S420海工鋼在不同海洋區帶環境下的腐蝕行為研究

麻衡¹, 田會云², 劉宇茜³, 王月香¹, 何康¹, 崔中雨², 崔洪芝²

1.萊蕪鋼鐵集團銀山型鋼有限公司 濟南 271104

2.中國海洋大學材料科學與工程學院 青島 266100

3.青島大學機電工程學院 青島 266071

中國腐蝕與防護學報  2024, Vol. 44  Issue (3): 635-644

CSTR: 32134.14.1005.4537.2023.192

DOI: 10.11902/1005.4537.2023.192

摘要: 

通過1 a的青島海域實海暴露實驗，結合失重法、宏觀和微觀形貌、三維形貌和腐蝕產物分析，開展了S420鋼在大氣、飛濺、潮差和全浸4個不同海洋區帶下的腐蝕行為研究。結果表明：S420鋼在潮差環境中腐蝕速率最高，大氣環境下腐蝕速率最低。一方面，這主要歸因于銹層具有持水能力，為陰極反應提供充足的水介質，另一方面，潮差環境的干濕循環使得表面薄液膜中Cl^-濃度增加，同時加速了氧的傳質過程，促進了腐蝕陰陽極反應速率。腐蝕產物主要由γ-Fe₂O₃、Fe₃O₄以及α/γ-FeOOH組成。電解液層的持續存在有利于γ-FeOOH的形成，使其在潮差和全浸環境中占主導地位。充足的氧氣和干濕循環促進了Fe₃O₄的生成，導致其在飛濺環境中以主要形式存在。S420鋼在潮差環境下表現出最大點蝕深度和高點蝕體積的局部腐蝕特性。

關鍵詞：低合金鋼,  海洋腐蝕,  點蝕,  銹層,  腐蝕速率 

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圖1 S420鋼的宏觀腐蝕形貌

Fig.1 Macro corrosion morphologies of S420 steel after exposed corrosion in atmospheric zone (a), splash zone (b), tidal zone (c) and immersion zone (d)

圖2 S420鋼在大氣、飛濺、潮差和全浸環境中暴露1 a后的腐蝕速率

Fig.2 Corrosion rate of S420 steel after 1 a exposure to atmospheric, splash, tidal, and immersion zone

圖3 S420鋼在大氣區、飛濺區、潮差區和全浸區中腐蝕1 a后腐蝕產物的腐蝕形貌

Fig.3 Corrosion morphologies of S420 steel after 1 a exposure to atmospheric (a, b), splash (c, d), tidal (e, f) and immersion (g, h) zone

圖4 S420鋼在大氣區、飛濺區、潮差區和全浸區4種環境下暴露1 a后的腐蝕產物截面形貌及EDS結果

Fig.4 Cross-sectional morphologies and EDS results of the corrosion products of S420 steel after 1 a exposure to atmospheric (a), splash (b), tidal (c) and immersion (d) zone

圖5 S420鋼在大氣區、飛濺區、潮差區和全浸區暴露1 a后去除腐蝕產物后的表面形貌和3D輪廓

Fig.5 Surface morphologies (a-d, a1-d1) and 3D topographies (a2-d2) of S420 steel after 1 a exposure to atmospheric (a, a1, a2), splash (b, b1, b2), tidal (c, c1, c2) and immersion (d, d1, d2) zone. The corrosion products has been chemically removed

圖6 S420鋼在不同環境下腐蝕1 a后蝕坑深度和體積的累計概率分布

Fig.6 Cumulative probability distribution of pit depth (a) and volume (b) of S420 steel after corrosion in different zones for 1 a

圖7 S420鋼在不同環境下腐蝕1 a后腐蝕產物的XRD譜以及不同組成相和α/γ*的比值

Fig.7 XRD patterns of the corrosion products formed on S420 steel after corrosion in different zones for 1 a (a) and the proportion of different constituting phases and α/γ* (b)

圖8 S420鋼在大氣區、飛濺區、潮差區和全浸區環境下腐蝕1 a后腐蝕產物的物相分布

Fig.8 Phase distributions of the corrosion products formed on S420 steel after 1 a exposure to atmospheric (a), splash (b), tidal (c), and immersion (d) zone (G, L, and M represent goethite (α-FeOOH), lepidocrocite (γ-FeOOH), and magnetite/maghemite (Fe₃O₄/γ-Fe₂O₃), respectively)

結論：

(1) 不同的海洋區帶通過電解液存在形式的不同影響S420鋼的腐蝕速率、腐蝕產物和局部腐蝕行為。

(2) S420鋼在潮差環境下腐蝕速率最高，大氣區環境下腐蝕速率最低。在潮差環境的干燥期，腐蝕產物中較為充足的水含量和充足的氧供應是促進陰陽極反應的關鍵。

(3) S420鋼的腐蝕產物由α-FeOOH、γ-FeOOH和Fe₃O₄組成。電解液層的持續存在有利于γ-FeOOH的形成，使其在潮差和全浸環境中含量較高。充足的O₂和干濕循環促進了Fe₃O₄的生成，導致Fe₃O₄相對含量在飛濺區較高。

(4) S420鋼在潮差和飛濺環境下表現出最大點蝕深度和高點蝕體積的數量較多。含Cl^-和干濕循環的環境是點蝕萌生和長大的關鍵。

本文引用格式：

麻衡, 田會云, 劉宇茜, 王月香, 何康, 崔中雨, 崔洪芝. S420海工鋼在不同海洋區帶環境下的腐蝕行為研究. 中國腐蝕與防護學報[J], 2024, 44(3): 635-644 DOI:10.11902/1005.4537.2023.192

MA Heng, TIAN Huiyun, LIU Yuxi, WANG Yuexiang, HE Kang, CUI Zhongyu, CUI Hongzhi. Corrosion Behavior of S420 Steel in Different Marine Zones. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2024, 44(3): 635-644

DOI:10.11902/1005.4537.2023.192 

通訊作者: 田會云，研究方向為海洋環境腐蝕與應力腐蝕開裂行為

E-mail: tianhuiyun@ouc.edu.cn

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