海水腐蝕情況

1、海水腐蝕情況海水腐蝕的原因浸入海水中的金屬，表面會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的電極電勢(shì)。由于金屬有晶界存在,物理性質(zhì)不均一；實(shí)際的金屬材料總含有些雜質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)也不均一；加上海水中溶解氧的濃度和海水的溫度等，可能分布不均勻,因此金屬表面上各部位的電勢(shì)不同,形成了局部的腐蝕電池或微電池。其中電勢(shì)較高的部位為陰極，較低的為陽極。電勢(shì)較高的金屬，例如鐵，腐蝕時(shí)陽極進(jìn)行鐵的氧化；電勢(shì)較低的金屬，例如鎂，被海水腐蝕時(shí)，鎂作為陽極而被溶解，陰極處釋放出氫。當(dāng)電勢(shì)不同的兩種金屬在海水中接觸時(shí)，也形成腐蝕電池,發(fā)生接觸腐蝕。例如鋅和鐵在海水中接觸時(shí),因鋅的電勢(shì)較低,腐蝕加快；鐵的電勢(shì)較高，腐蝕變慢,甚至停止。海洋環(huán)境對(duì)腐蝕的影

2、響鹽度 海水含鹽量較高，水中的含鹽量直接影響水的電導(dǎo)率和含氧量，隨著水中含鹽量的增加，水的電導(dǎo)率增加但含氧量卻降低。海水中的鹽度并不和NaCl的行為相一致，這是因?yàn)槠渲兴拟}離子和鎂離子，能夠在金屬表面析出碳酸鈣和氫氧化鎂的沉淀，對(duì)金屬有一定的保護(hù)作用。河口區(qū)海水的鹽度低，鈣和鎂的含量較小，金屬的腐蝕性增加。海水中的氯離子能破壞金屬表面的氧化膜,并能與金屬離子形成絡(luò)合物,后者在水解時(shí)產(chǎn)生氫離子，使海水的酸度增大，使金屬的局部腐蝕加強(qiáng)。電導(dǎo)率 海水中不僅含鹽量高，而且其中的鹽類幾乎全部處于電離狀態(tài)，這使得海水成為一種導(dǎo)電性良好的電解質(zhì)。這就決定了海水腐蝕過程中，不僅微觀電池腐蝕的活性大，同時(shí)宏

3、觀電池的活性也大。研究表明：隨著電導(dǎo)率的增大，微觀電池腐蝕和宏觀電池腐蝕都將加速。溶解氧 海水溶解氧的含量越多，金屬在海水中的電極電位越高，金屬的腐蝕速度越快。但對(duì)于鋁和不銹鋼一類金屬，當(dāng)其被氧化時(shí)，表面形成一薄層氧化膜，保護(hù)金屬不再被腐蝕,即保持了鈍態(tài)。此外，在沒有溶解氧的海水中,銅和鐵幾乎不受腐蝕。（常壓下氧在海水中的溶解度如下 ）（表一）酸堿度 一般來說，海水的pH升高，有利于抑制海水對(duì)鋼鐵的腐蝕。但是海水pH遠(yuǎn)沒有含氧量對(duì)付腐蝕的影響大，盡管表層海水pH比深層海水高，但由于表層海水中的植物光合作用，含氧量遠(yuǎn)比深處海水高，所以表層海水的腐蝕性遠(yuǎn)比深層海水要強(qiáng)，這與實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)論

4、是一致的。物理因素 除此之外還有其他物理因素，如流速、潮汐、溫度等。海水對(duì)金屬的相對(duì)流速增大時(shí)，溶解氧向陰極擴(kuò)散得更快，使金屬的腐蝕速度增加；靠近海面的大氣中,有多量的水分和鹽分，又有充足的氧，對(duì)金屬的腐蝕性比較強(qiáng)，因此，在平均高潮線上面海水浪花飛濺到的地方（飛濺區(qū)），金屬表面經(jīng)常處于潮濕多氧的情況下，腐蝕最為嚴(yán)重；水溫升高，會(huì)使腐蝕加速。但是溫度升高，氧在海水中的溶解度降低，使腐蝕減輕。海水腐蝕的特點(diǎn)（1）由于海水的導(dǎo)電性好，腐蝕中的歐姆電阻小，因此異金屬接觸能造成陽極性金屬發(fā)生顯著的電偶腐蝕破壞。（2）海水中含有大量的氯離子，容易造成金屬鈍態(tài)局部腐蝕，容易發(fā)生小孔腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕，

5、在流速很高的海水中，易發(fā)生磨損腐蝕。（3）碳鋼在海水中發(fā)生吸氧腐蝕，受氧擴(kuò)散控制，而陽極極化性能很小，所以凡是能使氧極限擴(kuò)散電流密度增大的因素，都會(huì)是碳鋼的腐蝕速度增大。（4）根據(jù)海水與金屬接觸的情況，可將海洋環(huán)境分為：海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮汐區(qū)、全浸區(qū)和海泥區(qū)。如圖所示：金屬在各區(qū)域中的腐蝕情況存在明顯區(qū)別。圖一耐海水腐蝕材料的研究現(xiàn)狀l 碳鋼及低合金鋼的海水腐蝕性能由于海生物的附著和銹層的穩(wěn)定,碳鋼及低合金鋼在海水中耐蝕性能的差異主要表現(xiàn)在局部腐蝕上(點(diǎn)蝕) , 由于點(diǎn)蝕的不可預(yù)測(cè)性、自催化性、隱蔽性和發(fā)生的幾率極高, 在所有腐蝕失效中最具有破壞性, 點(diǎn)蝕深度是評(píng)價(jià)鋼鐵材料的主要依據(jù)。近期

6、，研究者用現(xiàn)場(chǎng)海水暴露制備試樣對(duì)碳鋼的微生物腐蝕做了詳細(xì)的研究，研究發(fā)現(xiàn)：在海水中碳鋼的腐蝕速度經(jīng)歷下降-上升的變化趨勢(shì)，其趨勢(shì)與3.5%的NaCl溶液保持一致；微生物因素，主要是內(nèi)銹層中的硫酸鹽還原菌，改變了碳鋼的海水腐蝕機(jī)制，從而加速碳鋼的腐蝕；碳鋼在海水中的腐蝕機(jī)制可分為氧擴(kuò)散控制、過渡和硫酸鹽還原菌活性控制3個(gè)階段。 在海水和3.5%NaCl溶液中的Rt隨時(shí)間變化 Q235在海水和3.5%NaCl溶液中的icorr隨時(shí)間的變化 l 不銹鋼的海水腐蝕性能不銹鋼在海水中的局部腐蝕主要取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理狀態(tài),不銹鋼是易鈍金屬, 其腐蝕規(guī)律與碳鋼和低合金鋼不同, 海水中大量的Cr-對(duì)依

7、靠鈍化防腐蝕的合金破壞極大, 一般是全浸區(qū)最重(Cl- 離子最多), 潮差區(qū)次之, 飛濺區(qū)最輕。不同海域的環(huán)境因素及海生物附著對(duì)不銹鋼的腐蝕敏感性產(chǎn)生重要影響。不銹鋼在海水中的耐蝕性通常高Cr鋼優(yōu)于低Cr鋼,Ni一Cr鋼優(yōu)于C鋼,隨Ni、Cr含量的提高,耐蝕性增加,降低含C量可提高不銹鋼耐蝕性,不銹鋼中加人Mo能提高鈍化膜對(duì)Cl-的抵抗力。現(xiàn)階段對(duì)于高強(qiáng)耐海水腐蝕不銹鋼的研究著眼于研制出一種既具有高的強(qiáng)韌性, 又有優(yōu)良的耐海水腐蝕性能和良好的可焊性的新型不銹鋼。雙真空熔煉保證鋼中低的C、N、O 等雜質(zhì)元素含量，使鋼體韌化；鐵素體不銹鋼通常所適用的熱處理是退火(從高溫處急冷)，適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚺c

8、雙真空熔煉配合可以避免脆斷情況的發(fā)生。為了解決雙真空熔煉中相脆性、導(dǎo)熱率等焊接工藝難題，研究者采用TIG低熱輸入焊接方法來防止過熱, 降低相析出傾向和元素?zé)龘p；采用與母材成分相同的焊接材料以有利于保證焊縫金屬的化學(xué)成分和組織與母材的相近；對(duì)焊板進(jìn)行預(yù)先固溶退火處理, 消除原始組織中的脆性相和不均勻性。使接頭具有合格的力學(xué)性能，并兼具和母材相當(dāng)?shù)哪秃Ｋg性能。熔煉方法對(duì)鋼純潔度的影響雙真空鋼的鍛造加熱工藝l 鎳基耐海水腐蝕材料的研究概況純鎳在海水中的性能是可變的，在快速流動(dòng)的海水中, 鎳能在全浸的條件下保持鈍態(tài), 其腐蝕速度小于0.127mm/a。在靜止海水中, 鎳表面被污損生物（藤壺或貝類）

9、所覆蓋, 在這些沉積物下以及在縫隙處會(huì)喪失其鈍態(tài)。因此, 鎳在海水中尤其是在低速流動(dòng)的海水中并不具有良好的抗蝕性，這就需要添加各種抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕的合金元素以提高鎳的抗蝕性能鎳在不銹鋼中的主要作用在于它改變了鋼的晶體結(jié)構(gòu)。普通碳鋼的晶體結(jié)構(gòu)稱為鐵氧體，呈體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)，加入鎳，促使晶體結(jié)構(gòu)從體心立方(BCC) 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎?。在不銹鋼中增加鎳的一個(gè)主要原因就是形成奧氏體晶體結(jié)構(gòu)，從而改善諸如可塑性、可焊接性和韌性等不銹鋼的屬性，所以鎳被稱為奧氏體形成元素。但是，鎳對(duì)銅、鉻、鋁等元素有較高的固溶度, 因而能夠組成成分范圍廣泛的合金，所以, 鎳在海洋領(lǐng)域的主要用途是作為一種合金組分，各

10、種鎳基合金的耐腐蝕性能見下表： l 錳基耐海水腐蝕材料的研究概況細(xì)鎳粉有致癌和過敏作用，這就促使粉末冶金工作者尋找價(jià)廉而又能達(dá)到同樣效果的其它合金元素。錳作為鋼中重要的合金元素，其強(qiáng)化作用在許多合金元素之上，且錳的礦藏豐富、價(jià)格低廉、容易獲取，是最便宜的合金元素之一。BENESOVSKY和KIEFFER于1950年闡述了關(guān)于Fe-Mn系粉末冶金材料的基礎(chǔ)知識(shí)，此后陸續(xù)有一些關(guān)于Fe-Mn系合金的報(bào)道，并于20世紀(jì)70年代逐漸增多。抗裂性和韌性是評(píng)定海洋結(jié)構(gòu)用焊接材料優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)。【7】錳是金屬材料中重要合金元素之一。它在鋼中通常以固溶體及化合態(tài)形式存在。錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，能降低由

11、于鋼中硫所引起的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能，提高鋼的可鍛性。增加錳的含量，可提高鋼的強(qiáng)度和硬度；【8】可以改善焊縫抗裂性能。下圖是不同Mn 、Si含量下焊縫金相組織特點(diǎn)：l 銅基耐海水腐蝕材料的研究概況研究表明：含Cu低合金鋼不僅比碳鋼表現(xiàn)出良好的耐全面腐蝕的能力，而且表現(xiàn)出優(yōu)異的耐點(diǎn)蝕性能。實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）如下圖所示：實(shí)海掛片實(shí)驗(yàn)后鋼的平均腐蝕速率和點(diǎn)蝕深度通過一系列表征，研究者對(duì)A鋼與C鋼的內(nèi)銹層做了詳細(xì)的研究，研究發(fā)現(xiàn)：盡管含Cu低合金鋼和碳鋼的宏觀陰極區(qū)的銹層主要組成相同，但其內(nèi)銹層明顯比碳鋼致密。從宏觀陰極區(qū)的合金元素組成和分布看，Cu的含量相對(duì)較多，在條帶中分布

12、也較均勻，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的富集。結(jié)合SEM和XRD分析結(jié)果可知，含Cu低合金鋼內(nèi)銹層中的針狀物質(zhì)主要為-FeOOH，且Cu可成為氧化物結(jié)晶的核心，從而促進(jìn)-FeOOH的形成。由于-FeOOH在銹層中是一種相對(duì)穩(wěn)定的相，它有利于致密銹層的形成，因此，Cu的添加可提高銹層對(duì)宏觀陰極區(qū)基體的保護(hù)能力。A鋼（a）和C鋼(b)蝕坑內(nèi)銹層的SEM形貌 兩種鋼內(nèi)銹層的X射線衍射譜 陽極電流密度隨陰極電位變化曲線另外，在相同的外部陰極極化電位下含Cu低合金鋼的陽極電流密度明顯小于碳鋼。由于該陽極電流是蝕坑外部宏觀陰極區(qū)電位和蝕坑內(nèi)電位的電偶作用產(chǎn)生的，因此，模擬閉塞腐蝕電池實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也表明Cu可提高蝕坑內(nèi)的電位。由此可認(rèn)為，Cu的添加可有效提高鋼的耐點(diǎn)蝕性能。海水腐蝕的防護(hù)合理選材 合理選材的要求是既能保證結(jié)構(gòu)的承載能力，又能保證在使用期內(nèi)金屬不發(fā)生腐蝕破壞，同時(shí)還要兼顧經(jīng)濟(jì)效益。陰極保護(hù) 采用陰極保護(hù)是在海水全浸的條件下防止金屬腐蝕的有效辦法。采用犧牲陽極或外加電流對(duì)金屬構(gòu)件實(shí)施電化學(xué)保護(hù)，投資少、保護(hù)周期長(zhǎng)、與涂層的聯(lián)合保護(hù)效果更佳。表面覆蓋層保護(hù) 低碳鋼和低合金鋼在海洋環(huán)境中不耐腐蝕，采用有機(jī)防腐涂層是最普遍的防蝕方式，除油性和油改性漆、環(huán)氧類涂料、乙烯基樹脂、氯化橡膠類涂料之外。近年來，以水性無機(jī)富鋅涂料、氟碳樹脂超耐候性涂料、長(zhǎng)效玻璃鱗片防腐涂料為代表的海洋重防腐涂料的研制和應(yīng)