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钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所
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铸铁、碳钢和低合金钢
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图1 碳钢和低合金钢在青岛海水中的腐蚀电位时间曲线  
 
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        图2 铸铁和低合金钢在青岛海水的腐蚀电位时间曲线
 
表1 铸铁、碳钢和低合金钢在青岛海水的腐蚀电位特征参数
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图3 铸铁和低合金钢在青岛海水的时间电位曲线
 
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图4 铸铁和低合金钢在舟山海水的时间电位曲线
 
表2 铸铁、碳钢和低合金钢在舟山海水的腐蚀电位特征参数
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       铸铁、碳钢和低合金钢在青岛、舟山海水腐蚀电位时间电位曲线见图1~图4,获得的腐蚀电位特征参数见表1和表2.结果表明:刚入水时,铸铁、碳钢和低合金钢的电位较正,因材料不同及试验点不同,初始电位为-600~-300mV,随着浸泡时间的延长,其腐蚀电位由正变负,所有材料不到10天均达到最负电位,最负电位为-650~-750mV,而后电位由负变正至稳定电位值,所有材料的稳定电位均小于其初始电位,电位达到稳定的时间大约20~30天。
 
       究其原因,在不考虑氧化膜和锈层本身对腐蚀电位贡献的情况下,钢在海水中的腐蚀电位主要是铁被氧化的阳极反应和氧被还原的阴极反应的混合电位, 刚入水时,由于钢的表面覆盖有一层氧化膜,阳极反应受到抑制,而阴极氧还原反应较强,电位较正;由于海水具有较强的腐蚀性,钢的氧化膜随后遭到破坏,表面逐渐被活化,腐蚀面积由小变大,阳极反应由弱变强,电位由正变负;随着浸泡时间继续延长,钢的腐蚀产物逐渐附着于表面,锈层面积逐渐增大增厚,阳极反应受到阻滞,同时,氧向基体表面扩散速度受到阻滞,极限扩散电流减小,电位仅小幅度变正,小于初始电位。
 
      上述结果与1989年获得的钢在海水中的电位研究的结论并不完全一致,原研究认为,在海水中各种碳钢和不同成分低合金钢的稳定腐蚀电位一般比初始电位正,而从本次的结果看,各种钢在海水中的稳定电位均比初始电位负,因钢种不同,稳定电位应比初始电位负几十到几百毫伏。
 
      由于青岛和舟山海水的环境因素不同,其稳定电位也不相同。结果表明,在青岛海水进行试验的铸铁、钢的稳定电位基本在-710~-640mV之间,在舟山海水进行试验的铸铁、钢的稳定电位基本在-690~-620mV之间,即铸铁、钢在舟山的稳定电位较青岛的稳定电位正,其原因应与青岛海水中的溶解氧含量与舟山不同有关,一般情况下,溶氧含量越高,阴极反应越强,电位越正,而试验期间,舟山海水中的溶解氧含量高于青岛,因此,铸铁、钢在舟山的稳定腐蚀电位较青岛正。
 
      此外,铸铁、钢在青岛和舟山的稳定腐蚀电位大小顺序大致相同,其顺序为:合金元素较多低合金钢>合金元素较少的低合金钢>碳钢>铸铁。即含合金元素较多的低合金钢的电位明显较正,而含合金元素较少的碳钢和铸铁的腐蚀电位较负。虽然尚缺乏试验材料在海水全浸区腐蚀速率的对比数据,但研究表明[],含合金元素较多的合金合金钢的耐蚀性略优于碳钢,尤其是短期浸泡,这也表明,对于钢铁材料而言,其在海水中的腐蚀电位越正,其耐蚀性可能越好。 与1989年获得的试验结果一样,不同钢在海水中最正和最负电位相差可达70mV,如果在海水中组合不当,可造成严重电偶腐蚀,如舰船钢种的碳锰钢902和镍铬钢921在海水中组合在一起发生电偶腐蚀。
 

      本次试验进行了纯净钢、超细晶粒钢和微合金化钢的腐蚀电位测试。随着科学技术的进步,各行各业对钢材性能和质量的要求越来越高,这些材料的市场需求也在增大。纯净钢是指将钢中含非金属夹杂物和气体很少的钢,或者说含氧、硫、磷、氢、氮5种有害元素很少的钢,一般情况下,钢中有害元素C、S、P、N、H、T. O 含量之和可控制在0.01%以下。进行试验的纯净Q235和Q235钢的腐蚀电位基本相同,由此可见,钢的纯净化对其腐蚀电位无明显影响,这也表明钢中的氧、硫、磷、氢、氮等元素对腐蚀电位贡献较小。超细晶粒钢[]是指通过特殊的冶炼和轧制方法得到的晶粒尺寸在微米级或亚微米级的新一代超强结构钢。为了形成碳、氮化合物,从而有效防止晶粒长大,超细晶粒钢中通常含有少量的Nb、V、Ti等微合金元素。微合金化钢是在普通的C-Mn钢或低合金钢中添加微量(质量分数通常小于0.1%)的强碳氮化物形成元素(如铌、钒、钛等)进行合金化,通过高纯洁度的冶炼工艺炼钢,在加工过程中施以控制轧制/控制冷却等新工艺,通过控制细化钢的晶粒和碳氮化物沉淀强化的物理冶金过程,在热轧状态下获得高强度、高韧性、高可焊接性、良好的成型性等最佳力学性能配合的工程结构材料。从附表可以看出,进行试验的超细晶钢、微合金化钢与X70、X80等低合金钢的化学成分相近,测试的它们之间的稳定腐蚀电位也无明显差别,因此,钢的微合金化并对其腐蚀电位的影响不大。