碳钢管等黑色金属在天然海水中的腐蚀电位及其变化规律
黑色金属是目前用量最大的工程结构材料,广泛应用于海洋工程中。黑色金属在海水中的腐蚀电位是金属腐蚀与防护的最基本参数之一。测量黑色金属材料在海水中的腐蚀电位,尤其是腐蚀电位──时间曲线,从而获得其在海水中的腐蚀电位变化规律,对研究黑色金属在海水中的腐蚀行为、分析腐蚀过程以及金属结构物的防腐蚀设计等都具有重要的意义。
试验
01 电极制作
试验钢为16种常见黑色金属材料,其化学成分见表1,表面为机加工表面,粗糙度为3.2μm,试样尺寸为70mm×25mm×(2~6)mm,平行试样为3片,每片电位测试试样一端焊接导线,并利用环氧树脂将其封装在塑料框内,参比电极为Ag/AgCl电极。
02 腐蚀电位测试
试验地点分别在青岛和舟山海水试验站,试验期间海水环境因素见表2。
03 数据处理
以三个平行样的腐蚀电位平均值作为材料的腐蚀电位,绘出腐蚀电位——时间曲线。浸泡开始时的腐蚀电位作为初始电位,趋于稳定后各测量点腐蚀电位的平均值作为稳定腐蚀电位。
结果与讨论
01 腐蚀电位变化规律
铸铁、碳钢和低合金钢在青岛、舟山海水腐蚀电位时间曲线见图1~图4。结果表明:铸铁、碳钢和低合金钢等黑色金属材料在海水中浸泡的初期,腐蚀电位变化迅速,随着浸泡时间延长经历了“减小-增大-稳定”过程,也反映了材料在海水中“氧化膜破坏-锈层生成-锈层稳定附着”变化过程。
图1 碳钢和低合金钢在青岛海水中的腐蚀电位-时间曲线
图2 铸铁和低合金钢在青岛海水的腐蚀电位-时间曲线
图3 碳钢和低合金钢在舟山海水的腐蚀电位-时间曲线
图4 铸铁和低合金钢在舟山海水的腐蚀电位-时间曲线
02 稳定腐蚀电位
由于青岛和舟山海水的环境因素不同,其稳定电位也不相同。结果表明,铸铁、钢在舟山的稳定电位较青岛的稳定电位正,其原因应与青岛海水中的溶解氧含量与舟山不同有关,一般情况下,溶氧含量越高,阴极反应越强,电位越正,而试验期间,舟山海水中的溶解氧含量高于青岛,因此,铸铁、钢在舟山的稳定腐蚀电位较青岛正。
此外,铸铁、钢在青岛和舟山的稳定腐蚀电位大小顺序大致相同,其顺序为:合金元素较多低合金钢>合金元素较少的低合金钢>碳钢>铸铁。即含合金元素较多的低合金钢的电位明显较正,而含合金元素较少的碳钢和铸铁的腐蚀电位较负。
虽然尚缺乏试验材料在海水全浸区腐蚀速率的对比数据,但研究表明,含合金元素较多的合金合金钢的耐蚀性略优于碳钢,尤其是短期浸泡,这也表明,对于钢铁材料而言,其在海水中的腐蚀电位越正,其耐蚀性可能越好。
此外,试验中的纯净Q235和Q235钢的稳定腐蚀电位基本相同,由此可见,钢的纯净化对其腐蚀电位无明显影响,这也表明钢中的氧、硫、磷、氢、氮等元素对腐蚀电位贡献较小。超细晶钢、微合金化钢与X70、X80等低合金钢的化学成分相近,它们之间的稳定腐蚀电位也无明显差别,亦即钢的微合金化并对其腐蚀电位的影响不大。
结论
(1)铸铁、碳钢和低合金钢在海水中浸泡初期腐蚀电位变化迅速,随着浸泡时间延长经历了“减小-增大-稳定”过程,反映了材料在海水中“氧化膜破坏-锈层生成-锈层稳定附着”变化过程;
(2)黑色金属在青岛和舟山海水中的稳定电位序大致相同,合金元素含量较高的黑色金属腐蚀电位正,而合金元素含量较低的黑色金属稳定电位负;钢的纯净化和微合金化对腐蚀电位无明显影响;
(3)黑色金属在青岛和舟山海水中的稳定电位值不同,黑色金属在青岛的稳定电位负,而在舟山的稳定电位正。
