碳钢在海洋环境下的腐蚀研究
钛_碳钢在海水中电偶腐蚀的研究
2005 年 Transactio ns of Oceanology and Limnology
N o- 4
文章编号 :100326482 (2005) 0420023208
钛/ 碳钢在海水中电偶腐蚀的研究3
郭庆锟 ,杜 敏
(中国海洋大学化学化工学院 ,山东 青岛 266003)
1
240
15. 41
- 0. 7753
15. 5988
15. 5437
0. 1489
2
240
15. 63
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15. 3533
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1
240
13. 37
- 0. 0603
4. 0056
图 4 是根据不同面积比时电偶电流密度和电偶电位的变化值绘制的碳钢动态极化曲线 。 与图 1a 相比可以看出 ,碳钢在两种不同极化方式下得到的极化曲线的趋势非常相似 ;只是动 态极化曲线电位较正的部分 (即面积比趋向极大值时) 曲线变得比较平缓 ,而在图 1a 中 ,随着 电位的正移 ,电流值虽然也有同样的趋势 ,但是在同样的电位的范围内 ,却保持着较大的斜率 。 其原因可能是在电偶腐蚀过程中 ,当阴/ 阳极面积比较大时 ,阳极和阴极处于非均匀极化状态 ,
图 2 是不同阴 、阳极面积比时的 Eg ,Ig 的变化值 ,其中图 2b 为面积比在 1～50 范围的局部 放大 。由图可以看出 ,钛/ 碳钢电偶对的电偶电位非常接近碳钢的自腐蚀电位 ,随面积比的增 加 ,电偶电位稍有正移 ,但正移范围较小 ,这与钛的强极化性有关 。而电偶电流 Ig随阴 、阳极面 积比的增大明显增大 ,如面积比为 10 时电偶电流达到 21. 6μA/ cm2 ,较面积比为 1 时增大了 6. 8 倍 ,而面积比达到 1000 时 ,电偶电流密度更是增加到 1407μA/ cm2 ,达到面积比为 1 时的
不锈钢海水的腐蚀研究
不锈钢海水的腐蚀研究不锈钢保护膜海水腐蚀原理腐蚀原理浸入海水中的金属，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。
电势较高的部位为阴极，较低的为阳极。
电势较高的金属，如铁，腐蚀时阳极进行铁的氧化：?Fe→Fe 2e释放的电子从阳极流向阴极，使氧在阴极被还原：?O 2HO 4e→4OH氢氧离子经海水介质移向阳极，与亚铁离子生成氢氧化亚铁：?Fe 2OH→Fe(OH)它易与海水中的溶解氧反应生成氢氧化铁。
后者经部分脱水成为铁锈FeO?HO，它的结构疏松，对金属的保护性能低。
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。
工业用的大多数金属，金属状态不稳定，在海水中有转变成化合物或离子态物质的倾向。
但是金和铂等贵金属，金属状态稳定，在海水中不发生腐蚀。
海洋环境对金属腐蚀的影响金属在海水中的腐蚀，影响因素很多，包括化学、物理和生物等因素。
化学因素①溶解氧。
海水溶解氧的含量越多，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。
②盐度。
海水含盐量较高，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。
③酸碱度。
用pH值表示。
碳钢在海洋环境下的腐蚀研究
碳钢在海洋环境下的腐蚀研究碳钢是一种常用的材料，广泛应用于各个领域，包括船舶和海洋结构。
然而，由于海洋环境中存在着复杂的腐蚀因素，碳钢在这种环境下容易遭受腐蚀。
因此，研究碳钢在海洋环境中的腐蚀行为对于提高碳钢的耐蚀性能和延长其使用寿命具有重要意义。
首先，海洋环境中的腐蚀因素主要包括氧气、盐水和微生物等。
氧气是导致碳钢腐蚀的最主要因素之一，它会与碳钢表面的铁发生氧化反应，形成氧化铁。
而盐水中的氯离子则加速了氧化反应的进行，使得碳钢表面的腐蚀速度加快。
此外，在海洋环境中生活着大量的微生物，它们会通过吸附和代谢产生一系列有害的化学物质，进一步加剧了碳钢的腐蚀。
为了研究碳钢在海洋环境中腐蚀行为，研究人员通常采用电化学测试方法，如腐蚀电位和极化曲线测试。
其中，腐蚀电位是指在其中一特定条件下，电极表面发生腐蚀时的电位值，它可以作为评价碳钢腐蚀性能的一个重要指标。
而极化曲线则可以提供关于碳钢在不同电位下的极化行为信息，从而进一步了解其腐蚀机制。
研究表明，碳钢在海洋环境中存在一些特殊的腐蚀行为。
首先，由于氯离子的存在，碳钢在海洋环境中易发生点蚀腐蚀。
点蚀腐蚀是指在一个局部区域上，发生了严重的腐蚀，形成深而狭长的腐蚀坑。
其次，海洋环境中的微生物会形成微生物膜附着在碳钢表面，导致微生物腐蚀，研究表明微生物腐蚀比无菌腐蚀更加严重。
再次，海洋环境中的海水流动还会对碳钢的腐蚀行为产生影响，流动可以带走腐蚀产物，减缓碳钢的腐蚀速度。
针对碳钢在海洋环境下的腐蚀问题，研究人员提出了一些解决方案。
首先，采用防腐涂层是最常见且有效的方法之一、防腐涂层可以阻隔氧气和盐水与碳钢的接触，起到保护作用。
其次，使用抗蚀合金是另一种常用的方法，比如不锈钢和钛合金。
这些合金具有较高的抗蚀性能，可以代替碳钢使用。
此外，改变碳钢的制备工艺和控制材料的成分也是一种改善碳钢抗蚀性能的途径。
总之，海洋环境中的腐蚀对碳钢构件的使用寿命和性能造成了很大影响，因此对其进行深入的研究具有重要意义。
海水淡化设备的材料选择及防腐
海水淡化设备的材料选择及防腐在海水淡化过程中，要用到很多材料，常用的壳体、换热材料有碳钢、不锈钢、钛管、铜管、铝管。
下边就这几种材料在海水中的腐蚀做一个简单的介绍，并指出一些相应的防腐措施。
1、铸铁在海水中的腐蚀铸铁在海水中的腐蚀类型为石墨腐蚀。
即铸铁表面的铁腐蚀,留下不腐蚀的石墨和腐蚀产物,腐蚀后保持原来的外形和尺寸,但失去了重量和强度。
除去石墨和腐蚀产物,呈不均匀全面腐蚀。
灰口铸铁HT200在海水中暴露1年的腐蚀率为0.16mm/a,平均点蚀深度、最大点蚀深度分别为0.27mm、0.45mm。
灰口铸铁在海水中的腐蚀速度随暴露时间下降,HT200在海水暴露0.5年的腐蚀率为0.19mm/a,暴露1.5年的腐蚀率为0.14mm/a。
普通铸铁在海水中的腐蚀速度与碳钢接近。
碳钢在青岛小麦岛海区暴露1年的典型腐蚀率为:全浸区0.18mm/a,海洋大气区0.06mm/a。
灰口铸铁在流动海水中的腐蚀速度随海水流速的增大而增大, HT200在3m/s的海水中试验164h的腐蚀率为1.0mm/a;在7和11m/s的海水中试验40h,腐蚀率为7.82和9.33mm/a。
灰口铸铁在流速为5、10和15m/s的海水中试验30天的腐蚀率分别为1.8、2.7和3.6mm/a,它与碳钢在流动海水中的腐蚀速度接近。
(1)普通铸铁在天然海水及流动海水中的腐蚀速度与碳钢接近。
(2)低合金铸铁在海水中的腐蚀行为与普通铸铁的腐蚀行为相似。
CrSbCu铸铁在海水中的腐蚀比普通铸铁轻。
添加Ni、Ni-Cr、Ni-Cr-Mo、Ni-Cr-Cu、Ni-Cr-Re、Cu-Sn-Re、Cu-Cr、Cu-Al等的低合金铸铁在海水中的腐蚀速度与普通铸铁无明显差别。
加入少量Ni、Cr、Mo、Cu、Sn、Sb、Re等元素可减小铸铁海洋大气区的腐蚀速度。
(3)高镍铸铁在天然海水及流动海水中的腐蚀均较轻。
高镍铸铁在海水中暴露1.5年的腐蚀率大约是普通铸铁的1/3,它们在海水中暴露1.5年的最大点蚀深度小于0.20mm。
钢结构跨海大桥在海洋环境下的腐蚀与防护
钢结构跨海大桥在海洋环境下的腐蚀与防护
随着社会的发展与需求，跨海大桥成为了必然的产物，我国目前已建和在建的跨海大桥数量很多，这些跨海大桥不仅缓解了交通压力，还促进了所在区域的经济发展。
由于钢材的强度高、韧性好、易加工，因此一般跨海大桥为钢结构桥梁，但是由于跨海大桥建在环境恶劣的海洋环境中，腐蚀严重影响了桥梁的使用寿命。
因此海洋环境下的盐雾腐蚀是跨海桥梁设计和建造过程中必须重视的问题，也是桥梁受海水腐蚀是目前工程界面临的一个难题。
跨海大桥
海洋腐蚀环境包括海洋大气腐蚀环境和海水腐蚀环境，钢材在海洋环境中的具体位置不同其腐蚀机理和腐蚀类型也各不相同。
包括海洋大气腐蚀、海水腐蚀、潮差区腐蚀、飞溅区腐蚀、全浸区腐蚀等，为了研究不同区域的腐蚀必须从腐蚀介质入手。
海洋大气腐蚀环境：海洋大气腐蚀环境对金属腐蚀的研究同其它环境中的大气腐蚀是一样的，是由于潮湿的气体在金属物体表面形成一个薄水膜而引起的。
一般这种腐蚀大多发生在海上的船只、海上平台以及沿岸码头设施上，许多海滨城市受影响腐蚀现象是非常严重。
海洋环境对金属影响范围一般界定为20km左右，海洋大气中相对湿度较大，同时由于海水飞沫中含有氯化钠粒子，所以对于海洋钢结构来说，空气的相对湿度都高于它的临界值。
因此，海洋环境中的钢铁表面很容易形成有腐蚀性的水膜。
薄水膜对钢铁的作用而发生大气腐蚀的过程，符合电解质中电化学腐蚀的规律。
这个过程的特点是氧特别容易到达钢铁表。
文献综述
文献阅读综述报告一前言材料在使用过程中因受环境的作用而导致其性能下降、状态改变、直至损坏变质，被称为“腐蚀”或“老化’’。
随着科学技术的发展，现己发现几乎所有的材料在环境作用下都存在腐蚀问题。
材料腐蚀不仅给国家带来重大的经济损失和大量资源与能源的消耗，还会给设备、装备、建筑物及人身安全带来威胁。
目前由于过度的开采和使用原材料，地球上的有限资源日益枯竭。
全世界每90s就有1 t钢腐蚀成铁锈，而炼制1 t钢所需的能源则可供一个家庭使用3个月，由腐蚀导致的灾难性事故也屡见不鲜。
因此，开展材料在自然环境中的腐蚀试验，通过长期的观察与检测，积累腐蚀数据，并结合实验室的分析研究，掌握各种材料在自然环境中的腐蚀规律，对于控制材料的自然环境腐蚀，减少经济损失，为新材料的研究开发、传统材料质量与性能的提高，以及防腐标准与规范的制定提供科学依据，特别是为国家重点工程建设和国防建设中的合理选材、科学用材提供科学依据，由此可见，研究材料在自然环境中的腐蚀是十分重要的。
海洋是人类生存与发展不可缺少的空间环境，是解决人口剧增、资源短缺、环境恶化三大难题的希望所在。
目前许多国家已经把开发海洋定为基本国策，把发展海洋科技摆在向海洋迸军的首要位置，把海洋科技作为世界新技术革命最重要的内容来对待。
我国是一个海洋资源十分丰富的国家，拥有绵长的海岸线和广阔的海域，这为发展我国海洋经济、沿海工业提供了十分广阔的天地。
沿海工业的发展、海洋资源的开发和利用，离不开海上基础设施的建设。
由于海洋苛刻的腐蚀环境，金属材料结构及建筑物的腐蚀不可避免。
随着沿海工业的开发，如石油化工企业、火电、核电站的建立，海洋石油、矿产的开发以及海洋运输等，这些工业设施、设备大都是由金属材料，特别是钢铁建造而成，金属材料一旦发生腐蚀不仅影响外观，其机械性能也将发生变化，丧失了应有的强度、硬度和韧性，直至材料完全失效。
据统计，船体大约90％的破坏都是由于腐蚀造成的。
发达国家因材料腐蚀造成的损失占其GDP 的2％～4％，而在海洋中的腐蚀损失大于总腐蚀损失的1／3t引。
天然海水中高效缓蚀剂对碳钢缓蚀作用的研究
定稿日期:2004-12-21基金项目:山东省教育厅科技计划项目(J02C52)作者简介:穆振军,男,1976年生,硕士,助工,从事腐蚀与防护的研究天然海水中高效缓蚀剂对碳钢缓蚀作用的研究穆振军 杜 敏(中国海洋大学化学化工学院青岛266003)摘要:以锌盐、葡萄糖酸盐为主要缓蚀成分复配的适用于天然海水中碳钢的高效缓蚀剂,用失重法测定其缓蚀效率,并用电化学方法分析其缓蚀作用机理.结果表明:未预膜时缓蚀剂的临界浓度是280mg/L ,此时对碳钢的缓蚀率为9318%,试样表面光亮如初,没有局部腐蚀;预膜后缓蚀剂的临界浓度降为210mg/L ,此时对碳钢的缓蚀率为9311%.通过极化曲线分析可知该缓蚀剂是一种抑制阳极过程为主的混合型缓蚀剂.据交流阻抗谱图分析得到该缓蚀剂成膜反应分3个阶段:反应初期,缓蚀剂在电极表面初步吸附;反应中期,至浸泡48h 时第一层缓蚀膜形成;反应后期,缓蚀膜向多层发展.关键词:缓蚀剂 天然海水 极化曲线 交流阻抗 缓蚀机理中图分类号:P714,P75513 文献标识码:A 文章编号:100524537(2005)04202052041前言合理使用缓蚀剂是防止金属及其合金在环境介质中发生腐蚀的有效方法.缓蚀剂技术由于具有良好的效果和较高的经济效益,已成为防腐蚀技术中应用最广泛的方法之一,尤其在石油产品生产加工、化学清洗、大气环境、工业用水、仪器仪表制造及石油化工生产过程中,缓蚀技术已成为最主要的防腐蚀手段[1].但随着环境保护和安全意识的加强,一些有毒有害的缓蚀剂将被限制或禁止使用[2].据此,本实验室研发了以锌盐、葡萄糖酸盐和烷基多糖苷(AP G )为主要缓蚀成分复配的适用于天然海水中碳钢的低毒、高效缓蚀剂.通过失重实验测定了预膜前、后不同浓度下该缓蚀剂在天然海水中对碳钢的缓蚀效率,并通过极化曲线和交流阻抗两种电化学方法研究了该种缓蚀剂的缓蚀机理和成膜过程.2实验方法实验材料为907碳钢.用于电化学实验的试样尺寸为:110cm ×110cm ×017cm ,试样保留一个1cm 2的表面,其余面均用环氧树脂封嵌制成工作电极,电解池采用经典的三电极体系.工作电极在实验前经各级砂纸逐级(500目,800目,1#,4#金相砂纸)打磨,直到露出光亮均匀的金属面,用去离子水冲洗,滤纸吸干,丙酮擦拭除油后待用;用于失重法实验的试样尺寸为310cm ×119cm ×016cm.试样在实验前经240目和500目水砂纸逐级打磨,且各试样钻有孔径约013cm 的小孔以备挂片之用.将硫酸锌(150mg/L ～200mg/L ,化学纯)、葡萄糖酸钙(50mg/L ～100mg/L ,工业品)、AP G (30mg/L ～50mg/L ,工业品)、硅酸钠(20mg/L ～30mg/L ,分析纯)和钨酸钠(10mg/L ～30mg/L ,分析纯)按一定比例置于容器中,搅拌均匀即得所需缓蚀剂.失重法采用静态全浸悬挂法,每组实验选用3个试样作平行测试,实验周期为28d ,腐蚀介质为取自青岛鲁迅公园的天然海水,盐度是32‰.实验过程中,海水定期更新.电化学法采用经典三电极体系,辅助电极为铂电极,饱和甘汞电极作参比电极,工作电极是907碳钢,实验仪器为德国IM6e 电化学工作站,用其SIM 程序进行数据处理.试样腐蚀一个周期后,对空白天然海水和添加缓蚀剂(280mg/L )中的碳钢试样分别用扫描电镜(J SM -840Scanning microscope )观察,并记录表面状态,放大倍数为500倍.3结果与讨论311失重实验分析图1示出预膜(1000mg/L 缓蚀剂溶液中预膜48h )和无预膜两种情况下不同浓度的缓蚀剂对碳钢缓蚀率的变化曲线.同时对空白海水(图2)和添加280mg/L 缓蚀剂(无预膜,图3)介质中腐蚀28d 后的试样表面用扫描电镜进行了观察.从图1显示:(1)预膜和无预膜时缓蚀效果与添第25卷第4期2005年8月 中国腐蚀与防护学报Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection Vol 125No 14Aug 1200Fig.1The relation between IE and inhibitor concentration Fig.2SEM image of mild steel sample after 28d in seawaterwithoutadditionFig.3SEM image of mild steel sample after 28d in seawaterwith 280mg/L inhibitorsFig.4The polarization curves with different concentration加浓度的变化趋势基本一致,预膜后缓蚀率要比无预膜时高,在低浓度时(70mg/L 时,预膜后缓蚀率提高15%)更为明显.(2)缓蚀剂的缓蚀率与用量关系并不是线性的.无预膜情况下,当缓蚀剂浓度低于70mg/L 时,其缓蚀作用比较微弱,缓蚀剂浓度在70mg/L ～280mg/L 时,随其浓度的增大缓蚀率迅速变大且趋缓;缓蚀剂浓度大于280mg/L 时,其缓蚀率提高不明显,据此确定该缓蚀剂的临界浓度是280mg/L ,此时缓蚀剂对碳钢的缓蚀率为9318%;当使用1000mg/L 该缓蚀剂预膜48h 后,其临界浓度降为210mg/L ,此时的缓蚀率达到9311%.可见,该缓蚀剂是成膜型缓蚀剂[3],较高的预膜浓度可以快速生成完整的缓蚀膜,提高缓蚀率,降低缓蚀剂用量.图2和图3比较可得:空白海水中,试样腐蚀28d 后,其表面原有砂纸打磨留下的划痕已经被腐蚀掉了,而且表面出现了点蚀和深浅不等、周边不规则的溃疡状腐蚀[4];添加280mg/L 缓蚀剂,试样腐蚀28d 后,表面除了砂纸打磨留下的划痕外,没有局部腐蚀发生,说明该缓蚀剂在临界浓度时能有效抑制天然海水对碳钢的局部腐蚀.这是因为缓蚀剂在碳钢表面成膜,覆盖了表面的活性点,以及复配组分中钨酸盐离解出的WO 2-4离子在碳钢表面吸附,并和海水中Cl -离子在该表面发生竞争吸附,使碳钢表面Cl -离子浓度降低[5,6],从而降低了局部腐蚀发生的可能.312电化学测试分析31211极化曲线分析 图4示出添加不同浓度缓蚀剂的极化曲线图谱.解析该曲线所得参数列入表1.通过图4和表1分析得到:相对海水空白,添加缓蚀剂后腐蚀电流密度减小,表明缓蚀剂对碳钢腐蚀产生抑制作用,这是因为随着缓蚀剂浓度的增加,在电极表面形成的缓蚀膜越来越完整致密,阻止了腐蚀介质与电极的接触,从而起到良好的缓蚀作用.从添加缓蚀剂后的极化曲线看,腐蚀电位正移,表明该缓蚀剂主要为控制电化学反应阳极过程的缓蚀剂,602中国腐蚀与防护学报第25卷T able 1The parameters obtained from polarization curvesC inhibitor /mg ・L -10(blank )70210350E corr /V -01817-01694-01653-01677b a /mV ・d -1245203156135b c /mV ・d-1-144-138-117-109i corr /μA ・cm-29105413921161185IE/%511576117916这是因为缓蚀剂中的硅酸钠和葡萄糖酸根在阳极区与阳极溶解产物(Fe 2+和Fe 3+)形成难溶盐和螯合物的沉积膜,抑制了阳极的溶解[7];当缓蚀剂浓度超过210mg/L 时,腐蚀电位又负移,表明缓蚀剂高浓度形成的吸附膜对氧扩散过程控制的阴极过程也有较强的抑制作用,这主要是缓蚀剂中的Zn 2+离子与阴极反应的产物(OH -)作用生成难溶的氢氧化锌,它们在阴极区域沉积使得氧难以到达阴极,从而降低了阴极过程的反应速度[3].从表1中也可看出:b a 和b c 的绝对值随缓蚀剂浓度的增大呈减小趋势变化且b a 的变化趋势更大,说明该缓蚀剂对阳极过程和阴极过程均有很好的缓蚀作用,尤其大大控制了阳极过程的反应,可见该缓蚀剂是抑制阳极过程为主的混合型缓蚀剂.31212交流阻抗谱图分析 图5为添加280mg/L 缓蚀剂后电极浸泡不同时间的Nyquist 图和Bode 相图.由图5a 看出:反应初期(t >1615h )电极受电化学步骤控制,等效电路见图6a ;电极反应中后期(t <1615)电化学步骤和扩散步骤同时存在,其等效电路见图6b [8].其中R l 是溶液电阻,R p 是极化电阻,C d 是金属/溶液膜层的界面电容,W 是扩散阻抗.将浸泡不同时间测得的交流阻抗谱图根据等效电路拟合、解析,可以得到成膜系统的各电化学参数见表2.从图5和表2看出,成膜反应的机理可能如下:反应初期(t <1615h ),电极过程仅受电化学反应控制,R p 值呈迅速增大趋势,缓蚀组分在电极表面反应并沉积,初步形成了缓蚀膜;反应中期Fig.5Nyquist chart (a )and Bode phase chart (b )of mild steel at different time in seawater with inhibitorsFig.6Equivalent circuit diagram :(a )initial stages of reaction ,(b )metaphase and anaphase stages of reactionT able 2Electrochemical parameter obtained from different ex 2perimental timesolution and time/h R 1/Ω・cm 2C d /μF ・cm -2R p /Ω・cm 2W /kdwnatural seawater —01543116-12413752178—inhibitors —11568184-3510214815—inhibitors —1615172-1614753571706inhibitors —4841616-9171255614165inhibitors —11371516-5195376723172inhibitors —21693916-51481433229119inhibitors —3361033-5128944793113inhibitors —5451045-419535205331287024期穆振军等:天然海水中高效缓蚀剂对碳钢缓蚀作用的研究 (1615h<t<48h),电化学步骤和扩散步骤同时存在,此时缓蚀组分在电极表面进一步沉积,R p和W 值急剧增大.至浸泡48h时,缓蚀剂的第一层膜已经比较连续完整,此时的缓蚀率为9719%(由R p值计算所得).由C d值的变化看出,缓蚀膜不但变的致密而且膜层厚度逐渐变厚;反应后期(t>48h), R p和W值平行增长,C d的绝对值减小,但趋势渐缓,说明缓蚀效果进一步增强,此时不但阳极的溶解速度受到控制而且溶液中的氧向电极表面扩散变得更加困难,阴极的氧去极化反应也被大大抑制,故该缓蚀剂是混合型缓蚀剂,这与极化曲线所得结论相一致.从图5b中还可知,反应后期的Bode相图在低频部出现第二个相角峰,表明缓蚀膜向多层发展,这是因为以AP G和海水中钙镁为主的吸附沉积层逐渐稳定和完整.此多层膜稳定性好,545h以内均保持良好的缓蚀效果.4结论(1)该缓蚀剂是成膜型缓蚀剂,临界浓度为280 mg/L,高浓度下缓蚀剂可以快速成膜,1000mg/L 溶液中预膜48h后临界浓度降为210mg/L.(2)该缓蚀剂是抑制阳极过程为主的混合型缓蚀剂.(3)该缓蚀剂成膜反应分3个阶段:反应初期,缓蚀剂在电极表面初步吸附;反应中期,至浸泡48h时第一层缓蚀膜形成;反应后期,缓蚀膜向多层发展.参考文献:[1]Zhang T S.Corrosion Inhibitors[M].Beijing:Chemical 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mainly inhibits anodic reaction.The results of EIS re2 vealed the reaction of this inhibitor was composed of three stages:corrosion inhibitors were adsorbed on electrode surface primarily during initial stage of reaction,and the first inhibitor film was formed until48h,while the film developed to multilayers during anaphase stage of reaction.K ey w ords:corrosion inhibitor,natural seawater,polarization curve,EIS,inhibitory mechanism 802中国腐蚀与防护学报第25卷。
海洋工程潮差与浪花飞溅区再创新PTC防腐技术在东海海域的应用研究
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在这个 区域发 生严重 的局部腐 蚀破坏 ，会导致 整座 脂 、矿 脂缠带 、高密 度聚乙烯 护套用于 海洋 工程 中 设施承 载 力大大 降低 ，缩短使 用寿命 ，影响安 全使 钢桩潮差区的包覆保护 ，取得 良好的防护效果 。
用 ，甚至导致设施提前报废。 日本 ２ 世纪６ 年 代 引进 Ｄ ｎ ｏ 术 ，经过长 期 ０ Ｏ ｅ ｓ技 同时 ，由于潮 差与浪花 飞溅 区环境 条件 的不稳 的改 良完善 ，研究成功 一种适 用于码 头 、桥梁 及其 定性 ，涂料和 电化学保 护等 常规 防腐蚀 技术都 不能 他 海洋 工程 钢 结构 浪 花 飞 溅 区长 期 耐 久 的防 腐 技
． ６
． ４
． ２
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涂防膏，天海力增强 。 腐速大 天然海水： ３ 钢 抹蚀后在然水的然蚀率大样在 中自 。 图 溢 ３ 腐蚀能 中电弧学阻抗谱
低，
３２ 动电位极化 曲线 ・
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空 白Ａ 钢试样在海水 中表现为一个 简单的容抗 ３
Ｖｏ Ｌ ２ ６ Ｎ０ ２ ＦＥＢ ２ ２ ０１
腐蚀 研究
Ｃｏｒ ｏｓ ｏｎ Ｒｅｓｅａ ｒ ｒ ｉ ｃｈ
圈 圜
１２ 技术 结构 与 防腐原 理 ．
深海环境碳钢的腐蚀与防护
1.1
图1 南海海水环境含氧量与水深的变化规律
温度的影响
图2 南海某海域温度和水深的变化规律
如图2所示，南部某海域温度随海水深度的增加逐渐降低，最后趋于平稳。
海水温度的变化是影响海水
腐蚀过程的重要的参数之一，对腐蚀的影响是一个极其复杂的过程[3]。
温度升高会加速阴极和阳极过程的反应速度。
温度升高，氧的扩散速度加快，海水电导率
图3 南海某海域盐度的变化规律流速的影响
处和1/8。
我国杭州湾和镇海海底管线项目的海底管线全部采用熔结环氧粉末外涂层和混凝土配重涂层管线
道存在的应力，管道在运行过程中产生的应力对腐蚀。
金属材料在模拟深海中的腐蚀电位
金属材料在模拟深海中的腐蚀电位摘要：深海是人类资源的瑰宝，随着深海工程技术的发展，深海环境对金属材料腐蚀的影响越来越受到人们的关注。
深海环境对材料的结构和功能可靠性的要求比陆地和浅海环境高得多，在陆地和浅海环境中，潜在的材料腐蚀破坏现象可能导致严重的工程事故，其损失可能远远超过腐蚀研究的成本。
当今深水工程设施腐蚀与防护面临的主要问题是，与深水工程材料相关的腐蚀参数数据不足，尤其是与腐蚀电位相关的数据不足。
关键词：金属材料；模拟深海；腐蚀电位引言钛具有广泛的强度、优良的动力性能、高对比度、优良的腐蚀性能、良好的可加工性和焊接标志，是海洋技术领域的广泛应用，如船舶建筑、动力系统、电力系统、辅助系统和专用设备。
但是，在与船舶建造相结合使用钛时，存在一定的电压降风险，从而危及船舶的结构、系统和设备。
船舶船体结构区域通常采用被动防护技术，在该技术中，机身零件被被动电气区腐蚀。
当钛装置或组件直接接触到受保护的船体时，氢会从对钛的被动反应集中，导致电压下降。
1化工产品腐蚀造成的经济损失当下，化学制品有着应用广泛的特性，各种化学制品逐渐渗入了生活中。
相关研究指出，世界范围内，每年大约有10%的钢铁成为废物，其主要成因就是腐蚀，部分关键化学装置因此还会引起负面影响。
国内由于腐蚀原因而造成的经济损失已超过了200亿元。
根据统计资料指出：金属腐蚀将会造成国民经济巨大的损失，一方面会导致国内生产总值减少，另一方面还会造成国民经济发展的缓慢。
为此，许多化工厂家也在开展产品锈蚀、产品防腐对策方面的分析，力图迅速处理有关问题，以最大程度地增加公司效益、减少生产成本。
2深海环境下腐蚀影响因素2.1溶解氧含量海水中的溶液法在深海设施的侵蚀中起着重要作用。
氧气是一种偏振镜，对金属的化学成分反应消极，在解决深海氧气含量时使许多材料腐烂。
海水中溶解氧含量的比例一般为0-9mg/L，由于地表水运动和海洋植物光合作用的共同作用，地表溶解氧含量几乎饱和。
碳钢在海洋环境下的腐蚀研究
碳钢在海洋环境下的腐蚀研究摘要随着陆地石油储量减少和开采难度增加，海洋石油将成为未来能源最重要的来源。
海洋石油开发设施的材料主要是碳钢，碳钢常年在腐蚀性极强的海水中工作，腐蚀不可避免。
若能掌握碳钢在海洋环境下的腐蚀规律，找到合适的防腐措施，腐蚀造成的损失就能大幅度降低。
本文根据塔菲尔直线外推法，用LK2010型电化学工作站测量碳钢在不同盐度海水中的腐蚀极化曲线，研究海水的盐度对碳钢腐蚀速度、塔菲尔曲线特征的影响。
关键词：碳钢腐蚀；塔菲尔直线外推法；电化学；极化曲线；腐蚀速度The research on corrosion of carbon steel in marine environmentAbstractAs difficult exploitation of oil reserves to reduce and increase the land， ocean oil will become the most important source of energy future. Offshore oil development facilities materials are mainly carbon steel， carbon steel work in the strong causticity water all the year round， the corrosion of carbon steel is inevitable. If we can master the corrosion behavior of carbon steel in Marine environment， find a suitable anticorrosive measures， can greatly reduce the loss caused by corrosion. Based on the principles of Tafel linear extrapolation method， measured with electrochemical workstation LK2010 type corrosion polarization curve of carbon steel in sea water，the water of the influence of different factors on the corrosion of carbon steel.Keywords：Corrosion of carbon steel；Tafel linear extrapolation method；Electrochemistry； Polarization curve ；The corrosion rate目录第1章绪论 11.1 引言 11.2 碳钢腐蚀研究现状 21.3 海洋腐蚀环境 31.4海洋环境中碳钢的腐蚀 41.5研究目的及内容 7第2章金属腐蚀检测方法 82.1 极化现象与极化曲线 82.2 恒电位法测定金属的腐蚀速度 82.3 塔菲尔直线外推法 10第3章碳钢腐蚀实验设计 123.1 实验仪器介绍 123.1.1 LK2010型电化学工作站 123.1.2实验软件ECA Wiser 143.2 塔菲尔直线外推法实验过程 173.2.1 实验仪器及用品 173.2.2实验步骤 173.3 实验数据记录 21第4章结果分析与讨论 234.1 盐度计算 234.2 腐蚀速度计算 234.3 结果分析 26第5章结论与展望 285.1 结论 285.2 未来展望 28致谢 29参考文献 30第1章绪论1.1 引言随着现代社会的不断发展和科学水平的飞速进步，能源变得越来越重要，人类开采陆地石油已经经历了相当长的时间，陆地石油储量越来越少，所以未来人类开采石油资源将向海洋进军，海洋石油已经成为未来人类能源的重要来源。
(完整版)海水腐蚀情况讲解
海水腐蚀情况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。
碳钢在海水中的腐蚀和防护
碳钢在海水中的腐蚀和防护摘要对碳钢在海水中的腐蚀与防护进行了现场实地考察,分析了它作为海水中常用材料的腐蚀特点,同时在实验室进行了挂片实验和电化学测试,评价了它的耐蚀性能,对其防蚀提出了一点经验。
关键词:碳钢海水腐蚀防护1 前言碳钢是应用最广泛的工程材料之一。
海洋腐蚀环境苛刻,尽管在应用这些材料时,需进行必要的防护,但开展这些材料在海水中腐蚀性能的研究仍非常必要,二十世纪三十年代以来,美国积累了各腐蚀区域527 种金属材料长达3 a～16 a 的海水腐蚀数据。
我国则仅限于碳钢在海水全浸条件下的五年数据,而在潮差区、飞溅区的腐蚀数据几乎没有。
这给海洋工程设计、选材、开展防护工作造成了很大困难,金属材料在海水中的腐蚀受其环境影响是非常复杂的过程,在不同海域所表现出的耐蚀性有很大差别,既使在同一海域不同区带,其腐蚀性能各异,因此对常用金属材料在我国海域进行系统的腐蚀试验及研究,获得可靠的材料腐蚀数据,为海洋工程、沿海建筑物的设计、选材、开展防护,开发新的耐蚀材料提供依据。
碳钢、低合金钢是应用最广泛的工程材料。
海洋腐蚀环境苛刻,尽管在应用这些材料时,需进行必要的防护,但开展这些材料在海水中腐蚀性能的研究仍非常必要,二十世纪三十年代以来,美国积累了各腐蚀区域527 种金属材料长达 3 a～16 a 的海水腐蚀数据。
我国则仅限于碳钢、低合金钢在海水全浸条件下的五年数据,而在潮差区、飞溅区的腐蚀数据几乎没有。
这给海洋工程设计、选材、开展防护工作造成了很大困难,金属材料在海水中的腐蚀受其环境影响是非常复杂的过程,在不同海域所表现出的耐蚀性有很大差别,既使在同一海域不同区带,其腐蚀性能各异,因此对常用金属材料在我国海域进行系统的腐蚀试验及研究,获得可靠的材料腐蚀数据,为海洋工程、沿海建筑物的设计、选材、开展防护,开发新的耐蚀材料提供依据。
本文用实验室挂片和电化学方法对碳钢在海水中的腐蚀行为进行研究,分析了它作为海水中常用材料的腐蚀特点,评价了它的耐蚀性能,对它的防蚀提出了一点经验。
碳钢氯离子腐蚀速率
碳钢氯离子腐蚀速率
碳钢在含有氯离子的环境中，特别是海水和氯化物离子等高腐蚀性环境中，其腐蚀速率相对较快。
其中，氯离子的存在是腐蚀的主要威胁之一。
为了模拟真实环境下的腐蚀情况并评估钢材是否能够耐受氯离子腐蚀，国际标准做法是将碳钢浸泡于含有3.5%氯化钠的溶液中，并施加3V电压进行氯离子浸泡测试。
此外，在现实环境中，例如海洋工程、化工、石油工业等领域，碳钢常常需要长期暴露于含氯离子的海水或其他高腐蚀性介质中，因此也需要对氯离子的含量及其腐蚀速率进行严格的检测与控制。
值得注意的是，不同种类的不锈钢对于氯离子的耐腐蚀能力各不相同。
例如，T304不锈钢可使用的环境为氯离子含量0-200mg/L，T316不锈钢的使用环境为氯离子含量＜1000mg/L，T317不锈钢的使用环境为氯离子含量＜5000mg/L。
同时，研究发现不同的氯离子浓度对Q235B钢耐锈蚀性能有明显影响，过高的氯离子含量会加速钢卷表面锈蚀的发生。
海水中碳钢缓蚀剂的研究进展
３ ．内蒙 古 师 范 大 学 化 学 与 环 境 科 学 学 院 ， 和 浩 特 呼
摘
要 ： 述 了国内外海水 介质 中碳 钢缓 蚀 剂的研 究状况 ， 望 了该领域 的发展趋 势 。 阐 展
关键 词 ： 水 ； 钢 ； 海 碳 缓蚀 剂
随 着社 会 的 高速 发 展 和 人 口的急 剧增 长 ， 水 淡 资源危 机 问题 已经 引起 世界 各 国的普遍 关 注 。我 国
２ １ 无 机 缓 蚀 剂 ．
淡 水 资源 紧缺 ， 一 直是 制 约 国 民经 济 和社 会 发 展 这 的重要 因 素之一 。 我 国海水 资源 丰富 ， 但 开发 利用 海 水代 替淡 水 作 为工 业 用 水 ， 是解 决 沿 海 地 区淡 水 资 源危机 问题 的重要途 径之 一 。天然 海水 作为 工业 用 水 的领 域必 然涉 及碳 钢等 金属 设备 的 防腐 问题 。在 海 水 环 境 中保 护 金 属 设备 的方 法 有 多种 口 ， 加 缓 ］添
蚀剂是 一 种工艺 简便 、 本低廉 、 用性 强 的措施 。 成 适
１ 海 水 中钢铁 的腐 蚀 １ １ 海 水 中的溶 解 氧 对 碳钢 的腐 蚀速 度 有 很 大影 ． 响 。它 对钢 的腐 蚀有 双重 作用 。一 是溶解 氧 和钢 反 应， 在钢 表 面形成 有保 护性 的完 整氧 化膜 ， 抑制 钢 的
碳钢腐 蚀 。 铬 酸盐 作 为海 水 缓 蚀剂 具 有 如 下优 点 ： 价 格 ① 低 ， 膜迅速 、 固 ， 成 牢 缓蚀 效果好 ， 使碳 钢 的腐蚀 速 可
的厌 氧 菌 。 中有 铁离 子有 利于铁 细 菌繁殖 ， 溶解 水 铁 时 Ｆ 抖即 存 在于 细菌 体 内 ， ｅ 在细 菌 表面 氧 化后 形 成 Ｆ 。 氢氧 化物 棕色 粘泥 。当粘泥 下 的金 属表 面 因缺 ｅ 氧 而形 成浓差 电池时 ， 产生 局部 腐蚀 。
海洋混合微生物对船体Q235钢的腐蚀研究
作为 中国东 部沿海海域 的优势菌 种 ，在海洋 、港 口等金
属设 备 上 发现 了硫 酸 盐还 原 菌 （ Ｓ ｕ ｌ ｆ ａ ｔ 自腐 蚀 电位 、极 化 曲线 、 阻抗 进 行 测 量 ， 扫描速度 ｌ ｍｖ ／ ｓ 。扫 描 范 围 以一 ０ ． ８ Ｖ到 ０ ． ６ Ｖ为基准 。
汽灭菌器 中 １ ２１ ℃下 灭 菌 大 约 ２ ０ ｍｉ ｎ。 灭 菌 之 后 在 洁 净 的工
海水及海底 沉积 物中大量存在微 生物 ，它们能够 影响金 属在海水环境 中的腐蚀 ，微 生物 的生命 活动对金属腐 蚀的 电
化 学 过 程 产 生 间接 影 响 ，其 主 要 在 于 生 物 膜 与 金 属 基 体 之 间 的 相 互 作 用 。其 本 质 是 微 生物 生命 活 动 代 谢 的产 物 通 过 影 响
三 、结 果 与 讨 论
１ ． 自腐蚀 电位
ｂ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ，Ｓ Ｒ Ｂ）｝ ４ ， 。需钠弧菌 （ Ｖ． ｎ ａ ｔ ｒ ｉ ｅ ｇ ｅ ｎ ｓ ）广 泛 分
布在河 口海 区的海水 或生物体 上 ，是兼性厌氧 菌种 ＿ ６ 】 。在 国 内外报道 中，大 多是对单一菌种硫 酸盐还原 菌或需纳 弧菌 的 腐蚀研究 ＿ ７ 】 ，为更接近东 海海域海洋 环境 的实 际情况 ，本 文 将结合 单 一微 生物 的腐 蚀行 为重 点研 究两 种混合 微 生物 对
用于 实验。所有试样均打磨到 ２ ， ０ ０ ０ ＃ 并抛光 ， 然 后用无菌 去
－
５
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５
１ ０
１ ５
２０
２５
３０
３ ５
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离子水冲洗 ， 并用 ７ ５ ％酒 精 杀 菌 后 置 于 无 菌 干 燥 箱 中保 存 备
海水淡化设备的材料选择及防腐
海水淡化设备的材料选择及防腐在海水淡化过程中，要用到很多材料，常用的壳体、换热材料有碳钢、不锈钢、钛管、铜管、铝管。
下边就这几种材料在海水中的腐蚀做一个简单的介绍，并指出一些相应的防腐措施。
1、铸铁在海水中的腐蚀铸铁在海水中的腐蚀类型为石墨腐蚀。
即铸铁表面的铁腐蚀,留下不腐蚀的石墨和腐蚀产物,腐蚀后保持原来的外形和尺寸,但失去了重量和强度。
除去石墨和腐蚀产物,呈不均匀全面腐蚀。
灰口铸铁HT200在海水中暴露1年的腐蚀率为0.16mm/a,平均点蚀深度、最大点蚀深度分别为0.27mm、0.45mm。
灰口铸铁在海水中的腐蚀速度随暴露时间下降,HT200在海水暴露0.5年的腐蚀率为0.19mm/a,暴露1.5年的腐蚀率为0.14mm/a。
普通铸铁在海水中的腐蚀速度与碳钢接近。
碳钢在青岛小麦岛海区暴露1年的典型腐蚀率为:全浸区0.18mm/a,海洋大气区0.06mm/a。
灰口铸铁在流动海水中的腐蚀速度随海水流速的增大而增大, HT200在3m/s的海水中试验164h的腐蚀率为1.0mm/a;在7和11m/s的海水中试验40h,腐蚀率为7.82和9.33mm/a。
灰口铸铁在流速为5、10和15m/s的海水中试验30天的腐蚀率分别为1.8、2.7和3.6mm/a,它与碳钢在流动海水中的腐蚀速度接近。
(1)普通铸铁在天然海水及流动海水中的腐蚀速度与碳钢接近。
(2)低合金铸铁在海水中的腐蚀行为与普通铸铁的腐蚀行为相似。
CrSbCu铸铁在海水中的腐蚀比普通铸铁轻。
添加Ni、Ni-Cr、Ni-Cr-Mo、Ni-Cr-Cu、Ni-Cr-Re、Cu-Sn-Re、Cu-Cr、Cu-Al等的低合金铸铁在海水中的腐蚀速度与普通铸铁无明显差别。
加入少量Ni、Cr、Mo、Cu、Sn、Sb、Re等元素可减小铸铁海洋大气区的腐蚀速度。
(3)高镍铸铁在天然海水及流动海水中的腐蚀均较轻。
高镍铸铁在海水中暴露1.5年的腐蚀率大约是普通铸铁的1/3,它们在海水中暴露1.5年的最大点蚀深度小于0.20mm。
金属材料在沿海变电站环境中的腐蚀研究与防腐
金属材料在沿海变电站环境中的腐蚀研究与防腐发布时间：2021-11-04T05:53:41.702Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第13期作者：卢思敏[导读] 金属材料长期在自然环境中服役，会受到来自外部环境和介质的共同作用，金属相态会发生一系列的转变，最终导致金属发生腐蚀。
广东电网公司湛江供电局 524004摘要：金属材料长期在自然环境中服役，会受到来自外部环境和介质的共同作用，金属相态会发生一系列的转变，最终导致金属发生腐蚀。
而沿海变电站金属材料通常受到高湿度高盐分等因素的影响，因此在大气中的腐蚀较为严重。
而电网设备的金属材料发生腐蚀进一步引起设备构件结构遭到破坏，最终导致电气设备漏气、绝缘击穿等严重的设备故障，直接影响生产工作的正常运。
关键词：金属材料；沿海变电站；腐蚀研究；防腐变电设备发生金属腐蚀的大气成因十分复杂，其相互影响的机理尚不清楚，并且金属在大气环境下的腐蚀需要经过相当的一段时间，如何快速检验防腐措施的有效性，也亟待研究。
一是探究变电站中常见金属材料在大气环境中的腐蚀特点和机理，了解其腐蚀规律和抗腐蚀性能，为变电站金属材料提出合适的防腐建议并根据需求合理选材。
二是了解大气环境中各种因素对金属腐蚀的影响，为新建变电站前期调研、选址和金属材料的选择提供合理意见。
这样能大大减缓金属在高温、高盐分大气环境下的腐蚀速度，延长金属构件的使用寿命，对电网安全运行不仅有重要的理论意义，也具有实际的应用价值。
对西部沿海某电网公司进行变电站设备使用金属情况调查结果，分别选取紫铜、碳钢Q235、铝合金、不锈钢304、不锈钢316进行大气现场暴露试验，按照GB/T14165-2008建立室外暴晒平台，进行长期的室外暴露试验，实时采集金属腐蚀数据，清晰认识典型金属大气腐蚀各个阶段的特征。
1金属大气暴露实验1.1试样制备将试样制成大小150mm*100mm、厚1.5mm的矩形平板，不能打孔和有焊接口，试验表面机械加工至▽7。
碳钢在海洋大气环境下的腐蚀加速行为研究
碳钢在海洋大气环境下的腐蚀加速行为研究
更换一次海水，暴露实验和加速试验均在南海滨海大气环境下进行，在以干湿循环保证
图1 加速试验方法示意及加速试样实物
2 实验结果与讨论
2.1 腐蚀失厚分析
的腐蚀失厚量相当于自然暴露
的加速比，可达到
（a）（b）
（c）（d）
（a'）（b'）
（c'）（d'）
3 实验钢的表面腐蚀形貌：自然暴露: (a)(b)(c)
(d)；加速试验:(a′)(b′)(c′)(d′
由图3可以看出，自然暴露60天后碳钢表面发生了均匀腐蚀，棕黄色的腐蚀产物覆盖了整个基体，表面出现破裂的小鼓泡；90天后表面腐蚀形貌无明显变化，锈泡数量更加密集，部分锈泡破裂部位相连
5 自然暴露和加速试验后腐蚀产物的XRD结果
可以看出，碳钢的腐蚀产物成分与加速
试验周期无关，且与自然暴露的XRD结果基本一致，
4 实验钢锈层形貌：自然暴露: (a)(b)(c)(d)；
加速试验: (a′)(b′)(c′)(d′)
由图4可以看出，随着自然暴露周期延长，锈
层中的纵向裂纹变得细长分散。
暴露150天后，锈
层中出现了较大的横向裂纹与纵向裂纹相连，局部
腐蚀小孔聚集成坑，为氧、氯等的扩散提供了通道，
导致其易于穿透锈层而加大了对基体的腐蚀。
暴露
后，整个锈层与基体间形成了较大的沟壑，易
入微生物抑制剂，以避免海洋微生物及藻类对腐蚀进程的附加影响。
CCUS海上管线设施的腐蚀与选材研究进展
CCUS海上管线设施的腐蚀与选材研究进展
冯桓榰;刘子轩;武广瑷;杨芝乐;邢希金;王竹
【期刊名称】《材料保护》
【年(卷),期】2024(57)6
【摘要】海上碳捕集、利用与封存(CCUS)腐蚀环境相对陆上更为恶劣,管道与设施外部处于海洋环境中,内部为超临界CO_(2)及腐蚀性杂质。
综述了CCUS中海上设施的腐蚀风险与选材情况。
金属的腐蚀风险包括CO_(2)-H_(2)O相诱发的腐蚀风险、气相杂质诱发的腐蚀风险、Cl^(-)诱发的腐蚀风险。
金属的选材主要包括碳钢、低合金钢、耐蚀合金等,应依据不同的CCUS工况选择合适的金属材料。
此外,非金属材料在超临界CO_(2)介质环境中受到化学腐蚀及物理降解,在超临界CO_(2)测
试后,非金属材料的渗透率、膨胀率增大,力学性能下降。
长周期服役后,非金属管道存在老化风险。
目前,超临界CO_(2)体系下材料的腐蚀失效机理研究有待进一步完善,CCUS海上设施选材还不成熟,尤其是在含有多种杂质气体的复杂工况下,仍需要更多地研究完善CCUS海上设施材料的选择体系,以支撑海上CCUS技术规模化应用。
【总页数】11页(P102-112)
【作者】冯桓榰;刘子轩;武广瑷;杨芝乐;邢希金;王竹
【作者单位】中海油研究总院有限责任公司;北京科技大学新材料技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TG172
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碳钢在海洋环境下的腐蚀研究Revised as of 23 November 2020碳钢在海洋环境下的腐蚀研究摘要随着陆地石油储量减少和开采难度增加，海洋石油将成为未来能源最重要的来源。
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本文根据塔菲尔直线外推法，用LK2010型电化学工作站测量碳钢在不同盐度海水中的腐蚀极化曲线，研究海水的盐度对碳钢腐蚀速度、塔菲尔曲线特征的影响。
关键词：碳钢腐蚀；塔菲尔直线外推法；电化学；极化曲线；腐蚀速度The research on corrosion of carbon steel in marineenvironmentAbstractAs difficult exploitation of oil reserves to reduce and increase the land， ocean oil will become the most important source of energy future. Offshore oil development facilities materials are mainly carbon steel， carbon steel work in the strong causticity water all the year round， the corrosion of carbon steel is inevitable. If we can master the corrosion behavior of carbon steel in Marine environment， find a suitable anticorrosive measures，can greatly reduce the loss caused by corrosion. Based on the principles of Tafel linear extrapolation method， measured with electrochemical workstation LK2010 type corrosion polarization curve of carbon steel in sea water，the water of the influence of different factors on the corrosion of carbon steel.Keywords：Corrosion of carbon steel；Tafel linear extrapolation method；Electrochemistry； Polarization curve ；The corrosion rate目录第1章绪论引言随着现代社会的不断发展和科学水平的飞速进步，能源变得越来越重要，人类开采陆地石油已经经历了相当长的时间，陆地石油储量越来越少，所以未来人类开采石油资源将向海洋进军，海洋石油已经成为未来人类能源的重要来源。
海洋石油开发是一项高投资、高风险、高技术密集的多学科综合技术体系，需要大量的人力、物力、财力。
地球表面的71%被海洋占据，总面积达亿平方公里，储藏在海底的石油天然气储量极其可观，总储量约为1000~2500亿吨，人类未来可开采的海洋油气资源还是很充足的。
现在世界海洋石油总产量已经占到海陆石油总产量的1/4以上，随着科学技术水平不断提高，海洋石油产量将会更进一步增加。
海洋石油大规模勘探和开发要依赖大量的海洋石油装备，制造海洋石油装备的主要材料为碳钢，碳钢在大气和海洋环境中特别容易受到腐蚀。
金属腐蚀时时刻刻在发生，因腐蚀引发的后果也是十分惨重的。
首先是会造成巨大的财产损失。
海洋结构物大部分是金属，为了防止金属腐蚀，必须采取适当的防腐措施，而防腐费用十分巨大，往往占总成本的百分之十至百分之三十，通常来说腐蚀引起财产损失能占到GDP 的百分之二到百分之四，腐蚀掉的钢材大概为钢产量的1/3，在这个范围内1/10是无法循环在利用的。
按此比例，2013年国内生产总值达568845亿，钢产量为77904万吨，则我国因腐蚀造成的直接经济损失~亿元之间；年腐蚀报废钢材25968万吨，其中万吨不可回收利用。
拿海洋船舶来说，船体钢材消耗量在每年每平方米500至570毫克。
例如，海水腐蚀每年能造成一艘排水量五十万吨的海船每年40吨的钢铁消耗。
这比火灾、风暴、水灾、地震造成的损失总和还要大。
腐蚀除了能引起经济上的损失，更重要的是能对安全构成巨大的隐患，这点应当引起足够的重视。
由于船舶、舰艇、海洋结构物都是由金属建成的，所以腐蚀对这些结构能造成巨大的安全隐患。
1980年3月，英国的“亚历山大·基定德”号钻井平台因为一个严重腐蚀的焊缝使得桩腿结构发生变化。
该部位原来有一个孔，并焊上一个法兰，由于法兰上有6 mm的焊缝，而且发生了严重的腐蚀，开裂就是从这个严重腐蚀的焊缝开始的。
当它在北海的埃科菲斯油田上作业时，遇到了八级大风，大风掀起巨浪反复冲击钻井平台，桩腿从严重腐蚀的焊缝开始一直延伸，而且在载荷与波浪的作用下不断延展，使得巨大的D号桩腿因为六根主撑管断裂而发生严重的断裂，巨大的钻井平台很短时间内倾倒，导致了一百多人遇难。
现实的经验告诫人们，如果能采取合适的防腐措施将海洋结构物的碳钢保护好，百分之三十到四十因腐蚀造成的损失就能避免，为人类节约一大部分能源。
碳钢腐蚀研究现状现阶段国内外学者对碳钢在海水中的腐蚀远落后于碳钢在大气中的腐蚀研究。
就耐海水腐蚀钢来说，迄今为止已研制了几十年的时间，钢型号也有很多，不过应用范围比较小，钢的产量也不是很多。
有很多因素能影响海水腐蚀，比如海水中氧的溶解量、海水流速、温度、盐分浓度、pH值、与异种金属接触以及海洋生物和微生物等都能影响钢的腐蚀，所以钢的耐腐蚀性会受到很大程度的影响。
这些腐蚀因素使得在海水不同部位的钢的腐蚀机理和腐蚀影响各不相同，而且在不同的海洋环境中，钢的腐蚀规律与腐蚀状况也有很大差异。
所以碳钢在海洋环境中的腐蚀情况相当复杂，如果想使钢完全满足不同海域、海水的五个带要求的耐腐蚀性能是很有难度的。
这就要人们了解不同海洋环境碳钢的腐蚀机理和腐蚀速度，采用不同的有效防腐措施，满足海洋防腐的要求。
各国的科学家将金属材料暴露在腐蚀环境中研究金属的腐蚀规律以及腐蚀的失效原因。
Zhang[1]等的研究结果表明：碳钢的腐蚀通常可分为2个部分，腐蚀刚开始时腐蚀速度比较高，经过一段时间以后腐蚀速度有所降低，腐蚀速度随着时间增加而逐渐降低。
他们使用的研究方法为回归分析的方法。
Melcher[2]在研究中发现碳钢腐蚀过程金属和锈层之间存在一个缺氧层，由于该部分缺氧所以有大量的厌氧细菌，厌氧细菌因新陈代谢作用而有营养物质的迁移，碳钢腐蚀就不光受到氧气的影响，营养物质迁移成为了主要的影响因素。
Ma[3]等人通过实验得出了结论：海洋环境中存在着大量的氯离子，这些氯离子对碳钢的腐蚀机制有很多的影响。
Saleh[4]针对大量不同金属在不同的界面处的腐蚀规律进行了大量的研究，一般腐蚀的环境主要有水面以下、水面处的半浸区还有水面以下的全浸区，他选择了奥氏体不锈钢、碳钢、镍基合金和铜镍合金等金属，进行分组实验分别在这三个区域暴露一至两年，实验结果表明在水面处的半浸区的不锈钢和碳钢都发生了很严重的腐蚀。
Bhosle[5]将低碳钢放在不同深度的海水中，研究了海水的深度对碳钢腐蚀的影响；在深水区的腐蚀速率要明显低于浅水区的腐蚀速率，主要原因是含氧量对碳钢腐蚀速率影响很大，随着水深的增加含氧量逐渐减少，而且温度降低很快，所以水深越大碳钢的腐蚀速率越小。
除了环境因素会对金属腐蚀有影响外，金属本身的成分也影响着金属的腐蚀速率。
例如黄桂桥[6]就铬含量对钢铁腐蚀速率影响规律进行了研究，研究结果表明：在腐蚀时间比较短时，含铬量高的钢铁要比含铬量低的钢铁更耐腐蚀；而腐蚀时间比较长时，铬含量的提高对随着铬含量增加，短期浸泡钢的耐海水腐蚀性有所提高，而长期腐蚀时，高含铬量的钢铁却较不耐腐蚀。
Hudson[7]对这种现象做了更加深入的研究，他发现在腐蚀时间比较长时，含铬量较少时耐腐蚀性随着铬含量增加而增强，当铬含量增加到一定值时，耐腐蚀性随着铬含量增加而减弱。
由于金属海洋环境中的腐蚀机制十分复杂，影响因素也很多，所以不能建立单一的腐蚀模型，这使得建模模拟海水腐蚀的研究变得十分困难。
到目前为止，只有少数研究者在全浸区的腐蚀模型进行了探索。
Melchers[8-13]提出了碳钢和低合金钢在海水全浸条件下的腐蚀机理的随机模型。
由于金属腐蚀会对国民经济造成比较严重的损失，所以我国政府也十分重视材料的腐蚀研究。
我国海岸线长达一万八千多公里，海洋的水文环境从北向南差异也很多，所以国家根据海洋的水文环境和海洋环境的气象因素确定了四个腐蚀试验的试验点，分别为：南海海域的榆林站、东海海域的舟山站和厦门站、黄海海域的青岛站。
因为金属腐蚀速度与海洋环境因素密切相关，很多学者采用灰关联分析、人工神经网络等方法测量出金属的腐蚀速度。
譬如孔德英、宋诗哲用人工神经网络方法建立了低合金钢、碳钢的腐蚀速率和海水因素及合金成分之间的神经网络模型[15]。
朱相荣和张启富应用灰关联分析法分析了碳钢、低合金钢腐蚀同海水环境因素的关系[]。
海洋腐蚀环境海水中含有大量的氯化钠、氯化钙、氯化镁等等，其导电能力很强，大大超过河水、湖水等淡水，所以海洋环境的结构物及船舶要比淡水中的具有更高的防腐措施，另外还包含很多其他元素，成分极其复杂。
海水除了溶解有盐外，还溶解了大量的气体，例如N2、O2、CO2以及大气中其他气体成分。
因为氧气直接参与碳钢腐蚀，所以含氧量越高海水腐蚀能力越强。
表层海水由于直接接触大气而且经常有风浪作用，并且受自然对流的影响，海水含氧量极高，接近饱和，常温下浓度平均为8 mgL-1。
由于海水中溶解有二氧化碳，很容易形成碳酸盐类，碳酸盐可以与酸反应生成CO2，与碱反应生成碳酸氢盐，所以碳酸盐可以作为酸碱缓冲介质。
正因为碳酸盐类的存在，海水PH变化很小，通常在至之间。
海水略偏碱性而且高含氧，这使得发生在海洋环境中的金属腐蚀为吸氧腐蚀，是氧去极化过程。
金属在海水中的腐蚀实际上是一个原电池作用，会有大量的电子转移。
而海水中存在大量的Ca2+、Mg2+、CO32-等离子，在得失电子过程中很容易形成难溶的CaCO3、MgCO3等难溶物，附着在金属表面，影响腐蚀。
另外海水中也存在一定量的有机物，金属在复杂的环境影响下能与这些有机物成配合物，由于这些配合物的存在，腐蚀产物的特性会有一定的影响。