碳钢在海水中的腐蚀和防护
碳钢焊缝接头腐蚀行为分析
碳钢焊缝接头腐蚀行为分析摘要：焊接技术广泛应用于各金属件的连接，一些金属焊接件在使用过程中被环境介质腐蚀，导致频繁故障，需要对焊接接头的腐蚀行为进行研究。
关键词：碳钢接头；腐蚀行为；引言金属材料在设计体系结构中被广泛应用。
金属元件接触腐蚀环境介质时容易腐蚀，导致机械性能下降，甚至零部件故障，并引起设计安全问题。
焊缝的性能很复杂，造成其更容易被各种介质腐蚀，而其应用又极为广泛。
此外，面对土地资源短缺、人口增长和环境退化等日益严重的问题，人们把目光投向海洋，海洋周边环境更加速部件焊缝的腐蚀。
因此，焊缝腐蚀研究具有关键的理论意义。
1焊接接头腐蚀类型及相应研究方法1.1焊接接头的整体腐蚀焊缝焊接完成后，在使用过程中可能导致腐蚀。
详细分析发现，焊缝是从点腐蚀到结晶腐蚀最终导致整体腐蚀。
焊缝腐蚀对焊缝整体有着不可估量的影响。
对整个焊缝进行研究的经典化学方法，提供了有关焊缝各个组成部分的腐蚀信息，以表示焊缝的腐蚀性、流动密度等化学特性，并进行了焊缝局部腐蚀的趋势预测。
1.2点腐蚀点腐蚀也称为孔腐蚀，是一种腐蚀形式，它集中于金属表面的一小部分，进入金属的内部，是海洋生产和开发过程中出现的安全问题之一。
点腐蚀通常发生在金属或合金本身钝化以及介质存在时。
不锈钢、铝和铝合金是在表面具有氧或挖空角时，形成的。
结合微组织分析，采用点粘接法研究了不同热处理方法对不锈钢焊缝轧制性能的影响。
该研究发现，原来的焊缝中残留着大量β-铁板元素。
提高敏感区域的热处理温度会使焊缝中焊道呈刻面状态，从而降低焊缝强度。
在相同温度下加工速度提高，β铁在没有分析的情况下下降。
熔接接合强度得到增强。
2点蚀的形成机理腐蚀孔内的点腐蚀是一种破坏性和安全危害性的腐蚀类型，其中点腐蚀经常发生在表面钝金属或合法金属上，这一点得到大多数科学家的认可，并被许多理论所接受。
不锈钢表面制成的钝膜，有效地隔离不锈钢与腐蚀介质之间的接触，从而保护母体材料。
不锈钢表面钝膜的破坏是点蚀的前提。
碳钢在模拟一级反渗透产水和海水中的腐蚀行为比较
碳钢在模拟一级反渗透产水和海水中的腐蚀行为比较张敏;葛红花;王学娟;孟新静;赵玉增;廖强强【摘要】采用丝束电极测试(WBE)、电化学阻抗谱(EIS)和挂片失重法研究了静态条件下碳钢在模拟海水淡化一级反渗透(RO)产水和海水中的腐蚀形态及其电化学特性.结果表明,碳钢在模拟一级RO产水和海水中腐蚀电位随时间延长而下降;在模拟一级RO产水15d的试验中,碳钢表面微阴极、微阳极的最大电位差始终大于110 mV,腐蚀过程中阴极、阳极区域位置基本不变,腐蚀始终在局部区域进行,阻抗谱显示一个时间常数;在模拟海水中2d后碳钢表面微阴极、微阳极的最大电位差小于10 mV,微阴极、微阳极区域位置在不断变化,发生全面腐蚀,随着腐蚀的进行碳钢电极的电化学阻抗谱上出现Warburg阻抗,腐蚀过程逐渐发展为扩散控制,表面生成的致密腐蚀产物对碳钢的进一步腐蚀起到了一定的抑制作用,碳钢腐蚀速率下降.碳钢在模拟一级RO产水中的表观腐蚀速率略大于模拟海水,因其实际腐蚀部位面积小而局部区域的腐蚀速率比在海水中更大.【期刊名称】《腐蚀与防护》【年(卷),期】2015(036)009【总页数】6页(P814-818,823)【关键词】一级反渗透(RO)产水;海水;腐蚀形态;丝束电极【作者】张敏;葛红花;王学娟;孟新静;赵玉增;廖强强【作者单位】上海电力学院上海热交换系统节能工程技术研究中心,上海市电力材料防护与新材料重点实验室,上海200090;上海电力学院上海热交换系统节能工程技术研究中心,上海市电力材料防护与新材料重点实验室,上海200090;上海电力学院上海热交换系统节能工程技术研究中心,上海市电力材料防护与新材料重点实验室,上海200090;上海电力学院上海热交换系统节能工程技术研究中心,上海市电力材料防护与新材料重点实验室,上海200090;上海电力学院上海热交换系统节能工程技术研究中心,上海市电力材料防护与新材料重点实验室,上海200090;上海电力学院上海热交换系统节能工程技术研究中心,上海市电力材料防护与新材料重点实验室,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TG174随着世界人口总数不断增长，以及各地淡水污染的泛滥，人类赖以生存的淡水资源逐年减少，沿海地区的海水淡化前景广阔。
脱盐水腐蚀碳钢对策
脱盐水腐蚀碳钢对策
脱盐水腐蚀是指含有盐分的水对碳钢产生腐蚀现象。
为了防止脱盐水腐蚀碳钢，可以采取以下对策：
1. 使用材质更好的碳钢：选择抗腐蚀性能更好的碳钢，例如耐酸碳钢和不锈钢等。
2. 防腐涂层：对碳钢表面进行防腐涂层处理，如油漆、涂料或热浸镀锌等。
这种涂层能够在碳钢表面形成一层保护膜，防止盐水直接接触碳钢表面。
3. 防护措施：在碳钢表面形成一层物理屏障来阻隔脱盐水，可以使用合适的防护设施，如塑料、橡胶或玻璃等。
4. 控制环境：尽量避免碳钢与含有盐分的水接触，尤其是在高温、高湿度和不通风的环境下。
可以通过控制湿度、调节温度、加强通风等方式来减少腐蚀的发生。
5. 定期检查和维护：定期检查碳钢表面的涂层和防护层是否完整，及时进行修补和保养，以保持防腐蚀的效果。
请注意，以上建议仅供参考，具体应根据实际情况和专业意见来选择合适的方法。
船舶腐蚀及防护
(10)迷散電流腐蝕(Stray
Current Corrosion)：
船舶泊岸進行電銲修補作業， 若使用直流電銲機且在陸上接地 (不在船體接地)，則發生迷散電流 而使船體腐蝕。若使用交流銲機 則損失遠較輕微。
金 屬 腐 蝕 型 態
3.冲刷效果腐蝕：金屬表面與接觸物質間的相對速度所產生
(1)磨動腐蝕 (Fretting Corrosion)
(5)鋼板表面有黑皮(mill scale)：
腐蝕速度可達無黑皮者的數十倍(如約80倍)。黑皮是鋼熱延壓 加工時，從高溫急冷下過程中受到不完全氧化所形成。這層 黑皮看似結實，實際上因有很多空隙存在，使得大氣中氧氣 與水份很容易浸透而形成激烈腐蝕。
金 屬 腐 蝕 型 態
2.局部腐蝕(Local Corrosion) ：金屬局部發生腐蝕的現象
金屬表面承受高負荷，因振動或微短距離滑動而產生。
(3) 加凡尼序列(Galvanic Series) ：較實用，但環境不同，各
加凡尼系列順序亦不盡相同。例如在海水中若干常 用金屬的加凡尼序列如下：
金、鉑、銀、銅、黑皮(mill scale)、鐵、鋁、鋅
化学腐蚀
(二)化學腐蝕(Chemical
Corrosion)：
金屬溶解於有機溶劑、熔融鹽液中。
(b)改善方式，如： (i)以電銲替代使用墊片
(gaskets)
(ii)避免尖銳邊緣(sharp edges) (iii)使用橡膠(rubber)或鐵弗龍(Teflon)為材質的墊圈
金 屬 腐 蝕 型 態
(7)孔蝕(Pitting Corrosion)：
(a)原油輪貨艙底板：局部殘留海水及SRB菌而孔蝕。
(1) 異金屬接觸腐蝕 (Bimetallic or Galvanic Corrosion)
部分材料在海水中的腐蚀数据及特性
部分材料在海水中的腐蚀数据及特性
1Cr18Ni9Ti不锈钢材料在海水中虽然平均腐蚀速率很小，但有时由于表面加工的缺陷或表面的钝化膜受到破坏，易出现严重的点蚀，即整体很好，但局部可能腐蚀穿孔。
因此，根据国外的规范，在海水条件下，不推荐用该种材料制作长期工作在海水条件下的设备。
在海水条件下长期工作的设备，选用材料要求为316或以上不锈钢材料。
在要求严格的情况下，对于316及316L以上不锈钢材料在海水中长期使用时，也需做阴极保护。
如根据德国西门子发电公司的设计中就要求对该类材料的拦污栅、旋转滤网等，采用外加电流方式进行保护。
过程装备腐蚀与防护(闫康平)(二版)_第3章_金属在某些环境中的腐蚀
钢材受高温高压的氢气作用，变脆甚至破裂的现象 氢腐蚀分为两个阶段： I：氢脆阶段（也称为氢腐蚀的孕育期）；
II：氢侵蚀阶段
Fe3C +2H2→3Fe + CH4↑
Fe3C→ 3Fe + C C + 2H2→CH4
提高钢的抗氢腐蚀性能： 钢中加入强碳化物形成 元素（Cr、Mo、W、V、 Nb、Ti），使碳优先结 合成稳定的碳化物
（2）依靠选择氧化生成保护膜 合金元素的离子半径 < 基体金属离子半径 合金离子半径愈小,越容易发生选择氧化，添加量越多， 越能在低加热温度下发生选择氧化。如Fe中加Cr、Al形 成Cr2O3、Al2O3氧化膜,致密，阻止氧化的继续进行。 （3）生成稳定的新相（复合氧化物） 离子在AB2O4氧化膜中的扩散速度迟缓（移动所需活 化能提高） 合金元素和基体金属氧化物相互溶解形成新的复合氧 化物，使反应物质在其中的扩散速率非常小，提高了金属 抗氧化性质。如Fe中加入10%以上Cr生成FeO· Cr2O3尖 晶石型复合氧化膜，使离子在其中扩散迟缓，显示耐氧化 性。
氧化膜具有保护性的条件：
(i)膜必须是完整的。完整性是与庇林-贝德沃斯比r相关 r =VMO / VM
是金属氧化物体积VMO与所耗金属体积VM之比
r ≥1 膜保护性的必要条件，但不是充分条件 r<1 氧化膜疏松多孔，没有保护性。表3-2
•
(ii)膜具有足够强度和塑性,与基体金属结合力 强，膨胀系数相近。这是因为设备往往在热负荷 波动，温度剧变，流体冲刷或承受变载荷下的工 作。 • (iii)膜内晶格缺陷浓度低。如FeO是P型金属离 子不足氧离子过剩半导体，属岩盐(NaCl)立体结 构，晶格中有许多金属离子空位，膜保护性差。 磁性氧化铁Fe3O4具有尖晶石型的晶体结构，晶格 缺陷浓度低，膜具有高的保护性。 • (iv)氧化膜在高温介质中是稳定的,表现为高熔 点，高生成热。
金属腐蚀与防护课后习题答案 (1)
腐蚀与防护试题1化学腐蚀的概念、及特点答案：化学腐蚀：介质与金属直接发生化学反应而引起的变质或损坏现象称为金属的化学腐蚀。
是一种纯氧化-还原反应过程，即腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子相互作用而形成腐蚀产物。
在腐蚀过程中，电子的传递是在介质与金属之间直接进行的，没有腐蚀电流产生，反应速度受多项化学反应动力学控制。
归纳化学腐蚀的特点在不电离、不导电的介质环境下反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应腐蚀速度与程度与外界电位变化无关2、金属氧化膜具有保护作用条件，举例说明哪些金属氧化膜有保护作用，那些没有保护作用，为什么？答案：氧化膜保护作用条件：①氧化膜致密完整程度；②氧化膜本身化学与物理稳定性质；③氧化膜与基体结合能力；④氧化膜有足够的强度氧化膜完整性的必要条件：PB原理：生成的氧化物的体积大于消耗掉的金属的体积，是形成致密氧化膜的前提。
PB原理的数学表示：反应的金属体积：V M = m/? m-摩尔质量氧化物的体积： V MO = m'/ ? '用? = V MO/ V M = m' ? /（ m ? ' ）当? > 1 金属氧化膜具备完整性条件部分金属的?值氧化物?氧化物?氧化物?MoO3 WO3 V2O5Nb2O5 Sb2O5 Bi2O5Cr2O3 TiO2 MnOFeO Cu2O ZnOAg2O NiO PbO2SnO2 Al2O3 CdOMgO CaOMoO3 WO3 V2O5这三种氧化物在高温下易挥发，在常温下由于?值太大会使体积膨胀，当超过金属膜的本身强度、塑性时，会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、脱落。
Cr2O3 TiO2 MnO FeO Cu2O ZnO Ag2O NiO PbO2 SnO2 Al2O3 这些氧化物在一定温度范围内稳定存在，?值适中。
这些金属的氧化膜致密、稳定，有较好的保护作用。
MgO CaO ?值较小，氧化膜不致密，不起保护作用。
碳钢在察尔汗盐湖卤水中的腐蚀行为研究
摘 要 ：用腐蚀挂 片试验方 法研 究 了典 型碳钢 在盐湖 卤水中暴露 ２ 的腐蚀行 为 ，并运 用室 内 年
电化 学方法研 究其在察 尔汗盐湖 卤水中的 电化 学行 为。结 果表明 ：室外 卤水暴露 ２ 年后 ，典型碳钢 腐蚀 失厚 为 ０ ２ ２ ｍ／；室 内电化 学试验表 明，碳钢在 浸泡前期 腐蚀较快 ，随着浸泡的进行 ， 表 ． ８ｍ ａ ０ 钢 面覆盖微 薄的腐蚀产物层 ，在 高盐度 的 卤水环境 中，腐蚀产物层 可有 效增 加氧扩散 的阻力 ，减缓 腐
０ 引 言
青海 察尔汗盐湖是我 国最大 、
也 是 世 界 罕 见 的 盐 湖 ， 面 积 在 ５０ ｋ 以上 ，储藏着极 为丰 富的 ０ ０ ｍ
研究 了碳 ， 部地 区的经济有重要 的意义…。碳 研 究较少 ，有研 究者 【 ］ 钢价格 低廉、加 工性能 良好 、产量 钢在 卤水 中浸泡 １ 小时后 的动电位
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｅ ｔｏ ｈ ｍｉ ａ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓａ ｄ ｃ ｒ ｏ ｉ ｎ ｂ ｈ ｖ ｏ ｆｔ ｐ ｃ ｌ ａ ｂ ｎ ｓ ｅ ｌ ｎ ｔ ｅ ｂ ｉ ｅ ｏ ｔ ａ ｔ Ｅｌ ｃ ｒ ｃ ｅ ｃ ｌ ａ ａ ｔ ｒ ｎ ｏ ｒ ｓｏ ｅ ａ ｉ ｒｏ ｉ ａ ｒ ｏ ｔ ｅ ｈ ｒ ｎ ｆ ｃ ｙ ｃ ｉ ｓ ｌｎ ａ ｅ ｗ ｅ ｅ ｓ ｕ ｉ ｄ ｉ ｈ ｓ ｗｏ ｋ ｂ ｕ ｄ ｏ ｘ ｏ ｕ ｅ ｅ ｐ ｒ ｍ ｅ ｔ ａ ｄ ｉ ｄ ｏ ｅ ｅ ｔ ｏ ｈ ｍ ｉ ａ ａ ｉ ｅ ｌ ｋ ｒ ｔ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｒ ｙ ｏ ｔ ｏ ｒ ｅ ｐ ｓ ｒ ｘ ｅ ｉ ｎ ｎ ｎ ｏ ｌ ｃ ｒ ｃ ｅ ｃ ｌ ｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔ Ｔｈ ｓ ｌ ｉ ｄ ｃ ｔ ｄ ｔ ａ ｅｃ ｒ ｏ ｉ ｎ ｒ ｔ ｆｔ ｐ ｃ ｌ ａ ｂ ｎ ｓｅ ｌ ｎ ｂ ｎ ｓ ． ２ ２ ｘ ｅ ｉ ｎ ． ｅ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉ ａｅ ｔ ｈ ｏ ｓ ｏ ａ ｅｏ ｉ ａ ｒ ｏ ｔ ｅ ｒ ｅ ｗａ ０ ８ ｍｍ ／ ｆｅ ｒ ｈ ｔ ｙ ｃ ｉ ｉ ０ ａａ ｔｒ ｔ — ｅ ｒｅ ｐ ｓ ｒ ． ｅ ｔｏ ｈ ｍｉ ａ ｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｈ ｗｅ ａ ｏ ｏ ｉ ｎ ｒ ｔ ｆｃ ｒ ｏ ｔ ｅ ｎ ｂ ｉ ｅ ｗａ ｗｏ ｙ ａ ｘ ｏ ｕ ｅ Ｅｌ ｃ ｒ ｃ ｅ ｃ ｌ ｐ ｒｍ ｎ ｓ ｓ ｏ ｄ ｔ ｔ ｒ ｓｏ ａ ｅ ｏ ａ ｂ ｎ ｓ ｅ ｌ ｒｎ ｓ ｅ ｈ ｃ ｉ ｒ ｐ ｄ ｙ ａ ｅ ｂ ｇ ｎ ｉ ｇ ｏ ｅ ｔ ｓ ． ｓ ｉ ｅ ｗｅ ｔ ｙ ｔ ｅｓ ｒ ａ ｅ ｏ ａ ｂ ｎ ｓｅ ｌ ａ ｏ ｅ ｅ ｔ ｏ ｒ ｓｏ ａ ｉ ｌ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｎ ｆｔ ｔ Ａ ｍ ｎ ， ｈ ｕ ｆ ｃ ｆｃ ｏ ｔ ｅ ｓ ｖ ｒ ｄ ｗｉ ｃ ｒ ｏ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｂ ｒ ｗ ｃ ｈ ｐ ｏ ｕ ｔｗｈ ｃ ｏ ｌ ｆ ｅ ｔｖ ｌ ｍ ｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓｓ ａ ｃ ｆｏ ｙ ｅ ｉ ｆ ｓｏ ｎ ｏ ｅ ｏ ｒ ｓ ｏ ａ ｅ ｒ ｄ ｃ ｉ ｈ ｃ ｕ ｄ ｅ ｃ ｉ ｅ ｙ ｉ ｒ ｖ ｈ ｅ ｉ ｔ ｎ ｅ ｏ ｘ ｇ ｎ ｄ ｆ ｕ ｉ ｎ ａ ｄ ｌ ｗ ｒｃ ｒ ｏ ｉ ｎ ｒ ｔ ｂ ｃ ｕ ｅ ｏ ｉ ｈ ｓ ｌｎ ｔ ｎ ｂ ｎ ． ｅ ａ ｓ ｆｈ ｇ ａｉ ｉｙ ｉ ｒ ｅ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｒ ｏ ｔ ｅ ； ａ ｉ ｅ ｌ ｅ ｂ ｉ ｅ ｃ ｒ ｏ ｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｂ ｎ ｓｅ ｌ ｓ ｌ ｎ ａ ； ｒｎ ； ｏ ｒ ｓｏ ｋ
NACE SP 0108-2008 中文译稿-标准规范—使用防护涂层对海上平台结构进行防腐蚀控制
欢迎共同探讨 ， ： E-mail/MSN: zblhx84@ QQ 153754367
2
译者：张斌
NACE SP0108-2008 (中文译本)
NACE 国标标准规范
使用防护涂层对海上平台结构进行腐蚀控制
1．总则--------------------------------------------------------------------------------------------------4 2．术语和定义-----------------------------------------------------------------------------------------5 3．防护涂层体系--------------------------------------------------------------------------------------8 4．典型的常用防护涂层体系----------------------------------------------------------------------12 5．涂层体系的资格认证测试----------------------------------------------------------------------20 6．表面处理-------------------------------------------------------------------------------------------26 7．涂层材料和施工----------------------------------------------------------------------------------12 8．质量保证和控制----------------------------------------------------------------------------------33 9．涂层修补-------------------------------------------------------------------------------------------38 10．法兰的腐蚀控制--------------------------------------------------------------------------------39 11．紧固件涂层--------------------------------------------------------------------------------------40 12．管架的腐蚀控制--------------------------------------------------------------------------------41 13．小口径不锈钢管件的腐蚀控制--------------------------------------------------------------42 14．健康、安全和环保-----------------------------------------------------------------------------43 参考资料-----------------------------------------------------------------------------------------------44
沿海腐蚀
当海浪到达海岸时，海盐（包括氯化钠，氯化钙和氯 化镁）变成悬浮颗粒漂浮在空中。海边空气中的盐浓度 取决于很多因素包括风速、海浪湍流、海岸线的曲折程 度以及陆地和海水温度差异。天气条件和海浪情形经常 每月都在变化，盐含量也有明显的季节性差异。
盐向内陆迁移的距离由天气情况、地理状况、水滴
尺寸以及悬浮盐颗粒的初始浓度等因素决定。在某些地 方，海盐仅局限于距离海边约 1.6 公里（1 英里）的地方， 而在另外一些地方，在距离海边 48 公里（30 英里）开外 的内陆还有相当高的盐含量 2,3。
海浪冲击海岸时会形成悬浮盐颗粒，腐蚀率会增加。 海浪的高度和方向，海浪区的宽度，底坡，延伸到海中的 陆地，海岸以及悬崖等都会影响颗粒物的含量。海面相对 平静的地区（如避风港或者河口），盐含量比较少 5。
图 A 2006 年样品表面沉积的氯离子（湿盐）浓度,由美国国家大气沉降项目组（NADP）测定。
图 B 1994 年样品表面沉积的氯离子（湿盐）浓度, 由美国国家大气沉降项目组（NADP）测定。
沿海地区建筑设计 - 避免金属的腐蚀失效
凯瑟琳·胡斯卡
由于高浓度的盐含量，海边地区常常面临着严峻的 腐蚀问题。不论该地区是离海水很近，经常受到海水喷 溅，还是偶尔受到潮汐的汹涌，材料的快速腐蚀都是相 当令人担心的问题。紧邻海水的建筑物、栏杆、灯柱、雕 塑面临的腐蚀风险包括外观的过早损伤及彻底的结构 失效等等。
4
坐落在南非开普敦郊区的一个海边餐 馆，侧面入口的门选用了镀锌钢，因为它初 始成本很低。这座建筑在暴风雨中会受到海 水喷溅，从而加剧腐蚀。可以看见旁边建筑 物的镀锌钢屋顶发生了腐蚀。因为碳钢上的 镀锌保护层已经剥落，如果不加保护性涂 层，腐蚀就会加速。这个岩石嶙峋的海滨尽 管污染程度很低，但是盐浓度很高。对该地 区的腐蚀研究表明，不到三年，镀锌钢就会 出现明显的红色腐蚀锈迹，门的继续腐蚀会 对安全构成威胁。在这个环境条件苛刻的海 岸地区，屋顶的穿孔可能很快就会发生。
- 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)。
碳钢在海水中的腐蚀和防护
摘要
对碳钢在海水中的腐蚀与防护进行了现场实地考察,分析了它作为海水中常用材料的腐蚀特点,同时在实验室进行了挂片实验和电化学测试,评价了它的耐蚀性能,对其防蚀提出了一点经验。
关键词:碳钢海水腐蚀防护
1 前言
碳钢是应用最广泛的工程材料之一。
海洋腐蚀环境苛刻,尽管在应用这些材料时,需进行必要的防护,但开展这些材料在海水中腐蚀性能的研究仍非常必要,二十世纪三十年代以来,美国累积了各腐蚀地域527 种金属材料长达3 a～16 a 的海水腐蚀数据。
我国则仅限于碳钢在海水全浸条件下的五年数据,而在潮差区、飞溅区的腐蚀数据几乎没有。
这给海洋工程设计、选材、开展防护工作造成了很大困难,金属材料在海水中的腐蚀受其环境影响是非常复杂的过程,在不同海域所表现出的耐蚀性有很大差异,既使在同一海域不同区带,其腐蚀性能各异,因此对常用金属材料在我国海域进行系统的腐蚀试验及研究,获得可靠的材料腐蚀数据,为海洋工程、沿海建筑物的设计、选材、开展防护,开发新的耐蚀材料提供依据。
碳钢、低合金钢是应用最广泛的工程材料。
海洋腐蚀环境苛刻,尽管在应用这些材料时,需进行必要的防护,但开展这些材料在海水中腐蚀性能的研究仍非常必要,二十世纪三十年代以来,美国累积了各腐蚀地域527 种金属材料长达 3 a～16 a 的海水腐蚀数据。
我国则仅限于碳钢、低合金钢在海水全浸条件下的五年数据,而在潮差区、飞溅区的腐蚀数据几乎没有。
这给海洋工程设计、选材、开展防护工作造成了很大困难,金属材料在海水中的腐蚀受其环境影响是非常复杂的过程,在不同海域所表现出的耐蚀性有很大差异,既使在同一海域不同区带,其腐蚀性能各异,因此对常用金属材料在我国海域进行系统的腐蚀试验及研究,获
得可靠的材料腐蚀数据,为海洋工程、沿海建筑物的设计、选材、开展防护,开发新的耐蚀材料提供依据。
本文用实验室挂片和电化学方法对碳钢在海水中的腐蚀行为进行研究,分析了它作为海水中常用材料的腐蚀特点,评价了它的耐蚀性能,对它的防蚀提出了一点经验。
2 实验
电化学试样用电木粉镶嵌,工作面积为1cm2 ,经由400 # 至700 # 水磨砂纸逐级打磨、水洗、无水酒精棉擦拭脱酯、吹干。
介质采纳X付家庄海域海水。
温度由WK2120 型恒温水浴锅操纵。
电化学测试采纳CP5 型综合腐蚀测试仪及三电极体系(辅助电极为Pt 电极,参比电极为饱和甘汞电极) 。
测定了碳钢Q235在海水中不同条件下的自腐蚀电位、腐蚀速度和极化曲线。
3 结果与商量
〔1〕碳钢的自腐蚀电位
碳钢的腐蚀电位与时间和温度的有关系。
碳钢在海水中的电位是随着时间逐渐正移的,稳定、缓慢,波动较小。
稳定在- 0. 67V 左右。
在X海域挂片180 天的碳钢的腐蚀电位的结果很接近。
但试样刚打磨后浸入海水中的腐蚀电位是负移的,这时试样外表还未形成腐蚀产物层。
这说明碳钢在海水中形成对腐蚀电位有重要影响的稳定的腐蚀产物膜需要较长的时间。
温度越高,其自腐蚀电位相对更负,到达相对稳定所需的时间更长。
〔2〕碳钢的腐蚀速度
其腐蚀速度总趋势是随着时间的推移逐渐减小的。
这说明碳钢在海水中的腐
蚀逐渐减轻,64 天后稳定在一较小值约0. 04mm/ a ,但前12 天里,腐蚀速度较快地增长,达0. 06mm/ a 。
这可从此实验的试样处理上得到解释:试样经处理后置于枯燥器内待用;碳钢外表会生成一层极薄的氧化膜。
当试样浸入海水中时,由于氯离子的侵蚀作用,这层薄膜开始破坏,腐蚀速度上升。
随着腐蚀的进一步开展,碳钢外表逐渐形成浅黄色的腐蚀产物层,覆盖在试样外表,阻滞了腐蚀的进一步进行,对碳钢起肯定的爱护作用。
温度越高,碳钢的腐蚀越严峻。
温度对其腐蚀的影响较大。
从室温升至80 ℃,腐蚀速率由0. 04mm/ a增大至0. 25mm/ a ,相差5 倍。
由V = keEa/ RT可知,温度越高,反响速率越大。
碳钢在海水中的腐蚀主要由阴极氧去极化操纵,温度升高有利于氧的扩散。
温度越高,其腐蚀电位越负;极化曲线也逐渐右移,腐蚀电流增大。
阳极极化曲线随着温度的升高变化不大,但阴极极化曲线逐渐变得平坦,即斜率渐渐减小。
碳钢在海水中不能建立钝态,阳极活性高,极化率小,一切有利于氧向阴极外表扩散的因素都会加快碳钢的腐蚀。
碳钢在海水和自来水中的腐蚀都是靠氧的去极化进行。
但海水中含盐量远高于淡水,因此电阻性阻滞比淡水小得多,而盐份中氯化物居多,建立钝态很困难,发生腐蚀时的速度比淡水中大。
海水中碳钢实施阴极爱护的效果比淡水中好。
碳钢在室温下的海水和自来水两种介质中的自腐蚀电位相差300mV左右,而海水中的阴极极化曲线的斜率要小得多。
可见,其中氯离子是影响碳钢腐蚀的主要因素。
一些靠外表钝化维持耐蚀性的材料,如不锈钢、铝合金等,由于海水中的大量氯离子,其钝化膜不稳定,易发生点蚀和缝隙腐蚀破坏。
〔3〕钛-碳钢材料的自然腐蚀
两种金属中碳钢在静止海水中的腐蚀速率相对较大(平均为0. 1477 g/m2 ·h) ,而钛在静止海水中则显出极强的耐腐蚀能力,腐蚀速率很小。
它们的自腐蚀电位,可了解碳钢的自腐蚀电位稳定在- 0. 7740V 左右,而钛的自腐蚀电位则稳定在- 0. 060V左右,两者相差超过700 mV ,所以在组成电偶对时存在很大的
驱动电位差,然而,电偶腐蚀真正的驱动力却取决于电偶极化后的稳定电位差。
从碳钢和钛在海水中的稳态极化曲线中，得到碳钢的Tafel 斜率ba 值为63. 2mV ,这与文献中给出的碳钢的Tafel 常数ba = 57mV 相差不大。
而钛的Tafel 常数bc = 163mV ,也接近文献的156mV。
从极化曲线可知: (1) 碳钢的自腐蚀电流要远比钛的自腐蚀电流大,钛的耐蚀性比碳钢的好得多。
(2) 钛具有较强的阴极极化性,对其进行阴极极化时,钛上发生析氧的阴极复原反响。
所以,电偶电位应该比拟接近碳钢的自腐蚀电位,同时,其驱动电位也会衰减。
〔4〕Ti/ 碳钢电偶对电偶腐蚀
Ti/ 碳钢电偶对的电偶电位非常接近碳钢的自腐蚀电位,随面积比的增加,电偶电位稍有正移,但正移范围较小,这与Ti 强极化性的特点有关.而Ig 随阴/ 阳极面积比的增大明显增大. 在面积比值较小的范围内, Ig 随阴/ 阳极面积比的增大而线性增大; 当阴/ 阳极面积比增大到肯定数值(约为500) 时, Ig 随阴/ 阳极面积比的增大趋势减缓. 而Eg 的变化幅度也在大于该面积比值时变缓。
随着Ti/ 碳钢面积比的增加,阳极的失重速率不断增大,但在阴/ 阳极面积比值较小范围内失重速率的增大与面积比成线性关系;当面积比> 500 时,阳极的失重速率的变化趋势有所变缓,这与大阴极对小阳极产生的极化范围有关. 由此可推断,阳极的腐蚀速率随着阴/ 阳极面积比的增大,将会有一个极限值.
在电偶腐蚀过程中,当阴/ 阳极面积比拟大时,阳极已经不能够对阴极进行均匀的极化了,而电位仍旧是在碳钢的同一点上测得的,不能代表整个金属外表的电位变化. 在稳态极化曲线测量过程中,由于辅助电极和工作电极面积都比拟小,属均匀极化,所以不会存在这种问题.
〔5〕碳钢/ Ti/ 海军黄铜电偶对电偶腐蚀
碳钢/ Ti/ 海军黄铜组成电偶对在海水中浸泡10 d ,碳钢的腐蚀速率为33118 mg/ (m2·h) ,Ti 的腐蚀速率为01216 mg/ (m2·h) ,海军黄铜的腐蚀速率为2914
mg/ (m2·h) .
在碳钢/ Ti/ 海军黄铜组成的电偶对中, Ti 和碳钢之间的Ig 平均值为8145μA/ cm2 ,海军黄铜和碳钢之间的Ig 平均值是7105 μA/ cm2 . 电流从Ti 和海军黄铜流向碳钢,因此碳钢是这个电偶系统的阳极.
Ti 在海水中的自然腐蚀速率为01312 mg/ (m2·h) ,但和碳钢以及海军黄铜组成电偶对后,腐蚀速率减小到01216 mg/ (m2·h) ,这说明Ti 受到了爱护,这个电偶对的阴极. 同样可知,海军黄铜也是这个电偶对的阴极.
4 结论
〔1〕碳钢在海水中能形成比拟稳定的腐蚀产物层,对碳钢起肯定的爱护作用。
其自腐蚀电位随时间逐渐正移,稳定较慢,但波动较小,在- 0. 67V 左右。
〔2〕碳钢在室温海水中的腐蚀速率随时间减小,逐渐稳定在0. 04 - 0. 1mm/ a 之间,属于耐蚀4 - 5 级。
这是大量海洋结构件以它为材料的内因之一。
〔3〕温度越高,碳钢的自腐蚀电位越负,腐蚀速率越大,80 ℃时达0. 25mm/ a ,约为碳钢在室温下腐蚀速度的6 倍。
〔4〕海水中阴极爱护技术对碳钢很有效,可有效预防碳钢的全面腐蚀和局部腐蚀。
〔5〕电偶腐蚀过程中,阴/ 阳极面积比对Ig 的影响较大,随着阴/ 阳极面积比的增加, Ig 增加,腐蚀速率增大.
〔6〕形成电偶对时,随着阴/ 阳极面积比的增大,由于极化不均匀,阳极的腐蚀速率存在一个极限值.
〔7〕海水中碳钢/ Ti/ 海军黄铜三种金属组成的电偶对,Ti 和海军黄铜是阴
极,受到爱护;碳钢是阳极,腐蚀加速.。