國外海軍艦船海水管系雜散電流腐蝕和縫隙腐蝕研究概述

2023-03-13 07:29:44田清正管勇

中國水運 2023年2期

田清正，管勇

（1.解放軍航天工程大學，北京 101416；2.中國科學院金屬研究所，遼寧沈陽 110016）

海水管路系統包括各種管路、泵、閥、冷卻設備及其他附屬設備，承擔著動力、機電、武備、空調等系統的冷卻以及消防等任務，是維持艦船裝備正常運行的重要系統之一。由于海水管路系統材料體系復雜多樣，其腐蝕控制一直是海軍艦船腐蝕控制的重點。進入本世紀以來，隨著銅鎳合金、鈦及鈦合金、鎳基合金等高電位金屬的上艦應用范圍的大幅增加，與原有泵閥、冷卻設備中的黃銅、青銅合金、鋼鐵等金屬連接時的電偶腐蝕問題逐步浮出水面。為解決異種金屬接觸引起的電偶腐蝕問題，需要通常采用電絕緣組件、撓性接管等非金屬材料以及外加電流保護裝置，這樣又會帶來雜散電流腐蝕問題，以及鈍性金屬的縫隙腐蝕等新的腐蝕形式。由此，美國海軍對于海水管路系統新材料上艦應用帶來的雜散電流腐蝕和縫隙腐蝕問題開展了考核評估試驗研究，以此來避免新材料應用帶來的腐蝕失效風險[1-3]。

1 雜散電流腐蝕研究

為提高艦船海水管路系統整體耐海水腐蝕性能，上世紀90年代美國海軍開始考慮使用625 鎳基合金（USN N06625）部分取代B30 銅鎳合金（UNS C71500），但需要解決由此引發的電偶腐蝕風險問題。在管路接口處進行電絕緣隔離是當前采用普遍的技術措施，鑒于此，美軍艦船將雙金屬橡膠嵌入式隔聲耦合裝置(RISICS)和絕緣撓性接管兩種技術納入新建艦船的海水管路系統的設計中。然而，由于艦船上存在數量眾多的電連接方式，使得RISICS 和撓性接管不能實現不同金屬管線間有效的電氣隔離。由此就會給銅鎳合金等其他材質的海水管路帶來顯著的電偶腐蝕和雜散電流腐蝕風險[4]。

鑒于上述問題，美國海軍海上系統司令部組織相關科研院所開展了B30 銅鎳合金與625 合金等形成異種金屬接觸時的電偶腐蝕和雜散電流腐蝕控制技術的陸上試驗裝置考核評估研究。該項目旨在確定B30/625 合金形成偶對時的電偶腐蝕電流大小和分布，以及利用不同材料的電絕緣管段隨長度變化時的電絕緣效果，并確定雜散電流腐蝕發生在RISICS 隔離器上的可能性。同時，此研究的目的還在于確定在相同的電位下，法蘭連接部位的雙金屬縫隙與單一材料的類似縫隙相比，是否會導致更大的縫隙腐蝕風險[3,4]。

圖1 電偶腐蝕/雜散電流腐蝕陸上試驗裝置

通過上述雜散電流腐蝕試驗研究，可以得出如下結論：

（1）電絕緣裝置可以顯著降低625/B30 白銅耦合狀態下的電偶腐蝕風險，1～3m 長度可以達到最佳效果，絕緣段越長越易發生雜散電流腐蝕，并且腐蝕深度也較大；

（2）625 合金對于電偶腐蝕和雜散電流腐蝕的耐受性均高于B30 合金，625 合金最主要的腐蝕形式是雜散電流腐蝕引發的縫隙腐蝕；

（3）高流速海水中的電偶腐蝕及其引發的雜散電流腐蝕風險更大;

（4）小直徑B30 管比大直徑管更易遭受電偶腐蝕和雜散電流腐蝕；

（5）建議海軍艦船使用兩端絕緣處理的1m 長鈦合金絕緣段，以降低DN50 直徑異種金屬海水管路接頭的電偶腐蝕風險。

2 縫隙腐蝕研究

海軍水面艦艇的海水管路系統及其泵、閥相關附件在實際使用過程中有著很高的腐蝕失效率，與海水管路泵閥等部件相關的腐蝕成本，已經被認為是在海軍水面艦艇整個維護預算的中的重要組成。為了減少海水管路泵閥的使用成本，合金鈍化工藝目前大量被用于提升當前閥門材料（通常是銅和銅鎳合金）的耐蝕性的。這些鈍化膜能夠預防大多數形式的腐蝕，并提高與鈦等高電位材料的兼容性。然而這些鈍性合金也容易發生縫隙腐蝕。

對此，美國海軍水面戰中心對于當前艦船海水管路采用的系列泵閥材料進行了靜態和流動海水中的縫隙腐蝕性能測試及腐蝕控制技術評估（圖2和圖3）[5,6]。