低合金钢在高流速海水中的腐蚀研究.docx

1、第13卷增刊席校神修S防耕技木Vol.132001年11月CORROSIONSCIENCEANDPROTECTIONTECHNOLOGYNov.2001低合金钢在高流速海水中的腐蚀研究杨朝晖梁彩凤(钢铁研究总院育岛海洋腐蚀研究所青岛266071)摘要采用非封闭循环管道式高流速海水回路系统对3C、945、09MnNb、10CrMoAJ4种钢材在不同流速F的腐蚀行为进行了研究.并根据其腐蚀特点及形貌探讨了其腐蚀机理；和高流速条件下阴极保护的样点.关健词高流速低合金钢海水腐蚀中图分类号TG172.5文献标识码A文章编号1002-6495(2001)Suppl.-0445-03CORROSIONBEH

2、AVIOROFLOWALLOYSTEELSINHIGHVELOCITYSEAWATERYANGZhaohui,LIANGCaifeng(CentralIronandSteelResearchhistitutt.QingdaoResearchInstituteforMarineCorrwion,Qingdao266071)ABSTRACTByusingtubular(estloopofseawater,thecorrosionbehaviorof3C,945,09MnNbandlOCrMoAlhasbeenstudiedatdifferentflowratesofseawater.Theelec

3、trochemicalparametershavebeenmeasuredatdifferentflowratesofseawater.Thecharacteristicofcathodicprotectioninhighve-locityseawaterhasbeenevaluated.Basedoncorrosioncharacteristicsandfeatureofthematerials,corrosionmechanismalsowasdiscussed.KEYWORDShighvelocityseawater,lowalloy金属材料在自然海水中的腐蚀数据通常是在自然海流(0.1

4、-1m/s)条件下获得的，但滨海的发电厂、化工厂、石化厂等企业中的管道、阀门、泵、换热器等以及舰船的船体及管道等，都处在较高流速(5-30m/s)海水的环境中.因此了解其所用材料在高流速海水中的腐蚀性能及数据是非常必要的.本研究工作采用非封闭循环管道式高流速海水回路系统对船用碳钢及3种海洋用低合金钢进行试船研究.研究海水流速对这些材料腐蚀率的影响，并测定其有关电化学参数，探讨其腐蚀形貌及机理.1试验方法1.1试验装置及设备试验装置采用的是我所自行研制的通过了冶金部鉴定的非封闭循环管道式高流速海水回路系统.该系统具有能很好地模拟金属在动海水中的腐蚀情况，反映试片与水流的真实相对速度.能获得较高的

5、作者简介：的朝睥.男，1967年生级工程师Tdmal：steel,seawatercorrosion流速，操作简单、易控等优点.在系统的主控制箱上装有自动压力测试仪和自动温度测试仪，用于对相应参数的监控.并装有流员计，记录瞬时和累积流量，以便计算流速.1.2介质环境条件试验介质为青岛小麦岛地区天然海水，循环使用，水温在2632l,pH值8.2,溶氧械为5.6ml/1,盐度为32%o.1.3试验材料试验材料为3C、945、09MnNb、lOCrMoAl4种钢材.3C是-种校常用的船用碳钢，945是舰艇用低合金钢,09MnNb是一种有争议的船舶用低合金钢，lOCrMoA

6、l是一种目前在海水环境中使用效果较好的低合金钢，因此材料的选取有着一定的代表性,其化学成分见表1.试样规格为67mmX30mmx3rnm.电偶对试捡材料由945钢和Zn-Al-C1合金组成，试样的阴阳极面积比为1：1.1.4试验方法将经过前处理并称好重的试片插入与试验管道相配套的尼龙夹具中，在尼龙夹具的迎水端装一与Table1Chemicalcompositionsoftestmaterials/mass%AlcCuCrMnMoNiNbPSSiVFe3C0.030.130.090.030.730.050.1一0.0180.030.250.03余量lOCrMoAl0.570.0750.940.4

7、70-27一0-0140.0090.319450.1350.671.030.101.20.0220.080.520.035余欺09MnNb0.110.260.0211.210.030.0260.0170.36-余景Table1Chemicalcompositionsoftestmaterials/mass%AlcCuCrMnMoNiNbPSSiVFe3C0.030.130.090.030.730.050.1一0.0180.030.259453C09MnNb这也是由于945和lOCrMoAl中的合金元素在内锈层的富集造成的，同时lOCrMoAl中的0.20-0.35%的Mo抑制了含Cr钢的局部腐

8、蚀倾向，因此其耐蚀性最佳.2.2腐蚀产物的形貌及结构对腐蚀后试样的表面形貌进行观察，发现随流速的增大试样上的腐蚀产物增多，且随流速的用大腐蚀产物的颜色越来越深，这一结果与Perkins的观察结果相吻合.这是由于随流速的增大，腐蚀产物更加紧密而造成颜色更深.同时可观察到随流速的增大，锈层剥落现象越来越重，造成这-结果的原因可能是随流速的增大流体对金属面的切应力的增大幅度高于锈层紧密性的增加.去除腐蚀产物后的试样上未观察到类似孔蚀的腐蚀坑，可见类似马蹄形的凹槽，局部司出金属表面.说明在试验的各流速下，水流对金属的冲刷磨损腐蚀为湍流腐蚀而不是空泡腐蚀.这一点也可从管道中溶液流型的判据雷诺数Re得到验

9、证.根据屁二d/，计算出在水温301时,试验管道系统的高速（11m/s）、中速（7.5Fig.lVariationofcorrosionrateofmetalswithvelocityofseawater.m/s)、低速(3m/s)流速段中的值分别为6.7xl05.6xJO3.5x105.其值均远大于4。00,各流速段均为完全湍流区.试验材料经24小时高流速海水腐蚀后,对其腐浊产物进行成分分析，结果表明含有y-FeOOH,Fe2O?(H2O,aFe2O3及各种铁盐如FeCI3等)，未见FeO,.可见高流速海水中钢铁表面锈层主要为Fe的化合物y-FeOOH及FejCh.这与我们X寸钢铁材料在实海

10、中的锈层腐蚀产物的分析结果(Fe5O4、a-FeOOH、3-FcOOH、y-FeOOH)有所不同.可能由于高速海水促进了氧的扩散输送，使二价铁很快地知化成三价铁，故未能见到Fe3O4.2.3不同海水流速下的电化学参数表3为试验材料在高流速海水试验回路中所测得的自腐蚀电位变化情况.从哀3中可看出，随流速的增大，碳钢和低合金钢的自腐蚀电位均向正方向移动,这是由于随流速增大，氧的扩散加剧造成的.由低合金钢945钢和柄牲阳极材料Zn-AI-Cd合金组成电偶对，测试其在不同流速下的阳板电流和阴极失重.表4为由945钢和Zn-Al-Cd合金组成的电偶对在不同海水流速下所测得的阳极电流，表5为所测得的该电偶

11、对阴极材料945钢在不同海水流速下的腐蚀失重值.从这两个表中可看出，当流速增加时.阳极电流急剧增加，而阴极材料的失重值几乎不增加.因此高流速海水中仍可用牺牲阳Table3FrwcorrasionpotentialofmetalsatdifTercntflowratesofseawater(V.vsAg/AgCIelectrode)的也nirT00.137.511】OCrMoAJ-0.67-0.62-0.57-0.46-0.39945-0.69-0.61-0.55-0.44-0383C-0.72-0.66-0.62-0.54-0.4309MnNb-0.72-0.64-0.59-0.51-0.41

12、Table4Freecorrosioncurrentofanodematerialofcoupleinseawateratdifferentvelocities流速/nrs037.511阳极电流17.981.2241.8449.3Table5WeightlossofcathodematerialofcoupleinseawateratdifferentvelocitiesStil/m-s-*37.511945钢失fi/mg-cm-2)0.120.100.13极来保护钢铁材料，不过所需保护电流与流速的变化关系很大，牺牲阳极的消耗堂随流速的增大而增大.3结论(1) 试验的4种钢材在海水中随流速增大，腐蚀率增大,3C钢和09MnNb钢的腐蚀率随流速呈直线上升,945钢和lOCrMoAl钢的腐蚀率与流速呈曲线关系，且曲线形状几乎相同.(2) 在试验流速条件下，这4种钢材的耐蚀性为1OCrMcAI9453009Mn、b.(3) 在试验流速条件下，其冲刷磨损腐蚀为湍流腐蚀，而不是空泡腐蚀.(4) 低合金钢的白腐蚀电位随流速增大而正移.(5)