海水腐蚀

1 前言

在海洋资源的开发和利用过程中，钢材扮演着不可或缺的角色，如潮流发电、海水发电、海水温差发电设备及海滨大型跨海桥梁，与海洋开发相关的海底容器，用于资源开发的各种大型海洋构件以及造船用钢等领域中均离不开钢。耐海水腐蚀钢是为应用于上述环境条件而开发的一类低合金钢。

国外对耐海洋环境腐蚀用钢的研究始于20世纪30年代，其中以美国和日本等国家为代表。美国自1946年重点对具有耐海洋飞溅区腐蚀性能的钢板桩用钢进行了开发，在耐蚀性、经济性等方面详细研究了Ni．cu．P系的低合金钢的特性，于1951年诞生了Mariner钢，其在飞溅区比普通钢具有较优秀的耐蚀性。

日本从经济性、焊接性及耐蚀性等方面对耐海水腐蚀钢的性能进行了研究，如为了抑制生产成本的提高，将高成本添加元素Ni替换为Cr；为了进一步提高耐蚀性，考虑了Ni．Cu．P或cr以外的其它合金元素，如添加AJ、Co、Mo、Nb、Ti等元素对耐蚀性能的影响；为了扩大钢板桩或者钢桩以外的使用领域，着重提高焊接性及可加工性能，形成了具有自身特色的cu．Cr．P、Cu．Cr-A1．P、Cu．Cr．Mo系列耐海水腐蚀钢。

碳、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一16 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。

3．2 基体组织的影响

球墨铸铁的石墨呈球状，对铸铁基体的削弱作用较小，基体对铸铁的性能影响就起了支配作用。用金属型铸造的铸态铁素体球铁，其基体组织中铁素体的含量大于90％，晶粒细小(见表I)，晶体平均直径261xm，晶粒度达到7级～8级。一方面，当铁素体在基体中占多数时，石墨球边缘变形较大，塑性较好。另一方面，细小的铁素体晶粒必然带来数量众多的晶界。晶界实际上是一种缺陷，主要是由于晶格之间位向的不同造成的。由于位向不同，势必要提高应力从而开动另一个晶粒内的位错，那么晶界面积的增多势必要增大变形的阻力而使强度提高。由于晶界的增多，而提高了材料的强度。与石墨球的情形相似，晶界也是松弛应力的处所。所以对强度的提高是有利的。

晶粒细化不仅可以提高强度，还可改善塑性，所以用金属型铸造的铁素体球铁，虽然铸态铁素体量达到9o％以上，但强度仍高达450 N／mm 以上

海洋大气中含有大量的氯化物微粒(如NaCI、MgC1 等)，这种微粒随着海雾飘落在钢的表面，形成一层电解质的湿膜。钢在海洋大气中的腐蚀程度，受距离海平面

的高度和海岸线的远近风速、风向、气温、雨量、降雨周期、大阳辐射、季节、尘埃及鸟粪污染等因素的影响。

3 耐海水腐蚀低合金钢

3．1 海洋环境及其对钢的腐蚀影响

海洋占地球面积2／3以上，是人类取之不尽的资源宝库，也是各国交往的天然渠道。钢铁是海洋开发、海上运输和军事建设最基本的工程材料，用量极大。因此耐海水用钢的研究、试制、生产和应用受到各国的普遍重视。

钢材的耐蚀性能，不仅受钢材本身的化学成分与表面状态等材质因素的影响，也受到海洋环境条件的控制。

同一地区的海洋环境在垂直方向上可以分为大气区、飞溅区、潮差区、全浸区和泥浆区；而海水全浸区又可分为浅水区、大陆架区及深海区。在这些不同的区域，钢材的腐蚀特性是不同的。在海洋大气区腐蚀较轻，在死角等处易产生局部腐蚀。飞溅区：材料受到海水冲击，处于干湿交替区域，腐蚀最为严重潮差区：材料常受充气海水的接触，对于整体钢桩结构，该区被低潮位以下作为阳极部位的保护，因此腐蚀程度相对较轻。浅水区：海水中含氧充足，温度较高，污染严重，该区的腐蚀比海洋大气及潮差区严重，但比飞溅区平均腐蚀率低。大陆架区：腐蚀程度随着海水深度的增加而降低。泥浆区：泥浆中的某些细菌如硫酸盐还原菌、铁细菌等对钢铁有明显的腐蚀破坏作用。由于氧的供应不充分，阳极极化较易实现。通常钢在泥浆区的腐蚀比海水中轻微。

除了这些区域不同对钢材腐蚀有不同的影响外，就是在一同区域的海洋环境中还含有诸多影响因素，如海水的盐度、pH 值、温度、溶解气体(o：、cO 等)流速、微生物以及污染等，这些因素有时交差作用，相互促进，造成了海洋对钢材腐蚀的一个极其复杂的过程。

3．3 耐海水腐蚀用钢的耐蚀性能

前已述及，海水中影响钢材腐蚀的因素很多，海水对钢的腐蚀是一个极其复杂的过程，同一钢种在不同条件下腐蚀速度可以差别很大，就是同一地区的海水对插入钢桩的不同部位的腐蚀也是不同的。因此，必须经实地试验(挂片试验或实物试验)才能确定某一钢种的具体腐蚀性能表3列出我国耐海水腐蚀用钢海水挂片试验数据。

表3 我国耐海水腐蚀用钢的耐蚀性能

完全浸没于海水的碳钢和许多低台金钢的平均腐蚀速度，在最初5～10a之内大约为0．13mm／a，而且几乎不随时问的延长而变化。在更长时问的暴露之后，腐蚀速率才有所降低。在世界各大洋海水中全浸条件下钢的腐蚀速率相差不大，所以有人建议将世界各海区全浸条件下的平均腐蚀腐蚀速率定为0．127mm／a碳钢和低台金钢在全浸条件下的腐蚀形式主要表现为不均匀局部腐蚀，随着试验和应用时间的延长钢铁表面产生腐蚀麻点、蚀斑、蚀坑，甚至出现单个较深较大的腐蚀溃疡坑。