16Mn钢在模拟海洋环境中的腐蚀研究.doc

1、绪论摘 要本文采用挂片失重法，通过改变温度、浸泡状态等条件，研究了16Mn钢在模拟海洋环境中的腐蚀状况；通过腐蚀速率的测定及腐蚀形貌的观察，探讨温度、浸泡状态、海水流动状态等因素对16Mn钢腐蚀速率的影响。随着温度的升高，模拟海水中的氧含量及氧扩散速率均增大，16Mn钢的腐蚀速率逐渐增大。在同一温度下，动态实验条件下试样的腐蚀速率明显大于静态实验条件下的腐蚀速率，且在所研究的5个温度下均表现出这一规律，这表明，腐蚀介质在流动状态下能加快腐蚀速率。在温度相同的情况下，处于间浸状态的试样腐蚀速率明显高于全浸状态的试样，这是由于间浸条件下存在着水分流失与重新获得、氧气消耗与再次带入的循环过程，导致腐

2、蚀速率增大，这一变化规律在所研究的5个温度下是一致的，这表明设备的浸泡状态也是影响腐蚀快慢的重要因素。关键词：16Mn钢；海水腐蚀；浸泡状态；流动状态2ABSTRACTIn this paper, hanging weight-loss method has been employed to study the Corrosion Behavior of 16Mn steel in simulated marine environments by changing the temperature, water status and other factors; through the dete

3、rmination of corrosion rate and corrosion morphology observation to explore the temperature, water status, water flow status and other factors on the impact of corrosion rate to 16Mn steel.With the temperature increasing, the oxygen content of simulation seawater and oxygen diffusion rates are incre

4、ased, and the 16Mn steels corrosion rate is gradually increasing. At the same temperature, dynamic samples corrosion rate is higher than the static conditions, and study in the five temperatures are shown in this law, which shows that the corrosion medium in the state of flow can speed up the corros

5、ion rate. In the same temperature, the corrosion rate of the alternate immersion was significantly higher than the state of the continuous immersion, which is alternate immersion as a result of the existence of water under the conditions of the loss and regain, oxygen consumption and the cycle once

6、again into, resulting in the corrosion rate increases, the changes of the study in the five temperatures are consistent, indicating that the state of immersion is an important factor that impact the equipments corrosion speed.Key words: 16Mn steel; seawater corrosion; soaked state; flow state目 录第一章

7、绪 论11. 海洋腐蚀环境11.1 海洋腐蚀的特点21.2 海水腐蚀的影响因素41.3 海洋腐蚀环境的复杂性61.4 海水腐蚀的电化学过程62. 低合金钢的均匀腐蚀机理72.1 金属在海水中的腐蚀形式72.2 均匀腐蚀机理83. 选题意义及本文的研究内容9第二章 试验方法101. 实验用品102. 实验仪器113. 实验过程11第三章 实验结果分析与讨论131. 失重法测量腐蚀速率131.1 16Mn钢腐蚀速率的整体变化情况131.2 动态浸泡与静态浸泡的比较141.3 全浸与间浸比较172. 腐蚀形貌观察19第四章 结 论24致 谢24参考文献25绪论第一章 绪 论海洋占地球表面积的71%，

8、海洋中蕴藏着巨大的石油、天然气等资源财富，因此海洋资源开发具有极其广阔的前景。随着二十一世纪能源危机的来临，世界各国政府更加重视海洋资源的开发与利用，各国国家经济发展战略开始从陆地转向海洋，海洋石油、天然气开发迅速崛起。由于海洋环境的严酷性和复杂性，海洋腐蚀一直是困扰海洋石油开发的重大难题1-3。腐蚀不仅仅造成材料的浪费，同时因设备破环、维护迫使停工停产而造成巨大的经济损失，更严重的是因腐蚀而造成油、气泄漏而引发灾难性事故。全世界每年因腐蚀造成的经济损失达6000亿至12000亿美元，占各国国民生产总值的2%4%4，比综合自然灾害(即地震、台风、水灾等)造成的损失总和的6倍还多。所以国家和石油

9、、天然气开采部门对此十分重视，多次专门立项研究海上石油开发过程中的腐蚀与防护问题，海洋腐蚀已成为一个亟待解决的世界性问题5,6。随着海洋资源开发的不断深入，人们希望能够实时监测钢材腐蚀状态和预测不同海域、海洋环境条件下钢材的腐蚀速度，为海洋工程设施提供依据。然而，海洋腐蚀环境极其复杂，不仅不同海域金属的腐蚀速度不同，即使在同一海域中，同一金属在不同的季节腐蚀速度也有差异。因此，研究金属在海洋环境中海洋大气、飞溅区、潮差区和全浸区的腐蚀性能，了解其在不同环境中的耐蚀性能和腐蚀规律，对于合理选用材料，提供相应的防护措施，控制其在海洋环境中的腐蚀速度，延长设备、构件的使用受命，减少腐蚀造成的经济损失

10、不仅具有深刻的理论意义，而且具有重要的应用价值，已成为国内外众多学者研究的热点7-9。1. 海洋腐蚀环境海洋环境是一个特定而极为复杂的腐蚀环境，海水中含有各种盐分，是自然界中数量最大、腐蚀性非常强的天然电解质，因此大多数常用的金属结构材料在海水中会遭受均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、冲击腐蚀、空泡腐蚀、电偶腐蚀、腐蚀疲劳等不同程度的破坏。海水中含有很多自由离子，含盐量很高，正常海水的盐度一般在32到37.5之间，通常取盐度35(相应的氯度为19)作为大洋性海水的盐度平均值。另外，海水温度、溶氧量、被腐蚀物与海水的相对位置、海水流速及海洋生物等诸多因素对海水腐蚀都会产生相应的影响甚至是交互影响3,9。

11、1.1 海洋腐蚀的特点从腐蚀的角度来看，将海洋环境划分为五个不同特性的腐蚀区带：海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全侵区和海底泥土区。不同的材料在同一区带的腐蚀程度不同，即使同一种材料，在不同的海洋环境中的腐蚀规律也完全不同3。各腐蚀区带的腐蚀速率曲线见图1-17。图1-1 工程钢桩在海洋不同区带腐蚀曲线图(1)海洋大气区。位于此位置的金属不接触海水，始终处于海洋大气的腐蚀环境中，与内陆大气相比，海洋大气中含有较多的海盐粒子，湿度大，紫外线强。影响海洋大气区腐蚀的主要因素是沉积在金属表面的盐粒和盐雾的数量，由于海盐吸湿性强，易在金属表面形成含盐液膜，因此海洋大气比内陆大气腐蚀性大得多。盐的沉

12、积因地理位置、风浪条件、距海面高度、深入内陆距离、暴晒时间、雨量、气候变化等条件而异，一般来说，其腐蚀速率为内陆大气腐蚀的25倍，热带海洋大气腐蚀较强，温带次之，两极最小10。(2)浪花飞溅区。属于海洋大气与海水交换的界面区，海水飞溅，金属互干互湿，风吹雨淋加之日光照晒，温度较高，氧的供给充分，结构表面几乎经常被饱和充氧海水所湿润，因此腐蚀相当强，在这个区没有海生物玷污，在高速水流冲击下能产生腐蚀和磨蚀的共同作用，加剧飞溅区的破坏。对一些材料，特别是钢，在飞溅区的腐蚀，是所有海洋区域腐蚀最严重的区域，保护膜和护层容易破坏，油漆容易脱落。(3)潮汐区。处于涨潮的高潮位到退潮的低潮位之间的区域。在

13、我们一般的印象中，这个区域由于海水的涨落，干湿交替，腐蚀一定会相当严重，但事实却恰恰相反，钢铁在这部份的腐蚀比全浸于海水中的部分还要轻得多。这种腐蚀轻的原因有各种解释。一般认为，对于钢桩，由于同时处于潮差区与全浸区，形成了宏观电池，潮汐区部分为宏观电池的阴极，因而腐蚀较轻。(4)海水全浸区。位于平均低潮位下部。此区又分为浅海区和深海区。浅海区，海水供氧较充分，接近饱和，生物活性大，海洋生物附着严重，温度较深水区高，所以，腐蚀速率较深海区大。随深度增加，海水含氧量、温度、污染程度均下降，腐蚀速率减小。深海区，随深度增加，海水溶氧量先减后增，在600米深处最少，约为0.2mL/L，这样的含氧量也足

14、以引起某种程度的腐蚀。深海区温度低，接近0，水流速低，pH值降低，深海区很难形成钙质沉淀层。深海区腐蚀较浅海区要小。(5)海泥区。海泥区中由于溶解氧极少，在一般的海洋构筑物中是腐蚀较轻的部位，特别是海底1m以下的深处，其腐蚀更为轻微5,7。此外，气温、水温、降水、雾、潮汐、海浪、潮流、盐度、pH值、溶解氧、附着生物、污染程度、流速等因素也都与腐蚀有着密切关系。同时，海洋环境对材料的破坏不仅是其中某个因子的单独作用，而是几种因子以至于整个腐蚀环境相互作用的结果。1.2 海水腐蚀的影响因素海水是一种复杂的多种盐类的平衡溶液，海水中还含有生物、悬浮泥砂、溶解的气体、腐败的有机物质及污染物等，因此金属

15、的腐蚀行为与这些因素的综合作用密切相关。一般情况下，低合金钢在海水中的腐蚀过程受到以下多方面因素的影响：(1)含盐量海水中含盐量增加，水的电导率增加，而溶氧量降低。随着盐浓度的增加，氯含量也增加，促进了阳极反应。而当含盐量达到一定值时腐蚀速率反而会降低，这是由于随着水中盐浓度增加，溶氧量降低所致。所以在某一含盐量时存在一个腐蚀速率的最大值，而海水的含盐量正好接近于钢的腐蚀速率最大时所对应的含盐量4。(2)溶氧量在恒温海水中随溶解氧浓度的增加，氧扩散到金属表面的含量及氧的阴极去极化速率也增加，从而导致腐蚀速率增加。海水中溶氧量随季节温度的变化而变化。实验表明，当海水中含氧量达到一定量，含氧量的有限变化对钢的腐蚀速率不足以产生明显的影响。因为此时腐蚀电化学反应过程的电子转移步骤对腐蚀速率的影响开始起主要作用。(3)温度的影响海水温度随地理位置、季节和深度有较大变化。海水温度对金属材料的腐蚀具有双重影响。一方面温度升高扩散加快，电导率增大，电化学反应加快，腐蚀加速；另一方面，温度升高，海水中溶氧量降低，并促进钙质沉淀层形成，可减缓腐蚀。一般来说，前者的作用大于后者，因此通常随海水温度升高，腐蚀速率增加3。表层海水温度可由12增加到35，随海水深度增加，水温下降。表层海水温度还随季节而周期性交化，海底水温变化很小。在密闭体系中，温度升高时，水中的氧并不减少。因此