碳钢在海水中的腐蚀和防护.doc

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,美国积累了各腐蚀区域527种金属材料长达3a～16a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别,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,美国积累了各腐蚀区域527种金属材料长达3a～16a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别,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。介质采用大连付家庄海域海水。温度由WK2120型恒温水浴锅控制。电化学测试采用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结果与讨论
（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。
在青岛海域挂片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,这时试样表面还未形成腐蚀产物层。这表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,达到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:试样经处理后置于干燥器内待用;碳钢表面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。随着腐蚀的进一步发展,碳钢表面逐渐形成浅黄色的腐蚀产物层,覆盖在试样表面,阻滞了腐蚀的进一步进行,对碳钢起一定的保护作用。
温度越高,碳钢的腐蚀越严重。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,反应速率越大。碳钢在海水中的腐蚀主要由阴极氧去极化控制,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,即斜率慢慢减小。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表面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保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。一些靠表面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