温度和搅拌速度对Q345和Q235钢在模拟海水中的腐蚀影响毕业论文

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温度和搅拌速度对Q345和Q235钢在模拟海水中的腐蚀影响

摘 要

由于淡水资源的缺乏，大力开发和利用海水势在必行。但由于海水含盐量高，腐蚀、结垢离子的质量分数高，微生物、大生物种类多，具有腐蚀性的离子浓度远高于一般淡水，因此，金属在海水中的使用存在严重的腐蚀问题，故研究金属在海水中腐蚀原因及影响因素，做好有针对性的防腐蚀工作尤为重要。

本研究主要进行浸泡实验，实验将Q235和Q345试样置于不同温度和搅拌速度的模拟海水中，连续进行七天。所用到的模拟海水是3.5%NaCl溶液。

浸泡试验结果表明：在模拟海水中随着温度的升高，两组试样的年腐蚀速率增加。在模拟海水中随着搅拌速度的升高，两组试样的年腐蚀速率也增加。相同温度和搅拌速度的模拟海水中，虽然Q235试样的年腐蚀速率基本上都大于Q345试样的年腐蚀速率，但因Q235试样表面发生了全面腐蚀，Q345试样的表面发生了点蚀，所以在相同条件下的模拟海水中Q345的危害性较大。

本论文研究得到结论：温度和搅拌速度均能加快Q235和Q345试样在模拟海水中的腐蚀速率。

关键词：海水腐蚀；浸泡试验；温度；搅拌速度

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Abstract

Due to the lack of fresh water resource, develop and utilize seawater be imperative. But because of the highsalt content,corrosion,fouling ion mass fraction, microbiological, biological species, corrosive ion concentration is far higher than that of water, therefore, metals in seawater using existence serious corrosion problem, so the study of metals in seawater corrosion reasons and influencing factors, do a good job targeted anti corrosion is very important.

This study mainly for soaking experiment, experiment Q235 and Q345 samples at different temperature and stirring speed in simulated sea water, for seven consecutive days. The use of simulated seawater is 3.5% NaCl solution.

The test results show that: soaking in simulated sea water with temperature rising, two groups of samples and the annual corrosion rate increase. In simulated sea water with stirring speed increases, two groups of samples and the annual corrosion rate also increased. The same temperature and stirring speed in simulated seawater samples of Q235, although the annual corrosion rate basically is larger than Q345sample annual corrosion rate, but because the Q235surface of the specimen has a comprehensive corrosion, Q345specimen surface pitting happened, so under the same conditions of simulated sea water, Q345greater harmfulness.

This paper get the conclusion: temperature and stirring speed can accelerate Q235and Q345samples in simulated sea water corrosion rate.

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Key Words : Seawater corrosion;Immersion testing;Temperature;Mixing speed

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目录

摘 要 ................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................... II 引言 ...................................................................................................................................... 1 1 文献综述 .......................................................................................................................... 3

1.1 材质简介 ............................................................................................................... 3

1.1.1 Q235材质简介 ........................................................................................... 3 1.1.2 Q345材质简介 ........................................................................................... 4 1.2 海水环境与性质 .................................................................................................. 6

1.2.1 我国典型海域主要环境因素 ................................................................... 6 1.2.2 海水性质 .................................................................................................. 11 1.3 海水腐蚀的实验研究与数据处理 ................................................................... 15

1.3.1 海水腐蚀试验方法 .................................................................................. 15 1.3.2 海水腐蚀的数据处理与分析 ................................................................. 16 1.4 常用典型钢材的海水腐蚀研究 ....................................................................... 17

1.4.1 碳钢和低合金钢的海水腐蚀研究 ......................................................... 17 1.4.2 不锈钢的海水腐蚀研究 ......................................................................... 22 1.4.3 铜合金的海水腐蚀研究 ......................................................................... 26

2 研究方法 ........................................................................................................................ 27

2.1 实验仪器与试剂 ................................................................................................ 27 2.2 浸泡腐蚀实验 ..................................................................................................... 27

2.2.1 试样制备 .................................................................................................. 27

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2.2.2 配制模拟海水溶液 .................................................................................. 27 2.2.3 实验步骤 .................................................................................................. 28

3 实验结果与分析 ............................................................................................................. 1

3.1 Q235的腐蚀研究 ................................................................................................. 1

3.1.1 Q235试样腐蚀前后形貌观察 .................................................................. 1 3.1.2 Q235试样腐蚀后微观形貌及能谱分析 ................................................. 2 3.1.3 Q235试样实验数据 ................................................................................... 3 3.1.4 温度和转速对Q235试样腐蚀速率的影响 ........................................... 4 3.2 Q345的腐蚀研究 ................................................................................................. 7

3.2.1 Q345试样腐蚀前后形貌观察 .................................................................. 7 3.2.2 Q345腐蚀微观形貌及能谱分析 .............................................................. 9 3.2.3 Q345试样实验数据 ................................................................................. 10 3.2.4 温度和转速对Q345试样腐蚀速率的影响 ......................................... 11 3.3 Q235和Q345腐蚀的对比分析 ........................................................................ 13

3.3.1 温度 ........................................................................................................... 13 3.3.2 转速 ........................................................................................................... 14

结论 .................................................................................................................................... 15 致 谢 .................................................................................................................................. 16 参考文献 ............................................................................................................................ 17

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引言

海水是一种复杂的多组分水溶液，海水中各种元素都以一定的物理化学形态存在。海水是一种含盐量相当大的腐蚀性介质，表层海水含盐量一般在3.20％~3.75％之间，随水深的增加，海水含盐量略有增加。相互连通的各大洋的平均含盐量相差不大，太平洋为3.49％，大西洋为3.54％，印度洋为3.48％。盐分中主要为氯化物，占总盐量的88.7％。由于海水总盐度高，所以具有很高的电导率，海水的平均电导率约为4×102S·cm-1，远远超过河水（2×104S·cm-1）和雨水（2×103S·cm-1）的电导率。海水中pH值通常为8.1-8.2，且随海水深度变化而变化。若植物非常茂盛，CO2减少，溶解氧浓度上升，pH值可接近10；在有厌氧性细菌繁殖的情况下，溶解氧量低，而且含有H2S，此时pH值常低于7。海水中的氧含量是海水腐蚀的主要影响因素之一，正常情况下，表面海水氧浓度随水温大体在5~10mg/L范围内变化。海水温度一般在-2℃~35℃之间，热带浅水区可能更高。海水中氯离子含量约占总离子数的55％，海水腐蚀的特点与氯离子密切相关。氯离子可增加腐蚀活性，破坏金属表面的钝化膜[1]。

由于海洋腐蚀环境苛刻，因此开展碳钢、低合金钢这些材料在海水中腐蚀性能的研究非常必要。二十世纪三十年代以来，美国积累了各腐蚀区域527种金属材料长达3a～16a的海水腐蚀数据。我国则仅限于碳钢、低合金钢在海水全浸条件下的五年数据，而在潮差区、飞溅区的腐蚀数据几乎没有。这给海洋工程设计、选材、开展防护工作造成了很大困难，金属材料在海水中的腐蚀受其环境影

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响是非常复杂的过程，在不同海域所表现出的耐蚀性有很大差别，既使在同一海域不同区带，其腐蚀性能各异，因此对常用金属材料在我国海域进行系统的腐蚀试验及研究，获得可靠的材料腐蚀数据，为海洋工程、沿海建筑物的设计、选材、开展防护，开发新的耐蚀材料提供依据[2]。

本文选取Q235和Q345两种钢材为实验材料，通过浸泡试验研究不同温度和搅拌速度的模拟海水对碳钢的腐蚀影响。

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1 文献综述

1.1 材质简介

本论文选用的实验材料包括在工程材料中应用较广的Q235和Q345两种钢材，首先对Q235和Q345材料材质和性能及应用作以简要介绍。

1.1.1 Q235材质简介

Q235是普通碳素结构钢的一种钢材[3]。 按等级可区分为Q235A、Q235B、Q235C、Q235D。A、B、C、D指的是它们性能中冲击温度的不同。Q235A级，是不做冲击；Q235B级，是20℃常温冲击；Q235C级，是0℃冲击；Q235D级，是-20℃冲击。在不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。按A、B、C、D硫含量依次递减；A和B的磷含量相同，C的磷含量次之，D磷含量最少。Q235各个级别的化学成份见下表1.1。

Q代表的是这种材质的屈服度，后面的235就是指这种材质的屈服值在235左右，并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。Q235的机械性能如下表1.2、1.3。执行标准：外部标准为：GB/T709-2006《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》，内部标准为：GB/T3274-2007 《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。大量用于建筑及工程结构，用以制作钢

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筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅 炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专业用钢使用。

表1.1 Q235各个级别的化学成份

分类 Q235A Q235B Q235C Q235D

C 0.14~0.22 ≤0.045 ≤0.18 ≤0.17

Mn 0.30~0.65 0.30~0.67 0.35~0.80 0.35~0.80

Si ≤0.30 ≤0.30 ≤0.30 ≤0.35

S ≤0.050 ≤0.045 ≤0.040 ≤0.040

P ≤0.045 ≤0.045 ≤0.040 ≤0.035

表1.2 Q235的机械性能

抗拉强度（σb/MPa）

375-500

弹性模量（E/Gpa） 泊松比（ν） 抗拉强度（σb/MPa）

200~210

0.25~0.33

375-500

表1.3 Q235伸长率与直径

钢材直径（a/mm）

≦16 >40-60 >100-150

伸长率（δ/%） 钢材直径（a/mm）

≧26 ≧24 ≧22

>16-40 >60-100 >150mm

伸长率（δ/%）

≧25 ≧23 ≧21

1.1.2 Q345材质简介

Q345是一种钢材的材质。它是低合金钢，广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等。按等级可区分为Q345A，Q345B，Q345C，Q345D，Q345E所代表的，主要是冲击的温度有所不同。Q345A级，是不做冲击；Q345B级，是

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20℃常温冲击；Q345C级，是0℃冲击；Q345D级，是－20℃冲击；Q345E级，是－40℃冲击。在不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。在板材里，属低合金系列[3]。Q345A、B、C、D、E均含Nb≤0.07，V≤0.15，Ti≤0.20，Cr≤0.30，N≤0.012，Mo≤0.10，Q345各个级别的化学成份见下表1.4。

表1.4 Q345各个级别的化学成份

分类 Q345A Q345B Q345C Q345D Q345E

C ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.18 ≤0.18

Mn ≤1.70 ≤1.70 ≤1.70 ≤1.70 ≤1.70

Si ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50

S ≤0.035 ≤0.035 ≤0.030 ≤0.025 ≤0.020

P ≤0.035 ≤0.035 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.025

Al 0 0 ≥0.015 ≥0.015 ≥0.015

Q代表的是这种材质的屈服，后面的345就是指这种材质的屈服值在345左右，并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。Q345综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，用做中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40℃以上寒冷地区的各种结构。Q345项目应用及前景：工程机械、桥梁工程、车辆制造、建筑结构等制造企业，锅炉及压力容器用钢板，造船及采油平台用钢板，调质型耐磨钢，低合金高强度钢板，高强度高韧性钢板等。参考标准：GB/T1591-2008 《低合金高强度结构钢》机械性能见表1.5。

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表1.5 Q345各个级别的力学性能

分类 Q345D Q345B Q345A Q345C Q345E

抗拉强度MPa 490-675 490-675 490-675 490-675 490-675

屈服强度MPa

≥345 ≥345 ≥345 ≥345 ≥345

伸长率% ≥22 ≥21 ≥21 ≥22 ≥22

1.2 海水环境与性质 1.2.1 我国典型海域主要环境因素

我国海岸带的环境因素[4]，由于受太平洋海洋动力因素、海岸地形、气候、人海河流等影响．形成各自特殊的海洋环境。侯保荣对中国海区的自然特征作过详细论述。据国家海洋局近年调查资料，概述如下。

（1）气温

海岸带年平均气温从北至南变化在8.5（丹东）～25.5℃（三亚）之间。辽东半岛黄海岸段和渤海北部岸段为9～11℃。渤海南部和黄海岸段为12～13℃。东海岸段为l4～18℃。福建南部至广东、广西岸段为19～23℃。雷州半岛和海南岛在23℃以上，海南岛南部可超过25℃。

（2）日照

年日照时数分布总趋势为北部多、南部少；海岛多、陆上少。黄海北部和渤海岸段年日照时数大部分地区为2400～2900h，海南岛为2000～2600h。

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（3）降水

海岸带濒临东亚季风区，受冬、夏季风及海陆分布和沿岸地形的综合影响，北部降水少。南部降水多；陆上多，海上和海岛少；山地迎风坡多，背风坡少。黄海北部和渤海岸段，年降水量大多为550～1000mm。黄海南部至杭州湾以北的海岸段大多为1000～1200mm。杭州湾以南至福建南部的东海岸段，沿岸山地丘陵交错，海陆间降水量梯度大，年降水量大多为1500～1700mm。南海岸段大多是降水最丰富的地区，年降水量在1600mm以上。

（4）湿度

海岸带年平均相对湿度，从高纬度向低纬度递增，由陆地向海上递增，黄海北部岸段年平均相对湿度较小，空间分布差异较大，季节变化幅度也大，年平均相对湿度为60％～74％。黄海南部岸段湿度较大，空间分布较均匀．季节变化较小，大部分岸段年平均相对湿度在80％以上。相对湿度的年内变化与降水量的年内变化相关，在降水集中季节。湿度增大。黄海、渤海岸段相对湿度夏季7～8月份最大，大多为80％～85％，冬、春季相对湿度较小，渤海岸段为50％～60％，黄海岸段为60％～70％。海南岛8～9月最大，东部海岸达85％～87％，冬季较小，为76％～83％。

（5）水温

由于太阳辐射强度不同，各岸段海域的水温也不相同。沿岸水温的年平均值一般随纬度的增高而降低，水温随季节变化见表1.6。

（6）盐度

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沿岸海域的盐度与外海高盐水和沿岸低盐水的消长和交汇有关，还受径流，潮流等影响。沿岸海域年平均盐度为28％～33‰，最高月平均盐度为33.75‰（海南岛）。南海因外海高盐水逼岸，盐度较高，其中海南岛沿岸海域盐度最高。河口区的盐度，由于受径流的影响，明显低于周围海域的盐度，如长江口1月最高为21.5‰，7月最低为8.5‰。福建、浙江岸段夏季盐度高于冬季，这与高温、高盐的黑潮的消长有关。

表1.6 我国沿岸表层水温变化

地点

夏季

辽宁 河北 山东 江苏 浙江 福建 广东 广西 海南岛 （7）溶解氧

20～26 24～27 22～30 24～29 26～29 27～30 27～31 27～33 27～31

表层温度/℃

冬季 0～2 结冰 -0.3～4.3 4～5 9～12 10～13 13～17 13～16 19～23

海水中溶解氧主要来源于大气中氧的溶解，其次来自海洋植物（主要是浮游植物）光合作用产生的氧。海洋生物的呼吸作用和有机物的降解消耗溶解氧。氧

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在海水中的溶解度取决于水温、盐度和大气压力等。海水含氧量受水温控制，冬高夏低，春秋季居中。我国海岸带溶解氧平均值为（5.63±0.76） ml·L-1，最大值为8.84 ml·L-1 （辽宁冬季）。海岸带溶解氧基本处于饱和状态，变化较小。平均饱和度为100.3％，最大值为l67％。浮游植物大量繁殖可能形成局部海岸高氧区，大量有机质分解耗氧可能形成低氧区。

（8）酸碱度

影响海岸带海水pH值的因索有盐度、CO2含量、浮游植物光合作用、河流径流量、有机质分解反应等。盐度低、CO2含量高，使pH值降低。浮游植物光合作用需要吸取CO2，使海水中CO2减少，使pH值升高。通常情况下河水pH值小于海水，河流径流量大，使pH值下降。有机质分解释放出酸性物质，使pH值下降。大洋海水的pH值变化不大，通常为8.1～8.3。海岸带海域因为受陆地径流等影响，pH值变化较大。我国主要海域表层海水的pH值为7.96～8.51之间。一般是冬季较高，夏季较低，如山东海岸表层海水pH值春、夏、秋、冬季分别为8、18、8、18、8、20、8、24。

（9）潮汐与潮流

我国橱海潮汐性质较复杂，各海区均存在正规半日潮、不正规半日潮、正规全日潮、不正规全日潮4种类型，但不同海区各种潮汐类型所占主次不同。正规半日潮流，每半天涨、落潮流时间大约为6h。正规日潮流，每天涨、落潮时间大约各为12h。

我国沿岸海域多以半日潮流为主，但不同海域有明显差别。南海潮流比较复

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杂，以不正规半日潮和全日潮流为主。潮流的性质、运动形态、潮流历时和流速均有明显的地区性。潮差分布，总趋势是东海最大，渤、黄海次之，南海最小。渤海、黄海、东海、南海沿岸平均期差为0.70～2.71m、0.79～3.71m、1.65～5.54m、0.73～2.48m。潮差还有季节变化，夏季潮差较大、冬季潮差较小，年内最大与最小月平均潮差的变幅，黄、渤海约0.20m，东海约0.20～0.40m，南海约0.60m。各地流速差别大，如涨、落潮最大流速山东沿岸、杭州湾、海南岛东部、西部分别为71cm/s、260cm/s、49cm/s、95cm/s。

（10）污损生物

海洋污损生物也称海洋附着生物。污损生物的种类很多，据估计，有4000～5000种。我国沿海已记录了614种污损生物，其中最主要的类群有藻类、水螅（中胚花筒螅、鲍枝螅和薮枝螅等）、外肛动物（草苔虫、膜孔苔虫、裂孔苔虫和琥珀苔虫等）、龙介虫（华美盘管虫、内刺盘管虫等）、双壳类（贻贝、牡蛎等）、藤壶和海鞘（柄瘤海鞘、菊海鞘等）。污损生物种类、生物量，因海水温度、盐度、营养物，透明度、水流等因素不同呈明显的季节变化和年变化。我国沿岸海域，从北至南，附着期愈来愈长。渤海沿岸附着盛期是6～9月（月平均水温20～26℃）。北黄海污损生物附着季节和渤海大同小异。南黄海的苏南沿岸与东海江游沿岸附着季节相类似。5～10月都有大量生物附着，从6月份开始（月平均水温20℃以上）才有藤壶等石灰质外壳的大型种类附着。12月至翌年2月或3月（月平均水温10℃以下）几乎没有生物附着。福建南部与广东沿岸附着期基本相同，4月（月平均水温16℃以上）开始形成附着盛期，一直延续判到11

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月，12月至翌年3月多数港口虽然仍有生物附着，但数量少。海南岛及西沙海域全年都有生物附着（月平均水温都在20℃以上），但各月份的附着强度不一。

1.2.2 海水性质

海水中几乎含有地球上所有的元素。海水中已测出的元素近80种。海水是一种成分很复杂的天然电解质。除含有大量盐类以外，还含有溶解氧、二氧化碳、海生物和的有机物。表层海水（1～10 m）为氧和二氧化碳，常温pH值8.2左右，是具有一定流速的腐蚀性电解质溶液。它具有高的含盐量、导电性、腐蚀性和生物活性[5]。

海水中溶有大量以氯化钠为主的盐类。海水含盐是用盐度或氯度表示。盐度是指1000g海水中溶解的固体盐类物质的总克数，氯度是表示1000g海水中含卤族离子克数，常用百分数或千分数表示，盐度（S‰）与氯度的关系如下：

S=1.80655×氯度‰

世界上几个大洋在南半球是完全相通的，在相通的海洋中总含盐量和各种盐的相对比例并无明显改变。在开阔的洋面中表层海水盐度变化的典型范围是32‰～37.5‰，通常取盐度35‰（相应氯度为19‰）作为大洋海水盐度的平均值。盐度为35‰的海水中主要溶解物质的浓度见表1.7。

海水的盐度随地区稍有变化。在近岸海区和内海中，盐度有较大变化，如在江河人海口，海水被稀释，盐度小。在地中海、红海这些封闭性内海中，由于水分急速蒸发，盐度可达40‰，某些海域的海水含盐量见表1.8。

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表1.7 海水（S=35‰）中主要溶解物质浓度

离子 Na+ K+ Mg2+ Ca+ Sr2+ Cl- Br- F- HCO3- SO42- B(OH)3

质量摩尔浓度/mol·kg-1 468.5 10.21 53.08 10.28 0.90 545.9 0.842 0.068 2.30 28.23 0.416

表1.8 海域的海水含盐量

质量分数/g·kg-1

10.77 0.399 1.290 0.412 0.0079 19.354 0.0673 0.0013 0.140 2.712 0.0257

海域 大西洋 太平洋 地中海 红海 黑海 白海 波罗的海 中国渤海 中国黄海

总盐含量/% 3.5～3.8 3.4～3.7 3.7～3.9 ＞4.1 1.7～2.2 1.9～3.3 0.2～0.8 2.9～3.1 3.0～3.1

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中国东海 中国南海 英国北海 一般海水

2.7 2.4 3.5～3.6 0.01～0.03

海水的含盐量、含氧量、温度和pH值隧海水的深度变化，如图1.1所示。海水的电导率大约为4×10-2 Ω-1·cm-1，远远超过河水（2×10-4 Ω-1·cm-1）和雨水（1×10-3 Ω-1·cm-1 ）。因为电导率高，所以海水中的金属腐蚀，不仅有微电池腐蚀，还有宏电池腐蚀现象，使活性大大增加，如异种金属接触时更易产生电偶腐蚀，其作用范围更远。

图1.1 美国加州怀尼米港西部太平洋试验场海水 含盐量、含氧量、温度和pH值随海水深度的变化

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海水中的溶解氧，在正常情况下，表层海水被空气饱和，氧浓度随水温大体在5～10mg/g范围内变化。氧含量主要取决于盐度和温度，已知绝对温度T（K）和盐度S，通过已知关系式，能计算出溶解氧的平衡浓度1n[O2]/mol·L-1。 ㏑[O2]=A1+A2(100/T)+A3㏑(T/100)+A4(T/100)+S[B1+B2(T/100)+B3(T/100)2]

式中，A1等值见表1.9。

表1.9 计算溶解氧平衡浓度的系数值

A1 A2 A3 A4 B1 B2 0.014259 B3 -0.0017 -173.429 249.633 143.3483 -21.8492 -0.03309 溶解氧主要来源于大气中的氧气通过空气与海水交换，导致接近饱和。然而，由于生化反应，如春天时光合作用以及海水与空气强烈交换，可使海水氧含量达到过饱和。不同盐度和不同温度时氧的溶解度见表1.10。

表1.10 常压下氧在海水中的溶解度/ml·L

-1

温度/℃

0.0

0 10 20 30

10.30 8.02 6.57 5.57

1.0 9.65 7.56 6.22 5.27

盐的浓度/﹪ 2.0 9.00 7.09 5.88 4.95

3.0 8.36 6.63 5.52 4.65

3.5 8.04 6.41 5.35 4.50

4.0 7.72 6.18 5.17 4.34

不同纬度的海区，海水含氧量不同，高纬度区海水的含氧量较岛。溶解氧含量有近岸低、远岸高的特点。海水含氧量随海水深度的变化如图1.1所示。最低含氧量出现在中层700m左右深处，含氧量由表层海水5.8ml·L-1降至0.3

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ml·L-1。这是因为从海面缓慢下沉的腐烂生物耗掉了大量的氧。在太平洋这些区域的深海处，由于来自北极海底洋流供给了含氧海水，700 m以下海水含氧量又有所升高。

海水中pH值通常为8.1～8.3，随海水深度而变化。若植物非常茂盛，CO2少，溶氧浓度上升10％～20％时，pH值可接近9.7。在有厌氧性细菌繁殖的情况下，溶氧量低，而且含有H2S，此时pH值常低于7。海水中含有复杂的无机物和有机物，加之高的生物活性作用都是人造海水所不具备的，它们对腐蚀都有一定影响。

海水温度在-2～35℃之间，热带浅水区可能更高，另外，海水流动速度也是腐蚀的影响因素。

1.3 海水腐蚀的实验研究与数据处理 1.3.1 海水腐蚀试验方法

海水腐蚀的实验方法主要包括现场试验、实验室人工模拟海水试验和模拟海水加速腐蚀试验。实验方法围绕影响海水腐蚀的主要因素展开，各主要因素的作用效果及其相互间的交互作用是海水腐蚀研究的重点，也是对海水腐蚀性的评价、分类和预测的基础。选用多因子进行海水腐蚀性研究的方法已被人们所广泛接受。对于材料海水腐蚀试验，美国材料试验协会（ASTM）有推荐的试验方法，如ASTM G52—1976《金属与合金进行表面海水暴露试验标准推荐方法》。我国参照国际上的有关标准制定的“材料海水腐蚀试验方法”，有的也已列入国家标准，如GB 5776—1986《金属材料在表层海水中常规暴露腐蚀试验方法》；

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GB6384—1986《船舶及海洋工程用金属材料在天然环境中的海水腐蚀试验方法》。国家标准方法中对试样制备、试验装置、试验程序、试验结果评定与试验报告等都作了具体规定。其他材料如涂层、合成材料等的海水腐蚀试验亦可参照金属材料的海水腐蚀试验方法进行。研究表明影响材料在海洋环境中腐蚀的因素根多，其中包括化学的（氧、盐、碳酸盐、有机花合物、污染物等）、物理的（温度、流速、压力等）和生物的因素。这些因素的作用常常是相互关联的，它们不但对不同金属的影响不一样，就是在同一海区对同一种金属的影响也因金属在海水中所处的部位（飞溅区、潮差区、全浸区、深海区、海泥区）不同而异。

腐蚀产物的分析与研究，可以判断腐蚀过程与类型、基体中哪些元素及金属相优先腐蚀、影响腐蚀的环境因素、腐蚀产物的保护性等。金属试件的腐蚀分析包括腐蚀试件及自然环境的描述、试件宏观检查、腐蚀产物收集与分析、试件表面清理与腐蚀程度测定。实际失重率是一种最简单的，也是最可靠的确定土壤中金属腐蚀速度的方法。是海水腐蚀实验中的基本方法。在试件清理表面腐蚀产物后，通过实际失重率的测量可以知道试件的腐蚀速率[6,7]。

1.3.2 海水腐蚀的数据处理与分析

由于材料自然环境腐蚀数据积累及处理的重要性和复杂性，我们积累了大量的材料在典型自然环境的腐蚀数据。为了更好的利用材料自然环境腐蚀数据．通过长周期的试验数据总结出各类材料在不同自然环境中腐蚀的规律性。我国研究了许多海水腐蚀数据处理的统计分析理论和方法。

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海水腐蚀数据处理的基本方法有统计分析法、曲线拟合法、相关分析法、主因子分析法。腐蚀试验要做多组平行试验，因此最基本的试验数据处理方法就是统计分析法[8]。曲线拟合法的实质是通过线性或非线性的最小二乘法技术处理试验数据，包括两种情况：(1)求经验公式，即已知试验数据求函数关系；(2)已知试验数据和相应的函数关系，求模型中各参数。相关分析法是把两组变量分别组合成两个综合指标，当它们之间相互关系达到最大值时的综合指标即为典型变量，典型变量之间的相关系数称为典型相关系数。对于金属（特别是钢铁）影响海水的腐蚀性的因素很多，而且许多因素之间还有相互影响，所以，根据海水的理化性能来预测海水的腐蚀性或判别海水的腐蚀性的类别，是十分困难而又必须研究解决的问题．我国对这个问题进行了比较广泛深入的研究，特别是应用多因数统计分析中的主因子分析原理来研究海水的腐蚀性[9]。

1.4 常用典型钢材的海水腐蚀研究 1.4.1 碳钢和低合金钢的海水腐蚀研究

（1）全浸区

①碳钢在全浸区的腐蚀速率

经过对4种碳钢在青岛站、厦门站、榆林站、舟山站和湛江港的腐蚀速率分析表明，在同一海水条件下，不同碳钢的腐蚀速率是接近的、比较稳定的。可以认为，不同的碳钢在海水中的腐蚀速率没有多大差别。

碳钢在全浸区开始暴露时腐蚀较快，腐蚀速率随暴露时间下降。1年或2年后腐蚀速率趋于稳定。碳钢腐蚀速率这一变化趋势已被国内外较多的资料报道。

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通常用碳钢平均腐蚀深度一时间曲线暴露1年以后的线性部分的斜率作为碳钢的长期暴露的稳定腐蚀速率。但也有例外，如在榆林站，碳钢在海水中暴露8年后腐蚀速率有增大趋势。碳钢在榆林站暴露4～8年的稳定腐蚀速率为0.05 mm·a-1

，而8～16年间的腐蚀速率为0.08 mm·a-1。

碳钢在我国7个试验点暴露l年的腐蚀速率和稳定腐蚀速率见表1.4.1[10] 。

碳钢在不同试验地点的腐蚀速率有较大差别。主要原因是各个不同试验站环境因素不同。

表1.4.1碳钢在不同地点海水中的腐蚀速率

暴露地点 秦皇岛港 青岛站 舟山站 厦门站 湛江港 台中港 榆林站

暴露时间/年

2 16 8 16 7 3.5 16

平均腐蚀速率/mm·a-1

0.14 0.18 0.19 0.18 0.13 0.42 0.11

稳定腐蚀速率/ mm·a-1

≤0.08 约0.11 约0.22 约0.07 约0.13 ≤0.053 约0.08

②低合金钢在全浸区的腐蚀

在海水中常用的低合金钢主要有锰钢、铬钢两大系列。锰钢包括锰钢、锰铌钢、锰钼钢、锰磷钢等系列。铬钢包括铬镍钢、铬钼钢、铬铜钢等。另外还有铜磷钢、镍铜钢等。

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锰钢、铜磷钢、镍铜钢在海水全浸区的腐蚀行为与碳钢相近，腐蚀速率、点蚀深度也与碳钢接近。铬钢在全浸区的腐蚀行为与碳钢不同，不同铬钢的腐蚀行为也有明显差别。铬钢的腐蚀行为与合金元素有关，也与各试验地点的环境因素有关。这使铬钢的腐蚀行为复杂化。

10CrMoAl在青岛、厦门、榆林3个试验地点的海水全浸区浸泡结果表明，短期的腐蚀速率比碳钢小，浸泡4年后它们的腐蚀速率比碳钢大，这一现象被称为耐蚀性“逆转”。

Hudson进行的不同含铬量的铬钢腐蚀结果表明，铬钢在海水中长期浸泡的耐蚀性出现“逆转”。含3％和5％铬的钢在巴拿马运河区附近的太平洋中浸泡16年的腐蚀试验也得到类似的结果。初始阶段腐蚀速率比碳钢小，约3年后腐蚀深度大于碳钢。耐蚀性出现“逆转”。

10Cr2MoAIRe在湛江和青岛站点的腐蚀结果显示，它在海水全浸区的腐蚀行为与其他铬钢有很大差别。10Cr2MoAIRe在海水中短期浸泡的耐蚀性比碳铜大幅度提高。浸泡4年后10Cr2MoAIRe的腐蚀速率上升较快。Larrabee在美国北卡罗来纳州丘尔海滨得到的数据也显示了相似的结果，见表1.4.2。2.6％的Cr与Mo复合的钢在海水中浸泡4年、5年的腐蚀比碳钢轻得多。这些结果表明，大于2％Cr与Mo、Al复合的钢在较短时间内的耐海水腐蚀性大幅度提高，但4年后腐蚀速率明显增大。铬钢的腐蚀速率(瞬时)大于碳钢，即表明它们的耐蚀性与碳钢发生逆转。

表1.4.2 钢在美国北卡罗来纳州丘尔海滨浸泡的腐蚀速率/ mm﹒a-1

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钢种 碳钢 Cor-Ten 2.6 Cr 0.5Mo （2）潮差区

1.5年 0.12 0.11 0.035

2.5年 0.10 0.11 0.040

4.5年 0.083 0.096 0.040

在潮差区，碳钢和低合金钢[9]开始暴露的腐蚀速率较大。长期暴露的腐蚀速率较低。碳钢在各试验站点暴露不同时问段的腐蚀速率见表1.4.3。在青岛站、舟山站、厦门站和榆林站潮差区长期暴露的腐蚀速率为0.03～0.07 mm·a-1。在舟山站、厦门站和榆林站潮差区暴露的腐蚀速率随时间下降，在青岛站1～8年腐蚀速率随时间下降，8年后腐蚀速率略有增大。

1.4.3碳钢在各站潮差区不同暴露阶段的腐蚀速率/ mm﹒a-1

实验地点 青岛站 舟山站 厦门站 榆林站

第一年 0.22～0.28 0.27～0.29 0.22～0.29 0.16～0.21

4～8 约0.05 约0.06 约0.04 约0.07

8～16 约0.07 约0.06 约0.03 约0.05

低合金钢在潮差区的腐蚀速率一般在碳钢的腐蚀速率范围内或比碳钢的腐蚀速率大。如10CrMoAl、12CrMnCu、10CrCuSiV等的腐蚀速率都比碳钢的大。低合金钢在潮差区的耐蚀性并不优于碳钢。

碳钢在潮差区初始暴露阶段的腐蚀速率比全浸区大，但暴露8年后，碳钢在青岛站、舟山站、厦门站潮差区的腐蚀深度比全浸区小些。在全浸区、潮差区，

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碳钢的腐蚀速事一般是随时间下降，但潮差区的腐蚀速率下降得比全浸区要快些。暴露2年后，碳钢在潮差区的腐蚀速宰变得比全浸区小。因此，随着暴露时间延长，在潮差区的腐蚀总量就会小于全浸区。

（3）飞溅区

碳钢和低合金钢在青岛站、舟山站飞溅区的腐蚀速率随时间下降，符合钢在海洋环境中腐蚀的一般规律。而碳钢、低合金钢在厦门站、榆林站飞溅区暴露l年的腐蚀速率较小，但随暴露时间延长，腐蚀速率增大，4年后腐蚀速率趋于相对稳定。厦门站、榆林站的飞溅平台所在位置海水飞溅作用较小。属于飞溅频率较小的干飞溅区环境。刘大扬等分析认为，这是由于榆林（厦门）站的日照时间长。气温高，暴露初期钢样的表面锈层较薄，表面易干燥，因而腐蚀速率较小。随暴露时间延长，钢的锈层逐渐增厚．钢的锈层为疏松的层状结构，吸水吸潮率高。使钢表面维持腐蚀反应的时间延长，使锈层的氧化还原反应加快，使腐蚀速率增大。当锈层的氧化还原反应建立起平衡状态，腐蚀速率趋向相对稳定。

碳钢、低合金钢在飞溅区的点蚀严重。对于碳钢，8 mm厚的试样暴露8年后在各试验站都腐蚀穿孔。在飞溅区点蚀穿透速度在0.5～0.8 mm·a-1之间。

921、E2、14MnMoNbB、15MnMoVN、09CuPTiRe等钢在飞溅区的耐蚀性优于碳钢。其他低合金钢的耐蚀性与碳钢相差不大。

在飞溅区，碳钢和低合金钢在不同站点腐蚀的轻重顺序依次为青岛站、舟山站、厦门站、湛江港、榆林站。碳钢和低合金钢在飞溅区的腐蚀性由北向南（或随温度升高）增强[11]。

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1.4.2 不锈钢的海水腐蚀研究

不锈钢在海洋环境中的腐蚀行为，是材质与环境因素综合作用的结果。它在海洋环境中的耐蚀性优劣主要取决于化学成分。海洋环境条件的差异对耐蚀性也有重要影响。我国海域辽阔，在不同海域或同一海域不同腐蚀区带的环境因素有差异。因此，各种牌号的不锈钢在不同海洋环境条件下的腐蚀行为不同

（1）全浸区

在我国海域表层海水中，东海、南海海生物一年四季生长旺盛。在较短时间内，就会形成严重污损。在榆林站海水中暴露3个月，样板上就长满了海生物。厦门站l年后附着面积在90％以上。青岛站附着生物较少，2年后附着50％左右。海生物种类各站有所不同，但主要种类为牡蛎、藤壶、石灰虫、苔藓虫、贻贝和藻类，最易诱发缝隙腐蚀的是牡蛎和藤壶。

图1.2 不锈钢在榆林站全浸区腐蚀速率随时闻的变化

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5种不锈钢在我国几个海域暴露1年的腐蚀速率在(0.084～72)×10-3 mm·a-1范围内，8年为(0.23～28)×10-3 mm·a-1，16年为(0.11～22)×10-3 mm·a-1。腐蚀速率大多随时间趋于下降，如图1.2所示。几个海域相比，厦门和榆林不锈钢腐蚀速率大致相当，青岛略低，而不同海域大小顺序却一致，腐蚀速率最大是2Cr13。依次为F179、1Cr18Ni9Ti、00Cr19Ni10，腐蚀速率最小为000Cr18Mo2。在同一海域，5种不锈钢腐蚀速率差异明显，2Cr13和000Cr18Mo2可相差几十倍甚至上百倍。腐蚀速率不能作为不锈钢耐蚀性的主要依据，但由失重获得的这一数据也在一定程度上反映了局部腐蚀的严重性。表明了耐蚀性的优劣。腐蚀速率最小的000Cr18Mo2在几个海域均随时间波动较大，如图1.3所示，这可能与这种不锈钢较好的钝性有关。点蚀和缝隙腐蚀是随机产生的，材料的钝性越好，随机性越大，表现出腐蚀程度波动也大，与其在海水中的腐蚀电位波动较大相对应。

图1.3 000Crl8M02不锈钢在不同海水中腐蚀速率随时问的变化

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（2） 潮差区

在潮差区，试样暴露在平均中潮位置，随海水潮汐的变化，试样处在海水间浸环境，试样表面充气较全浸区充分。在我国青岛、厦门、榆林3个试验站，海生物附着情况比较复杂。在青岛站，海生物附着潮差区比全浸区多，l年后试样表面附着面积为60％左右。在厦门站，海生物附着潮差区比全浸区少些，但海生物也生长旺盛。1年后试样表面附着砸积为70％左右，8年后附着面积达100％。在榆林站，海生物附着潮差区比全浸区少得多。l年后试样表面附着面积为20％左右，8年时附着面积为50％左右。在我国上述3个试验站所处的海域，附着生物的主要种类是牡蛎、藤壶等较大型的硬壳海生物。在潮差区，不锈钢所产生的缝隙腐蚀同样发生在固定试样的垫片下及某些硬壳海生物污损处。如图1.4（见彩图）所示的（a）和（b）是不锈钢在榆林站期差区暴露8年时的海生物的附着情况和去除腐蚀产物后的腐蚀形貌，可以看出图（a）中00Cr19Ni10试样海生物的附着和图（b）中附着处的明显腐蚀形成了很好的对应。

5种不锈钢l年的平均腐蚀速率在（0.09～16）×10-3 mm·a-1的范围内，8年为（0.02～6.5）×10-3 mm·a-1。5种不锈钢在几个海域腐蚀速率顺序相同：腐蚀速率最大是2Cr13，其次为F179，最小为000Cr18Mo2。5种不锈钢在榆林海域的腐蚀速率2年后趋于下降，而在厦门和青岛海域却没有呈现明显的规律，可能与不锈钢在两处的局部腐蚀随机性较大有关。研究表明，5种不锈钢在各海域具有一致的耐蚀性顺序：000Crl8Mo2>00Crl9Nil0、1Cr18Ni9Ti>F179>2Crl3。

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图1.4 不锈钢在榆林站期差区暴露8年时的海生物

（3）飞溅区

飞溅区供氧充分，钢样经常受到海水的浪溅作用，无海生物附着。5种成分不同的不锈钢在我国3个试验站飞溅区经l～2年暴露．钢样表面产生了很浅的点蚀，在固定试样的垫片或塑料隔套下方产生了缝隙腐蚀，但局部腐蚀发展速度是相当缓慢的，对于碳钢和低合金钢来说，飞溅区是最苛刻的海水腐蚀环境，而不锈钢在飞溅区却是相当耐蚀的。如在青岛站飞溅区暴露，碳钢的最大局部腐蚀速度相当于耐蚀性最差的2Cr13的20倍左右，可见不锈钢在海洋飞溅区具有很大的优越性[12]。

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1.4.3 铜合金的海水腐蚀研究

赵楠罗、兵辉、李文军[13-14]等人通过在铜中同时添加少量Sn、A1，研究（Cu-Sn-Al）合金存在人工海水中的腐蚀行为及在其表面的耐蚀膜层的特征。试验用制合令是用电解铜（99.98％）、纯锡及高纯铝（99.99％）配制，经真空熔炼，热轧，最后在真空中360℃下退火1h，最后缓冷至室温，制成片状试样，试样剪切成70.0mm×20.0mm×l.6mm。试样成分为Cu-2.9wt％Sn-0.9wt％Al。试样用400日砂纸抛光清洗处理后，称重后浸入pH值为8.2的人工海水（成分及试验规程符合国标GB8650一88I）中。试验仪器为高速旋转腐蚀试验机，介质通过试样表面线速度为1m/s。叶轮和样品间距为2～3mm，每天转动16h，8h静浸，腐蚀时间为120d。用x射线衍射和扫描电镜及能谱分析测试分析金属的耐蚀膜层的组成及特征。

通过高速旋转腐蚀试验、x射线衍射、电镜扫描和电化学实验得出了以下结论。Cu-2.9Sn-0.9Al合金在室温下，pH值为8.2的人工海水中具有优良的耐蚀性能。Sn在表面分布不均匀，在距表面15.6um处达到最大值，并且主要以Sn的氧化物形式存在。在该合金表面形成了Cu的氧化物和Sn的氧化物及Cu-Al-Mg共析化合物的复合保护膜。该膜分布均匀、致密、与基体结合良好。Cu2O、SnO2及Cu-Al-Mg化台物的复合保护膜的存在对该铜合金的阳极过程和阴极过程都有抑制作用。提高了该合金的耐蚀性，而且它们的协同作用，降低了氧化层的孔隙度，避免了局部酸性区域的形成而导致的局部腐蚀，并且它能有效地降低海水中Cl-等对铜合金的渗透性，并阻止了Cu+的扩散而极大地增强了膜层的耐蚀性。

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2 研究方法

2.1 实验仪器与试剂

器材：高精度电子秤、扫描电镜（TESCAN-VEGA3）、不同型号的砂纸、吹风机、搅拌器（CLJB-09）、钻孔器（Z512）、水浴锅（HH-6）。

药品：3.5%NaCl溶液，去离子水，500ml水、500mlHCl、3.5g六次甲基四胺。

2.2 浸泡腐蚀实验 2.2.1 试样制备

将实验室内的Q235按照需要的尺寸切割成一定尺寸（3.980 mm×1.968 mm×0.256 mm）的试样，将Q345钢板按照需要的尺寸切割成一定尺寸（5.006 mm×2.494 mm×0.296 mm）的试样。对试样表面进行前清理，用100、200、500、800#砂纸依次打磨。除去试片表明铁锈及氧化膜，使试样露出金属光泽，打磨过后再用去离子水清洗。清洗后用吹风机烘干，然后用钻孔机进行打孔，并在每个试样上打上数字以方便实验数据的记录。

2.2.2 配制模拟海水溶液

（1）首先算出需配模拟海水的体积，再算出NaCl的重量，并做好记录。 （2）用高精度电子秤称量NaCl质量。

（3）将称量好的NaCl倒入量筒内，并加入去离子水，一直加到指定的刻度线处，并用玻璃棒不断搅拌，直至形成均以稳定的溶液。

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2.2.3 实验步骤

将Q235和Q345试样分别固定在不同温度和不同转速的模拟海水溶液中。试样在烧杯中腐蚀一周后取出，观察腐蚀形貌并用除锈液（500ml水、500mlHCl、3.5g六次甲基四胺）超声清洗试样3min，称量后计算腐蚀失重，计算年平均腐蚀速率。公式为：

V=8.76×104×△m／ρ×S×t

其中：V-钢材的年腐蚀速度，mm·a-1；

ρ-被腐蚀钢材的密度，g·cm-3; S-试件的表面积，cm2； △m-腐蚀失重，g； t-腐蚀的时间，h。

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3 实验结果与分析

3.1 Q235的腐蚀研究 3.1.1 Q235试样腐蚀前后形貌观察

Q235试样在模拟海水中的浸泡腐蚀前后形貌观察金属试样经过一周的腐蚀，在形貌上发生明显变化。图3.1为Q235浸泡实验前试样的形貌，图3.2为浸泡一周后不同温度和不同转速的Q235试样的形貌，图3.3为浸泡一周除锈后不同温度的和不同转速的Q235试样的形貌。

图3.1浸泡实验前Q235试样的形貌

a

b

图3.2浸泡一周后不同条件的Q235试样的形貌a 温度b搅拌速度

a

b

图3.3浸泡一周除锈后不同条件的Q235试样的形貌a温度b搅拌速度

通过对比图3.1、3.2、3.3可以看出在浸泡实验前试样表面充满金属光泽，表面也没有发生腐蚀和蚀坑。但经过一周的浸泡腐蚀Q235试样表面不仅锈迹斑斑，失去了金属光泽，而且在表面还有大量的腐蚀产物。通过观察腐蚀前后的形貌说明在模拟海水中均发生明显腐蚀，而且不同温度和不同转速对在模拟海水中的试样影响不同，导致腐蚀形貌也不同。

3.1.2 Q235试样腐蚀后微观形貌及能谱分析

为了进一步观察模拟海水中浸泡一周后的金属，本实验选用扫描电镜对Q235试样进行微观形貌的观察，如图3.4为Q235在扫描电镜下1000倍、2000倍、3000倍的显微组织。通过观察可以看出腐蚀后的金属组织呈团絮状而且腐蚀分布在金属的整个表面，没有出现明显的点蚀现象，从而使金属整体减薄，说明模拟海水中的金属表面形貌受温度影响。通过能谱分析可以很明显的看出Q235锈层的主要化学成分为Fe、C、O，如图3.5所示，同时也能推断出Q235表面锈层的主要腐蚀产物为氧化铁，其中Fe的质量分数为86.08%，C的质量分数为11.22%，O的质量分数为2.70%。

图3.4 Q235在扫描电镜下的微观形貌

cps/eV765 43210 O C Fe Fe 246810 keV1214161820图3.5 浸泡一周后Q235锈层上某点的能谱分析图

3.1.3 Q235试样实验数据

实验前通过游标卡尺读出每块试样的尺寸，用高精度电子秤称量每块试样的质量。试验后将Q235试样表面的腐蚀产物清除后，再称量每块试样的质量，这样利用失重法计算腐蚀速率。最后得出了实验前后不同尺寸的Q235试样在不同条件下的年腐蚀速率如表3.1。

表3.1 不同条件的Q235试样失重及年腐蚀速率

Q235 长/cm 宽/cm 高/cm 腐蚀前质量/g 腐蚀后质量/g 失重/g

1 3.980 1.968 0.256

2 3.984 1.970 0.280

3 3.9 1.910 0.256

4 3.970 1.978 0.276

5 3.982 1.978 0.280 17.941

6 3.980 1.978 0.262 15.9934

15.9843 17.1886 15.4019 16.3656

15.9723 17.1745 15.3186 16.3344 16.9985 15.8739 0.012

0.0141

0.0833

0.0312

0.0956

0.1195

温度/℃ 转速/ r/min 年腐蚀速率/ mm﹒a-1

0 0 0.1043

10 0 0.1223

15 0 0.74

40 0 0.2704

10 200 0.8261

10 300 1.0332

3.1.4 温度和转速对Q235试样腐蚀速率的影响 50

40

0温度 ℃302010

1234567

时间 d图3.6 Q235在七天内的温度变化

（1） 温度

Q235在模拟海水环境中进行浸泡试验，连续七天的平均温度分别为0℃、10℃、15℃、40℃其变化如图3.6所示，通过温度的变化来研究温度对海水腐蚀行为的影响。

表3.2是静态模拟海水中Q235试样在不同温度的年腐蚀速率，为了更好地反映温度和年腐蚀速率的关系如图3.7。可以看出Q235在15℃出现了一个最大值，因此对其重复了一组实验，浸泡后的实验数据仍然相近，因此说明实验没有出现错误。翻阅相关书籍，发现光照对腐蚀过程也有一定的影响，光能加速氧的还原反应[15]。而Q235在15℃时，试样的一面白天正对着阳光，光照会促进铁金属表面氧的还原反应，也就是促进腐蚀原电池的阴极反应，从而加速试样的腐蚀速率。同时受温度影响也促进了试样电化学腐蚀行为。材料在海水中的腐蚀过程可有下面反应表示：

2Fe=2Fe2++4e- 阳极 O2+2H2O+4e-=4OH- 阴极

由于铁在模拟海水中会形成腐蚀电池[16]，而铁作为电池的阳极会发生氧化反应，当温度升高扩散加快，电导率增大会加速阳极的氧化反应，从而使金属被溶解。因此15℃时的年腐蚀速率为最大。总体来说Q235试样的年腐蚀速率随模拟海水温度增高而增高。

表3.2 静态模拟海水中Q235试样不同温度下的年腐蚀速率

温度/℃ 年腐蚀速率/mm﹒a-1

1.00 0.1043

0.810 0.1223

15 0.9240

40 0.2704

年腐蚀速率 mm/a0.6 0.4 0.2 0.0010 203040 温度℃

图3. 7 静态模拟海水中温度对Q235试样年腐蚀速率的影响

实验得出了Q235试样在不同温度下的年腐蚀速率。设年腐蚀率V与反应常数K成正比关系[17]，即

V=mK

按Arrhenius方程，温度与反应常数的影响可以表示为

㏑K=㏑A－Ea/RT

A ,Ea分别为与温度无关的常数，联立上述式子，解得 ㏑V=㏑A+㏑m+Ea/RT 令㏑A+㏑m=P，Ea/R=B则 ㏑V=P+B/T

根据上面的公式和不同温度下的年腐蚀速率求得P和B。Q235温度与年腐蚀速率的函数关系式为㏑V= -1.0135－10.5773/T，曲线如图3.8。

㏑V-1.2-1.4-1.6

-1.8-2.0-2.20.020.030.040.050.060.070.080.090.100.111/T图3.8 Q235温度与年腐蚀速率的函数曲线

（2）转速

表3.3为不同转速的模拟海水中Q235试样在相同温度下的年腐蚀速率。为了更好地反映转速和年腐蚀速率的关系如图3.9，可以看出Q235试样的年腐蚀速率随模拟海水转速的增高而增高。在模拟海水中强烈搅拌溶液或使溶液的流速加快，可以消除或减弱阳极的浓度极化，从而加速金属的腐蚀速率。阳极极化是当通过电流时，阳极电位向正方向移动的现象[18]。搅拌还可以改变供氧条件，使空气易于溶于模拟海水中，并且促使溶解氧易于扩散到金属表面。所以流速增大后氧的去极化作用加强，从而使金属的腐蚀速度加快。流速增加使氧

充分供给阴极而消除了扩散控制过程，这时腐蚀速度取决于氧在阴极还原反应的速度，它与水的流速关系较小。水流的机械冲击作用，冲刷掉了能抑制腐蚀作用的腐蚀产物。继续加大流速还会引起钢铁的磨蚀和空蚀，因而腐蚀速度进一步上升。因此加快搅拌速度可以提高金属模拟海水中的年腐蚀速率。

表3.3不同转速的模拟海水中Q235试样的年腐蚀速率

转速r/min

年腐蚀速率/mm﹒a-1

1.20 0.1223

200 0.8261 300 1.0332

年腐蚀速率 mm/a

1.00.8 0501000.60.40.20.0 150200250300转速r/min

图3. 9 模拟海水中转速对Q235试样年腐蚀速率影响

3.2 Q345的腐蚀研究

3.2.1 Q345试样腐蚀前后形貌观察

Q345试样在模拟海水中的浸泡腐蚀前后形貌观察金属试样经过一周的腐蚀，在形貌上发生明显变化。图3.10为Q345浸泡实验前试样的形貌，图3.11为浸泡一周后不同温度和不同转速的Q345试样的形貌，图3.12为浸泡一周除锈后不同温度的和不同转速的Q345试样的形貌。

图3.10浸泡实验前Q345试样的形貌

a

b

图3.11浸泡一周后不同条件的Q345试样的形貌a温度b搅拌速度

a

b

图3.12浸泡一周除锈后不同条件的Q345试样的形貌a温度b搅拌速度

通过对比图3.10、3.11、3.12可以看出在浸泡实验前试样表面充满金属光泽，表面也没有发生腐蚀和蚀坑。但经过一周的浸泡腐蚀Q345试样表面不仅锈迹斑斑，失去了金属光泽，而且在表面还有大量的腐蚀产物。通过观察腐蚀前后的形貌说明在模拟海水中均发生明显腐蚀，而且不同温度和不同转速对在模拟海水中的试样影响不同，导致腐蚀形貌也不同。

3.2.2 Q345腐蚀微观形貌及能谱分析

为了进一步观察模拟海水中浸泡一周后的金属，本实验选用扫描电镜对Q345试样进行微观形貌的观察，如图3.13为Q345在扫描电镜下500倍、1000倍、2000倍的显微组织，通过观察可以看出腐蚀后的金属组织出现明显的点蚀且腐蚀比较均匀。通过能谱分析可以很明显的看出Q345基体的化学成分Fe、C、Mn，锈层的主要化学成分为Fe、C、O如图3.14和3.15。同时也能推断出Q345表面锈层的主要腐蚀产物为氧化铁，其中锈层中Fe的质量分数为72.62%，C的质量分数为16.72%，O的质量分数为10.66 %。其中基体中Fe的质量分数为.32%，C的质量分数为9.15%，Mn的质量分数为1.53%。

图3.13 Q345在扫描电镜下的微观形貌

cps/eV10 8 6

4 Mn C Fe Mn Fe

2 02468 10keV1214161820

图3.14 浸泡一周后Q345基体的能谱分析图

cps/eV

1086 C O Fe Fe 42 24680 10keV1214161820图3.15 浸泡一周后Q345锈层上某点的能谱分析图

3.2.3 Q345试样实验数据

实验前通过游标卡尺读出每块试样的尺寸，用高精度电子秤称量每块试样的质量。试验后将Q345试样表面的腐蚀产物清除后，再称量每块试样的质量，这样利用失重法计算腐蚀速率。最后得出了实验前后不同尺寸的Q345试样在不同条件下的年腐蚀速率如表3.1。

表3.4 不同条件的Q345试样失重及年腐蚀速率

Q345 长/cm 宽/cm 高/cm 腐蚀前质量/g 腐蚀后质量/g 失重/g 温度/℃ 转速/ r/min 年腐蚀速率/ mm﹒a-1

1 5.006 2.494 0.296

2 5.010 2.504 0.286

3 4.962 2.490 0.290

4 4.980 2.510 0.290

5 4.950 2.492 0.286

6 4.998 2.520 0.290

27.91 27.9511 27.3241 27.49 26.7907 28.4665 27.8821 27.9328 27.2960 27.8429 26.6691 28.2818 0.017 0 0 0.0927

0.0183 10 0 0.0993

0.0281 0.052 15 0

40 0

0.1316 10 200

0.1847 10 300

0.1548 0.2832 0.7262 0.9981

3.2.4 温度和转速对Q345试样腐蚀速率的影响

温度 ℃504030201001234567时间 d图3.16 Q345在七天内的温度变化

（1）温度

Q345在模拟海水环境中进行浸泡试验，连续七天的平均温度分别为0℃、10℃、15℃、40℃，其变化如图3.6所示。通过温度的变化来研究温度对海水腐蚀的影响。

表3.5 静态模拟海水中Q345试样不同温度下的年腐蚀速率

温度/℃

(Q345)年腐蚀速率/ mm﹒a-1

年腐蚀速率 mm/a0.250 0.0927

10 0.0993

15 0.1548

40 0.2832

0.300.200.150.10010203040温度℃图3.17 静态模拟海水中温度对Q345试样年腐蚀速率的影响

表3.5是静态模拟海水中Q345试样在不同温度的年腐蚀速率，为了更好地反映温度和年腐蚀速率的关系如图3.17。材料在海水中的腐蚀过程可有下面反应表示。

2Fe=2Fe2++4e- 阳极 O2+2H2O+4e-=4OH- 阴极

由于铁在模拟海水中会形成腐蚀电池，而铁作为电池的阳极会发生氧化反应，当温度升高扩散加快，电导率增大会加速阳极的氧化反应，从而使金属被溶解。总体来说Q345试样的年腐蚀速率随模拟海水温度增高而增高。

㏑V-1.2-1.4-1.6

-1.8-2.0-2.2-2.40.020.030.040.050.060.070.080.090.100.111/T图3.18 Q345温度与年腐蚀速率的函数曲线

实验得出了Q345试样不同温度下的年腐蚀速率。设年腐蚀率V与反应常数K成正比关系，即

V=mK

按Arrhenius方程，温度与反应常数的影响可以表示为 ㏑K=㏑A－Ea/RT

A ,Ea分别为与温度无关的常数，联立上述式子，解得 ㏑V=㏑A+㏑m+Ea/RT

令㏑A+㏑m=P，Ea/R=B则 ㏑V=P+B/T

根据上面的公式和不同温度下的年腐蚀速率求得P和B。

Q345温度与年腐蚀速率的函数关系式为㏑V= -0.9123－13.9733/T，曲线如图3.18。 （2）转速

不同转速的模拟海水中Q345试样在相同温度下的年腐蚀速率见表3.6，为了更好地反映转速和年腐蚀速率的关系如图3.19，可以看出Q345试样的年腐蚀速率随模拟海水转速的增高而增高，原理同Q235。

表3.6不同转速的模拟海水中Q345试样的年腐蚀速率

转速/r/min

(Q345)年腐蚀速率/ mm﹒a-1

1.00

0.0993

200 0.7262 300 0.9981

年腐蚀速率 mm/a0.80.60.40.20.0050100150200250300转速r/min图3.19 模拟海水中转速对Q235试样年腐蚀速率影响

3.3 Q235和Q345腐蚀的对比分析 3.3.1 温度

表3.7是静态模拟海水中Q235和Q345在不同温度的年腐蚀速率，为了更好地反映温度和年腐蚀速率的关系如图3.20，可以看出随模拟海水温度的增高，两

种材质的年腐蚀速率也增高，很明显看出Q235随温度升高的较快，且在某点出现了最大值，而Q345缓步上升。说明相同温度下，Q235的年腐蚀速率大于Q345的年腐蚀速率。

表3.7 静态模拟海水中Q235和Q345不同温度下的年腐蚀速率

温度/℃

(Q235)年腐蚀速率/ mm﹒a-1 (Q345)年腐蚀速率/ mm﹒a-1

1.00 0.1043 0.0927

Q235 Q34510 0.1223 0.0993

15 0.9240 0.1548

40 0.2704 0.2832

0.8年腐蚀速率 mm/a0.60.4 0.2 0102030400.0温度℃

图3.20 静态模拟海水中温度对腐蚀速率的影响

3.3.2 转速

表3.8不同转速的模拟海水中Q235和Q345在相同温度下的年腐蚀速率。为了更好地反映转速和年腐蚀速率的关系如图3.21，可以看出随模拟海水转速的增高，两种材料的年腐蚀速率也增高。很明显看出Q235随转速升高的较快，而Q345缓步上升。说明相同转速下Q235的年腐蚀速率大于Q345的年腐蚀速率。

表3.8不同转速的模拟海水中Q235和Q345在相同温度下的年腐蚀速率

转速/ r/min

0 200

300

(Q235)年腐蚀速率/ mm﹒a-1 (Q345)年腐蚀速率/ mm﹒a-1

年腐蚀速率 mm/a1.00.1223 0.0993

0.8261 0.7262

1.0332 0.9981

Q235 Q3450.80.60.40.20.0050100150200250300转速图3.21 模拟海水中转速对Q235和Q345年腐蚀速率影响

结论

（1）通过浸泡试验说明Q235和Q345试样在模拟海水中的腐蚀速率受温度和转速的影响，并且温度和转速的增加均能加快试样的腐蚀速率。

（2）腐蚀微观形貌和能谱分析表明：Q235试样表面发生了全面腐蚀，Q345试样的表面发生了点蚀，腐蚀产物层主要含有Fe、C、O三种元素。

（3）浸泡腐蚀数据表明：相同温度和搅拌速度的模拟海水中，Q235试样的年腐蚀速率基本上都大于Q345试样的年腐蚀速率。

致 谢

随着这篇本科毕业论文的最后落笔，我四年的大学生活也即将划上一个的句号。回忆这四年生活的点点滴滴，从入学时对大学生活的无限憧憬到课堂上对各位老师学术学识的深沉沉湎，从奔波于教室图书馆的来去匆匆到业余生活的五彩缤纷，一切中的一切都是历历在目，让人倍感留恋，倍感珍惜。

四年辽宁石油化工大学的学习生活注定将成为我人生中的一段重要旅程。在本文的撰写过程中，史艳华老师作为我的指导老师，她治学严谨，学识渊博，视野广阔，为我营造了一种良好的学术氛围。在这两个多月的实验过程中使我不仅接受了全新的思想观念，树立了明确的学术目标，领会了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。从选题到开题报告再到实验正是由于她在百忙之中多次审阅全文，对细节进行修改，并为本文的撰写提供了许多中肯而且宝贵的意见，本文才得以成型。

在此特向史艳华老师致以衷心的谢意！向她无可挑剔的敬业精神、严谨认真的治学态度、深厚的专业修养和平易近人的待人方式表示深深的敬意！同时感谢王运玲老师、蒋应田老师对我在试验过程中的帮助。

参考文献

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毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

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学位论文作者（本人签名）： 年 月 日

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4

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作者签名: 二〇一〇年九月二十日

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（保密论文在解密后遵守此规定）

作者签名:

6

二〇一〇年九月二十日

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致 谢

时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。

首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。

首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。

其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。

另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。

最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。

8

四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。

回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。

学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。

在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。

最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。

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