影响腐蚀的因素在芬兰微咸水湾

文摘

波罗的海是一个相对较浅的内陆海包围的国家,欧洲和斯堪的纳维亚半岛东北部。波罗的海的微咸水盐浓度低,它通常是海洋中海水的六分之一。“名义”溶解固体,公式人工海水所依据,大约是34500 ppm,其中大多数是氯化钠。主要成分是那些浓度大于1 mg / L,不大大受到生物过程的影响。这些离子浓度的比值和分子彼此相对恒定。腐蚀速率测定长期测试在墨西哥湾芬兰赫尔辛基微咸水。水温变化通过今年1月0°C到15 - 16°C 6月至8月。盐度是4 - 6,夏末最高和最低当冰融化。pH值在7.0和8.1之间。减肥测试从一至四年测试对钢铁、不锈钢、铜、铝、锌和镀锌钢和短期相比,实验室测试在人工海水。测试讨论了钝化利率和不锈钢的缝隙腐蚀的环境变化。钢的腐蚀对强度的影响也进行了讨论。

1。介绍

芬兰是最北的欧盟和世界上为数不多的国家,所有的港口都冰封在正常的冬季。波罗的海是一个相对较浅的内陆海包围的国家,欧洲和斯堪的纳维亚半岛东北部。它的总面积大约是370000公里²。然后,意味着深度只有55米,但最大深度达到459米。波罗的海与北海通过丹麦和瑞典之间的窄而浅的声音。出口由一系列盆地由浅基材,阻碍有效的水交换。波罗的海的环境条件是由淡水来自河流和降雨输入和有限的更多的盐水流入北海。几乎海洋的盐度变化的条件几乎卡特加特海峡北部的淡水条件在北部海湾的西面。最重要的因素影响冷盐水腐蚀的低浓度溶解固体,电导率低、高溶解氧的浓度。

“名义”溶解固体,公式人工海水所依据,大约是34500 ppm,其中大多数是氯化钠。主要成分是那些浓度大于1 mg / L,不大大受到生物过程的影响。这些离子浓度的比值和分子彼此相对恒定。典型的海水成分,显示主要盐成分,在桌子上1。

盐度海水中溶解盐的总量克/公斤或零件‰。平均海洋盐度是35,但盐度范围从33岁至37在开放海域的表层水。微咸水的盐度小于25岁。盐度通常是决定通过电导率测量或含氯量。含氯量,反过来,“克银沉淀所需的质量0.3285234公斤的卤素海水”(1]。这几乎是等于海水中的氯样本的质量。含氯量()与盐度()()= 1.80655·Cl ()。在海水中离子影响水的导电性。盐度是不依赖于温度,但电导率是影响海水温度。海水电导率作为盐度和温度的函数图所示1。数据是取自[2]。

的名义饱和溶解氧(做)在海水中约6 - 8 ppm 25 - 30°C。然而,做可能高达14 ppm,根据波浪作用和海水的温度,由于光合作用可能发生过度饱和。溶解氧可以减少几乎零由于细菌作用或生物或化学需氧量。停滞不前的水域底部通常含有更少的氧气比地表水哪里有动荡。氧气溶解度增加较低的温度和盐度降低。冷,低盐度水可以溶解氧气两倍海水温暖的海洋。可以用氧浓度(1)[1]。氧气浓度计算(1)如图2: 极端温度可能会有所不同从极地的2 - 4°C到32°C以上在浅水区在热带地区。海水的pH值通常范围从7.7到8.3的表层海水碳酸盐盐的缓冲效果。在深水中,可以找到更多酸性条件与pH值3 - 4由于细菌作用。碳氢化合物和含氧有机化合物在氧化生成二氧化碳和水pH值降低到5 - 6。另一方面,植物通过光合作用消耗二氧化碳,提高博士分解含氮的有机物会形成胺和氨,倾向于增加pH值。

在本文中,我们报告的长期腐蚀测试结果不同的金属在海水微咸。我们表明,短时间的实验室检测不准确描述腐蚀速率。区别并不总是在自然条件下的繁殖,但在典型的瞬时腐蚀速率的变化与长期变化。实验室测试更适合评价不同因素的影响而长期测试给的信息应作为基线估计使用寿命。

2。材料和方法

实验室检测通常是快速筛查。在某些情况下,长期在人工环境中测试是有用的监测腐蚀速率对时间的变化。在实验室,测试系统通常是常见的三电极电池。测试是用计算机控制稳压器由普林斯顿大学的应用研究,EcoChemie, ACM仪器。测试方法包括极化曲线、循环极化曲线,恒电流和恒电势的实验中,循环伏安法和电化学阻抗谱。实验设备,设备是众所周知的。电化学和浸泡测试遵循典型的标准如下:(我)ASTM G5标准测试方法进行Potentiodynamic阳极极化测量和ISO 17475腐蚀金属和alloys-electrochemical测试进行恒电势的methods-guidelines和Potentiodynamic极化测量。(2)ASTM G31标准指导实验室浸金属的腐蚀测试。(3)ASTM G52暴露的标准实践和评估金属和合金在海水表面。(iv)ASTM G59标准测试方法进行Potentiodynamic极化电阻测量。(v)ASTM G61标准测试方法进行循环Potentiodynamic极化测量局部腐蚀敏感性的铁、镍或钴基合金和ISO 15158腐蚀测量蚀电位的金属和alloys-method不锈钢Potentiodynamic控制氯化钠溶液中。(vi)ASTM G71标准指导进行和评估在电解质电化学腐蚀测试。(七)ASTM G78标准指南的缝隙腐蚀测试铁基、镍基不锈钢合金在海水和其他Chloride-Containing水环境和ISO 11306腐蚀的金属和alloys-guidelines暴露和评估金属和合金在海水表面。(八)ASTM G82标准指南开发和使用的电压序列预测电化学腐蚀性能。(第九)ASTM G102标准做法的计算腐蚀速率和相关信息从电化学测量。(x)ISO 8407腐蚀金属和alloys-removal腐蚀试样的腐蚀产物。在处理海洋应用程序时,一个特定的点是测试解决方案。在实验室的实验中,我们使用生理盐水溶液中,人工海水,海水和自然。选择的测试解决方案是基于想要的结果。对于一些初步筛查和目的,对于一些比较直接氯化钠解决方案不够好。合成海水食谱,例如,在标准ASTM D1141,老版本的DIN 50900, DIN EN ISO 10253。使用一些人工海水的成分表2。这些人造海水微咸水,有必要为了稀释希望盐度。使盐水盐度对应的芬兰海湾稀释是1:64]。

测试材料在海洋大气和浸泡条件下完成Isosaari海洋腐蚀试验。Isosaari岛位于东南约4海里从赫尔辛基。台湾国防部队的指挥下,因此持续的监控之下。测试站是前torpedo-testing复杂,自1940年代以来未使用。建筑内部的浸泡试验设施。大规模测试架在6×15米,5米深室常数入海通道2 m。大海的房间朝南。小测试是在海水循环回路,让水从射击室。海水微咸水与低盐浓度。其温度变化通过今年1月0°C到15 - 16°C在6月。 Salinity is 4–6,夏末最高和最低当冰融化。pH值在7.0和8.1之间。

计划间隔浸渍试验根据标准DIN 50917是1999 - 2003生产基线不同材料的腐蚀速率芬兰微咸水湾。铝材料99.5%,99.5%的铜,黄铜CuZn23Al1,纯粹的钢铁、不锈钢AISI 304 l的类型和AISI 316 l,锌99.995%,热浸镀锌钢板。样本10×10厘米厚度的板1 - 2毫米。图3显示了测试架和PVC样品的底座是固定的。有四个1年的测试中,两个2年测试,和一个4测试。每一个测试集包含五个每个测试样品材料。有三组在测试。样本安装和移除总是在11月。测试时间是350 - 390天,1年测试,为2年测试727和740天,1427天4测试。样本清洗机械和化学,但所有藤壶仍然不能从每个样本。

点蚀和缝隙腐蚀测试已经完成,没有裂缝成型机。图4显示了一个示例的缝隙腐蚀测试。欧洲联盟内的测试已经完成腐蚀试验计划在欧洲比较海水腐蚀性。缝隙腐蚀测试包括三个不同的奥氏体不锈钢类型是爹妈S31254,爹妈S31600,爹妈N08904。试样的尺寸300×200×2 - 3毫米。所使用的材料都是由冷轧钢板和泡菜,收到基。裂隙成型机的POM (polyoxymethylenechloride)环结合爹妈31254不锈钢螺栓、螺母,锁紧环。POM环表面与500级碳化硅纸地面。POM环被压在试样3海里的一个力矩(5]。

估计钢腐蚀的影响强度和延性三明治,电池板制造使用两种不同的典型几何图形在工业应用中,数字5。面板是瓦楞芯和web-core三明治梁。Web-core夹层梁名义材料厚度是4毫米的内板和2.5毫米的脸盘子。瓦楞芯夹层梁名义板所有部分的厚度是2毫米。样本沉浸一、两年时间。测试后,腐蚀速率测定通过测量厚度的结束,是特别注意焊缝的腐蚀和关节裂缝。腐蚀电池板受到机械测试评估强度的损失。材料应力-应变曲线是由拉伸试验在200毫米拉伸试样测试长度75毫米或76.5毫米。后的标本从梁极限强度试验的地点只有弹性变形。30 kN的测试执行力能力标本2毫米和2.5毫米的公称厚度为4毫米和100 kN力能力标本。 The elongation speed in experiments was 1.2 mm/min [3]。

3所示。结果

腐蚀速率测量在实验室使用减肥测试和极化电阻测量(LPR),电化学阻抗谱(EIS),和极化曲线。电化学腐蚀速率测试给经常高于体重测试。这是由于短时间;样品可以开发一个腐蚀产品层影响腐蚀速率。长时间曝光,通过电化学腐蚀速率测量方法通常会减少。在长期的测试中,测试时间时,例如,周,首选的方法是LPR不会改变样品表面和EIS。表3提出了腐蚀速率决定在实验室为纯粹的钢和不锈钢AISI 316 l的类型。强大的变异被认为在一般纯粹的钢铁的腐蚀速率取决于环境和方法,但不是为不锈钢。

实验室测试可以用来衡量不同因素影响腐蚀速率的影响但很难控制领域的测试。例如,氧气的溶解度随温度和盐度降低。冷,低盐度水可以溶解氧气两倍海水温暖的海洋。钢材标准SFS-EN 13173阴极保护海上浮式结构列出了五个地理区域。在中等温度和高盐度的地区,如地中海和墨西哥湾,当前需求的50% - -60%,在冷水。盐度的影响和流量保护电流密度,研究了通过测量与旋转圆盘电极阴极极化曲线。测试是在合成不同海水的盐度。图6显示了三个阴极极化曲线在两个旋转速度合成海水样本。增加转速变化的腐蚀电位更高尚的价值观和增加氧气还原反应的极限电流密度。基于极限电流密度值,当前需求移动的船可以十倍高于固定容器(6,7]。当前需求更高的低盐度水固定系统,但已经在相对较低的流速阴极反应速率是相同的。图7显示极化电阻测量值在不同的旋转速度。盐度似乎并没有大影响极化电阻。旋转速度有明显的影响,和固定系统极化阻力值是6 - 10倍比在高旋转速度。

间隔测试结果Isosaari海洋腐蚀试验站数据所示8和9。图8显示厚度损失计算使用减肥连续四1年测试。图9显示了浸没式测试期间测试长度对腐蚀速率的影响。一般来说,预期腐蚀速率会随时间减少。在这种情况下,效果清楚的看到了铝、铜、锌和少显然与钢。浸泡试验结果作为基线在我们所有的海洋腐蚀测试。腐蚀率如表所示4。结果在表4表明,纯粹的钢铁的腐蚀速率接近110年的平均值μ(米/年2]。50锌的腐蚀速率是相同的μ米/年了(2]。镀锌钢显示一些锌涂层的腐蚀。其他材料的腐蚀速率很小。不锈钢没有减肥,甚至计算结果给负面的一些样品的腐蚀速率。

不锈钢的点蚀和缝隙腐蚀主要是由氯离子引起的,尽管其他卤化物也有相似的效果。金属的腐蚀性盐解决方案取决于溶液的pH值、氧化和减少条件,卤化物,温度,流速,等等。硫酸盐、碳酸盐比卤化物不那么咄咄逼人,他们甚至可以中和卤化物的影响在某种程度上(8]。抗点蚀性指数(PRE-values)计算从钢的成分可以作为第一估计耐腐蚀。另一种方法是创建不同类型的不及格两种图表域基于周期性极化测试;是一个激进的阴离子的浓度。图表是基于实验的界线,所有样品失败,没有失败的示例。当的不及格两种图表简单chloride-based解是已知的,估计其他离子的影响可以通过研究通过和失败的转变区域。

临界温度遵循通常的方程类型(9]。通常温度降低很顺利随着氯离子浓度的增加允许曲线拟合。更复杂的解决方案组成和温度的影响,研究了在人工海水(I型)。测试材料是爹妈S31603 S32304,。S31803母材人工海水被蒸馏水稀释,以调整氯化物含量。通过区域的界限并不连续的简单氯化铵解决方案(9]。结果在图10奥氏体钢S31603显示在1:100稀释钢抗腐蚀= 40°C和氯浓度较高的临界温度随氯离子浓度增大而减小。双相钢S32304 PRE-value S31603相比有相同。S32304通过地区有两个水平范围在低和高氯浓度和倾斜的过渡。

测试结果表明,稀释海水以同样积极氯浓度低于氯化铵对一些不锈钢由于其他组件的抑制效果。最有可能的是其他阴离子吸附在不锈钢的钝化膜,防止氯离子的吸附。低合金钢,海水的临界点蚀温度5 - 15°C高于氯化铵溶液中使用相同的ppm水平的氯化物。高合金双钢爹妈,S31803母材的海水的临界温度略低于氯化铵溶液。根据钢铁和溶液组成、离子浓度或温度可以更多的关键因素。

当腐蚀强度和延性的影响,研究了夹层梁样本沉浸在微咸水一或两年。从测试拿走后,光束样本清洗和宽松的腐蚀产物被移除。样本然后接受极限强度测试。这些弯曲测试后,15厘米长块从梁的两端进行更彻底的腐蚀分析和一些拉伸试样被削减,从梁的弹性变形部分加工。腐蚀速率测量样本,结束的表5。平均腐蚀速率为0.12毫米/年为期一年的测试和0.10毫米/年为期两年的测试。腐蚀速率对应于0.10 - -0.13毫米/年,以基线为纯粹的钢铁浸渍试验;见表4和5。有较强的腐蚀速率的变化作为减肥测量不能使用和厚度的损失用千分尺测量。

Web-core和瓦楞芯三明治梁在三点弯曲测试。每个标本的顶面盘扣的实验。前面板上的扣出现在每个标本约90%的极限强度。的极限强度未腐蚀的60 kN web-core面板。强度下降到53 kN和50 kN的一,两年未受保护的样本。瓦楞芯板的极限强度是未受腐蚀的57 kN标本。一年期无保护腐蚀板极限强度50 kN,两年的腐蚀标本48 kN 40 kN。无保护web-core梁的极限强度减少14.5%和17%为一,两年腐蚀样品。对于瓦楞芯梁,降低了10%和16%。梁的板的应力-应变行为决定了拉伸测试。 The stress-strain curves from corroded tensile specimens were untypical. The ductility was reduced and the material started to strain harden immediately after the onset of yielding. Yield and ultimate strength did not change during immersion when loss of thickness was taken into account.

4所示。讨论

冷盐水预计将比温暖的海水腐蚀。这是基于腐蚀电池的理论模型和混合电位理论,在阴极反应的速率决定了腐蚀速率。在海水中,主要是氧还原阴极反应。作为冷氧的溶解度高,低盐度水,阴极反应的速率,因此腐蚀将更高。这是支持的阴极保护系统的设计值。

一般来说,在海水中腐蚀速率已经记录在许多出版物,例如,在[2]。它指出,腐蚀速率的变化可以解释为当地环境,接触的长度,和方法来确定腐蚀的效果。同样的形式腐蚀影响腐蚀速率的测定。例如,铝和不锈钢钝化金属,所以他们的腐蚀通常不是一般腐蚀但是点蚀和缝隙腐蚀,因此减肥结果转换为损失的厚度会导致过低腐蚀率。坑深度更适当的腐蚀速率估计。

海洋腐蚀测试是在实验室和现场完成。测试方法和环境的选择依赖于想要的信息。在大多数情况下,简单的合成海水腐蚀研究适用于实验室。生物活性的影响可以考虑合适的添加剂(10]。比较的实验室和现场试验表明,腐蚀速率变化决定在实验室测试可以大大高于实地测试。尽管在实验室的条件更好的控制,短曝光时间和小样本的大小会导致变异。也不同的电化学方法在实验室期间会导致变异分析和可以依靠的人或软件做曲线拟合等等。

间隔在天然海水浸泡试验做了四年的时间给了一个好的基线一般腐蚀速率。当比较长期的结果公布结果,指出它是纯粹的钢的腐蚀速率,CuZn23Al1铜、镀锌钢、锌对应的平均汇率(2]。铝的腐蚀速率低于腐蚀速率范围(2)和铜的腐蚀速率是在较低的范围中描述的2]。不锈钢不会显示明显的腐蚀。没有检测到和重量损失小。所有存款无法删除,可能任何减肥的不锈钢被藤壶是蒙面等等。考虑一般腐蚀、低温、低盐度水似乎并没有比其他腐蚀性海水样本。

不锈钢没有显示一般腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀。点蚀和缝隙腐蚀预计开始时咄咄逼人的阴离子浓度或温度太高了。在这种情况下,冷,低盐度水可以不如温暖的海水腐蚀。氧浓度不影响氧化还原电位越高,局部腐蚀将开始;甚至更高的氧浓度将提高钝化。

梁测试的腐蚀速率是相同的在四年的时间间隔测试。焊缝或热影响区外表面没有腐蚀。梁在三点弯曲测试。新无保护的强度极限web-core面板是60 kN,减少14.5%和17%,两年腐蚀样品。新瓦楞芯板的极限强度57 kN,减少10%和16%。应力-应变曲线表明,在断裂应变随腐蚀测试时间增加,尽管极限强度保持不变。样品的延性降低,应变硬化开始发作的收益率。应力-应变曲线的变化是按照最新发现11,12]。人们认为氢的延性降低,因为进入钢结构。钢铁表面被内心的黑色和棕色外腐蚀产品覆盖层。这可能表明缺氧条件接近钢表面氢和可能的进化。

5。结论

冷盐水预计将比温暖的海水腐蚀。这是基于腐蚀电池的理论模型和混合电位理论,在阴极反应的速率决定了腐蚀速率。在海水中,主要是氧还原阴极反应。作为冷氧的溶解度高,低盐度水,阴极反应的速率,因此腐蚀将更高。

实验室检测显示相当高的腐蚀速率的变化,但也从实地测试报告的腐蚀速率显示三个数量级的差异,尤其是对钝化金属。长期现场试验的腐蚀速率测量在芬兰海湾微咸水表示,对钢铁、锌、铜,为全面腐蚀将腐蚀的主要形式,腐蚀率接近预期的全球平均腐蚀速率。对铜,也希望显示全面腐蚀,腐蚀速率在低范围的腐蚀速率。钝化金属,铝和不锈钢,腐蚀速率很低。这是解释为缺乏全面腐蚀和非常低或不存在的点蚀。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

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