海水腐蚀情况讲解

海水腐蚀情况海水腐蚀情况 海水腐蚀的原因海水腐蚀的原因 浸入海水中的金属，表面会出现稳定的电极电势。由于金属有晶界存在,物 理性质不均一；实际的金属材料总含有些杂质，化学性质也不均一；加上海水中 溶解氧的浓度和海水的温度等，可能分布不均匀,因此金属表面上各部位的电势 不同,形成了局部的腐蚀电池或微电池。其中电势较高的部位为阴极，较低的为 阳极。 电势较高的金属，例如铁，腐蚀时阳极进行铁的氧化；电势较低的金属，例 如镁，被海水腐蚀时，镁作为阳极而被溶解，阴极处释放出氢。当电势不同的两 种金属在海水中接触时，也形成腐蚀电池,发生接触腐蚀。例如锌和铁在海水中 接触时,因锌的电势较低,腐蚀加快；铁的电势较高，腐蚀变慢,甚至停止。 海洋环境对腐蚀的影响海洋环境对腐蚀的影响 盐度盐度海水含盐量较高， 水中的含盐量直接影响水的电导率和含氧量，随着 水中含盐量的增加， 水的电导率增加但含氧量却降低。 海水中的盐度并不和 NaCl 的行为相一致， 这是因为其中所含的钙离子和镁离子，能够在金属表面析出碳酸 钙和氢氧化镁的沉淀，对金属有一定的保护作用。河口区海水的盐度低，钙和镁 的含量较小，金属的腐蚀性增加。海水中的氯离子能破坏金属表面的氧化膜,并 能与金属离子形成络合物,后者在水解时产生氢离子，使海水的酸度增大，使金 属的局部腐蚀加强。 电导率电导率海水中不仅含盐量高， 而且其中的盐类几乎全部处于电离状态， 这 使得海水成为一种导电性良好的电解质。这就决定了海水腐蚀过程中，不仅微观 电池腐蚀的活性大，同时宏观电池的活性也大。研究表明：随着电导率的增大， 微观电池腐蚀和宏观电池腐蚀都将加速。 溶解氧溶解氧海水溶解氧的含量越多， 金属在海水中的电极电位越高， 金属的腐 蚀速度越快。但对于铝和不锈钢一类金属，当其被氧化时，表面形成一薄层氧化 膜，保护金属不再被腐蚀,即保持了钝态。此外，在没有溶解氧的海水中,铜和铁 几乎不受腐蚀。（常压下氧在海水中的溶解度如下 ） （表一） 酸碱度酸碱度一般来说，海水的 pH 升高，有利于抑制海水对钢铁的腐蚀。但是 海水 pH 远没有含氧量对付腐蚀的影响大，尽管表层海水 pH 比深层海水高，但 由于表层海水中的植物光合作用，含氧量远比深处海水高，所以表层海水的腐蚀 性远比深层海水要强，这与实际的实验结论是一致的。 物理因素物理因素除此之外还有其他物理因素，如流速、潮汐、温度等。海水对金 属的相对流速增大时，溶解氧向阴极扩散得更快，使金属的腐蚀速度增加；靠近 海面的大气中,有多量的水分和盐分，又有充足的氧，对金属的腐蚀性比较强， 因此，在平均高潮线上面海水浪花飞溅到的地方（飞溅区），金属表面经常处于 潮湿多氧的情况下，腐蚀最为严重；水温升高，会使腐蚀加速。但是温度升高， 氧在海水中的溶解度降低，使腐蚀减轻。 海水腐蚀的特点海水腐蚀的特点 （1）由于海水的导电性好，腐蚀中的欧姆电阻小，因此异金属接触能造成 阳极性金属发生显著的电偶腐蚀破坏。（2）海水中含有大量的氯离子，容易造 成金属钝态局部腐蚀，容易发生小孔腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀，在流速很高的 海水中，易发生磨损腐蚀。（3）碳钢在海水中发生吸氧腐蚀，受氧扩散控制， 而阳极极化性能很小，所以凡是能使氧极限扩散电流密度增大的因素，都会是碳 钢的腐蚀速度增大。（4）根据海水与金属接触的情况，可将海洋环境分为：海 洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区和海泥区。如图所示：金属在各区域中的腐 蚀情况存在明显区别。 图一 耐海水腐蚀材料的研究现状耐海水腐蚀材料的研究现状 碳钢及低合金钢的海水腐蚀性能碳钢及低合金钢的海水腐蚀性能 由于海生物的附着和锈层的稳定,碳钢及低合金钢在海水中耐蚀性能的差异 主要表现在局部腐蚀上(点蚀) , 由于点蚀的不可预测性、自催化性、隐蔽性和发 生的几率极高, 在所有腐蚀失效中最具有破坏性, 点蚀深度是评价钢铁材料的主 要依据。 近期，研究者用现场海水暴露制备试样对碳钢的微生物腐蚀做了详细的研 究，研究发现：在海水中碳钢的腐蚀速度经历下降-上升的变化趋势，其趋势与 3.5%的NaCl溶液保持一致；微生物因素，主要是内锈层中的硫酸盐还原菌，改 变了碳钢的海水腐蚀机制，从而加速碳钢的腐蚀；碳钢在海水中的腐蚀机制可分 为氧扩散控制、过渡和硫酸盐还原菌活性控制3个阶段。 在海水和3.5%NaCl溶液中的Rt随时间变化Q235在海水和3.5%NaCl溶液中的icorr随 时间的变化 不锈钢的海水腐蚀性能不锈钢的海水腐蚀性能 不锈钢在海水中的局部腐蚀主要取决于钢的化学成分和热处理状态,不锈钢 是易钝金属, 其腐蚀规律与碳钢和低合金钢不同, 海水中大量的Cr-对依靠钝化 防腐蚀的合金破坏极大, 一般是全浸区最重(Cl-离子最多), 潮差区次之, 飞溅区 最轻。不同海域的环境因素及海生物附着对不锈钢的腐蚀敏感性产生重要影响。 不锈钢在海水中的耐蚀性通常高Cr钢优于低Cr钢,Ni一Cr钢优于C钢,随Ni、 Cr含量的提高,耐蚀性增加,降低含C量可提高不锈钢耐蚀性,不锈钢中加人Mo能 提高钝化膜对Cl-的抵抗力。 现阶段对于高强耐海水腐蚀不锈钢的研究着眼于研制出一种既具有高的强 韧性, 又有优良的耐海水腐蚀性能和良好的可焊性的新型不锈钢。双真空熔炼保 证钢中低的C、N、O 等杂质元素含量，使钢体韧化；铁素体不锈钢通常所适用 的热处理是退火(从高温处急冷)，适当的热处理工艺与双真空熔炼配合可以避免 脆断情况的发生。 为了解决双真空熔炼中相脆性、导热率等焊接工艺难题，研究者采用TIG低 热输入焊接方法来防止过热, 降低相析出倾向和元素烧损；采用与母材成分相同 的焊接材料以有利于保证焊缝金属的化学成分和组织与母材的相近； 对焊板进行 预先固溶退火处理, 消除原始组织中的脆性相和不均匀性。使接头具有合格的力 学性能，并兼具和母材相当的耐海水腐蚀性能。 熔炼方法对钢纯洁度的影响 双真空钢的锻造加热工艺 镍基耐海水腐蚀材料的研究概况镍基耐海水腐蚀材料的研究概况 纯镍在海水中的性能是可变的，在快速流动的海水中, 镍能在全浸的条件下 保持钝态, 其腐蚀速度小于0.127mm/a。 在静止海水中, 镍表面被污损生物 （藤壶 或贝类）所覆盖, 在这些沉积物下以及在缝隙处会丧失其钝态。因此, 镍在海水 中尤其是在低速流动的海水中并不具有良好的抗蚀性，这就需要添加各种抗点 蚀、缝隙腐蚀的合金元素以提高镍的抗蚀性能 镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。 普通碳钢的晶体结构 称为铁氧体， 呈体心立方(BCC)结构， 加入镍， 促使晶体结构从体心立方(BCC) 结 构转变为面心立方。在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结 构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以镍被称为奥氏 体形成元素。 但是，镍对铜、铬、铝等元素有较高的固溶度, 因而能够组成成分范围广泛 的合金，所以, 镍在海洋领域的主要用途是作为一种合金组分，各种镍基合金的 耐腐蚀性能见下表： 锰基耐海水腐蚀材料的研究概况锰基耐海水腐蚀材料的研究概况 细镍粉有致癌和过敏作用， 这就促使粉末冶金工作者寻找价廉而又能达到同 样效果的其它合金元素。锰作为钢中重要的合金元素，其强化