三種流速下高強(qiáng)鋼與微弧氧化鈦電偶腐蝕研究.docx

1、裝備環(huán)境工程EQUIPMENTENVIRONMENTALENGINEERING三種流速下高強(qiáng)鋼與微弧氧化鈦電偶腐蝕研究高心心七郭建章I潘大偉之，張海兵之(1.青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東青島266061；2.中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所海洋腐悅與防護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)空，山東青島，266101)摘要：目的研究三種流速下微弧氧化鈦和高強(qiáng)鋼的電偶腐蝕行為。方法在面積比為1:1情況下進(jìn)行1,3,7m/s流速下的電化學(xué)測試和電偶腐蝕試驗(yàn)研究。結(jié)果隨著流速的增大，偶合電流、總腐蝕速率和電偶腐蝕速率增大。當(dāng)流速為7m/s時，高強(qiáng)鋼總腐蝕速率和電偶腐蝕速率分別達(dá)到8.64mm/a和0.39mm/a,與靜態(tài)相比

2、分別增大146倍和15.6倍，與1m/s流速下相比分別增大8.6倍和5倍。結(jié)論在面積比為1:1時，沖刷腐蝕速率遠(yuǎn)大于電偶腐蝕速率。關(guān)鍵詞：電偶腐蝕；沖刷；微弧氧化鈦；腐蝕速率DOI：10.7643/issn.l672-9242.2017.02.018中圖分類號：TJ04;TG172.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-9242(2017)02-0090-05GalvanicCorrosionbetweenHighStrengthSteelandTA2(MicroAraeOxidation)underThreeFlowRatesGAOXin-xin2,GUOJian-zhanyPANDa-；,Z

3、HANGHai-bing2(1.CollegeofElectromechanicalEngineering,QingdaoUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266061,China;2.StateKeyLaboratoryforMarineCorrosionandProtectionofLuoyangShipMaterialResearchInstitute,Qingdao266101,China)ABSTRACT:ObjectiveTostudythegalvaniccorrosionbehaviorbetweenTA2(microarcoxid

4、ation)andhighstrengthsteelunderthreeflowrates.MethodsTheelectrochemicaltestandthegalvaniccorrosiontestwerestudiedin1m/s.3m/sand7m/sofseawaterunderarearadioof1:1.ResultsThegalvaniccurrent,totalcorrosionrateandgalvaniccorrosionincreasedwiththeincreaseofflowrate.Whentheflowvelocityincreasedto7m/s,total

5、corrosionrateandgalvaniccorrosionrateofhighstrengthsteelreached8.64mm/aand0.39mm/arespectively,itincreasedby146timesand15.6timesrespectivelycomparedwithstaticstate,whileitincreasedby8.6timesand5timesrespectivelycomparedwiththevelocityof1m/s.ConclusionThearearatiois1:1,andtheerosioncorrosionrateisfar

6、greaterthanthegalvaniccorrosionrate.KEYWORDS:galvaniccorrosion;erosion;microarcoxidation;corrosionrate管系材料廣泛應(yīng)用于船舶、濱海電廠、海I：油氣田，目前我國的海水管路材料逐漸以耐蝕性更好的銅鐐合金(B10)和工業(yè)純鈦(TA2)替代傳統(tǒng)的管系材料TUN在使用過程中，工業(yè)純鈦有時需要經(jīng)過微孤氧化處理來進(jìn)一步保護(hù)，微孤氧化鈦管在使用過程中不可避免與接觸它的金屬進(jìn)行偶合A、造成電位較負(fù)的金屬加速腐蝕，日.在沖刷條件下腐蝕更為嚴(yán)重C沖刷腐蝕會引起設(shè)備的破壞，是一種危害廣泛且造成嚴(yán)重?fù)p失的腐蝕形式，人們

7、對于各種管系材料之間的電偶腐蝕做過大法的研究，如鈦和鋼之間、不銹鋼和收稿日期：2016-0652；修訂曰期：2016-06-20基金項(xiàng)目：國家臺然科學(xué)基金(51401185)作者簡介：鬲心心(1990)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)橛蓪贉u蝕與防護(hù)。通訊作者：張海兵(1983)，男.工程師,研究方向?yàn)榻饘玫内粑g與防護(hù)°碳鋼之間、B10和H62之間等,7-,6,o結(jié)果表明.沖則速度的提高可嚴(yán)幣:加速材料的損傷-目.沖刷腐蝕的影響因索較廣泛。H前針對微孤我化鈦本身的特性做r部分研究m閔，但是對于高強(qiáng)鋼與微弧軾化鈦在沖刷海水中之間的電偶腐蝕方面研究還不多見，因此研究高強(qiáng)鋼與微弧氧化鈦在沖刷海水

8、中的電偶腐蝕H有幣:要:的意義.一方面為設(shè)計(jì)管路內(nèi)徑控制流速提供依據(jù)，另一方面為管系材料的布局構(gòu)架提供參考。1試驗(yàn)材料及方法試驗(yàn)所用材料及含依見表1.其中TA2進(jìn)行了微弧似化處理試驗(yàn)介質(zhì)為#島海域天然海水.溫度為室溫。表1試驗(yàn)材料成分材料NiFeMnMoCCrCuSiOTi舟強(qiáng)鋼4.45余0.560.40.090.60.25TA20.30.10.150.2余電化學(xué)測試采用ACM電化學(xué)作站.參比電極為飽和H汞地極，輔助電極為鉗電極,試樣匚作面積為1cm2,分別對試樣在海水中的開路電位和極化曲線進(jìn)行測試。開路電位在流動海水（流速3m/s）中測量.試驗(yàn)周期為360h,每10min測扯一次試樣的電位伉

9、，若虐水流沖刷對電極極化過程及其穩(wěn)定性的影響.極化曲線測試在掙態(tài)海水中進(jìn)行，測試范圍為-0.600.60V（vs.Ecw）.掃描速率為20mV/min電偶腐蝕試驗(yàn)參考GB/T157482013進(jìn)行.試樣加工尺寸：內(nèi)徑為25mm,K度為100mm,鳳度為3mm試驗(yàn)在多通道電偶腐蝕測ht儀進(jìn)行，試羚時.選取高強(qiáng)鋼與TA2面積比為1:1,按圖1所示設(shè)計(jì)試驗(yàn)管路。管路試驗(yàn)段包括三個平行試樣，每組平行試樣由兩個金狷管偶接（外部密封）固定所成（如圖2所示），電偶對安裝順序?yàn)門A2在水流上游方向,高強(qiáng)鋼位于下游.試驗(yàn)時水流沖刷速度分別為1.3.7m/s.利用多通道電偶腐蝕儀測定偶合電位和偶合電流.試驗(yàn)周期為

10、360ho試驗(yàn)結(jié)束后.取下試驗(yàn)管段，測試質(zhì)拉損失.計(jì)算高強(qiáng)鋼電偶腐蝕速率.井分析腐蝕形貌。圖1管路沖刷試樣連接裝置圖2忒臉段的固定試樣2結(jié)果與分析2.1電化學(xué)性能經(jīng)過微弧軾化處理的TA2和高強(qiáng)鋼在動態(tài)海水（3m/s正向）中的開路電位隨時間變化曲線如圖3所示?？梢钥闯?，TA2（微弧氧化）在海水中的開路電位比較穩(wěn)定.約在-100mV,而高強(qiáng)鋼的開路電位較負(fù).在-680mV左右.目隨祓泡時間變化不大。因此，高強(qiáng)鋼與TA2（微弧軻化）在海水中接觸時，高強(qiáng)鋼會作為陽極，腐蝕加速,而TA2（微弧軾化）則作為陰極受到保護(hù)。Tinie/h圖3TA2（微弧軾化）和高強(qiáng)鋼的開路電位隨時間變化情況TA2（微孤軻化）

11、和高強(qiáng)鋼在海水中的極化曲線如圖4所示，可以發(fā)現(xiàn).TA2（微弧軾化）的陽極鈍化區(qū)明顯，fl腐蝕電流密度較小，在0.02pA/cm2左右，維鈍電流密度也很小，可見其表面較穩(wěn)定一2刊。由極化曲線可得出高強(qiáng)鋼和TA2（微弧氧化）在海水中的極化性能參數(shù).見表2?？梢钥闯?，TA2（微弧軻化）和高強(qiáng)鋼的自腐蝕電位分別為-100mV和-710mV,與開路電位測試結(jié)果基本一致'當(dāng)TA2（微弧軾化）與高強(qiáng)鋼進(jìn)行偶合時，高強(qiáng)鋼的電偶腐蝕速率除r受兩者的自腐蝕電位、口腐蝕電流密度影響外.還與TA2（微弧軻化）的陰極極化性能和高強(qiáng)鋼的RI極極化性能有關(guān)。測試結(jié)果得出，TA2（微弧氧化）的陰極Tafei斜率約為-

12、116.63mV,說明TA2（微孤氧化）易發(fā)生陰極極化；高強(qiáng)鋼的陽極Tafcl斜率約為37.05mV。相對而言，高強(qiáng)鋼更難發(fā)生陽極極化，即TA2（微弧氧;化）的陰極極化過電位將大于高強(qiáng)鋼的陽極極化過電位，但即使較小的陽極極化過電位也將使高強(qiáng)鋼的陽極極化電流密度顯莒增大,從而使高強(qiáng)鋼受到明顯的電偶腐蝕影響-650AUVI.SCC.M+-150050005«)-1000IE-61E-5IE-4IE-30.010.1I10100lg|J/(gAcm-1)圖4高強(qiáng)鋼和TA2（微弧機(jī)化）在海水中的極化曲線Tinw/h圖5不同流速下高強(qiáng)鋼與TA2（微孤級化）偶合電位501001502002503

13、00350400因?yàn)?m/s的沖刷速度較小，高強(qiáng)鋼部分腐蝕產(chǎn)物繼續(xù)附著于高強(qiáng)鋼表面，使得腐蝕平緩。3m/s的偶合電位隨著時間的變化則持續(xù)上升.因?yàn)榱魉佥^1m/s大，不僅腐蝕產(chǎn)物會被沖刷掉.裸露金膩的溶解也得到加速，進(jìn)而偶合電流上升。當(dāng)流速達(dá)到7m/s的高速沖刷時，沖刷初期.偶合電流下降.沖刷約40h后，偶合電流開始上升。4Material自腐蝕電位/mV自腐蝕電流密度/（gA-cm'2）陽極Tafcl斜率/mV陰極Tafei斜率/mVTA2（微孤氧化）-1000.02-116.63有強(qiáng)鋼-71049.3737.05表2高強(qiáng)鋼和TA2（微弧氧化）在海水中的極化性能參數(shù)2.2電偶腐蝕501

14、00150200250300350Timr/h圖5為不同流速下TA2（微弧氧化）-高強(qiáng)鋼電偶對的偶合電位隨著時間變化的曲線，可以看出，在Im/s和3m/s的沖刷條件下，偶合電位處于-650mV左右，相比高強(qiáng)鋼的自腐蝕電位（-710mV）其陽極極化過電位在60mV左右。而在7m/s沖刷下.偶合電位在T20mV左右，偶合電位正移顯著，遠(yuǎn)離高強(qiáng)鋼的自腐蝕電位，即高強(qiáng)鋼受到的陽極極化作用由于高速沖刷而增大。圖6為不同流速下高強(qiáng)鋼與TA2（微弧釵化）之間的偶合電流情況.可以看出1m/s的偶合電流隨著時間變化最為平穩(wěn)，電流密度始終在2pA/cm2以內(nèi)。-50圖6不同流速F高強(qiáng)鋼與TA2（微弧機(jī)化）偶合電流

15、TA2（微孤氧化）-高強(qiáng)鋼電偶對在不同流速下，高強(qiáng)鋼的腐蝕形貌如圖7所示?？梢钥闯?，在1m/s流速下，管壁大部分面積被腐蝕產(chǎn)物槌蓋.這與流速較慢有關(guān)（圖7a）。在3m/s流速下，裸露金福和腐蝕產(chǎn)物交相呈現(xiàn)（圖7b）。在7m/s下管壁腐蝕形貌黃色部分為腐蝕產(chǎn)物，呈現(xiàn)波浪狀.表明高流速下，部分結(jié)合力差的腐蝕產(chǎn)物被水流沖刷脫落（圖7c）0m/»圖7不同流速F高強(qiáng)鋼管內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物形貌r7rn/*圖8給出了TA2(微孤，化)高強(qiáng)鋼電偶對在3m/s流速卜"強(qiáng)鋼電偶腐蝕與自腐蝕清除腐蝕產(chǎn)物后的形貌門腐蝕試樣如圖8a所示.表面仍可觀察到基底機(jī)加打增的溝槽痕跡,發(fā)生腐蝕的區(qū)域呈現(xiàn)斑狀，腐蝕類

16、型為點(diǎn)蝕。電偶腐蝕試樣如圖8b所示，表面布滿腐蝕坑.已經(jīng)不能觀察到基底機(jī)加I.打磨的溝槽痕跡，腐蝕程度相比自腐蝕史加嚴(yán)幣:，腐蝕類型為全面腐蝕,表面有蝕坑圖8c和8d所示三維照片顯示,電偶腐蝕試樣表面深藍(lán)色腐蝕坑的密度明顯高自腐蝕試樣圖X3m/s流速卜高強(qiáng)鋼1'1腐蝕與電偶帽蝕形稅商強(qiáng)鋼在不同流速卜的腐蝕速率如圖9所示，可以開出,總腐蝕速率比電偶腐蝕速率大得多總腐蝕速率=沖刷腐蝕速率-電偶腐蝕速率由此得出,高強(qiáng)鋼的沖刷腐蝕速率遠(yuǎn)大于電偶腐蝕速率這說明在流動海水中.TA2(微弧氧化).高強(qiáng)鋼以1:1面積偶合時.高強(qiáng)鋼的沖刷腐蝕速率遠(yuǎn)大于電偶腐蝕速瘠在靜態(tài)下，高強(qiáng)鋼的總腐蝕速率和電偶腐蝕速

17、率分別為0.059mm/a和0.025mm/a.流速從1m/s增大至3m/s.圖9流速對TA2(微弧做化)-高強(qiáng)鋼電偶腐蝕速率影響總腐蝕速率逐步增大，相對于靜態(tài)腐蝕分別增大18倍和26.7倍電偶腐蝕速率保持在0.0790.0X9mm/a.增加幅度為3T倍當(dāng)流速增大至7m/s時.總腐蝕速率和電偶腐蝕速率分別達(dá)到8.64mm/a和0.39mm/a.勺靜態(tài)相比分別增大146倍和15.6倍，ljIm/s流速卜相比分別增大8.6倍和5倍，3結(jié)論1) TA2(微弧軻化)-高強(qiáng)鋼面積比為1:1的電偶對.其總腐蝕速率和電偶腐蝕速率都隨流速增大而增大，2) 在流動海水中,TA2(微弧氧化).高強(qiáng)鋼以1:1面積比

18、偶合，高強(qiáng)鋼的沖刷腐蝕速率大于電偶腐蝕速率，參考文獻(xiàn)：1孫保布.海水管系材料屯偶腐蝕及電絕緣控制技術(shù)研究(D.#島：中國海洋大學(xué),2009.2張海HH.TA2I.業(yè)純鈦在海水管系中的應(yīng)用研究D.南京:南京航空航犬大學(xué),2010.3曹楚南.腐蝕電化學(xué)I京理第三版M.北京：化學(xué)I業(yè)出版社,2008(3):4345.4四文健，湯智愚.原玲，等.鈦合金紫固件川鋁涂層抗電隅腐蝕行為研究幾裝備環(huán)境I：程,2016.13(1):116-120.5邢療，郭為民，陳祥曦，等.銅臺金在模擬深海低溫條件卜的電偶腐蝕行為研究J.裝備環(huán)境程.2015.12(2):15.6陳興偉,吳建華，F(xiàn).佳,等.電偶陶蝕影響因翼研究

19、進(jìn)展J.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2010,22(7):363-366.7J戴明安，殷正安.流動海水中電偶腐蝕動力學(xué)規(guī)的J.腐蝕科學(xué)勺防護(hù)技術(shù),1992.4(3):209211.8郭慶餛、杜敏.鈦/碳鋼在海水中電偶腐蝕的研究J.海洋湖沼通報(bào),2005(4):2330.9朱毗張喬斌.陳宇.等.沖刷瞞蝕的研究現(xiàn)狀J.中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào),2014,34(3):199210.【10邢建東，高義民.張國化不銹鋼勺高碳鋼的沖刷腐蝕磨損試噩研究皿西安交通大學(xué)報(bào)，2004,38(5):469-473.II劉國宇，鮑崇高，張安峰.不銹鋼勺碳鋼的液固兩用流沖刷腐蝕磨損研究J.材料.程,2004(11):3740.|12

20、宋沂澤.高原，上成況.等.不同M。含依對CrMoN薄膜耐腐蝕性能的影響J.表而技術(shù)，2016,45(10):148-153.13I：.曉刪，F(xiàn).ML修海媚.等.渤海某油IHF井旁路管腐蝕失效研究J.友而技術(shù),2016,45(5):104-110.14田永芹,常煒，胡麗華,等.APIX65、3I6L不銹鋼及Inconel625間電偶腐蝕風(fēng)險(xiǎn)研究J.表面技術(shù),2016,45(5):128134.15高志"L鎂合金的腐蝕特性及防護(hù)技術(shù)J.&而技術(shù),2016.45(3):169177.16孫保陽李寧，杜敏.不同流速海水中BI0/H62電偶腐蝕規(guī)律J.材料保護(hù),2011,44(7):20-22.17 李洪，張津，彭力，等.TC4合金表面微孤氧化制備抗高溫氧化涂層J.表面技術(shù),2015,44(10):5257.18 譚思民，王帥星，趙晴，等.水熱時間對鈦合金微孤氧化膜合成羥基磷灰石的影響J.表面技術(shù)，2014,43(3):20-24.19 王永錢，江旭東，潘春旭.鈦及鈦合金表