比下部分试件的大。
2.4 钢铁在海水全浸区的腐蚀:海水全浸区是指常年低潮位以下直至海底的区域。
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)。
三个区中影响钢铁构筑物腐蚀的因素因水深而不同,在浅海区海水流速较大,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,因而该区腐蚀以电化学和生物腐蚀为主,物理化学作用为次;在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,物理与化学腐蚀为辅,此水域的腐蚀较浅海区轻;在深海区pH<8～8.2,压力随水的深度增加,矿物盐溶解量下降,水流、温度充气均低,钢腐蚀以电化学腐蚀和应力腐蚀为主,化学腐蚀为次。
所以一般说来,由于海水中氧的含量高和pH几乎为中性,使得金属在海水中的腐蚀机理成为主要由氧的还原所产生的阴极反应所控制。