三種流速下高強鋼與微弧氧化鈦電偶腐蝕研究.docx

1、裝備環(huán)境工程EQUIPMENTENVIRONMENTALENGINEERING三種流速下高強鋼與微弧氧化鈦電偶腐蝕研究高心心七郭建章I潘大偉之，張海兵之(1.青島科技大學(xué)機電工程學(xué)院，山東青島266061；2.中國船舶重工集團公司第七二五研究所海洋腐悅與防護重點實驗空，山東青島，266101)摘要：目的研究三種流速下微弧氧化鈦和高強鋼的電偶腐蝕行為。方法在面積比為1:1情況下進行1,3,7m/s流速下的電化學(xué)測試和電偶腐蝕試驗研究。結(jié)果隨著流速的增大，偶合電流、總腐蝕速率和電偶腐蝕速率增大。當(dāng)流速為7m/s時，高強鋼總腐蝕速率和電偶腐蝕速率分別達到8.64mm/a和0.39mm/a,與靜態(tài)相比

2、分別增大146倍和15.6倍，與1m/s流速下相比分別增大8.6倍和5倍。結(jié)論在面積比為1:1時，沖刷腐蝕速率遠(yuǎn)大于電偶腐蝕速率。關(guān)鍵詞：電偶腐蝕；沖刷；微弧氧化鈦；腐蝕速率DOI：10.7643/issn.l672-9242.2017.02.018中圖分類號：TJ04;TG172.5文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-9242(2017)02-0090-05GalvanicCorrosionbetweenHighStrengthSteelandTA2(MicroAraeOxidation)underThreeFlowRatesGAOXin-xin2,GUOJian-zhanyPANDa-；,Z

3、HANGHai-bing2(1.CollegeofElectromechanicalEngineering,QingdaoUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266061,China;2.StateKeyLaboratoryforMarineCorrosionandProtectionofLuoyangShipMaterialResearchInstitute,Qingdao266101,China)ABSTRACT:ObjectiveTostudythegalvaniccorrosionbehaviorbetweenTA2(microarcoxid

4、ation)andhighstrengthsteelunderthreeflowrates.MethodsTheelectrochemicaltestandthegalvaniccorrosiontestwerestudiedin1m/s.3m/sand7m/sofseawaterunderarearadioof1:1.ResultsThegalvaniccurrent,totalcorrosionrateandgalvaniccorrosionincreasedwiththeincreaseofflowrate.Whentheflowvelocityincreasedto7m/s,total

5、corrosionrateandgalvaniccorrosionrateofhighstrengthsteelreached8.64mm/aand0.39mm/arespectively,itincreasedby146timesand15.6timesrespectivelycomparedwithstaticstate,whileitincreasedby8.6timesand5timesrespectivelycomparedwiththevelocityof1m/s.ConclusionThearearatiois1:1,andtheerosioncorrosionrateisfar

6、greaterthanthegalvaniccorrosionrate.KEYWORDS:galvaniccorrosion;erosion;microarcoxidation;corrosionrate管系材料廣泛應(yīng)用于船舶、濱海電廠、海I：油氣田，目前我國的海水管路材料逐漸以耐蝕性更好的銅鐐合金(B10)和工業(yè)純鈦(TA2)替代傳統(tǒng)的管系材料TUN在使用過程中，工業(yè)純鈦有時需要經(jīng)過微孤氧化處理來進一步保護，微孤氧化鈦管在使用過程中不可避免與接觸它的金屬進行偶合A、造成電位較負(fù)的金屬加速腐蝕，日.在沖刷條件下腐蝕更為嚴(yán)重C沖刷腐蝕會引起設(shè)備的破壞，是一種危害廣泛且造成嚴(yán)重?fù)p失的腐蝕形式，人們

7、對于各種管系材料之間的電偶腐蝕做過大法的研究，如鈦和鋼之間、不銹鋼和收稿日期：2016-0652；修訂曰期：2016-06-20基金項目：國家臺然科學(xué)基金(51401185)作者簡介：鬲心心(1990)，女，碩士研究生，研究方向為由屬渦蝕與防護。通訊作者：張海兵(1983)，男.工程師,研究方向為金屆的隰蝕與防護°碳鋼之間、B10和H62之間等,7-,6,o結(jié)果表明.沖則速度的提高可嚴(yán)幣:加速材料的損傷-目.沖刷腐蝕的影響因索較廣泛。H前針對微孤我化鈦本身的特性做r部分研究m閔，但是對于高強鋼與微弧軾化鈦在沖刷海水中之間的電偶腐蝕方面研究還不多見，因此研究高強鋼與微弧氧化鈦在沖刷海水

8、中的電偶腐蝕H有幣:要:的意義.一方面為設(shè)計管路內(nèi)徑控制流速提供依據(jù)，另一方面為管系材料的布局構(gòu)架提供參考。1試驗材料及方法試驗所用材料及含依見表1.其中TA2進行了微弧似化處理試驗介質(zhì)為#島海域天然海水.溫度為室溫。表1試驗材料成分材料NiFeMnMoCCrCuSiOTi舟強鋼4.45余0.560.40.090.60.25TA20.30.10.150.2余電化學(xué)測試采用ACM電化學(xué)作站.參比電極為飽和H汞地極，輔助電極為鉗電極,試樣匚作面積為1cm2,分別對試樣在海水中的開路電位和極化曲線進行測試。開路電位在流動海水（流速3m/s）中測量.試驗周期為360h,每10min測扯一次試樣的電位伉

9、，若虐水流沖刷對電極極化過程及其穩(wěn)定性的影響.極化曲線測試在掙態(tài)海水中進行，測試范圍為-0.600.60V（vs.Ecw）.掃描速率為20mV/min電偶腐蝕試驗參考GB/T157482013進行.試樣加工尺寸：內(nèi)徑為25mm,K度為100mm,鳳度為3mm試驗在多通道電偶腐蝕測ht儀進行，試羚時.選取高強鋼與TA2面積比為1:1,按圖1所示設(shè)計試驗管路。管路試驗段包括三個平行試樣，每組平行試樣由兩個金狷管偶接（外部密封）固定所成（如圖2所示），電偶對安裝順序為TA2在水流上游方向,高強鋼位于下游.試驗時水流沖刷速度分別為1.3.7m/s.利用多通道電偶腐蝕儀測定偶合電位和偶合電流.試驗周期為

10、360ho試驗結(jié)束后.取下試驗管段，測試質(zhì)拉損失.計算高強鋼電偶腐蝕速率.井分析腐蝕形貌。圖1管路沖刷試樣連接裝置圖2忒臉段的固定試樣2結(jié)果與分析2.1電化學(xué)性能經(jīng)過微弧軾化處理的TA2和高強鋼在動態(tài)海水（3m/s正向）中的開路電位隨時間變化曲線如圖3所示。可以看出，TA2（微弧氧化）在海水中的開路電位比較穩(wěn)定.約在-100mV,而高強鋼的開路電位較負(fù).在-680mV左右.目隨祓泡時間變化不大。因此，高強鋼與TA2（微弧軻化）在海水中接觸時，高強鋼會作為陽極，腐蝕加速,而TA2（微弧軾化）則作為陰極受到保護。Tinie/h圖3TA2（微弧軾化）和高強鋼的開路電位隨時間變化情況TA2（微孤軻化）

11、和高強鋼在海水中的極化曲線如圖4所示，可以發(fā)現(xiàn).TA2（微弧軾化）的陽極鈍化區(qū)明顯，fl腐蝕電流密度較小，在0.02pA/cm2左右，維鈍電流密度也很小，可見其表面較穩(wěn)定一2刊。由極化曲線可得出高強鋼和TA2（微弧氧化）在海水中的極化性能參數(shù).見表2。可以看出，TA2（微弧軻化）和高強鋼的自腐蝕電位分別為-100mV和-710mV,與開路電位測試結(jié)果基本一致'當(dāng)TA2（微弧軾化）與高強鋼進行偶合時，高強鋼的電偶腐蝕速率除r受兩者的自腐蝕電位、口腐蝕電流密度影響外.還與TA2（微弧軻化）的陰極極化性能和高強鋼的RI極極化性能有關(guān)。測試結(jié)果得出，TA2（微弧氧化）的陰極Tafei斜率約為-

12、116.63mV,說明TA2（微孤氧化）易發(fā)生陰極極化；高強鋼的陽極Tafcl斜率約為37.05mV。相對而言，高強鋼更難發(fā)生陽極極化，即TA2（微弧氧;化）的陰極極化過電位將大于高強鋼的陽極極化過電位，但即使較小的陽極極化過電位也將使高強鋼的陽極極化電流密度顯莒增大,從而使高強鋼受到明顯的電偶腐蝕影響-650AUVI.SCC.M+-150050005«)-1000IE-61E-5IE-4IE-30.010.1I10100lg|J/(gAcm-1)圖4高強鋼和TA2（微弧機化）在海水中的極化曲線Tinw/h圖5不同流速下高強鋼與TA2（微孤級化）偶合電位501001502002503

13、00350400因為1m/s的沖刷速度較小，高強鋼部分腐蝕產(chǎn)物繼續(xù)附著于高強鋼表面，使得腐蝕平緩。3m/s的偶合電位隨著時間的變化則持續(xù)上升.因為流速較1m/s大，不僅腐蝕產(chǎn)物會被沖刷掉.裸露金膩的溶解也得到加速，進而偶合電流上升。當(dāng)流速達到7m/s的高速沖刷時，沖刷初期.偶合電流下降.沖刷約40h后，偶合電流開始上升。4Material自腐蝕電位/mV自腐蝕電流密度/（gA-cm'2）陽極Tafcl斜率/mV陰極Tafei斜率/mVTA2（微孤氧化）-1000.02-116.63有強鋼-71049.3737.05表2高強鋼和TA2（微弧氧化）在海水中的極化性能參數(shù)2.2電偶腐蝕501

14、00150200250300350Timr/h圖5為不同流速下TA2（微弧氧化）-高強鋼電偶對的偶合電位隨著時間變化的曲線，可以看出，在Im/s和3m/s的沖刷條件下，偶合電位處于-650mV左右，相比高強鋼的自腐蝕電位（-710mV）其陽極極化過電位在60mV左右。而在7m/s沖刷下.偶合電位在T20mV左右，偶合電位正移顯著，遠(yuǎn)離高強鋼的自腐蝕電位，即高強鋼受到的陽極極化作用由于高速沖刷而增大。圖6為不同流速下高強鋼與TA2（微弧釵化）之間的偶合電流情況.可以看出1m/s的偶合電流隨著時間變化最為平穩(wěn)，電流密度始終在2pA/cm2以內(nèi)。-50圖6不同流速F高強鋼與TA2（微弧機化）偶合電流

15、TA2（微孤氧化）-高強鋼電偶對在不同流速下，高強鋼的腐蝕形貌如圖7所示。可以看出，在1m/s流速下，管壁大部分面積被腐蝕產(chǎn)物槌蓋.這與流速較慢有關(guān)（圖7a）。在3m/s流速下，裸露金福和腐蝕產(chǎn)物交相呈現(xiàn)（圖7b）。在7m/s下管壁腐蝕形貌黃色部分為腐蝕產(chǎn)物，呈現(xiàn)波浪狀.表明高流速下，部分結(jié)合力差的腐蝕產(chǎn)物被水流沖刷脫落（圖7c）0m/»圖7不同流速F高強鋼管內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物形貌r7rn/*圖8給出了TA2(微孤，化)高強鋼電偶對在3m/s流速卜"強鋼電偶腐蝕與自腐蝕清除腐蝕產(chǎn)物后的形貌門腐蝕試樣如圖8a所示.表面仍可觀察到基底機加打增的溝槽痕跡,發(fā)生腐蝕的區(qū)域呈現(xiàn)斑狀，腐蝕類

16、型為點蝕。電偶腐蝕試樣如圖8b所示，表面布滿腐蝕坑.已經(jīng)不能觀察到基底機加I.打磨的溝槽痕跡，腐蝕程度相比自腐蝕史加嚴(yán)幣:，腐蝕類型為全面腐蝕,表面有蝕坑圖8c和8d所示三維照片顯示,電偶腐蝕試樣表面深藍(lán)色腐蝕坑的密度明顯高自腐蝕試樣圖X3m/s流速卜高強鋼1'1腐蝕與電偶帽蝕形稅商強鋼在不同流速卜的腐蝕速率如圖9所示，可以開出,總腐蝕速率比電偶腐蝕速率大得多總腐蝕速率=沖刷腐蝕速率-電偶腐蝕速率由此得出,高強鋼的沖刷腐蝕速率遠(yuǎn)大于電偶腐蝕速率這說明在流動海水中.TA2(微弧氧化).高強鋼以1:1面積偶合時.高強鋼的沖刷腐蝕速率遠(yuǎn)大于電偶腐蝕速瘠在靜態(tài)下，高強鋼的總腐蝕速率和電偶腐蝕速

17、率分別為0.059mm/a和0.025mm/a.流速從1m/s增大至3m/s.圖9流速對TA2(微弧做化)-高強鋼電偶腐蝕速率影響總腐蝕速率逐步增大，相對于靜態(tài)腐蝕分別增大18倍和26.7倍電偶腐蝕速率保持在0.0790.0X9mm/a.增加幅度為3T倍當(dāng)流速增大至7m/s時.總腐蝕速率和電偶腐蝕速率分別達到8.64mm/a和0.39mm/a.勺靜態(tài)相比分別增大146倍和15.6倍，ljIm/s流速卜相比分別增大8.6倍和5倍，3結(jié)論1) TA2(微弧軻化)-高強鋼面積比為1:1的電偶對.其總腐蝕速率和電偶腐蝕速率都隨流速增大而增大，2) 在流動海水中,TA2(微弧氧化).高強鋼以1:1面積比

18、偶合，高強鋼的沖刷腐蝕速率大于電偶腐蝕速率，參考文獻：1孫保布.海水管系材料屯偶腐蝕及電絕緣控制技術(shù)研究(D.#島：中國海洋大學(xué),2009.2張海HH.TA2I.業(yè)純鈦在海水管系中的應(yīng)用研究D.南京:南京航空航犬大學(xué),2010.3曹楚南.腐蝕電化學(xué)I京理第三版M.北京：化學(xué)I業(yè)出版社,2008(3):4345.4四文健，湯智愚.原玲，等.鈦合金紫固件川鋁涂層抗電隅腐蝕行為研究幾裝備環(huán)境I：程,2016.13(1):116-120.5邢療，郭為民，陳祥曦，等.銅臺金在模擬深海低溫條件卜的電偶腐蝕行為研究J.裝備環(huán)境程.2015.12(2):15.6陳興偉,吳建華，F(xiàn).佳,等.電偶陶蝕影響因翼研究

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