Q235钢腐蚀损伤试验与评价方法研究文献综述

浙江海洋大学毕业论文（设计）文献综述学院：石化与能源工程学院专业：安全工程班级：A13安工学号：*********学生姓名：***指导教师：***二○一七年 3 月Q235钢腐蚀损伤试验与评价方法研究摘要：Q235钢广泛应用于石油化工机械、建筑、金属加工业等方面，具有含碳量低、强度、韧性好、价廉等优点。

由于金属腐蚀问题遍及国民经济和国防建设各部门，其危害性十分严重，近年来，国内对Q235钢的腐蚀行为进行了大量研究，并取得了一些成果。

本文在对这些成果进行系统总结的基础上, 整理了Q235钢在国内各地不同种类成分的土壤的腐蚀行为，以及大气，溶液离子等因素对Q235钢腐蚀损伤情况的影响，包括对于正交实验法应用与设计进行总结，以及评价腐蚀结果的各种评价方法，对进一步研究采取正交试验法评价Q235钢的腐蚀损伤行为提供帮助。

关键词：Q235钢腐蚀损伤正交试验评价方法1. Q235钢在土壤中腐蚀的研究土壤是由土粒、水溶液、气体、有机物、带电胶粒和黏液胶体等多种组分成的极为复杂的不均匀多项体系。

土壤胶体带有电荷，并吸附一定数量的阴离子，当土壤中存在少量水分时，土壤即成为一个腐蚀性的多相电解质，土壤中金属的腐蚀过程主要是电化学过程。

金属材料在土壤中腐蚀受多种因素的影响，这些因素主要包括土壤的盐分、酸度、湿度、电场、有机质、微生物等，这些因素的综合作用导致土壤中金属设施的腐蚀。

因此，研究土壤腐蚀规律，寻找有效的防蚀途径具有很重要的意义。

李文涛、林晶［1］应用现代表面分析技术研究了，Q235钢在硫酸盐还原菌(SRB)环境中的腐蚀行为，结果显示:(1) SRB总是先以单个菌吸附在碳钢表面，然后形成菌落在表面聚集，随着微生物膜的形成，腐蚀产物膜也很快形成，SRB的代谢产物更容易在试样表面吸附与金属离子形成腐蚀产物膜，开始的微生物膜和腐蚀产物膜都比较致密，具有一定的保护作用，然后变得疏松多孔，失去保护作用，并且在试片表面形成浓差电池加速腐蚀;(2)微生物膜和硫化物膜在金属表面分布不均匀，进而形成浓差电池引起腐蚀，Q235钢的微生物腐蚀主要以点蚀形式发生，腐蚀产物膜的化合物组成以FeS为主。

于国才、王振尧等［2］根据Q235钢在海南地区第一年的土壤腐蚀试验结果，以及对各试验站土壤化学成分的分析，讨论土壤化学成分与Q235钢腐蚀失重的相关关系，结果显示:(I)在土壤的诸多化学成分中，对Q235钢腐蚀影响较大的是Ca2+和全氮量;(2)Ca2+与Q235钢腐蚀失重呈负相关;(3)全氮量与Q235钢腐蚀失重呈正相关。

砖红壤酸性强，结构疏松，全氮量高，Q235钢腐蚀较重，多发生局部腐蚀;沙壤呈中性，结构紧密，全氮量低，腐蚀较轻，以均匀腐蚀为主。

李国华、孙成等［3］日研究了阴极保护对土壤中Q235钢硫酸盐还原菌腐蚀的影响，结果显示:(I)随着阴极极化电位负移的增大，有菌及灭菌土壤中Q235钢的平均腐蚀速率逐渐减小，阴极保护效率逐渐增大，在相同的阴极极化电位下，灭菌土壤中的阴极保护效率均大于接菌土壤，有菌土壤中Q235钢的平均腐蚀速率均大于灭菌土壤;(2)有菌及灭菌土壤中Q235钢试件周围土壤逐渐呈碱性，有菌土壤中Q235钢试件周围土壤中硫酸盐还原菌数量逐渐减少，当阴极极化电位为一l050mV时，Q235钢试件周围土壤中硫酸盐还原菌仍能够存活。

在不同的阴极极化电位下，随着试验时间的增长，所需施加的电流密度逐渐减小并趋于稳定，而且随着阴极极化电位负移的增大，所需施加的电流密度稳定值越大，在相同的阴极极化电位下，有菌土壤中Q235钢所需要的阴极极化电流密度均大于灭菌土壤。

2.Q235钢大气中的腐蚀研究金属材料在大气环境中的腐蚀损失是最为严重的，全世界在大气中使用的钢材量一般超过其生产总量的60%。

大气腐蚀造成的金属材料的损失占到腐蚀总损失的50%以上，大气环境中的SO2, CO2等污染物含量的增多，进一步加快了金属材料的腐蚀［4］。

何建新，秦晓洲等［5］采用Q235钢在海南万宁距海岸95m,25m和海洋平台3个暴露点进行了半年大气腐蚀暴露试验，同时持续监测各暴露点空气中的氯离子含量，结果显示:(1)不同暴露点处的样品朝阳面和背阳面锈层中所含物相成份基本相同，25m处样品锈层中γ-Fe00H含量相对较低;(2)样品的朝阳面和背阳面腐蚀形貌存在较大差异，各暴露点样品腐蚀深度与各点空气中及锈层中的氯离子含量密切相关，腐蚀产物的主相为γ-Fe00H和Fe3O4，次相为。

γ-Fe00H和8-Fe00H;(3)半年腐蚀深度为150-3301xm，距海岸25m处腐蚀最严重;(4)3个暴露点处空气中氯离子半年的平均含量为2 -5mg/(100cm2 *d)，距海岸25m处空气中氯离子含量最高，3处氯离子含量高低顺序与各处样品腐蚀量大小顺序一致;(5)不同暴露点样品锈层中氯离子含量范围为5-15 mg/g，样品背阳面锈层中氯离子含量均大于朝阳面锈层，距海岸25m处锈层中氯离子含量最高。

3.Q235钢在溶液中腐蚀的研究在石油、矿业、化纤及其他许多工业生产部门及生产过程中，都与酸、碱、盐等介质有关。

这些介质对金属设备的腐蚀作用各异，因此，研究其对金属的腐蚀规律，对延长设备的使用寿命，保证安全生产至关重要。

李君、董超芳等［6］用电化学法和浸泡法研究了Q235/304L电偶对在3种不同浓度的Na2S溶液中的电偶腐蚀行为，用SEM观察试样的表面形貌，结果显示:(1)在实验所选溶液体系中，304L的阴阳极过程均为电化学活化步骤控制，而Q235钢的阳极过程表现出典型的阳极浓差极化与电化学活化混合控制特征;(2)偶接后Q235钢表面阳极金属的溶解过程与阴极过程同时进行，阳极溶解电流大于电偶电流;(3)Q235/304L电偶对在相同含硫环境下，电偶腐蚀效应随阴阳极面积比的增大而增大;(4)随着S2-浓度的升高，电偶对中Q235钢的腐蚀速率减小，电偶腐蚀效应也随之降低。

4.Q235钢的耐蚀性能研究赵澎、李焰等［7］通过失重实验、电化学测试和扫描电子显微镜研究了无金属酞氰H2Pc),酞著铜(CuPc)和酞著锌((ZnPc)在lmol/L H2S04中对碳钢的缓蚀作用，结果显示:(I)无金属酞氰H2Pc)酞著铜(CuPc)和酞著锌((ZnPc)在1 moL/L的H 2S04中对碳钢有良好的缓蚀作用，其缓蚀能ZnPc>CuPc>H2Pc;(2)其碳钢表面的吸附符合Lan}muir等温式;(3)阴阳极过程受抑制强度为ZnPc>CuPc>HZPc; (4)其缓蚀能力随分子最低空轨道LUMO的能量的降低而升高，并具有良好的线性关系。

曹银春、丁毅等［8］研究了Q235钢经热浸渗纯铝和不同硅含量的铝合金后的抗高温氧化和抗热腐蚀性能，结果显示:渗铝Q235合金钢的抗高温氧化性能和1 Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢大致相当，抗热腐蚀性能则明显优于不锈钢。

硅元素的加入使渗铝层的抗高温腐蚀性能有所下降，但可以改善热浸渗铝的工艺性能。

5.正交试验法对于现今的生产和科研领域来说，为了研制新产品，改革生产工艺，寻找优良的生产条件，需要做许多多因素的试验。

正交方法已经是覆盖最广泛的运用方法了。

在数学理论中，正交法主要是在概率论与数理统计以及线性代数为基础，采用标准正交化为设计原理进行实验设计。

刘瑞江等［9］在正交试验设计和分析方法研究中提到正交试验是采取部分试验来代替全面试验的方法，挑选出有代表性的试验点来进行试验，通过对代表性的试验的结果分析，了解全面试验的情况，以实现工艺的优化。

因此，挑选有代表性的试验点成为正交试验的关键。

张天骄等［10］采用正交实验法测定多种因素对金属腐蚀的影响，考虑温度及离子等几个影响因素，将各因素水平正交试验结果制成表。

结果显示：(1)温度对20。

低碳钢的影响最大，证明温度对其腐蚀特性影响较显著。

随着温度的升高，低碳钢的腐蚀速度也升高。

(2)各因素对低碳钢的腐蚀影响大小依次是温度、cl-浓度、HCO3-浓度、SO42;浓度、Ca2+浓度、Mg2+浓度，从中可知，除温度是导致金属腐蚀的主要原因之外，cl-对金属的腐蚀也产生一定影响。

这对现场金属选材及如何采取腐蚀防护措施具有一定的指导意义。

(3 )从有关离子及浓度对低碳钢腐蚀的影响可看出，要想使钢材具有一定的使用寿命，就必须采取相应的防护措施，周围介质的情况是选材时重点考虑的问题，它对钢材的使用寿命具有显著的影响。

由温度及介质浓度造成的腐蚀问题普遍存在，需进一步探索其腐蚀机理。

6.评价方法金属材料在土壤中的腐蚀机理属于电化学腐蚀，但其腐蚀行为比在单一介质中要复杂得多。

人们对金属材料在土壤中腐蚀行为的研究还远远不够成熟，所用的方法仍然以埋片为主，但该方法试验周期长，不利于快速、准确地获得腐蚀试验数据。

近年来，随着电化学测试仪器的改进，人们尝试利用电化学仪器来评判金属材料在土壤中的腐蚀速率等问题，常用的经典方法有极化曲线法、电化学阻抗谱等，还有近几年涌现出的新技术，如电化学噪声法、电感法等。

陈建伟，钱洲亥，沈晓明［11］在《土壤腐蚀评价方法的实验室对比》运用多种评价方法评价了Q235钢在土壤腐蚀中的腐蚀机理和腐蚀程度，并对这些评价方法作了优缺点比较。

他们认为，失重法费时费力，且试验周期较长，可作为校验使用;极化曲线法采用Tafel外推法，具有一定误差，该方法仅反映测量时刻的平均腐蚀信息，不宜于长时间连续监测，因而在实际应用中受到限制;电感法所测数据与失重法数据较为一致，但是该腐蚀监测系统基本上只能评价环境的腐蚀性和材料的均匀腐蚀程度，对局部腐蚀的监测和检测却显得无能为力，而且探针电极使用寿命短，后期维护成本昂贵，不适宜大规模推广使用;电化学噪声法［12］测得的腐蚀速率与失重法接近，具有原位无损检测、不外加极化、试验设备价格低廉、数据真实可靠的优势，并且可以对土壤腐蚀进行机理分析与腐蚀特性研究，该方法在土壤腐蚀研究方面具有较大优势。

7.结论金属腐蚀事关重大，不论在土壤，大气，溶液等各种环境下，对金属的腐蚀研究的意义日益明显，在土壤腐蚀方面，很多研究和文章都讨论了腐蚀机理，腐蚀电位，腐蚀样貌，腐蚀产物等腐蚀结果的分析，也发展了很多评价方法对腐蚀结论有更详细，更精确的分析。

本文在以上总结的基础上，提出在正交试验设计的金属埋土试验中，不同土壤因素对Q235钢腐蚀速率和腐蚀程度的影响，以及评价钢片在腐蚀前后其力学性能有怎样的变化，来了解碳钢的腐蚀损伤情况，对Q235钢的腐蚀防护和埋土设备应用提供支持。

8.参考文献［1］李文涛，林晶.微生物膜下Q235钢腐蚀行为的表面分析［J］.装备环境工程，2007 , 4（6):19-22.［2］于国才，土振尧，韩薇.海南土壤化学成分对Q235钢腐蚀的影响［J］腐蚀与防护，2002, 23 （8) : 331-334.［3］李国华，孙成，齐文元，等.含硫酸盐还原菌土壤中阴极保护对Q235钢腐蚀的影响［J］腐蚀科学与防护技术，2005,17(6):379-383.［4］Wang G Y，Wang H J,Li x L，etc.Corrosion Protection inNatural Environment,Mj.Beijing,: Chemical Industry Press 1997.［5］何建新，秦晓洲，易平，杨德模，等.Q235钢海洋大气腐蚀暴露试验研究［J］.表面技术，2006, 35（4) :21-23.［6］李君，董超芳，李晓刚，等.Q235-304L电偶对在Na2S溶液中的电偶腐蚀行为研究［J］.中国腐蚀与防护学报，2006. 26 (5):308-314.［7］赵澎，李焰，梁强.无金属酞菁、酞菁铜和酞菁锌在1mol/L H2SO4中对Q235钢的缓蚀作用[J].腐蚀科学与防护技术，2006, 18 （4):235-240.［8］曹春银，丁毅，魏无际，等.热浸渗铝硅合金Q235钢的抗高温腐蚀性能研究［J］北工机械，2004, 31 (1): 14-16［9］刘瑞江,张业旺,闻崇炜,汤建. 正交试验设计和分析方法研究[J]. 实验技术与管理,2010,09:52-55.［10］张天骄,闰从山,路平. 正交实验法测定多种因素对金属腐蚀的影响[J].内江科技,2010,08:41.［11］陈建伟,钱洲亥,沈晓明,祝郦伟,周海飞. 土壤腐蚀评价方法的实验室对比[J]. 腐蚀与防护,2014,02:133-136+141.[12] MANSFLED F, SUN Z, HSU C H. Electrochemical noise analysis foractive and passive systems in chloride media[J]. Electrochem Acta,2001，46(24/25):3651-3664..。