黑色金屬是目前用量最大的工程結構材料,廣泛應用于海洋工程中。黑色金屬在海水中的腐蝕電位是金屬腐蝕與防護的最基本參數之一。測量黑色金屬材料在海水中的腐蝕電位,尤其是腐蝕電位──時間曲線,從而獲得其在海水中的腐蝕電位變化規律,對研究黑色金屬在海水中的腐蝕行為、分析腐蝕過程以及金屬結構物的防腐蝕設計等都具有重要的意義。
試驗
01 電極制作
試驗鋼為16種常見黑色金屬材料,其化學成分見表1,表面為機加工表面,粗糙度為3.2μm,試樣尺寸為70mm×25mm×(2~6)mm,平行試樣為3片,每片電位測試試樣一端焊接導線,并利用環氧樹脂將其封裝在塑料框內,參比電極為Ag/AgCl電極。
02 腐蝕電位測試
試驗地點分別在青島和舟山海水試驗站,試驗期間海水環境因素見表2。
03 數據處理
以三個平行樣的腐蝕電位平均值作為材料的腐蝕電位,繪出腐蝕電位——時間曲線。浸泡開始時的腐蝕電位作為初始電位,趨于穩定后各測量點腐蝕電位的平均值作為穩定腐蝕電位。
結果與討論
01 腐蝕電位變化規律
鑄鐵、碳鋼和低合金鋼在青島、舟山海水腐蝕電位時間曲線見圖1~圖4。結果表明:鑄鐵、碳鋼和低合金鋼等黑色金屬材料在海水中浸泡的初期,腐蝕電位變化迅速,隨著浸泡時間延長經歷了“減小-增大-穩定”過程,也反映了材料在海水中“氧化膜破壞-銹層生成-銹層穩定附著”變化過程。
圖1 碳鋼和低合金鋼在青島海水中的腐蝕電位-時間曲線
圖2 鑄鐵和低合金鋼在青島海水的腐蝕電位-時間曲線
圖3 碳鋼和低合金鋼在舟山海水的腐蝕電位-時間曲線
圖4 鑄鐵和低合金鋼在舟山海水的腐蝕電位-時間曲線
02 穩定腐蝕電位
由于青島和舟山海水的環境因素不同,其穩定電位也不相同。結果表明,鑄鐵、鋼在舟山的穩定電位較青島的穩定電位正,其原因應與青島海水中的溶解氧含量與舟山不同有關,一般情況下,溶氧含量越高,陰極反應越強,電位越正,而試驗期間,舟山海水中的溶解氧含量高于青島,因此,鑄鐵、鋼在舟山的穩定腐蝕電位較青島正。
此外,鑄鐵、鋼在青島和舟山的穩定腐蝕電位大小順序大致相同,其順序為:合金元素較多低合金鋼>合金元素較少的低合金鋼>碳鋼>鑄鐵。即含合金元素較多的低合金鋼的電位明顯較正,而含合金元素較少的碳鋼和鑄鐵的腐蝕電位較負。
雖然尚缺乏試驗材料在海水全浸區腐蝕速率的對比數據,但研究表明,含合金元素較多的合金合金鋼的耐蝕性略優于碳鋼,尤其是短期浸泡,這也表明,對于鋼鐵材料而言,其在海水中的腐蝕電位越正,其耐蝕性可能越好。
此外,試驗中的純凈Q235和Q235鋼的穩定腐蝕電位基本相同,由此可見,鋼的純凈化對其腐蝕電位無明顯影響,這也表明鋼中的氧、硫、磷、氫、氮等元素對腐蝕電位貢獻較小。超細晶鋼、微合金化鋼與X70、X80等低合金鋼的化學成分相近,它們之間的穩定腐蝕電位也無明顯差別,亦即鋼的微合金化并對其腐蝕電位的影響不大。
結論
(1)鑄鐵、碳鋼和低合金鋼在海水中浸泡初期腐蝕電位變化迅速,隨著浸泡時間延長經歷了“減小-增大-穩定”過程,反映了材料在海水中“氧化膜破壞-銹層生成-銹層穩定附著”變化過程;
(2)黑色金屬在青島和舟山海水中的穩定電位序大致相同,合金元素含量較高的黑色金屬腐蝕電位正,而合金元素含量較低的黑色金屬穩定電位負;鋼的純凈化和微合金化對腐蝕電位無明顯影響;
(3)黑色金屬在青島和舟山海水中的穩定電位值不同,黑色金屬在青島的穩定電位負,而在舟山的穩定電位正。
