飛濺區(qū)掛樣位置、高度對(duì)鋼腐蝕的影響

楊海洋，黃桂橋，丁國(guó)清，楊朝暉

（1.青島鋼研納克檢測(cè)防護(hù)技術(shù)有限公司，山東 青島 266071；2.鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，山東 青島 266071）

飛濺區(qū)掛樣位置、高度對(duì)鋼腐蝕的影響

楊海洋1,2，黃桂橋1,2，丁國(guó)清1,2，楊朝暉1,2

（1.青島鋼研納克檢測(cè)防護(hù)技術(shù)有限公司，山東 青島 266071；2.鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，山東 青島 266071）

目的研究飛濺區(qū)掛樣位置、高度對(duì)鋼腐蝕的影響。方法采用海水飛濺區(qū)暴露試驗(yàn)。結(jié)果在青島和三亞獲得了5種鋼在飛濺區(qū)暴露的腐蝕結(jié)果。結(jié)論在不同海域試驗(yàn)地點(diǎn)的飛濺區(qū)暴露，因環(huán)境條件不同，鋼的飛濺區(qū)范圍區(qū)間有較大差別，腐蝕速率峰值相對(duì)平均高潮位的高度也不同。在同一試驗(yàn)地點(diǎn)，暴露位置、條件的不同都會(huì)使鋼的飛濺區(qū)范圍區(qū)間及腐蝕速率峰值的高度不同。

飛濺區(qū)；暴露試驗(yàn)；鋼；腐蝕

飛濺區(qū)是指海水的平均高潮位以上，受海水飛濺的區(qū)域，它上接海洋大氣區(qū)。在飛濺區(qū)，材料常常被充分充氣的海水所濕潤(rùn)，水分蒸發(fā)后能在材料表面析出鹽粒。在風(fēng)浪的作用下，海水和浪花可飛濺到試樣表面。在大潮期的高潮位時(shí)，飛濺區(qū)的下部會(huì)被海水浸泡，海水的沖擊作用會(huì)加劇材料在飛濺區(qū)的破壞。對(duì)于很多材料，特別是鋼鐵，飛濺區(qū)是所有海洋環(huán)境中腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)帶。鋼在飛濺區(qū)的腐蝕速率與掛樣高度間的關(guān)系圖是有一個(gè)腐蝕速率峰值的變化曲線。飛濺區(qū)高度范圍下起平均高潮位，上至腐蝕速率變化臨界點(diǎn)（飛濺區(qū)和大氣區(qū)的分界點(diǎn)）。

GB/T 6384—2008中規(guī)定飛濺區(qū)掛樣應(yīng)置于試驗(yàn)海域腐蝕最嚴(yán)重的高度范圍。以碳鋼為試驗(yàn)材料，通過(guò)為期不少于1 a的不同高度的預(yù)備掛片暴露試驗(yàn)，找出具體地點(diǎn)和具體設(shè)施上腐蝕最嚴(yán)重的高度范圍[1]。除環(huán)境因素（如海水鹽度、浪高、大氣海鹽含量、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、太陽(yáng)照射等）外，掛樣高度和位置對(duì)鋼的飛濺區(qū)腐蝕也有重要影響。文中將論述飛濺區(qū)掛樣位置條件、高度對(duì)鋼腐蝕的影響。

1 試驗(yàn)

試驗(yàn)材料為碳鋼A3，20#，14MnMoNbB，09CuPTiRE和10CrMoAl，共5種，它們的化學(xué)成分見(jiàn)表1。試樣取自供貨狀態(tài)的板材，機(jī)加工制樣，表面磨光，粗糙度為3.2 mm。試樣尺寸200 mm ′100 mm′6～8 mm。試驗(yàn)在青島海水試驗(yàn)站和三亞海水試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)方法符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5776—2005。

表1 碳鋼和低合金鋼的化學(xué)成分%

在青島站，試驗(yàn)場(chǎng)建有擋浪壩防護(hù)。在試驗(yàn)場(chǎng)外無(wú)擋浪壩阻擋，處于自然風(fēng)浪影響狀態(tài)；在試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)有擋浪壩阻擋，風(fēng)浪相對(duì)較小。A3暴露在海水腐蝕試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)、外的飛濺區(qū)，兩者位置相距40 m，相對(duì)掛樣高度位置相同。一組（列）11個(gè)200 mm′100 mm的試樣自下而上掛放（短樣），試樣間距為85 mm，高度在平均高潮位以上0.2～3.25 m，試驗(yàn)時(shí)間為1 a。在青島站海水腐蝕試驗(yàn)場(chǎng)飛濺區(qū)腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域（平均高潮位以上0.4～1.29 m）進(jìn)行自下而上一組4個(gè)200 mm′100 mm試樣（短樣）的暴露試驗(yàn)，試驗(yàn)間距為30 mm。試樣為20#，14MnMoNbB，09CuPTiRE，試驗(yàn)時(shí)間為1，2，4 a。

在三亞站，試驗(yàn)平臺(tái)（潮差飛濺試驗(yàn)平臺(tái)）建有攔柵式水泥籠防護(hù)。在試驗(yàn)平臺(tái)外，處于自然風(fēng)浪條件下；在試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)，有攔柵式水泥籠阻隔，風(fēng)浪相對(duì)較小。進(jìn)行10CrMoAl電連接長(zhǎng)鋼樣的飛濺區(qū)暴露試驗(yàn)。10CrMoAl試樣用防水導(dǎo)線焊接，制成電導(dǎo)通的長(zhǎng)試樣（長(zhǎng)樣），焊點(diǎn)用環(huán)氧樹(shù)脂涂封。一組12個(gè)試樣，試樣垂直海平面，試樣間距離為85 mm，高度在平均高潮位以上－0.57～2.76 m。試驗(yàn)同時(shí)在潮差飛濺試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)、外掛放，內(nèi)外掛放點(diǎn)至海岸的距離相等。試驗(yàn)時(shí)間為1，2 a。在三亞站進(jìn)行20#，14MnMoNbB和09CuPTiRE的 200 mm′100 mm試樣自下而上的短樣暴露試驗(yàn)，一組（列）6個(gè)試樣，試樣垂直海平面（200 mm長(zhǎng)邊平行于海平面），試樣間距為30 mm。海水腐蝕試驗(yàn)場(chǎng)潮差飛濺試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)掛放，高度在平均高潮位以上0.19～0.94 m。試驗(yàn)時(shí)間為1 a。

2 結(jié)果和討論

圖1是A3在青島站海水腐蝕試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)、外的飛濺區(qū)暴露1 a的腐蝕速率隨高度的變化曲線。結(jié)果表明，由于擋浪壩的阻擋作用，減小了試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)浪，對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)飛濺區(qū)的腐蝕造成較大的影響，使試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的腐蝕減輕，腐蝕速率峰值的高度下降。A3試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的腐蝕速率峰值為0.47 mm/a，試驗(yàn)場(chǎng)外峰值為0.59 mm/a。試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)、外的飛濺區(qū)腐蝕速率峰值的高度分別在平均高潮位以上約0.6 m和1.1 m，試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)比試驗(yàn)場(chǎng)外約低0.5 m。如圖1所示，A3在青島站試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)外暴露1 a的飛濺區(qū)范圍約為2.6 m和2.9 m。

圖1 A3在青島站海水腐蝕試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)、外的飛濺區(qū)暴露1 a的腐蝕速率（短樣）

表2是20#，14MnMoNbB， 09CuPTiRE在青島站飛濺區(qū)不同高度暴露1，2，4 a的腐蝕速率，可以看出，試驗(yàn)鋼腐蝕速率最大的試樣的高度位置是變化的。暴露1 a，20#，14MnMoNbB，09CuPTiRE都是最下面那一片（平均高潮位以上0.63～0.83 m）試樣的腐蝕速率最大；暴露2 a是中間一片（平均高潮位以上0.86～1.06 m）試樣的腐蝕速率最大；暴露4 a是最上面那一片（平均高潮位以上1.09～1.29 m）試樣的腐蝕速率最大。這表明，鋼在飛濺區(qū)的腐蝕速率峰值的高度位置是變化的，隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕速率峰值的高度位置升高。從不同高度的試樣腐蝕速率變化來(lái)看，0.4～0.6 m和0.63～0.83 m的試樣的腐蝕速率隨暴露時(shí)間延長(zhǎng)降低，1.09～1.29 m的試樣的腐蝕速率隨暴露時(shí)間延長(zhǎng)有增大趨勢(shì)。3種鋼的耐蝕性優(yōu)劣順序?yàn)?4MnMoNbB，09CuPTiRE，20#。

表2 鋼在青島站飛濺區(qū)不同高度暴露1，2，4 a的腐蝕速率mm/a

10CrMoAl電連接長(zhǎng)鋼樣在三亞站潮差飛濺試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)、外的飛濺區(qū)暴露試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，結(jié)果顯示了與青島站試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)、外飛濺試驗(yàn)結(jié)果相似的情形。潮差飛濺試驗(yàn)平臺(tái)周圍的水泥圍欄及內(nèi)部的臺(tái)板、試驗(yàn)架和試樣對(duì)風(fēng)、浪、陽(yáng)光等有阻擋和遮蔽作用，使平臺(tái)內(nèi)掛放的飛濺區(qū)試樣的腐蝕減輕，腐蝕速率峰值的高度降低，飛濺區(qū)范圍減小。10CrMoAl在平臺(tái)內(nèi)暴露1 a的峰值為0.44 mm/a，在平臺(tái)外為0.57 mm/a。在平臺(tái)內(nèi)、外腐蝕速率峰值的高度分別在平均高潮位以上約0.5 m和1 m。

圖2 10CrMoAl在三亞站潮差飛濺試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)、外飛濺區(qū)暴露的腐蝕速率（長(zhǎng)樣）

10CrMoAl長(zhǎng)鋼樣在平臺(tái)內(nèi)、外暴露2 a的腐蝕速率曲線形狀及特征都與1 a時(shí)不同，平臺(tái)外長(zhǎng)鋼樣的變化更大。通過(guò)圖2可以看出，在平臺(tái)內(nèi)暴露2 a，飛濺區(qū)范圍比1 a時(shí)略有擴(kuò)大，從1.2 m擴(kuò)大為1.4 m。在平臺(tái)外暴露2a，飛濺區(qū)范圍比1 a時(shí)顯著向上擴(kuò)大，從1.8 m擴(kuò)大為2.7 m。平臺(tái)內(nèi)、外暴露2 a的腐蝕速率峰值都比1 a減小。平臺(tái)內(nèi)、外暴露2 a的腐蝕速率峰值的高度位置都比1 a時(shí)升高（上升了一個(gè)試樣，0.285 m）。這與在青島站飛濺區(qū)腐蝕嚴(yán)重區(qū)域暴露的20#，14MnMoNbB，09CuPTiRE的腐蝕速率峰值的高度位置隨暴露時(shí)間延長(zhǎng)而升高是一致的。

10CrMoAl長(zhǎng)鋼樣最下端兩個(gè)試樣的腐蝕速率不是像單獨(dú)掛放的短鋼樣一樣順序上升，而是最下一個(gè)試樣比其上一個(gè)大。這是由于在高潮位時(shí)，以及在較高潮位并有大浪時(shí)，下部2個(gè)、3個(gè)或更多的試樣會(huì)被海水浸泡，下部浸泡的試樣之間形成宏觀腐蝕電池。最下端的試樣為陽(yáng)極，腐蝕加速，其上面的試樣為陰極被保護(hù)，腐蝕減慢。

20#，14MnMoNbB，09CuPTiRE在三亞站潮差飛濺平臺(tái)內(nèi)飛濺區(qū)不同高度暴露的腐蝕速率見(jiàn)表3。可以看出，3種鋼暴露1 a，其腐蝕速率峰值都在同一高度，在平均高潮位以上0.58～0.68 m。它們的飛濺區(qū)范圍約1 m，這與10CrMoAl長(zhǎng)鋼樣潮差飛濺試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)的腐蝕結(jié)果一致。腐蝕數(shù)據(jù)表明，3種鋼的耐蝕性優(yōu)劣順序?yàn)?4MnMoNbB，09CuPTiRE，20#，與青島站的耐蝕性順序一致。

表3 鋼在三亞站試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)飛濺區(qū)不同高度暴露1 a的腐蝕速率mm/a

關(guān)于貫穿整個(gè)飛濺區(qū)和潮差區(qū)以下的長(zhǎng)鋼樣鋼的腐蝕速率的文獻(xiàn)[2—13]較多。在不同海域的試驗(yàn)地點(diǎn)的飛濺區(qū)暴露，因環(huán)境條件、位置條件的不同，鋼的飛濺區(qū)范圍有較大差別，腐蝕速率峰值的高度也不同。朱相榮等[3]總結(jié)了在青島、舟山、廈門(mén)和湛江等四個(gè)海區(qū)港灣內(nèi)暴露的長(zhǎng)鋼樣試樣結(jié)果，認(rèn)為飛濺區(qū)的范圍在海水平均高潮位以上約0～2.4 m的區(qū)間，腐蝕峰的高度在平均高潮位以上0.6～1.2 m處。Humble[4]報(bào)道的在美國(guó)北卡來(lái)羅納州哈博（Harbor）島海濱暴露155天的長(zhǎng)鋼樣的腐蝕速率峰值的高度距平均高潮位很近，約0.2 m。張明洋等[5]在北海港的暴露2 a的7種鋼的長(zhǎng)鋼樣腐蝕結(jié)果表明，腐蝕速率峰值大約出現(xiàn)在平均高潮位以上1.5 m的位置。

根據(jù)以上結(jié)果和論述可知，當(dāng)需要在某一海域的試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行飛濺區(qū)暴露腐蝕試驗(yàn)時(shí)，飛濺區(qū)的掛樣高度范圍應(yīng)通過(guò)碳鋼和/或低合金鋼暴露1，2 a或更長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)來(lái)確定。試驗(yàn)時(shí)，一個(gè)項(xiàng)目的所有暴露試樣，掛樣面積應(yīng)盡量鄰近，以減小因位置條件不同給腐蝕帶來(lái)的影響。

3 結(jié)論

1）在不同海域試驗(yàn)地點(diǎn)的飛濺區(qū)暴露，因環(huán)境條件不同，鋼的飛濺區(qū)范圍區(qū)間有較大差別，腐蝕速率峰值相對(duì)平均高潮位的高度也不同。在同一試驗(yàn)地點(diǎn)，暴露位置、條件的不同都會(huì)使鋼的飛濺區(qū)范圍區(qū)間及腐蝕速率峰值的高度不同。

2）擋浪壩或構(gòu)筑物等的阻擋、遮掩使掛放的飛濺區(qū)試樣的腐蝕減輕，腐蝕速率峰值的高度降低，飛濺區(qū)范圍減小。

3）在該試驗(yàn)條件下，鋼在飛濺區(qū)腐蝕速率峰值的高度位置隨暴露時(shí)間延長(zhǎng)而升高。當(dāng)需要在某一海域的試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行飛濺區(qū)暴露腐蝕試驗(yàn)時(shí)，飛濺區(qū)的掛樣高度范圍應(yīng)通過(guò)碳鋼和/或低合金鋼暴露1，2 a或更長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)來(lái)確定。

[1] GB/T 6384—2008, 船舶及海洋工程用金屬材料在天然環(huán)境中的海水腐蝕試驗(yàn)方法[S].

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[11] 黃桂橋. 不銹鋼在海水飛濺區(qū)的腐蝕[J]. 中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào), 2002, 22(4): 211—215.

[12] 黃桂橋, 韓冰, 張萬(wàn)靈. Cr, Ni對(duì)鋼在海水飛濺區(qū)的銹層及耐蝕性的影響[J]. 材料保護(hù), 2014, 47(3): 56—58.

[13] 侯保榮. 海洋鋼結(jié)構(gòu)浪花飛濺區(qū)腐蝕防護(hù)技術(shù)[J]. 中國(guó)材料進(jìn)展, 2014, 33(1): 26—29.

Influences of Position and Height of Exposure on Corrosion of Steels in Splash Zone

YANG Hai-yang1,2, HUANG Gui-qiao1,2, DING Guo-qing1,2, YANG Zhao-hui1,2
(1.Qingdao NCS Testing & Corrosion Protection Technology Co., Ltd, Qingdao 266071, China; 2.Qingdao Research Institute for Marine Corrosion, Qingdao 266071, China)

ObjectiveTo research influences of exposure position and height on corrosion of steels in splash zone.MethodsExposure test was carried out in the splash zone of seawater.ResultsCorrosion results of five kinds of steel in Qingdao and Sanya were obtained.ConclusionLarge difference exists in the corrosion range and peak value of corrosion rate when steels are exposed in different test sites of sea areas because of different environmental conditions. Meanwhile, in the same test site, different exposure position and conditions can cause different range of splash zone and peak value of corrosion rate.

splash zone; exposure test; steel; corrosion

10.7643/ issn.1672-9242.2017.02.007

TJ71

A

1672-9242(2017)02-0036-04

2016-08-22；

2016-09-04

楊海洋（1982—），男，山東人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境腐蝕與防護(hù)。