碳钢、低合金钢16年大气暴露腐蚀研究

附录B（资料性附录）评估低合金钢的耐大气腐蚀性指南B. 1 范围木附录提供通过化学成分对低合金钢的耐大气腐蚀性进行评估的一种方法。

参照本附录，可以对各牌号耐腐蚀性的相对大小进行评估。

通常情况下钢材具有较好的耐大气腐蚀性能时，要求其按本附录计算出的耐腐蚀性指数应为6.0或6.0以上。

本方法利用基于钢的化学成分的预测公式计算钢的耐腐蚀性指数。

由于世界上有多种耐腐蚀性指数正在使用，因此当选择一种指数时，考虑到不同的使用环境和钢的化学成分是必要的。

基于使用环境和钢的化学成分的不同，任何指数都可能不适用，因此，由供需双方共同来确定使用哪种指数以及在预计的使用环境中该指数的大小是必要的。

B .2 术语低合金钢是含有合金元素总量大于1％但小于5％的碳钢。

注：大多数“低合金耐候钢”含有添加的Cr 和Cu 元素，也可能含有添加的Si、Ni、P 或其他的能增加耐大气腐蚀性能的合金元素。

B.3 方法B.3.1 Legauli 和Lcck ic 公布了基于钢的化学成分来预测暴露于不同大气环境下15.5 年后的低合金钢的腐蚀情况的公式。

该公式是以Larrabcc和Coburn公布的大量数据为基础的。

B.3.2 为了使用的准确性，工业环境（Kcarny, N. J.)下的Legault-Leckie的公式被修改以便能计算基于化学成分的耐大气腐蚀性指数。

这些修改包括常量的删除和公式中变量符号的变动。

修改后的耐大气腐蚀性指数（I）计算如式（B.1）所示。

指数越大，钢的耐腐蚀性能越好。

I=26.01（%Cu）+3.88（%Ni）+1.2（%Cr）+1.49（%Si）+17.28（%P）-7.29（%Cu）×（%Ni）-9.10（%Ni）（%P）-33.39（%Cu）2。

(B.1)B.3.3 预测式应在钢的化学成分满足Larrabcc-Coburn试验时的化学成分范围的情况下使用。

这些化学成分范围如下：Cu 0.012％~0..510%;Ni 0.05％~1.10%;Cr 0.10％~1.30%;Si 0.10％~0.64%;P 0.01 ％~0.12％。

钢结构腐蚀类型及防护方法钢结构建筑具有施工便捷、抗震性能好、可回收等优点，但钢结构易锈蚀，了解防腐类型及防护是非常有必要的。

以下是小编为你整理推荐钢结构腐蚀类型及防护方法，希望你喜欢。

钢结构的腐蚀类型钢结构腐蚀类型有大气腐蚀，局部腐蚀和应力腐蚀。

(1)大气腐蚀钢结构受大气腐蚀主要是由空气中的水和氧等的化学和电化学作用引起的。

大气中的水汽在金属表面形成电解液层，空气中的氧溶于其中作为阴极去极剂，二者与钢构件形成了一个基本的腐蚀原电池。

钢构件表面受大气腐蚀形成锈层后，腐蚀产物会影响大气腐蚀的电极反应。

(2)局部腐蚀局部腐蚀在钢结构建筑中最常见，主要是电偶腐蚀、缝隙腐蚀。

电偶腐蚀主要发生在钢结构不同金属组合或者连接处，其中电位较负的金属腐蚀速度较快，而电位较正的金属受到保护，两种金属构成了腐蚀原电池。

缝隙腐蚀主要在钢结构不同结构件之间、钢构件与非金属之间存在的表面缝隙处，当缝隙宽度可让液体在缝内停滞时发生，钢结构缝隙腐蚀最敏感的缝宽为0.025～O.1mm。

(3)应力腐蚀在某一特定的介质中，钢结构不受应力作用时腐蚀甚微，但受到拉伸应力后，经过一段时间构件会发生突然断裂。

由于这种应力腐蚀断裂事先没有明显的征兆，所以往往造成灾难性后果，如桥梁坍塌、管道泄漏、建筑物倒塌等。

根据钢结构腐蚀机理，其腐蚀是一种不均匀的破坏，腐蚀的发展很快，钢结构表面一旦发生腐蚀，腐蚀的蚀坑会由坑底向纵深迅速发展，使钢结构产生应力集中，而应力集中又会加快钢材的腐蚀，这是一种恶性循环。

腐蚀使钢材的抗冷脆性能下降、疲劳强度降低，导致承重构件在无明显的变形征兆下突然发生脆性断裂，造成建筑物倒塌。

钢结构腐蚀防护方法1、使用耐候钢介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，耐候钢由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成，具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性;耐候性为普碳钢的2~8倍，涂装性为普碳钢的1.5~10倍。

同时，它具有耐锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗，省工节能等特点。

各元素对钢材腐蚀性能的影响1、大气腐蚀耐候钢较普碳钢有良好的抗大气腐蚀能力，其中合金元素起到了决定性作用。

包括：1)降低锈层的导电性能，自身沉淀并覆盖钢表面：2)影响锈层中物相结构和种类，阻碍锈层的生长；3)推迟锈的结晶；4)加速钢均匀溶解；5)加速Fe2+向Fe3+的转化，并能阻碍腐蚀产物的快速生长；6)合金元素及其化合物阻塞裂纹和缺陷。

进一步研究结果表明，耐候钢中加人的合金元素对其耐大气腐蚀性能的影响不尽相同。

1.1影响大气腐蚀的环境因素钢在大气中的腐蚀率，除了与钢本身的化学成分、热处理状态有关外，还受大气环境因素影响。

大气腐蚀的典型环境有三种类型，即乡村大气、工业大气与海洋大气。

乡村大气对钢的腐蚀轻微，这是由于污染程度较轻。

影响乡村大气腐蚀的主要因素是降雨量、年平均气温和相对湿度。

钢在大气中的腐蚀是由于在钢表面形成有利于电化学反应的湿膜，致使腐蚀得以进行。

当大气中的湿度超过60%～70%时，钢的腐蚀速度将显著增加。

钢在工业大气中的腐蚀速率差异很大，主要是大气中污染成分和含量不同所致。

主要的污染成分有SO2、H2S、NH3、CO2、NO2、NO及HCl等。

另外大气中还含有水分，加剧了钢的腐蚀。

钢在海洋大气的腐蚀比前两种环境更严重。

主要是因为海洋大气中含有大量的氯化物微粒(如NaCl、MgCl2等)，这种微粒随着海雾飘落在钢的表面，形成一层电解质的湿膜。

钢在海洋大气中的腐蚀程度，受距离海平面的高度和海岸线的远近、风速、风向、气温、雨量、降雨周期、大阳辐射、季节、尘埃及鸟粪污染等因素的影响。

1.2影响大气腐蚀的元素1.2.1 铜早期发现含铜0.05%～0.20%的钢对耐大气腐蚀性能有所改善，从而开发了以铜为主要合金元素的耐大气腐蚀用钢。

钢中含0.2%～0.5%Cu，无论在乡村大气、工业大气或海洋大气中，都具有较普通碳钢优越的耐蚀性能。

一般含铜钢在海洋大气和工业大气中比乡村大气环境的耐蚀效果更佳。

碳钢在海洋环境下的腐蚀研究摘要随着陆地石油储量减少和开采难度增加，海洋石油将成为未来能源最重要的来源。

海洋石油开发设施的材料主要是碳钢，碳钢常年在腐蚀性极强的海水中工作，腐蚀不可避免。

若能掌握碳钢在海洋环境下的腐蚀规律，找到合适的防腐措施，腐蚀造成的损失就能大幅度降低。

本文根据塔菲尔直线外推法，用LK2010型电化学工作站测量碳钢在不同盐度海水中的腐蚀极化曲线，研究海水的盐度对碳钢腐蚀速度、塔菲尔曲线特征的影响。

关键词：碳钢腐蚀；塔菲尔直线外推法；电化学；极化曲线；腐蚀速度The research on corrosion of carbon steel in marineenvironmentAbstractAs difficult exploitation of oil reserves to reduce and increase the land，ocean oil will become the most important source of energy future. Offshore oil development facilities materials are mainly carbon steel，carbon steel work in the strong causticity water all the year round，the corrosion of carbon steel is inevitable. If we can master the corrosion behavior of carbon steel in Marine environment，find a suitable anticorrosive measures，can greatly reduce the loss caused by corrosion. Based on the principles of Tafel linear extrapolation method，measured with electrochemical workstation LK2010 type corrosion polarization curve of carbon steel in sea water，the water of the influence of different factors on the corrosion of carbon steel.Keywords：Corrosion of carbon steel；Tafel linear extrapolation method；Electrochemistry；Polarization curve ；The corrosion rate目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 碳钢腐蚀研究现状 (2)1.3 海洋腐蚀环境 (3)1.4海洋环境中碳钢的腐蚀 (4)1.5研究目的及内容 (7)第2章金属腐蚀检测方法 (8)2.1 极化现象与极化曲线 (8)2.2 恒电位法测定金属的腐蚀速度 (8)2.3 塔菲尔直线外推法 (10)第3章碳钢腐蚀实验设计 (12)3.1 实验仪器介绍 (12)3.1.1 LK2010型电化学工作站 (12)3.1.2实验软件ECA Wiser (14)3.2 塔菲尔直线外推法实验过程 (17)3.2.1 实验仪器及用品 (17)3.2.2实验步骤 (17)3.3 实验数据记录 (21)第4章结果分析与讨论 (23)4.1 盐度计算 (23)4.2 腐蚀速度计算 (23)4.3 结果分析 (26)第5章结论与展望 (28)5.1 结论 (28)5.2 未来展望 (28)致谢 (29)参考文献 (30)第1章绪论1.1 引言随着现代社会的不断发展和科学水平的飞速进步，能源变得越来越重要，人类开采陆地石油已经经历了相当长的时间，陆地石油储量越来越少，所以未来人类开采石油资源将向海洋进军，海洋石油已经成为未来人类能源的重要来源。

文献阅读综述报告一前言材料在使用过程中因受环境的作用而导致其性能下降、状态改变、直至损坏变质，被称为“腐蚀”或“老化’’。

随着科学技术的发展，现己发现几乎所有的材料在环境作用下都存在腐蚀问题。

材料腐蚀不仅给国家带来重大的经济损失和大量资源与能源的消耗，还会给设备、装备、建筑物及人身安全带来威胁。

目前由于过度的开采和使用原材料，地球上的有限资源日益枯竭。

全世界每90s就有1 t钢腐蚀成铁锈，而炼制1 t钢所需的能源则可供一个家庭使用3个月，由腐蚀导致的灾难性事故也屡见不鲜。

因此，开展材料在自然环境中的腐蚀试验，通过长期的观察与检测，积累腐蚀数据，并结合实验室的分析研究，掌握各种材料在自然环境中的腐蚀规律，对于控制材料的自然环境腐蚀，减少经济损失，为新材料的研究开发、传统材料质量与性能的提高，以及防腐标准与规范的制定提供科学依据，特别是为国家重点工程建设和国防建设中的合理选材、科学用材提供科学依据，由此可见，研究材料在自然环境中的腐蚀是十分重要的。

海洋是人类生存与发展不可缺少的空间环境，是解决人口剧增、资源短缺、环境恶化三大难题的希望所在。

目前许多国家已经把开发海洋定为基本国策，把发展海洋科技摆在向海洋迸军的首要位置，把海洋科技作为世界新技术革命最重要的内容来对待。

我国是一个海洋资源十分丰富的国家，拥有绵长的海岸线和广阔的海域，这为发展我国海洋经济、沿海工业提供了十分广阔的天地。

沿海工业的发展、海洋资源的开发和利用，离不开海上基础设施的建设。

由于海洋苛刻的腐蚀环境，金属材料结构及建筑物的腐蚀不可避免。

随着沿海工业的开发，如石油化工企业、火电、核电站的建立，海洋石油、矿产的开发以及海洋运输等，这些工业设施、设备大都是由金属材料，特别是钢铁建造而成，金属材料一旦发生腐蚀不仅影响外观，其机械性能也将发生变化，丧失了应有的强度、硬度和韧性，直至材料完全失效。

据统计，船体大约90％的破坏都是由于腐蚀造成的。

发达国家因材料腐蚀造成的损失占其GDP 的2％～4％，而在海洋中的腐蚀损失大于总腐蚀损失的1／3t引。

装备环境工程第20卷第6期·162·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2023年6月典型工业沿海区域的大气环境腐蚀性评价彭云超1，马凯军1，曹公望2，王振尧2，李小涵2（1.国家管网集团东部原油储运有限公司，江苏 徐州 221008；2.中国科学院金属研究所，沈阳 110016）摘要：目的利用现役金属材料对工业沿海区域所处不同大气环境进行环境腐蚀性评价，并研究不同金属材料的腐蚀行为差异性，探讨工业沿海大气环境下金属材料的耐蚀性选择。

方法在不同大气环境下，选择现役金属材料Q235、16MnNi和L415开展1 a的户外曝晒试验，并利用质量损失分析、扫描电镜等手段，通过对金属基材进行腐蚀机理研究，评价大气环境的腐蚀性。

结果 Q235、16MnNi和L415等3种钢在不同区域沿海工业大气环境下的腐蚀行为受大气腐蚀环境的影响较大，腐蚀产物中含有一定量的Cl和S。

同种金属材料表面锈层的特殊结构，使得其基体与大气环境中的腐蚀因子相接触，引发了金属材料在不同大气腐蚀环境中不同腐蚀行为的差异性。

结论工业沿海区域的大气环境中，大气腐蚀性差异由酸循环腐蚀机制形成。

3种钢材在腐蚀初期，由于锈层多孔隙结构和可溶性腐蚀产物形成，加重了腐蚀程度。

黄岛区域、曹妃甸区域、岚山区域和湛江区域的大气腐蚀等级分别为C2、C3、C2、C3级。

关键词：Q235钢；L415钢；16MnNiVR钢；工业沿海大气环境；腐蚀性评级中图分类号：TG172 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)06-0162-08DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.06.021Atmospheric Environment Corrosion Evaluation of Typical Industrial Coastal Areas PENG Yun-chao1, MA Kai-jun1, CAO Gong-wang2, WANG Zhen-yao2, LI Xiao-han2(1. Pipe China Network Corporation Eastern Oil Storage and Transportation Co., Ltd., Jiangsu Xuzhou 221008, China;2. Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)ABSTRACT: The work aims to evaluate the environment corrosion of different atmospheric environments in industrial coastal areas with active metal materials, study the difference of corrosion behavior of different metal materials, and discuss the selec-tion of corrosion resistance of metal materials in the industrial coastal atmospheric environment. Under different atmospheric conditions, Q235, 16MnNi and L415 were selected to develop outdoor exposure test for one year, and the corrosion mechanism of metal substrate was studied by means of weight loss analysis and scanning electron microscope to evaluate the corrosion of atmospheric environment. The corrosion behavior of Q235, 16MnNi and L415 steels in the coastal industrial atmospheric envi-ronment in different regions was greatly affected by the atmospheric corrosion environment. The corrosion products contained a certain amount of Cl and S. The special structure of the rust layer on the surface of the same metal material made its substrate收稿日期：2022–08–16；修订日期：2022–11–21Received：2022-08-16；Revised：2022-11-21作者简介：彭云超（1975—），男，高级工程师，主要研究方向为油气储运工程。

钢结构工件防腐蚀的重要性钢结构构件的防腐蚀非常重要。

我国2001年因腐蚀造成的损失高达4979亿元，相当于国民经济总产值的5%，仅在石油和化学工业造成的经济损失就达400多亿，腐蚀给国民经济带来极大的损失和危害，因此，引起了各行业的高度重视。

金属与氧气、氯气、二氧化碳、硫化氢等干燥气体或汽油、润滑油等非电解质接触会发生化学腐蚀，与液态解质、水溶液、潮湿气体或电解质溶液接触时会产生电化学腐蚀。

铁路桥梁、公路大桥和跨江大桥、各种钢铁工业和民用建筑、石化炼油设备、电力设备等钢结构，长年累月暴露在大气中，经受着工业大气、风沙、尘土、盐类等侵蚀。

在空气相对湿度达到100%时，大气中的SO2、CI2、HCI2、NH3等气体腐蚀物质被金属表面的水膜溶解后，形成酸雨，更加剧了钢材的腐蚀。

在工业大气中，碳素钢的腐蚀速度为0.1毫米/年；低合金钢腐蚀速度为0.08-0.09毫米/年。

各种不同钢材浸在海水中，腐蚀速度都在0.1-0.2毫米/年范围内。

然而不完全浸入海水中的钢结构，在交变水线区腐蚀速度特别快，例如：插入海水中的钢桩，位于水面以上0.8米处的腐蚀速度比水平面附近高4倍；高水位浪溅区钢桩腐蚀速度为海底土中的6倍。

对于钢结构工程设计师及制作工艺师来说，钢结构腐蚀是必然的，是客观存在的，必须高度重视。

钢结构工程防腐蚀问题解决与否，往往会直接影响新技术、新材料、新工艺的实现。

尤其是现代化钢结构建筑构件的等效性，构件使用年限不同步，往往严重影响建筑的使用年限。

现代化高温、高压和处在复杂腐蚀解质的设备，其腐蚀问题解决不好，将影响正常生产；由于腐蚀失效而引起事故，屡见不鲜，造成巨大经济损失甚至灾难性事故。

1967年12月，美国某大桥由于二氧化硫及硫化氢产生的应力腐蚀及腐蚀疲劳，导致大桥突然断裂，引起一场46人死亡的灾难性事故；1979年12月18日，我国吉林市400立方米的石油液化气贮罐爆炸引起大火，造成82人死亡，54人受伤，直接经济损失600余万元的严重事故，钢构件的腐蚀也是一个重要原因。