溫度和攪拌速度對Q345和Q235鋼在模擬海水中的腐蝕影響

由于淡水資源的缺乏，大力開發(fā)和利用海水勢在必行。但由于海水含鹽量高，腐蝕、結(jié)垢離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，微生物、大生物種類多，具有腐蝕性的離子濃度遠(yuǎn)高于一般淡水，因此，金屬在海水中的使用存在嚴(yán)重的腐蝕問題，故研究金屬在海水中腐蝕原因及影響因素，做好有針對性的防腐蝕工作尤為重要。本研究主要進(jìn)行浸泡實驗，實驗將Q235和Q345試樣置于不同溫度和攪拌速度的模擬海水中，連續(xù)進(jìn)行七天。所用到的模擬海水是3.5%NaCl溶液。浸泡試驗結(jié)果說明：在模擬海水中隨著溫度的升高，兩組試樣的年腐蝕速率增加。在模擬海水中隨著攪拌速度的升高，兩組試樣的年腐蝕速率也增加。相同溫度和攪拌速度的模擬海水中，雖然Q235試樣的年腐蝕速率根本上都大于Q345試樣的年腐蝕速率，但因Q235試樣外表發(fā)生了全面腐蝕，Q345試樣的外表發(fā)生了點蝕，所以在相同條件下的模擬海水中Q345的危害性較大。本論文研究得到結(jié)論：溫度和攪拌速度均能加快Q235和Q345試樣在模擬海水中的腐蝕速率。關(guān)鍵詞：海水腐蝕；浸泡試驗；溫度；攪拌速度Duetothelackoffreshwaterresource,developandutilizeseawaterbeimperative.Butbecauseofthehighsaltcontent,corrosion,foulingionmassfraction,microbiological,biologicalspecies,corrosiveionconcentrationisfarhigherthanthatofwater,therefore,metalsinseawaterusingexistenceseriouscorrosionproblem,sothestudyofmetalsinseawatercorrosionreasonsandinfluencingfactors,doagoodjobtargetedanticorrosionisveryimportant.Thisstudymainlyforsoakingexperiment,experimentQ235andQ345samplesatdifferenttemperatureandstirringspeedinsimulatedseawater,forsevenconsecutivedays.Theuseofsimulatedseawateris3.5%NaClsolution.Thetestresultsshowthat:soakinginsimulatedseawaterwithtemperaturerising,twogroupsofsamplesandtheannualcorrosionrateincrease.Insimulatedseawaterwithstirringspeedincreases,twogroupsofsamplesandtheannualcorrosionratealsoincreased.ThesametemperatureandstirringspeedinsimulatedseawatersamplesofQ235,althoughtheannualcorrosionratebasicallyislargerthanQ345sampleannualcorrosionrate,butbecausetheQ235surfaceofthespecimenhasacomprehensivecorrosion,Q345specimensurfacepittinghappened,sounderthesameconditionsofsimulatedseawater,Q345greaterharmfulness.Thispapergettheconclusion:temperatureandstirringspeedcanaccelerateQ235andQ345samplesinsimulatedseawatercorrosionrate.KeyWords:Seawatercorrosion;Immersiontesting;Temperature;Mixingspeed目錄引言海水是一種復(fù)雜的多組分水溶液，海水中各種元素都以一定的物理化學(xué)形態(tài)存在。海水是一種含鹽量相當(dāng)大的腐蝕性介質(zhì)，表層海水含鹽量一般在3.20％~3.75％之間，隨水深的增加，海水含鹽量略有增加。相互連通的各大洋的平均含鹽量相差不大，太平洋為3.49％，大西洋為3.54％，印度洋為3.48％。鹽分中主要為氯化物，占總鹽量的88.7％。由于海水總鹽度高，所以具有很高的電導(dǎo)率，海水的平均電導(dǎo)率約為4×102S·cm-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過河水〔2×104S·cm-1〕和雨水〔2×103S·cm-1〕的電導(dǎo)率。海水中pH值通常為8.1-8.2，且隨海水深度變化而變化。假設(shè)植物非常茂盛，CO2減少，溶解氧濃度上升，pH值可接近10；在有厭氧性細(xì)菌繁殖的情況下，溶解氧量低，而且含有H2S，此時pH值常低于7。海水中的氧含量是海水腐蝕的主要影響因素之一，正常情況下，外表海水氧濃度隨水溫大體在5~10mg/L范圍內(nèi)變化。海水溫度一般在-2℃~35℃之間，熱帶淺水區(qū)可能更高。海水中氯離子含量約占總離子數(shù)的55％，海水腐蝕的特點與氯離子密切相關(guān)。氯離子可增加腐蝕活性，破壞金屬外表的鈍化膜[1]。由于海洋腐蝕環(huán)境苛刻，因此開展碳鋼、低合金鋼這些材料在海水中腐蝕性能的研究非常必要。二十世紀(jì)三十年代以來，美國積累了各腐蝕區(qū)域527種金屬材料長達(dá)3a～16a的海水腐蝕數(shù)據(jù)。我國那么僅限于碳鋼、低合金鋼在海水全浸條件下的五年數(shù)據(jù)，而在潮差區(qū)、飛濺區(qū)的腐蝕數(shù)據(jù)幾乎沒有。這給海洋工程設(shè)計、選材、開展防護(hù)工作造成了很大困難，金屬材料在海水中的腐蝕受其環(huán)境影響是非常復(fù)雜的過程，在不同海域所表現(xiàn)出的耐蝕性有很大差異，既使在同一海域不同區(qū)帶，其腐蝕性能各異，因此對常用金屬材料在我國海域進(jìn)行系統(tǒng)的腐蝕試驗及研究，獲得可靠的材料腐蝕數(shù)據(jù)，為海洋工程、沿海建筑物的設(shè)計、選材、開展防護(hù)，開發(fā)新的耐蝕材料提供依據(jù)[2]。本文選取Q235和Q345兩種鋼材為實驗材料，通過浸泡試驗研究不同溫度和攪拌速度的模擬海水對碳鋼的腐蝕影響。文獻(xiàn)綜述材質(zhì)簡介本論文選用的實驗材料包括在工程材料中應(yīng)用較廣的Q235和Q345兩種鋼材，首先對Q235和Q345材料材質(zhì)和性能及應(yīng)用作以簡要介紹。Q235材質(zhì)簡介Q235是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的一種鋼材[3]。按等級可區(qū)分為Q235A、Q235B、Q235C、Q235D。A、B、C、D指的是它們性能中沖擊溫度的不同。Q235A級，是不做沖擊；Q235B級，是20℃常溫沖擊；Q235C級，是0℃沖擊；Q235D級，是-20℃沖擊。在不同的沖擊溫度，沖擊的數(shù)值也有所不同。按A、B、C、D硫含量依次遞減；A和B的磷含量相同，C的磷含量次之，D磷含量最少。Q235各個級別的化學(xué)成份見下表1.1。Q代表的是這種材質(zhì)的屈服度，后面的235就是指這種材質(zhì)的屈服值在235左右，并會隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。Q235的機械性能如下表1.2、1.3。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：外部標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T709-2006?熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差?，內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T3274-2007?碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和鋼帶?。由于含碳適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。常軋制成盤條或圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼、窗框鋼等型鋼，中厚鋼板。大量用于建筑及工程結(jié)構(gòu)，用以制作鋼筋或建造廠房房架、高壓輸電鐵塔、橋梁、車輛、鍋爐、容器、船舶等，也大量用作對性能要求不太高的機械零件。C、D級鋼還可作某些專業(yè)用鋼使用。表1.1Q235各個級別的化學(xué)成份分類CMnSiSPQ235AQ235BQ235CQ235D0.14~0.22≤0.045≤0.18≤0.170.30~0.650.30~0.670.35~0.800.35~0.80≤0.30≤0.30≤0.30≤0.35≤0.050≤0.045≤0.040≤0.040≤0.045≤0.045≤0.040≤0.035表1.2Q235的機械性能抗拉強度〔σb/MPa〕375-500表1.3Q235伸長率與直徑mm伸長率〔δ/%〕mm伸長率〔δ/%〕≦16>40->100-150≧26≧24≧22>16-40>60-100>150mm≧25≧23≧21Q345材質(zhì)簡介Q345是一種鋼材的材質(zhì)。它是低合金鋼，廣泛應(yīng)用于橋梁、車輛、船舶、建筑、壓力容器等。按等級可區(qū)分為Q345A，Q345B，Q345C，Q345D，Q345E所代表的，主要是沖擊的溫度有所不同。Q345A級，是不做沖擊；Q345B級，是20℃常溫沖擊；Q345C級，是0℃沖擊；Q345D級，是－20℃沖擊；Q345E級，是－40℃沖擊。在不同的沖擊溫度，沖擊的數(shù)值也有所不同。在板材里，屬低合金系列[3]。Q345A、B、C、D、E均含Nb≤0.07，V≤0.15，Ti≤0.20，Cr≤0.30，N≤0.012，Mo≤0.10，表1.4Q345各個級別的化學(xué)成份分類CMnSiSPQ5AQ5BQ5CQ5DQ5≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤Q代表的是這種材質(zhì)的屈服，后面的345就是指這種材質(zhì)的屈服值在345左右，并會隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。Q345綜合力學(xué)性能良好，低溫性能亦可，塑性和焊接性良好，用做中低壓容器、油罐、車輛、起重機、礦山機械、電站、橋梁等承受動荷的結(jié)構(gòu)、機械零件、建筑結(jié)構(gòu)、一般金屬結(jié)構(gòu)件，熱軋或正火狀態(tài)使用，可用于-40℃以上寒冷地區(qū)的各種結(jié)構(gòu)。Q345工程應(yīng)用及前景：工程機械、橋梁工程、車輛制造、建筑結(jié)構(gòu)等制造企業(yè)，鍋爐及壓力容器用鋼板，造船及采油平臺用鋼板，調(diào)質(zhì)型耐磨鋼，低合金高強度鋼板，高強度高韌性鋼板等。參考標(biāo)準(zhǔn)：GB/T1591-2021?低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼?機械性能見表1.5。表1.5Q345各個級別的力學(xué)性能分類抗拉強度MPa屈服強度MPa伸長率%Q345DQ345BQ345AQ345CQ345E490-675490-675490-675490-675490-675≥345≥345≥345≥345≥345≥22≥21≥21≥22≥22海水環(huán)境與性質(zhì)我國典型海域主要環(huán)境因素我國海岸帶的環(huán)境因素[4]，由于受太平洋海洋動力因素、海岸地形、氣候、大陸人海河流等影響．形成各自特殊的海洋環(huán)境。侯保榮對中國海區(qū)的自然特征作過詳細(xì)論述。據(jù)國家海洋局近年調(diào)查資料，概述如下?！?〕氣溫海岸帶年平均氣溫從北至南變化在8.5〔丹東〕～25.5℃〔三亞〕之間。遼東半島黃海岸段和渤海北部岸段為9～11℃。渤海南部和黃海岸段為12～13℃。東海岸段為l4～18℃。福建南部至廣東、廣西大陸岸段為19～23℃。雷州半島和海南島在23℃以上，海南島南部可超過25℃?！?〕日照年日照時數(shù)分布總趨勢為北部多、南部少；海島多、陸上少。黃海北部和渤海岸段年日照時數(shù)大局部地區(qū)為2400～2900h，海南島為2000～2600h?！?〕降水海岸帶瀕臨東亞季風(fēng)區(qū)，受冬、夏季風(fēng)及海陸分布和沿岸地形的綜合影響，北部降水少。南部降水多；陸上多，海上和海島少；山地迎風(fēng)坡多，背風(fēng)坡少。黃海北部和渤海岸段，年降水量大多為550～1000mm。黃海南部至杭州灣以北的海岸段大多為1000～1200mm。杭州灣以南至福建南部的東海岸段，沿岸山地丘陵交錯，海陸間降水量梯度大，年降水量大多為1500～1700mm。南海大陸岸段大多是降水最豐富的地區(qū)，年降水量在1600mm以上?！?〕濕度海岸帶年平均相對濕度，從高緯度向低緯度遞增，由陸地向海上遞增，黃海北部岸段年平均相對濕度較小，空間分布差異較大，季節(jié)變化幅度也大，年平均相對濕度為60％～74％。黃海南部岸段濕度較大，空間分布較均勻．季節(jié)變化較小，大局部岸段年平均相對濕度在80％以上。相對濕度的年內(nèi)變化與降水量的年內(nèi)變化相關(guān)，在降水集中季節(jié)。濕度增大。黃海、渤海岸段相對濕度夏季7～8月份最大，大多為80％～85％，冬、春季相對濕度較小，渤海岸段為50％～60％，黃海岸段為60％～70％。海南島8～9月最大，東部海岸達(dá)85％～87％，冬季較小，為76％～83％。〔5〕水溫由于太陽輻射強度不同，各岸段海域的水溫也不相同。沿岸水溫的年平均值一般隨緯度的增高而降低，水溫隨季節(jié)變化見表1.6?！?〕鹽度沿岸海域的鹽度與外海高鹽水和沿岸低鹽水的消長和交匯有關(guān)，還受徑流，潮流等影響。沿岸海域年平均鹽度為28％～33‰，最高月平均鹽度為33.75‰〔海南島〕。南海因外海高鹽水逼岸，鹽度較高，其中海南島沿岸海域鹽度最高。河口區(qū)的鹽度，由于受徑流的影響，明顯低于周圍海域的鹽度，如長江口1月最高為21.5‰，7月最低為8.5‰。福建、浙江岸段夏季鹽度高于冬季，這與高溫、高鹽的黑潮的消長有關(guān)。表1.6我國沿岸表層水溫變化地點表層溫度/℃夏季冬季遼寧河北山東江蘇浙江福建廣東廣西海南島20～2624～2722～3024～2926～2927～3027～3127～3327～310～2結(jié)冰-0.3～4.34～59～1210～1313～1713～1619～23〔7〕溶解氧海水中溶解氧主要來源于大氣中氧的溶解，其次來自海洋植物〔主要是浮游植物〕光合作用產(chǎn)生的氧。海洋生物的呼吸作用和有機物的降解消耗溶解氧。氧在海水中的溶解度取決于水溫、鹽度和大氣壓力等。海水含氧量受水溫控制，冬高夏低，春秋季居中。我國海岸帶溶解氧平均值為〔5.63±0.76〕ml·L-1，最大值為8.84ml·L-1〔遼寧冬季〕。海岸帶溶解氧根本處于飽和狀態(tài)，變化較小。平均飽和度為100.3％，最大值為l67％。浮游植物大量繁殖可能形成局部海岸高氧區(qū)，大量有機質(zhì)分解耗氧可能形成低氧區(qū)?！?〕酸堿度影響海岸帶海水pH值的因索有鹽度、CO2含量、浮游植物光合作用、河流徑流量、有機質(zhì)分解反響等。鹽度低、CO2含量高，使pH值降低。浮游植物光合作用需要吸取CO2，使海水中CO2減少，使pH值升高。通常情況下河水pH值小于海水，河流徑流量大，使pH值下降。有機質(zhì)分解釋放出酸性物質(zhì)，使pH值下降。大洋海水的pH值變化不大，通常為8.1～8.3。海岸帶海域因為受陸地徑流等影響，pH值變化較大。我國主要海域表層海水的pH值為7.96～8.51之間。一般是冬季較高，夏季較低，如山東海岸表層海水pH值春、夏、秋、冬季分別為8、18、8、18、8、20、8、24?！?〕潮汐與潮流我國櫥海潮汐性質(zhì)較復(fù)雜，各海區(qū)均存在正規(guī)半日潮、不正規(guī)半日潮、正規(guī)全日潮、不正規(guī)全日潮4種類型，但不同海區(qū)各種潮汐類型所占主次不同。正規(guī)半日潮流，每半天漲、落潮流時間大約為6h。正規(guī)日潮流，每天漲、落潮時間大約各為12h。我國沿岸海域多以半日潮流為主，但不同海域有明顯差異。南海潮流比擬復(fù)雜，以不正規(guī)半日潮和全日潮流為主。潮流的性質(zhì)、運動形態(tài)、潮流歷時和流速均有明顯的地區(qū)性。潮差分布，總趨勢是東海最大，渤、黃海次之，南海最小。渤海、黃海、東海、南海沿岸平均期差為0.70～2.71m、0.79～3.71m、1.65～5.54m、0.73～2.48m。潮差還有季節(jié)變化，夏季潮差較大、冬季潮差較小，年內(nèi)最大與最小月平均潮差的變幅，黃、渤海約0.20m，東海約0.20～0.40m，南海約0.60m。各地流速差異大，如漲、落潮最大流速山東沿岸、杭州灣、海南島東部、西局部別為71cm/s、260cm/s、49cm/s、95cm/s?！?0〕污損生物海洋污損生物也稱海洋附著生物。污損生物的種類很多，據(jù)估計，有4000～5000種。我國沿海已記錄了614種污損生物，其中最主要的類群有藻類、水?！仓信呋ㄍ搀！ⅤU枝螅和藪枝螅等〕、外肛動物〔草苔蟲、膜孔苔蟲、裂孔苔蟲和琥珀苔蟲等〕、龍介蟲〔華美盤管蟲、內(nèi)刺盤管蟲等〕、雙殼類〔貽貝、牡蠣等〕、藤壺和海鞘〔柄瘤海鞘、菊海鞘等〕。污損生物種類、生物量，因海水溫度、鹽度、營養(yǎng)物，透明度、水流等因素不同呈明顯的季節(jié)變化和年變化。我國沿岸海域，從北至南，附著期愈來愈長。渤海沿岸附著盛期是6～9月〔月平均水溫20～26℃〕。北黃海污損生物附著季節(jié)和渤海大同小異。南黃海的蘇南沿岸與東海江游沿岸附著季節(jié)相類似。5～10月都有大量生物附著，從6月份開始〔月平均水溫20℃以上〕才有藤壺等石灰質(zhì)外殼的大型種類附著。12月至翌年2月或3月〔月平均水溫10℃以下〕幾乎沒有生物附著。福建南部與廣東沿岸附著期根本相同，4月〔月平均水溫16℃以上〕開始形成附著盛期，一直延續(xù)判到11月，12月至翌年3月多數(shù)港口雖然仍有生物附著，但數(shù)量少。海南島及西沙海域全年都有生物附著〔月平均水溫都在20℃以上〕，但各月份的附著強度不一。海水性質(zhì)海水中幾乎含有地球上所有的元素。海水中已測出的元素近80種。海水是一種成分很復(fù)雜的天然電解質(zhì)。除含有大量鹽類以外，還含有溶解氧、二氧化碳、海生物和腐敗的有機物。表層海水〔1～10m〕為氧和二氧化碳，常溫pH值8.2左右，是具有一定流速的腐蝕性電解質(zhì)溶液。它具有高的含鹽量、導(dǎo)電性、腐蝕性和生物活性[5]。海水中溶有大量以氯化鈉為主的鹽類。海水含鹽是用鹽度或氯度表示。鹽度是指1000g海水中溶解的固體鹽類物質(zhì)的總克數(shù)，氯度是表示1000g海水中含鹵族離子克數(shù)，常用百分?jǐn)?shù)或千分?jǐn)?shù)表示，鹽度〔S‰〕與氯度的關(guān)系如下：S=1.80655×氯度‰世界上幾個大洋在南半球是完全相通的，在相通的海洋中總含鹽量和各種鹽的相比照例并無明顯改變。在開闊的洋面中表層海水鹽度變化的典型范圍是32‰～37.5‰，通常取鹽度35‰〔相應(yīng)氯度為19‰〕作為大洋海水鹽度的平均值。鹽度為35‰的海水中主要溶解物質(zhì)的濃度見表1.7。海水的鹽度隨地區(qū)稍有變化。在近岸海區(qū)和內(nèi)海中，鹽度有較大變化，如在江河人?？?，海水被稀釋，鹽度小。在地中海、紅海這些封閉性內(nèi)海中，由于水分急速蒸發(fā)，鹽度可達(dá)40‰，某些海域的海水含鹽量見表1.8。表1.7海水〔S=35‰〕中主要溶解物質(zhì)濃度離子質(zhì)量摩爾濃度/mol·kg-1質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1Na+K+Mg2+Ca+Sr2+Cl-Br-F-HCO3-SO42-B(OH)3468.510.2153.0810.280.90545.90.8420.0682.3028.230.41610.770.3991.2900.4120.007919.3540.06730.00130.1402.7120.0257表1.8海域的海水含鹽量海域總鹽含量/%大西洋太平洋地中海紅海黑海白海波羅的海中國渤海中國黃海中國東海中國南海英國北海一般海水3.5～3.83.4～3.73.7～3.9＞4.11.7～2.21.9～3.30.2～0.82.9～3.13.0～3.12.72.43.5～3.60.01～0.03海水的含鹽量、含氧量、溫度和pH值隧海水的深度變化，如圖1.1所示。海水的電導(dǎo)率大約為4×10-2Ω-1·cm1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過河水〔2×10-4Ω-1·cm1〕和雨水〔1×10-3Ω-1·cm1〕。因為電導(dǎo)率高，所以海水中的金屬腐蝕，不僅有微電池腐蝕，還有宏電池腐蝕現(xiàn)象，使活性大大增加，如異種金屬接觸時更易產(chǎn)生電偶腐蝕，其作用范圍更遠(yuǎn)。圖1.1美國加州懷尼米港西部太平洋試驗場海水含鹽量、含氧量、溫度和pH值隨海水深度的變化海水中的溶解氧，在正常情況下，表層海水被空氣飽和，氧濃度隨水溫大體在5～10mg/g范圍內(nèi)變化。氧含量主要取決于鹽度和溫度，絕對溫度T〔K〕和鹽度S，通過關(guān)系式，能計算出溶解氧的平衡濃度1n[O2]/mol·L-1。㏑[O2]=A1+A2(100/T)+A3㏑(T/100)+A4(T/100)+S[B1+B2(T/100)+B3(T/100)2]式中，A1等值見表1.9。表1.9計算溶解氧平衡濃度的系數(shù)值A(chǔ)1A2A3A4B1B2B3-173.429249.633143.3483-21.8492-0.033090.014259-0.0017溶解氧主要來源于大氣中的氧氣通過空氣與海水交換，導(dǎo)致接近飽和。然而，由于生化反響，如春天時光合作用以及海水與空氣強烈交換，可使海水氧含量到達(dá)過飽和。不同鹽度和不同溫度時氧的溶解度見表1.10。表1.10常壓下氧在海水中的溶解度/ml·L-1溫度/℃鹽的濃度/﹪0.01.02.03.03.54.0010203010.308.026.575.579.657.566.225.279.007.095.884.958.366.635.524.658.046.415.354.507.726.185.174.34不同緯度的海區(qū)，海水含氧量不同，高緯度區(qū)海水的含氧量較島。溶解氧含量有近岸低、遠(yuǎn)岸高的特點。海水含氧量隨海水深度的變化如圖1.1所示。最低含氧量出現(xiàn)在中層700m左右深處，含氧量由表層海水5.8ml·L-1降至0.3ml·L-1。這是因為從海面緩慢下沉的腐爛生物耗掉了大量的氧。在太平洋這些區(qū)域的深海處，由于來自北極海底洋流供應(yīng)了含氧海水，700m以下海水含氧量又有所升高。海水中pH值通常為8.1～8.3，隨海水深度而變化。假設(shè)植物非常茂盛，CO2少，溶氧濃度上升10％～20％時，pH值可接近9.7。在有厭氧性細(xì)菌繁殖的情況下，溶氧量低，而且含有H2S，此時pH值常低于7。海水中含有復(fù)雜的無機物和有機物，加之高的生物活性作用都是人造海水所不具備的，它們對腐蝕都有一定影響。海水溫度在-2～35℃之間，熱帶淺水區(qū)可能更高，另外，海水流動速度也是腐蝕的影響因素。海水腐蝕的實驗研究與數(shù)據(jù)處理海水腐蝕試驗方法海水腐蝕的實驗方法主要包括現(xiàn)場試驗、實驗室人工模擬海水試驗和模擬海水加速腐蝕試驗。實驗方法圍繞影響海水腐蝕的主要因素展開，各主要因素的作用效果及其相互間的交互作用是海水腐蝕研究的重點，也是對海水腐蝕性的評價、分類和預(yù)測的根底。選用多因子進(jìn)行海水腐蝕性研究的方法已被人們所廣泛接受。對于材料海水腐蝕試驗，美國材料試驗協(xié)會〔ASTM〕有推薦的試驗方法，如ASTMG52—1976?金屬與合金進(jìn)行外表海水暴露試驗標(biāo)準(zhǔn)推薦方法?。我國參照國際上的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定的“材料海水腐蝕試驗方法〞，有的也已列入國家標(biāo)準(zhǔn)，如GB5776—1986?金屬材料在表層海水中常規(guī)暴露腐蝕試驗方法?；GB6384—1986?船舶及海洋工程用金屬材料在天然環(huán)境中的海水腐蝕試驗方法?。國家標(biāo)準(zhǔn)方法中對試樣制備、試驗裝置、試驗程序、試驗結(jié)果評定與試驗報告等都作了具體規(guī)定。其他材料如涂層、合成材料等的海水腐蝕試驗亦可參照金屬材料的海水腐蝕試驗方法進(jìn)行。研究說明影響材料在海洋環(huán)境中腐蝕的因素根多，其中包括化學(xué)的〔氧、鹽、碳酸鹽、有機花合物、污染物等〕、物理的〔溫度、流速、壓力等〕和生物的因素。這些因素的作用常常是相互關(guān)聯(lián)的，它們不但對不同金屬的影響不一樣，就是在同一海區(qū)對同一種金屬的影響也因金屬在海水中所處的部位〔飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)、深海區(qū)、海泥區(qū)〕不同而異。腐蝕產(chǎn)物的分析與研究，可以判斷腐蝕過程與類型、基體中哪些元素及金屬相優(yōu)先腐蝕、影響腐蝕的環(huán)境因素、腐蝕產(chǎn)物的保護(hù)性等。金屬試件的腐蝕分析包括腐蝕試件及自然環(huán)境的描述、試件宏觀檢查、腐蝕產(chǎn)物收集與分析、試件外表清理與腐蝕程度測定。實際失重率是一種最簡單的，也是最可靠確實定土壤中金屬腐蝕速度的方法。是海水腐蝕實驗中的根本方法。在試件清理外表腐蝕產(chǎn)物后，通過實際失重率的測量可以知道試件的腐蝕速率[6,7]。海水腐蝕的數(shù)據(jù)處理與分析由于材料自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)積累及處理的重要性和復(fù)雜性，我們積累了大量的材料在典型自然環(huán)境的腐蝕數(shù)據(jù)。為了更好的利用材料自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)．通過長周期的試驗數(shù)據(jù)總結(jié)出各類材料在不同自然環(huán)境中腐蝕的規(guī)律性。我國研究了許多海水腐蝕數(shù)據(jù)處理的統(tǒng)計分析理論和方法。海水腐蝕數(shù)據(jù)處理的根本方法有統(tǒng)計分析法、曲線擬合法、相關(guān)分析法、主因子分析法。腐蝕試驗要做多組平行試驗，因此最根本的試驗數(shù)據(jù)處理方法就是統(tǒng)計分析法[8]。曲線擬合法的實質(zhì)是通過線性或非線性的最小二乘法技術(shù)處理試驗數(shù)據(jù)，包括兩種情況：(1)求經(jīng)驗公式，即試驗數(shù)據(jù)求函數(shù)關(guān)系；(2)試驗數(shù)據(jù)和相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，求模型中各參數(shù)。相關(guān)分析法是把兩組變量分別組合成兩個綜合指標(biāo)，當(dāng)它們之間相互關(guān)系到達(dá)最大值時的綜合指標(biāo)即為典型變量，典型變量之間的相關(guān)系數(shù)稱為典型相關(guān)系數(shù)。對于金屬〔特別是鋼鐵〕影響海水的腐蝕性的因素很多，而且許多因素之間還有相互影響，所以，根據(jù)海水的理化性能來預(yù)測海水的腐蝕性或判別海水的腐蝕性的類別，是十分困難而又必須研究解決的問題．我國對這個問題進(jìn)行了比擬廣泛深入的研究，特別是應(yīng)用多因數(shù)統(tǒng)計分析中的主因子分析原理來研究海水的腐蝕性[9]。常用典型鋼材的海水腐蝕研究碳鋼和低合金鋼的海水腐蝕研究〔1〕全浸區(qū)①碳鋼在全浸區(qū)的腐蝕速率經(jīng)過對4種碳鋼在青島站、廈門站、榆林站、舟山站和湛江港的腐蝕速率分析說明，在同一海水條件下，不同碳鋼的腐蝕速率是接近的、比擬穩(wěn)定的?？梢哉J(rèn)為，不同的碳鋼在海水中的腐蝕速率沒有多大差異。碳鋼在全浸區(qū)開始暴露時腐蝕較快，腐蝕速率隨暴露時間下降。1年或2年后腐蝕速率趨于穩(wěn)定。碳鋼腐蝕速率這一變化趨勢已被國內(nèi)外較多的資料報道。通常用碳鋼平均腐蝕深度一時間曲線暴露1年以后的線性局部的斜率作為碳鋼的長期暴露的穩(wěn)定腐蝕速率。但也有例外，如在榆林站，碳鋼在海水中暴露8年后腐蝕速率有增大趨勢。碳鋼在榆林站暴露4～8年的穩(wěn)定腐蝕速率為0.05mm·a-1，而8～16年間的腐蝕速率為0.08mm·a-1。碳鋼在我國7個試驗點暴露l年的腐蝕速率和穩(wěn)定腐蝕速率見表1.4.1[10]。碳鋼在不同試驗表1.4.1暴露地點暴露時間/年平均腐蝕速率/mm·a-1穩(wěn)定腐蝕速率/mm·a-1秦皇島港青島站舟山站廈門站湛江港臺中港榆林站21681673.5160.140.180.190.180.130.420.11≤0.08約0.11約0.22約0.07約0.13≤0.053約0.08②低合金鋼在全浸區(qū)的腐蝕在海水中常用的低合金鋼主要有錳鋼、鉻鋼兩大系列。錳鋼包括錳鋼、錳鈮鋼、錳鉬鋼、錳磷鋼等系列。鉻鋼包括鉻鎳鋼、鉻鉬鋼、鉻銅鋼等。另外還有銅磷鋼、鎳銅鋼等。錳鋼、銅磷鋼、鎳銅鋼在海水全浸區(qū)的腐蝕行為與碳鋼相近，腐蝕速率、點蝕深度也與碳鋼接近。鉻鋼在全浸區(qū)的腐蝕行為與碳鋼不同，不同鉻鋼的腐蝕行為也有明顯差異。鉻鋼的腐蝕行為與合金元素有關(guān)，也與各試驗地點的環(huán)境因素有關(guān)。這使鉻鋼的腐蝕行為復(fù)雜化。10CrMoAl在青島、廈門、榆林3個試驗地點的海水全浸區(qū)浸泡結(jié)果說明，短期的腐蝕速率比碳鋼小，浸泡4年后它們的腐蝕速率比碳鋼大，這一現(xiàn)象被稱為耐蝕性“逆轉(zhuǎn)〞。Hudson進(jìn)行的不同含鉻量的鉻鋼腐蝕結(jié)果說明，鉻鋼在海水中長期浸泡的耐蝕性出現(xiàn)“逆轉(zhuǎn)〞。含3％和5％鉻的鋼在巴拿馬運河區(qū)附近的太平洋中浸泡16年的腐蝕試驗也得到類似的結(jié)果。初始階段腐蝕速率比碳鋼小，約3年后腐蝕深度大于碳鋼。耐蝕性出現(xiàn)“逆轉(zhuǎn)〞。10Cr2MoAIRe在湛江和青島站點的腐蝕結(jié)果顯示，它在海水全浸區(qū)的腐蝕行為與其他鉻鋼有很大差異。10Cr2MoAIRe在海水中短期浸泡的耐蝕性比碳銅大幅度提高。浸泡4年后10Cr2MoAIRe的腐蝕速率上升較快。Larrabee在美國北卡羅來納州丘爾海濱得到的數(shù)據(jù)也顯示了相似的結(jié)果，見表1.4.2。2.6％的Cr與Mo復(fù)合的鋼在海水中浸泡4年、5年的腐蝕比碳鋼輕得多。這些結(jié)果說明，大于2表1.4.2鋼在美國北卡羅來納州丘爾海濱浸泡的腐蝕速率/mm﹒a鋼種1.5年2.5年4.5年碳鋼Cor-Ten2.6Cr0.5Mo0.120.110.0350.100.110.0400.0830.0960.040〔2〕潮差區(qū)在潮差區(qū)，碳鋼和低合金鋼[9]開始暴露的腐蝕速率較大。長期暴露的腐蝕速率較低。碳鋼在各試驗站點暴露不同時問段的腐蝕速率見表1.4.3。在青島站、舟山站、廈門站和榆林站潮差區(qū)長期暴露的腐蝕速率為0.03～0.07mm·a-11.4.3碳鋼在各站潮差區(qū)不同暴露階段的腐蝕速率/mm﹒a實驗地點第一年4～88～16青島站舟山站廈門站榆林站0.22～0.280.27～0.290.22～0.290.16～0.21約0.05約0.06約0.04約0.07約0.07約0.06約0.03約0.05低合金鋼在潮差區(qū)的腐蝕速率一般在碳鋼的腐蝕速率范圍內(nèi)或比碳鋼的腐蝕速率大。如10CrMoAl、12CrMnCu、10CrCuSiV等的腐蝕速率都比碳鋼的大。低合金鋼在潮差區(qū)的耐蝕性并不優(yōu)于碳鋼。碳鋼在潮差區(qū)初始暴露階段的腐蝕速率比全浸區(qū)大，但暴露8年后，碳鋼在青島站、舟山站、廈門站潮差區(qū)的腐蝕深度比全浸區(qū)小些。在全浸區(qū)、潮差區(qū)，碳鋼的腐蝕速事一般是隨時間下降，但潮差區(qū)的腐蝕速率下降得比全浸區(qū)要快些。暴露2年后，碳鋼在潮差區(qū)的腐蝕速宰變得比全浸區(qū)小。因此，隨著暴露時間延長，在潮差區(qū)的腐蝕總量就會小于全浸區(qū)。〔3〕飛濺區(qū)碳鋼和低合金鋼在青島站、舟山站飛濺區(qū)的腐蝕速率隨時間下降，符合鋼在海洋環(huán)境中腐蝕的一般規(guī)律。而碳鋼、低合金鋼在廈門站、榆林站飛濺區(qū)暴露l年的腐蝕速率較小，但隨暴露時間延長，腐蝕速率增大，4年后腐蝕速率趨于相對穩(wěn)定。廈門站、榆林站的飛濺平臺所在位置海水飛濺作用較小。屬于飛濺頻率較小的干飛濺區(qū)環(huán)境。劉大揚等分析認(rèn)為，這是由于榆林〔廈門〕站的日照時間長。氣溫高，暴露初期鋼樣的外表銹層較薄，外表易枯燥，因而腐蝕速率較小。隨暴露時間延長，鋼的銹層逐漸增厚．鋼的銹層為疏松的層狀結(jié)構(gòu)，吸水吸潮率高。使鋼外表維持腐蝕反響的時間延長，使銹層的氧化復(fù)原反響加快，使腐蝕速率增大。當(dāng)銹層的氧化復(fù)原反響建立起平衡狀態(tài)，腐蝕速率趨向相對穩(wěn)定。碳鋼、低合金鋼在飛濺區(qū)的點蝕嚴(yán)重。對于碳鋼，8mm厚的試樣暴露8年后在各試驗站都腐蝕穿孔。在飛濺區(qū)點蝕穿透速度在0.5～0.8mm·a-1之間。921、E2、14MnMoNbB、15MnMoVN、09CuPTiRe等鋼在飛濺區(qū)的耐蝕性優(yōu)于碳鋼。其他低合金鋼的耐蝕性與碳鋼相差不大。在飛濺區(qū)，碳鋼和低合金鋼在不同站點腐蝕的輕重順序依次為青島站、舟山站、廈門站、湛江港、榆林站。碳鋼和低合金鋼在飛濺區(qū)的腐蝕性由北向南〔或隨溫度升高〕增強[11]。不銹鋼的海水腐蝕研究不銹鋼在海洋環(huán)境中的腐蝕行為，是材質(zhì)與環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果。它在海洋環(huán)境中的耐蝕性優(yōu)劣主要取決于化學(xué)成分。海洋環(huán)境條件的差異對耐蝕性也有重要影響。我國海域遼闊，在不同海域或同一海域不同腐蝕區(qū)帶的環(huán)境因素有差異。因此，各種牌號的不銹鋼在不同海洋環(huán)境條件下的腐蝕行為不同〔1〕全浸區(qū)在我國海域表層海水中，東海、南海海生物一年四季生長旺盛。在較短時間內(nèi)，就會形成嚴(yán)重污損。在榆林站海水中暴露3個月，樣板上就長滿了海生物。廈門站l年后附著面積在90％以上。青島站附著生物較少，2年后附著50％左右。海生物種類各站有所不同，但主要種類為牡蠣、藤壺、石灰蟲、苔蘚蟲、貽貝和藻類，最易誘發(fā)縫隙腐蝕的是牡蠣和藤壺。圖1.2不銹鋼在榆林站全浸區(qū)腐蝕速率隨時聞的變化5種不銹鋼在我國幾個海域暴露1年的腐蝕速率在(0.084～72)×10-3mm·a-1范圍內(nèi)，8年為(0.23～28)×10-3mm·a-1，16年為(0.11～22)×10-3mm·a-1。腐蝕速率大多隨時間趨于下降，如圖1.2所示。幾個海域相比，廈門和榆林不銹鋼腐蝕速率大致相當(dāng)，青島略低，而不同海域大小順序卻一致，腐蝕速率最大是2Cr13。依次為F179、1Cr18Ni9Ti、00Cr19Ni10，腐蝕速率最小為000Cr18Mo2。在同一海域，5種不銹鋼腐蝕速率差異明顯，2Cr13和000Cr18Mo2可相差幾十倍甚至上百倍。腐蝕速率不能作為不銹鋼耐蝕性的主要依據(jù)，但由失重獲得的這一數(shù)據(jù)也在一定程度上反映了局部腐蝕的嚴(yán)重性。說明了耐蝕性的優(yōu)劣。腐蝕速率最小的000Cr18Mo2在幾個海域均隨時間波動較大，如圖1.3所示，這可能與這種不銹鋼較好的鈍性有關(guān)。點蝕和縫隙腐蝕是隨機產(chǎn)生的，材料的鈍性越好，隨機性越大，表現(xiàn)出腐蝕程度波動也大，與其在海水中的腐蝕電位波動較大相對應(yīng)。圖1.3000Crl8M02不銹鋼在不同海水中腐蝕速率隨時問的變化〔2〕潮差區(qū)在潮差區(qū)，試樣暴露在平均中潮位置，隨海水潮汐的變化，試樣處在海水間浸環(huán)境，試樣外表充氣較全浸區(qū)充分。在我國青島、廈門、榆林3個試驗站，海生物附著情況比擬復(fù)雜。在青島站，海生物附著潮差區(qū)比全浸區(qū)多，l年后試樣外表附著面積為60％左右。在廈門站，海生物附著潮差區(qū)比全浸區(qū)少些，但海生物也生長旺盛。1年后試樣外表附著砸積為70％左右，8年后附著面積達(dá)100％。在榆林站，海生物附著潮差區(qū)比全浸區(qū)少得多。l年后試樣外表附著面積為20％左右，8年時附著面積為50％左右。在我國上述3個試驗站所處的海域，附著生物的主要種類是牡蠣、藤壺等較大型的硬殼海生物。在潮差區(qū)，不銹鋼所產(chǎn)生的縫隙腐蝕同樣發(fā)生在固定試樣的墊片下及某些硬殼海生物污損處。如圖1.4〔見彩圖〕所示的〔a〕和〔b〕是不銹鋼在榆林站期差區(qū)暴露8年時的海生物的附著情況和去除腐蝕產(chǎn)物后的腐蝕形貌，可以看出圖〔a〕中00Cr19Ni10試樣海生物的附著和圖〔b〕中附著處的明顯腐蝕形成了很好的對應(yīng)。5種不銹鋼l年的平均腐蝕速率在〔0.09～16〕×10-3mm·a-1的范圍內(nèi)，8年為〔0.02～6.5〕×103mm·a-1。5種不銹鋼在幾個海域腐蝕速率順序相同：腐蝕速率最大是2Cr13，其次為F179，最小為000Cr18Mo2。5種不銹鋼在榆林海域的腐蝕速率2年后趨于下降，而在廈門和青島海域卻沒有呈現(xiàn)明顯的規(guī)律，可能與不銹鋼在兩處的局部腐蝕隨機性較大有關(guān)。研究說明，5種不銹鋼在各海域具有一致的耐蝕性順序：000Crl8Mo2>00Crl9Nil0、1Cr18Ni9Ti>F179>2Crl3。圖1.4不銹鋼在榆林站期差區(qū)暴露8年時的海生物〔3〕飛濺區(qū)飛濺區(qū)供氧充分，鋼樣經(jīng)常受到海水的浪濺作用，無海生物附著。5種成分不同的不銹鋼在我國3個試驗站飛濺區(qū)經(jīng)l～2年暴露．鋼樣外表產(chǎn)生了很淺的點蝕，在固定試樣的墊片或塑料隔套下方產(chǎn)生了縫隙腐蝕，但局部腐蝕開展速度是相當(dāng)緩慢的，對于碳鋼和低合金鋼來說，飛濺區(qū)是最苛刻的海水腐蝕環(huán)境，而不銹鋼在飛濺區(qū)卻是相當(dāng)耐蝕的。如在青島站飛濺區(qū)暴露，碳鋼的最大局部腐蝕速度相當(dāng)于耐蝕性最差的2Cr13的20倍左右，可見不銹鋼在海洋飛濺區(qū)具有很大的優(yōu)越性[12]。銅合金的海水腐蝕研究趙楠羅、兵輝、李文軍[13-14]等人通過在銅中同時添加少量Sn、A1，研究〔Cu-Sn-Al〕合金存在人工海水中的腐蝕行為及在其外表的耐蝕膜層的特征。試驗用制合令是用電解銅〔99.98％〕、純錫及高純鋁〔99.99％〕配制，經(jīng)真空熔煉，熱軋，最后在真空中360℃下退火1h，最后緩冷至室溫，制成片狀試樣，試樣剪切成70.0mm×20.0mm×l.6mm。試樣成分為Cu-2.9wt％Sn-0.9wt％Al。試樣用400日砂紙拋光清洗處理后，稱重后浸入pH值為8.2的人工海水〔成分及試驗規(guī)程符合國標(biāo)GB8650一88I〕中。試驗儀器為高速旋轉(zhuǎn)腐蝕試驗機，介質(zhì)通過試樣外表線速度為1m/s。葉輪和樣品間距為2～3mm，每天轉(zhuǎn)動16h，8h靜浸，腐蝕時間為120d。用x射線衍射和掃描電鏡及能譜分析測試分析金屬的耐蝕膜層的組成及特征。通過高速旋轉(zhuǎn)腐蝕試驗、x射線衍射、電鏡掃描和電化學(xué)實驗得出了以下結(jié)論。Cu-2.9Sn-0.9Al合金在室溫下，pH值為8.2的人工海水中具有優(yōu)良的耐蝕性能。Sn在外表分布不均勻，在距外表15.6um處到達(dá)最大值，并且主要以Sn的氧化物形式存在。在該合金外表形成了Cu的氧化物和Sn的氧化物及Cu-Al-Mg共析化合物的復(fù)合保護(hù)膜。該膜分布均勻、致密、與基體結(jié)合良好。Cu2O、SnO2及Cu-Al-Mg化臺物的復(fù)合保護(hù)膜的存在對該銅合金的陽極過程和陰極過程都有抑制作用。提高了該合金的耐蝕性，而且它們的協(xié)同作用，降低了氧化層的孔隙度，防止了局部酸性區(qū)域的形成而導(dǎo)致的局部腐蝕，并且它能有效地降低海水中Cl-等對銅合金的滲透性，并阻止了Cu+的擴散而極大地增強了膜層的耐蝕性。研究方法實驗儀器與試劑器材：藥品：3.5%NaCl溶液，去離子水，。浸泡腐蝕實驗試樣制備配制模擬海水溶液〔1〕首先算出需配模擬海水的體積，再算出NaCl的重量，并做好記錄。〔2〕用高精度電子秤稱量NaCl質(zhì)量?！?〕將稱量好的NaCl倒入量筒內(nèi)，并參加去離子水，一直加到指定的刻度線處，并用玻璃棒不斷攪拌，直至形成均以穩(wěn)定的溶液。實驗步驟將Q235和Q345試樣分別固定在不同溫度和不同轉(zhuǎn)速的模擬海水溶液中。試樣在燒杯中腐蝕一周后取出，觀察腐蝕形貌并用除銹液〔500ml水、500mlHCl、3.5g六次甲基四胺〕超聲清洗試樣3min，稱量后計算腐蝕失重，計算年平均腐蝕速率。公式為：V=8.76×104×△m／ρ×S×t其中：V-鋼材的年腐蝕速度，mm·a-1；ρ-被腐蝕鋼材的密度，g·cm3;S-試件的外表積，cm2；△m-腐蝕失重，g；t-腐蝕的時間，h。實驗結(jié)果與分析Q235的腐蝕研究Q235試樣腐蝕前后形貌觀察Q235試樣在模擬海水中的浸泡腐蝕前后形貌觀察金屬試樣經(jīng)過一周的腐蝕，在形貌上發(fā)生明顯變化。圖3.1為Q235浸泡實驗前試樣的形貌，圖3.2為浸泡一周后不同溫度和不同轉(zhuǎn)速的Q235試樣的形貌，圖3.3為浸泡一周除銹后不同溫度的和不同轉(zhuǎn)速的Q235試樣的形貌。圖3.1浸泡實驗前Q235試樣的形貌圖3.2浸泡一周后不同條件的Q235試樣的形貌a溫度b攪拌速度圖3.3浸泡一周除銹后不同條件的Q235試樣的形貌a溫度b攪拌速度通過比照圖3.1、3.2、3.3可以看出在浸泡實驗前試樣外表充滿金屬光澤，外表也沒有發(fā)生腐蝕和蝕坑。但經(jīng)過一周的浸泡腐蝕Q235試樣外表不僅銹跡斑斑，失去了金屬光澤，而且在外表還有大量的腐蝕產(chǎn)物。通過觀察腐蝕前后的形貌說明在模擬海水中均發(fā)生明顯腐蝕，而且不同溫度和不同轉(zhuǎn)速對在模擬海水中的試樣影響不同，導(dǎo)致腐蝕形貌也不同。Q235試樣腐蝕后微觀形貌及能譜分析為了進(jìn)一步觀察模擬海水中浸泡一周后的金屬，本實驗選用掃描電鏡對Q235試樣進(jìn)行微觀形貌的觀察，如圖3.4為Q235在掃描電鏡下1000倍、2000倍、3000倍的顯微組織。通過觀察可以看出腐蝕后的金屬組織呈團絮狀而且腐蝕分布在金屬的整個外表，沒有出現(xiàn)明顯的點蝕現(xiàn)象，從而使金屬整體減薄，說明模擬海水中的金屬外表形貌受溫度影響。通過能譜分析可以很明顯的看出Q235銹層的主要化學(xué)成分為Fe、C、O，如圖3.5所示，同時也能推斷出Q235外表銹層的主要腐蝕產(chǎn)物為氧化鐵，其中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86.08%，C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.22%，O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.70%。圖3.4Q235在掃描電鏡下的微觀形貌圖3.5浸泡一周后Q235銹層上某點的能譜分析圖Q235試樣實驗數(shù)據(jù)實驗前通過游標(biāo)卡尺讀出每塊試樣的尺寸，用高精度電子秤稱量每塊試樣的質(zhì)量。試驗后將Q235試樣外表的腐蝕產(chǎn)物去除后，再稱量每塊試樣的質(zhì)量，這樣利用失重法計算腐蝕速率。最后得出了實驗前后不同尺寸的Q235試樣在不同條件下的年腐蝕速率如表3.1。表3.1不同條件的Q235試樣失重及年腐蝕速率123456長/cm寬/cm高/cm腐蝕前質(zhì)量/g腐蝕后質(zhì)量/g失重/g溫度/℃轉(zhuǎn)速/r/min年腐蝕速率/mm﹒a-1001001504001020010300溫度和轉(zhuǎn)速對Q235試樣腐蝕速率的影響圖3.6Q235在七天內(nèi)的溫度變化溫度Q235在模擬海水環(huán)境中進(jìn)行浸泡試驗，連續(xù)七天的平均溫度分別為0℃、10℃、15℃、40℃其變化如圖3.6所示，通過溫度的變化來研究溫度對海水腐蝕行為的影響。表3.2是靜態(tài)模擬海水中Q235試樣在不同溫度的年腐蝕速率，為了更好地反映溫度和年腐蝕速率的關(guān)系如圖3.7?？梢钥闯鯭235在15℃出現(xiàn)了一個最大值，因此對其重復(fù)了一組實驗，浸泡后的實驗數(shù)據(jù)仍然相近，因此說明實驗沒有出現(xiàn)錯誤。翻閱相關(guān)書籍，發(fā)現(xiàn)光照對腐蝕過程也有一定的影響，光能加速氧的復(fù)原反響[15]。而Q235在15℃時，試樣的一面白天正對著陽光，光照會促進(jìn)鐵金屬外表氧的復(fù)原反響，也就是促進(jìn)腐蝕原電池的陰極反響，從而加速試樣的腐蝕速率。同時受溫度影響也促進(jìn)了試樣電化學(xué)腐蝕行為。材料在海水中的腐蝕過程可有下面反響表示：2Fe=2Fe2++4e-陽極

O2+2H2O+4e-=4OH-陰極由于鐵在模擬海水中會形成腐蝕電池[16]，而鐵作為電池的陽極會發(fā)生氧化反響，當(dāng)溫度升高擴散加快，電導(dǎo)率增大會加速陽極的氧化反響，從而使金屬被溶解。因此的年腐蝕速率為最大?？傮w來說Q235試樣的年腐蝕速率隨模擬海水溫度增高而增高。表3.2靜態(tài)模擬海水中Q235試樣不同溫度下的年腐蝕速率溫度/℃0101540年腐蝕速率/mm﹒a-10.10430.12230.92400.2704圖3.7靜態(tài)模擬海水中溫度對Q235試樣年腐蝕速率的影響實驗得出了Q235試樣在不同溫度下的年腐蝕速率。設(shè)年腐蝕率V與反響常數(shù)K成正比關(guān)系[17]，即V=mK按Arrhenius方程，溫度與反響常數(shù)的影響可以表示為㏑K=㏑A－Ea/RTA,Ea分別為與溫度無關(guān)的常數(shù)，聯(lián)立上述式子，解得㏑V=㏑A+㏑m+Ea/RT令㏑A+㏑m=P，Ea/R=B那么㏑V=P+B/T根據(jù)上面的公式和不同溫度下的年腐蝕速率求得P和B。Q235溫度與年腐蝕速率的函數(shù)關(guān)系式為㏑V=-1.0135－10.5773/T，曲線如圖3.8。圖3.8Q235溫度與年腐蝕速率的函數(shù)曲線〔2〕轉(zhuǎn)速表3.3為不同轉(zhuǎn)速的模擬海水中Q235試樣在相同溫度下的年腐蝕速率。為了更好地反映轉(zhuǎn)速和年腐蝕速率的關(guān)系如圖3.9，可以看出Q235試樣的年腐蝕速率隨模擬海水轉(zhuǎn)速的增高而增高。在模擬海水中強烈攪拌溶液或使溶液的流速加快，可以消除或減弱陽極的濃度極化，從而加速金屬的腐蝕速率。陽極極化是當(dāng)通過電流時，陽極電位向正方向移動的現(xiàn)象[18]。攪拌還可以改變供氧條件，使空氣易于溶于模擬海水中，并且促使溶解氧易于擴散到金屬外表。所以流速增大后氧的去極化作用加強，從而使金屬的腐蝕速度加快。流速增加使氧充分供應(yīng)陰極而消除了擴散控制過程，這時腐蝕速度取決于氧在陰極復(fù)原反響的速度，它與水的流速關(guān)系較小。水流的機械沖擊作用，沖刷掉了能抑制腐蝕作用的腐蝕產(chǎn)物。繼續(xù)加大流速還會引起鋼鐵的磨蝕和空蝕，因而腐蝕速度進(jìn)一步上升。因此加快攪拌速度可以提高金屬模擬海水中的年腐蝕速率。表3.3不同轉(zhuǎn)速的模擬海水中Q235試樣的年腐蝕速率轉(zhuǎn)速r/min0200300年腐蝕速率/mm﹒a-10.12230.82611.0332圖3.9模擬海水中轉(zhuǎn)速對Q235試樣年腐蝕速率影響Q345的腐蝕研究Q345試樣腐蝕前后形貌觀察Q345試樣在模擬海水中的浸泡腐蝕前后形貌觀察金屬試樣經(jīng)過一周的腐蝕，在形貌上發(fā)生明顯變化。圖3.10為Q345浸泡實驗前試樣的形貌，圖3.11為浸泡一周后不同溫度和不同轉(zhuǎn)速的Q345試樣的形貌，圖3.12為浸泡一周除銹后不同溫度的和不同轉(zhuǎn)速的Q345試樣的形貌。圖3.10浸泡實驗前Q345試樣的形貌圖3.11浸泡一周后不同條件的Q345試樣的形貌a溫度b攪拌速度圖3.12浸泡一周除銹后不同條件的Q345試樣的形貌a溫度b攪拌速度通過比照圖3.10、3.11、3.12可以看出在浸泡實驗前試樣外表充滿金屬光澤，外表也沒有發(fā)生腐蝕和蝕坑。但經(jīng)過一周的浸泡腐蝕Q345試樣外表不僅銹跡斑斑，失去了金屬光澤，而且在外表還有大量的腐蝕產(chǎn)物。通過觀察腐蝕前后的形貌說明在模擬海水中均發(fā)生明顯腐蝕，而且不同溫度和不同轉(zhuǎn)速對在模擬海水中的試樣影響不同，導(dǎo)致腐蝕形貌也不同。Q345腐蝕微觀形貌及能譜分析為了進(jìn)一步觀察模擬海水中浸泡一周后的金屬，本實驗選用掃描電鏡對Q345試樣進(jìn)行微觀形貌的觀察，如圖3.13為Q345在掃描電鏡下500倍、1000倍、2000倍的顯微組織，通過觀察可以看出腐蝕后的金屬組織出現(xiàn)明顯的點蝕且腐蝕比擬均勻。通過能譜分析可以很明顯的看出Q345基體的化學(xué)成分Fe、C、Mn，銹層的主要化學(xué)成分為Fe、C、O如圖3.14和3.15。同時也能推斷出Q345外表銹層的主要腐蝕產(chǎn)物為氧化鐵，其中銹層中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72.62%，C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.72%，O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.66%。其中基體中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為89.32%，C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.15%，Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.53%。圖3.13Q345在掃描電鏡下的微觀形貌圖3.14浸泡一周后Q345基體的能譜分析圖圖3.15浸泡一周后Q345銹層上某點的能譜分析圖Q345試樣實驗數(shù)據(jù)實驗前通過游標(biāo)卡尺讀出每塊試樣的尺寸，用高精度電子秤稱量每塊試樣的質(zhì)量。試驗后將Q345試樣外表的腐蝕產(chǎn)物去除后，再稱量每塊試樣的質(zhì)量，這樣利用失重法計算腐蝕速率。最后得出了實驗前后不同尺寸的Q345試樣在不同條件下的年腐蝕速率如表3.1。表3.4不同條件的Q345試樣失重及年腐蝕速率123456長/cm寬/cm高/cm腐蝕前質(zhì)量/g腐蝕后質(zhì)量/g失重/g溫度/℃轉(zhuǎn)速/r/min年腐蝕速率/mm﹒a-11001501020010300溫度和轉(zhuǎn)速對Q345試樣腐蝕速率的影響圖3.16Q345在七天內(nèi)的溫度變化〔1〕溫度Q345在模擬海水環(huán)境中進(jìn)行浸泡試驗，連續(xù)七天的平均溫度分別為0℃、10℃、15℃、40℃，其變化如圖3.6所示。通過溫度的變化來研究溫度對海水腐蝕的影響。表3.5靜態(tài)模擬海水中Q345試樣不同溫度下的年腐蝕速率溫度/℃0101540(Q345)年腐蝕速率/mm﹒a-10.09270.09930.15480.2832圖3.17靜態(tài)模擬海水中溫度對Q345試樣年腐蝕速率的影響表3.5是靜態(tài)模擬海水中Q345試樣在不同溫度的年腐蝕速率，為了更好地反映溫度和年腐蝕速率的關(guān)系如圖3.17。材料在海水中的腐蝕過程可有下面反響表示。2Fe=2Fe2++4e-陽極

O2+2H2O+4e-=4OH-陰極由于鐵在模擬海水中會形成腐蝕電池，而鐵作為電池的陽極會發(fā)生氧化反響，當(dāng)溫度升高擴散加快，電導(dǎo)率增大會加速陽極的氧化反響，從而使金屬被溶解?？傮w來說Q345試樣的年腐蝕速率隨模擬海水溫度增高而增高。圖3.18Q345溫度與年腐蝕速率的函數(shù)曲線實驗得出了Q345試樣不同溫度下的年腐蝕速率。設(shè)年腐蝕率V與反響常數(shù)K成正比關(guān)系，即V=mK