选取耐海水腐蚀材质的探讨

选取耐海水腐蚀材质的探讨 武乃康 (塘沽重点工程指挥部　　300450) 摘要　本文通过电化学测试及现场挂片等方法, 对铬铝系低合金钢耐海水腐蚀行为 进行了探索, 并与A 3 钢做了对比, 证明低合金钢用于海水是可取之材。 关键词　海水腐蚀　挂片实验　保护膜 11 前言 塘沽毗邻渤海, 又是大型企业云集之地。 为节省淡水资源, 充分利用海水作为冷却介 质, 成为沿海厂家一直关注的问题, 但海水 的腐蚀又是困惑企业的焦点, 选取高档材质 虽解决了腐蚀问题但增加了生产成本, 如何 寻求一种即经济又实用的材质, 作为海水冷 却器用钢, 成为众多科研部门的研究课题。本 文将着眼点放在了铬铝系低合金钢上, 因为 它们造价低廉, 有一定的耐蚀性。文中选取 了三种材质, 对其在海水中的腐蚀行为及保 护膜的形成趋向做了较为细致的工作。 21 试验方法 211 电化学测试方法 21111 阴极极化法 (手动) (接线见图 1)①研究电极: 选取C r1、C r2、C r3 三种低合金钢, 以及对比材A 3 钢, 制成环状镶嵌电极, 两侧工作面均可使用, 每侧面积均为1cm 2。 图 1　电化学测试接线图 　　　　　　　　　　　表 1　研究电极成分表　　　　　　　　　 (单位: % ) 名称 C C r M n Si A l M o N i Cu P S C r1 011 0196 015 0132 0164 0131 ö ö 0102 ≤0106 C r2 ≤0101 118～218 013～016 0117～014 017～112 013～015 ö ö ≤0104 ≤0104 C r3 ≤0101 215～310 015～018 ≤015 118～212 014～016 014～016 014～016 ≤0103 ≤0103 　　②参比电极采用饱合甘汞电极 (S1C1E) ③辅助电极为铂电极 ④电解池装置, 采用常规型, 由烧杯、锥 形瓶、盐桥组成 ⑤试验介质: 取自天津港自然海水 (海 水成分见表 2) 　　　　　　　　　　表 2　海水成分表　　　　　　　　　 (单位: m göL ) PH CL - Ca- M g- SiO 2 COD DO 7193 17730 375175 1167136 1128 516 3178 61　　　　　　　　　　　　　　天　　津　　化　　工　　　　　　　　　1997 年第 4 期 　　⑥试验步骤: 工作电极表面经处理后, 放 入电解池中, 一小时后开始测试, 以自腐电 位 (Eco r) 为基础, 极化电位每次递增 30M V , 稳定二分钟后取极化电流值, 并在半对数座 标纸上描绘出阴极极化曲线。几种材质测试 条件相同, 极化曲线同在一图, 四种材质可 直接进行比较, 并且连续测试四天。 21112 线性极化法 在微极化区内进行- 10M V 阴极极化, 测得极化电流, 根据线性极化方程可以证明: 在极化很小时, 极化曲线为一直线, 斜率 ∃Eö ∃ I= Rp , 称为极化阻力 (8 1Cm 2)。Rp 越大,腐蚀越轻。212 实海挂片试验挂片规格采用 50×25×3- 25 6 孔三种低合金钢及A 3 钢, 精度至ý 7, 挂片地点在天津港深处, 挂片时间 1 个月。31 试验结果及数据 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 311 阴极极化曲线为便于观察几种材质在海水中的变化情况, 试验连续进行了四天。 (见图 2～ 图 5) 图 2　电极浸泡 1h r 阴极极化曲线　　　　　　图 3　电极浸泡 25h r 阴极极化曲线 图 4　电极浸泡 49h r 阴极极化曲线　　　　　　图 5　电极浸泡 73h r 阴极极化曲线 711997 年第 4 期　　　　　　　　　天　　津　　化　　工　　　　　　　　　　　　　　 　　从极化曲线上可以看到: 几种材质在浸 泡 1 小时后 (图 2) , 描绘出的图形都集束在 一起, 说明四种钢材的腐蚀速率基本是一样 的。用极化曲线直线段求腐蚀电流, 均在 8～ 10ΛA öcm 2 之间, 没有什么差异。而第二天 (图 3) 及以后诸天 (图 4、图 5) , 图形就出 现明显变化, 几条曲线相互散开, 腐蚀电流 区域也扩展为 5～ 12ΛA öcm 2 之间, 为了便于 分析, 将四种材质的腐蚀电流 (iΛA öcm 2) 汇 于一表 (见表 3)。 表 3　阴极极化求取腐蚀电流表 材质 腐　　蚀　　电　　流 (ΛA öcm 2) 1H r 25H r 49H r 73H r 平均 A 3 10 1215 1315 12 12 C r1 815 1115 1115 1015 1015 C r2 915 815 915 9 911 C r3 715 515 515 615 613 　　从以上图表分析, A 3 钢的腐蚀电流在 10～ 1315ΛA öcm 2 之间, 平均为 12ΛA öcm 2, 而铬系钢均低于此, 特别是C r3 钢, 平均腐蚀 电流为 613ΛA öcm 2, 仅为A 3 钢的二分之一。 几种材质的耐蚀序为: C r3> C r2> C r1> A 3。 312 线性极化法比较 为使结论更为可靠, 又采用线性极化法 进行了比较, 根据线性极化方程式证明, 在 极化很小时 (±10m v 左右) 极化曲线呈线性 关系, 这条直线的斜率称为极化电阻, 以Rp = ∃Eö∃ I表示, Rp 数值愈大, 说明极化的阻 力愈大, 耐腐蚀性能好。通过试验, 计算出 各种材质的Rp 值并绘于表 4。 表 4　线性极化求取Rp 值统计表 材　质 Rp (∃Eö∃ I) 　　　8. cm 2 1H r 25H r 49H r 73H r 平均 A 3 2632 1852 2041 2105 2158 C r1 2857 1923 2222 2500 2376 C r2 2381 2941 3448 3448 3055 C r3 2941 5556 9091 5556 5786 　　线性极化法再一次证实了上述结论, 几 种材质的耐蚀序照例为: C r3 > C r2 > C r1 > A 3。 从表中还可以看出, 浸泡 1 小时的Rp 值各材质波动不大, 这表明试验初期腐蚀速 度是相近的, 至次日及以后二天, 依据材质 的不同各有变化, A 3 钢和C r1 钢的表现不甚 明显, 而C r3 钢从 2000 多一下越升到 5000 多, C r2 钢亦有升势, 这说明低合金钢耐蚀性 能, 主要是能迅速形成保护膜所至, A 3 钢由 于材质本身没有加入易钝化的铬铝元素, 在 海水的腐蚀下, 只能以初始的腐蚀电流持续 地腐蚀下去, 而C r3、C r2 钢在海水的浸泡下, 逐渐形成了自身的保护膜, 相比之下, C r3、 C r2 钢后几天的腐蚀电流较前相对有所下 降。为证实这一结论, 将几天内所测得的阴 极极化曲线, 同种材质绘于一图 (见图 6～ 图 9)。这样就可以明显看出, 低合金钢的极化 曲线在第二天就明显左移 (腐蚀下降) , 尤为 C r3 钢移动幅度最大, 而A 3 钢先是加重腐蚀 (极化曲线右移) , 三、四天后才开始稍见左 移, 以上说明, 随铬铝元素量的增加, 腐蚀 下降, 反之腐蚀上升, 铬铝元素是生成氧化 膜的主要原因。 海水挂片结果与电化学测试结果是吻合的, A 3 钢腐蚀高于C r2、C r3 钢近一倍。 图 6　A 3 钢阴极极化曲线图 81　　　　　　　　　　　　　　天　　津　　化　　工　　　　　　　　　1997 年第 4 期 图 7　C r1 钢阴极极化曲线图 图 8　C r2 钢阴极极化曲线图 图 9　C r3 钢阴极极化曲线图 313 实海挂片试验 (见图 10) 图 10　实海挂片结果 41 结论 411 通过室内外试验, 证明低合金钢的 耐腐蚀性均好于A 3 钢, 而以C r3 钢最好, 但 C r3 钢在挂片试验上多点蚀, 并且C r3 钢的铝 含量高, 机械制造时成材率低, 建议使用C r2 钢做为海水换热器为好。 412 低合金钢的耐腐蚀性原理, 是能在 较短时间内迅速形成保护膜所致。 (收稿日期　1997、6) 欢 迎 订 阅 《天津化工》 911997 年第 4 期　　　　　　　　　天　　津　　化　　工