低合金耐海水腐蚀钢在模拟腐蚀环境下的耐蚀性能研究

低合金耐海水腐蚀钢在模拟腐蚀环境下的耐蚀性能研究

黄锦花1

李自刚2

钱余海

2

(上海宝山钢铁股份有限公司 1.宝钢分公司制造管理部, 2.技术中心,上海 201900)

摘要 以普碳钢为对比样,采用模拟海水全浸和间浸、盐雾、湿热等加速腐蚀实验并结合电化学测试技术研究了Cu Cr Mo 系低合金耐海水腐蚀钢Q345C NHY3的耐蚀性能。结果表明:在各种模拟环境条件下与碳钢相比Q345C NHY3钢都具有较好的耐蚀性能。

关键词 耐海水腐蚀钢 合金元素 加速腐蚀实验 耐蚀性能

作者简介:黄锦花,女,工程师,宝钢分公司制造管理部

ACCELERATED CO RROSION BEHAVIOR OF SEAWATER

CORROS IO N RES ISTANT Q345C NHY3STEEL IN ARTIFICIAL SIMULATED ENVIRONMENTS

Huang Jinhua 1

Li Zigang 2

Qian Yuhai

2

(1.Manufacturing Management Dept,Baoshan Iron &Steel Co ,Ltd ;

2.R &D Center,Baoshan Iron &Steel Co ,Ltd )

Abstract The corrosion resistance of the sea water c orrosion resistant steel Q345C NHY3of

Cu Cr Mo alloy system under various simulated corrosive environments was investigated by full immersion and periodical immersion test in simulated sea water,continuous salt spray test,humidity hot chamber test,combined with electrochemical test technique.The results showed that in comparion with mild carbon steels,an excellent c orrosion resistance was achieved for Q345C NHY3steel.

Key Words Sea water Corrosion Resistant Steel,Alloying Elements,Accelerated

Corrosion Test,Corrosion Resistance

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Al 、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 Al P 、Cu Cr Mo 系列耐海水腐蚀钢。

海水用钢的耐蚀性能是评价该钢种的一项重要指标,通过对耐蚀性能的研究可以了解钢的适用性及合金元素的耐蚀效应,进而指导并优化钢种的化学成分设计。本文通过实验室加速腐蚀实

6 第28卷 第4期上 海 金 属Vol 28,No 4

2006年7月

SHANGHAI METALS

J uly,2006

验研究了一种耐海水腐蚀低合金钢(Q345C NHY3)的耐蚀性能。2 实验方法

Q345C NHY3属于Cr Cu Mo 系低碳低合金耐

海水腐蚀钢,可应用于跨海大桥钢管桩及其它海洋平台结构件。加速腐蚀实验所选对比钢种为普碳钢Q345B 及Q345qD,各钢种的化学成分如表1所示。

表1 各钢种的化学成分(质量分数%)

牌号C Si Mn P S Cu Cr Mo Q345C NHY3!0 12!1 00!1 50!0 030!0 030!0 40!1 30!0 30Q345B !0 20!0 551 0~1 60!0 040!0 040---Q345qD 0 150 421 390 0160 008---SM490A

!0 20

!0 55

!1 60

!0 035

!0 035

---

所有实验样品按实验要求经剪床剪切至相应尺寸,再经刨床及磨床表面机加工,表面用脱脂剂除油脂,在干燥器内放置24h 后称重(天平感量0 1mg)。腐蚀实验完毕,先手工清除表面浮锈层,之后浸入添加了缓蚀剂的盐酸溶液(500ml 盐酸加水至1000ml,加入六次甲基四胺20g),加热至50∀除尽表面锈层,蒸馏水中漂洗后置入无水乙醇中清洗,经吹风机吹干,放置干燥器内24h 后称重。

全浸试验介质为3 5%NaCl 溶液,试样固定在旋转的试样架上,在腐蚀介质中的相对运动速度为1m s,试验温度为30∀,试验时间为30天;间浸试验介质相同,试样固定在旋转轮上,频率为每小时旋转一周,试样处于腐蚀介质和空气中的时间分别为10min 和50min 。溶液温度为30∀,空气温度为35∀,试验时间为30天。盐雾实验按日本JIS Z2371标准进行,实验周期为500h 。湿热实验设定温度47∀,相对湿度为98%RH,实验周期为1000h 。

自然腐蚀电位测量试验所用试样尺寸为40#40#3mm 3

,腐蚀介质为人造海水,实验温度为30∀,采用双电极测试体,参比电极为饱和甘汞电极(SCE)。测试周期为5天,测定自然腐蚀电位随浸泡时间的变化。3 实验结果及讨论

全浸及间浸腐蚀实验近似模拟海洋环境的全浸区和飞溅区。图1比较了不同钢种在全浸及间浸实验条件下的腐蚀速率,可见,在全浸腐蚀及间浸腐蚀实验条件下Q345C NHY3钢的腐蚀率均

低于普通碳钢Q345B 及SM490A 。另外,相对于

其它钢种,Q345C NHY3钢的显著特点是在全浸及间浸实验条件下腐蚀速率差别最小,这对腐蚀条件同时包含海洋飞溅区及全浸区的钢管桩的应用至关重要。

图1 全浸及间浸条件下试样的腐蚀速率比较图2为各钢种经5天浸泡后的自然腐蚀电位曲线。结果表明,钢的自然腐蚀电位均经历一个下降并趋于稳定的过程。前期自然腐蚀电位下降可能是由于钢表面的初始氧化膜溶解所致。之后新鲜钢铁表面与溶液作用不断生成腐蚀产物,而Cl -

的存在同时破坏腐蚀产物膜层,两者相互作用使腐蚀电位不断变化并最终达稳定电位。

通过测定钢在海水中的稳定自然腐蚀电位能够确定其在海水中的相对耐蚀性能

[1]

。同其它钢

种相比,Q345C NHY3钢自然腐蚀电位达稳定状态所经历的时间最短,同时电位稳定化后的波动最小,表明Q345C NHY3钢表面锈层致密,不易发生破裂或剥落,对钢基体具有良好的保护效应。

图3中连续喷盐雾实验结果表明,在Cl -

沉积盐环境条件下,Q345C NHY3钢的腐蚀失重为

7第4期

黄锦花等:低合金耐海水腐蚀钢在模拟腐蚀环境下的耐蚀性能研究