应用EFM技术检测碳钢在海水中的腐蚀行为

第27卷第1期2007年2月中国腐蚀与防护学报Journa l of Ch i n ese Soc i ety for Corrosi on and Protecti onVol .27No .1Feb .2007定稿日期:2006212201基金项目:国家自然科学基金资助项目(50471009)作者简介:王佳,男,1948年生,博士,教授,研究方向为金属腐蚀与防护,腐蚀电化学深海环境钢材腐蚀行为评价技术王　佳1,2　孟　洁3　唐　晓1　张　伟1(1.中国海洋大学青岛266003;2.金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016;3.青岛大学青岛266071)摘要:采用电化学、人工神经网络和数据库方法研究了5种海洋工程钢材在5000m 深海环境中非现场腐蚀行为评价技术.结果表明,温度、溶解氧、盐度和pH 值是评价5种海洋工程钢材海水腐蚀行为的主要介质参数.根据这一结果,用人工神经网络技术建立了温度、溶解氧、盐度和pH 值与5种海洋工程钢材海水腐蚀速度的相关数据库MC M -CORRDB03,并采用WOA 海洋要素分布数据集建立了MC M -G OCE ANDB03全海域海水腐蚀参数数据库,进而使用MC M -C ORRDB03和MC M -G OCE ANDB03两个数据库评价了5种海洋工程钢材在5000m 深海环境腐蚀行为,证实了5种钢材均在700m 左右存在最低腐蚀速度,以及溶解氧对钢材深海腐蚀行为具有最主要的影响.结果表明,结合采用多种非现场方法可以可靠评价深海环境钢材的腐蚀行为.关键词:深海　腐蚀　钢材　评价中图分类号:TG17215 文献标识码:A 文章编号:100524537(2007)01200012071前言随着深海工程技术的发展,深海环境对金属材料的耐腐蚀性能的影响受到愈来愈多的关注.深海环境对材料结构和功能可靠性要求远远高于陆地和浅海,任何可能的材料腐蚀破坏现象在深海环境中都可能导致严重的工程事故,其损失远远超过腐蚀研究投资.系统研究深海环境中金属腐蚀行为特征,发展相应有效的检测与控制技术对在深海工程设施长期运行稳定性与安全可靠性具有重要意义.与浅海环境中金属腐蚀行为相比,深海环境中存在的巨大压力以及相关的温度、盐度、溶解氧、pH 值、氧化还原电位、生物污损、钙镁离子沉积和表面流速等环境状态的变化对深海环境金属腐蚀行为影响是一个尚未澄清的问题.随着深海工程的发展,许多人开始关注深海环境金属腐蚀问题.印度国家海洋技术研究所的Ven 2katesan R 等用实海挂片方法研究了碳钢在印度洋中500m 、1200m 、3500m 和5100m 深度的腐蚀行为[1],表明深海环境中氧浓度仍然是影响均匀腐蚀过程的主要因素,中碳钢在深海中的腐蚀速度随氧浓度降低而减小.美国海军实验室在2060m 深度进行了各种金属与合金腐蚀试验,发现该环境下钢材腐蚀速度与氧含量线性相关.他们还研究了中碳钢A I SI 1020在阿拉伯海1000m ～2900m 深处浸泡一年的腐蚀行为,发现其在2900m 深处的腐蚀速度;1000m 深的,并且认为腐蚀速度随深度变化在深海环境中小于浅海环境.从当前国内外研究结果来看,深海环境中各个环境参数相对稳定不变,其腐蚀速度主要与溶解氧含量成正比.由于溶解氧随深度下降,腐蚀速度也随深度增加逐渐降低.CO 2的影响仅为溶解氧的1/4以下,但它对钙镁离子沉积仍有一定影响.与浅海不同,深海环境中生物污损现象很弱,对腐蚀过程影响很小.因此,从均匀腐蚀来看,简单深海环境腐蚀环境主要特征是压力增大和影响腐蚀的因素稳定少变.但考虑到深水工程可能处于海底区域,温度和H 2S 含量会显著增加,局部腐蚀的可能性也会增加.深海工程防护技术面临的主要问题是缺乏深海工程材料腐蚀行为数据.实施深海环境材料腐蚀行为研究困难很大,深海实海腐蚀试验费用高昂,样品很难可靠回收.深海环境极为复杂,不仅操作困难,海流、内波、地震、海洋生物活动和渔业活动也会导致样品损失和试验失败.这也是尽管国内外都很重视这一工作但却很少实施的原因.本课题组近年来探索了使用海水状态参数评价钢材深海腐蚀行为的方法,提出了海洋工程钢材的深海腐蚀行为非现场评价技术,并获得了有价值的结果.为了评价深海环境腐蚀行为,首先研究了温度、溶解氧、盐度和pH 值的主要的海水腐蚀参数对5种海洋工程钢材腐蚀速度的影响,然后建立了海水腐蚀参数与海水腐蚀速度相关数据库,进而建立了全海域深海腐蚀参数数据库,并在此基础上计算2　中国腐蚀与防护学报第27卷Table1Compositi ons of5steels for offshore engineering(mass%)element3C A316Mn10MnP NbRe D36C01180106012001140132Si01300130014001200117Mn01320150116001800150P0140014501035010601035S01400130010300100450125Cr013001025001300100104Mo01001070001001320125N i013001300102013001015A l0010150101500Co010042000010053Cu013501035001300125Ti010530010201003430102V0100100010200102W0000010010Sn0000010014了海洋工程钢材深海腐蚀速度,评价了其深海腐蚀行为特征.2实验方法实验中所选用的5种海洋工程钢材主要成分见表1.柱状碳钢电极用环氧树脂密封,工作面积为017854c m21试验前依次经过260#～800#水磨砂纸打磨,丙酮清洗,超声波清洗.海水介质为过滤清洁青岛汇泉湾海水.使用YSI6600多参数水质监测仪测量温度、溶解氧含量、盐度、pH值等参数.用纯净N2和O2调节海水含氧量,用电热恒温水箱和冰块调节温度,用NaCl和蒸馏水调节盐度,用酸和Na OH溶液调节海水pH值.电化学测量用三电极体系,辅助电极为铂电极,参比电极使用饱和甘汞电极.极化曲线及阻抗谱(E I S)测量均使用Solartr on公司的SI1287恒电位仪和SI1260频率响应分析仪以及相应的分析软件CV ie w2和Z V ie w2.极化曲线测试扫描速度为011667mV/s,E I S测量频率范围101kHz～5mHz,交流激励信号幅值为5mV.3结果与讨论311海水环境中海洋工程钢材腐蚀行为与海水状态的相关性对于确定的材料状态和时间范围内,海洋环境中碳钢的腐蚀速度取决于影响腐蚀过程的温度、溶解氧、盐度、pH值、CO2、碳酸盐、流速和生物污损等海水状态参数.F i g.1The effect of oxygen content on the corr osi on rate of5steels at25℃F i g.2The effect of te mperature on the corr osi on rate of5steels其中流速可通过单独测定进行校正,CO2、碳酸盐和生物污损主要通过在金属表面长期形成的各种沉积层影响均匀和局部腐蚀速度,与腐蚀速度不存在简单的定量关系.为此,主要考察了温度、溶解氧、盐度和pH值对海洋工程钢材腐蚀行为的影响.氧是碳钢在海水中的腐蚀反应的阴极去极化剂,因而它在海水腐蚀中起了决定性的作用.图1是在25℃时不同含氧量的海水中测定的5种材料的腐蚀速度.显然,5种碳钢的腐蚀速度均随海水中含氧量的升高线性逐渐增大.溶解氧含量从1mg/L～14mg/L变化时,腐蚀电流密度从2μA/c m2增加到20μA/c m2～25μA/c m2,变化幅度达10倍以上.温度是影响海水腐蚀过程的重要的参数之一,提高温度会加速腐蚀反应.但随着温度上升,氧的溶解度下降,又会导致腐蚀反应速度下降.在不同影响因素作用下,腐蚀速度呈现极值行为(图2),碳钢的腐蚀速度先增后降,在23℃附近形成极大值.当温度在10℃～25℃之间变化时,5种钢材腐蚀速度从6μA/c m2增加到18μA/c m2,变化幅度为3倍.海水中含有大量溶解盐类,具有很高的电导率,相对于淡水,海水中腐蚀反应具有更小阻力.图3为1期王　佳等:深海环境钢材腐蚀行为评价技术3　测定的盐度对碳钢腐蚀速度的影响,发现碳钢的腐蚀速度随着盐度的变化在32‰～35‰自然海水的盐度附近出现一个极大值.其原因是盐度对腐蚀反应影响体现在两个方面,一方面随着盐度增大,海水的电导率增大,减小了溶液电阻,加快了电荷的迁移速度,增大了电极上阴阳极反应的作用范围,从而加速了腐蚀反应;另一方面随着盐浓度的增加,氧在水中的溶解度随盐效应增强而不断下降,度.,占主导,,,此时随着盐度增大腐蚀速度反而减小.如图3所示,两种相反作用导致碳钢腐蚀速度在34‰附近出现极大值,变化幅度小于3倍.图4为pH值对海水中碳钢的腐蚀速度影响关系曲线.随着pH值的升高,5种材料的腐蚀速度有不同程度的减低,在弱酸性条件下变化比较明显,在中性和弱碱性条件下变化比较平缓.pH降低后,碳钢的腐蚀速度显著增大,这不仅是析氢增加造成的,更为重要的是表面氧化膜溶解后金属表面对氧有更大亲和力,因而有利于氧的去极化.考虑到大洋海水pH值介于715～816之间[3],变化幅度很小,加之海水系统是一个强缓冲体系,因而pH值的变化对海水腐蚀行为影响通常都不大.综上所述,对上述5种钢材腐蚀行为影响较大的海水状态腐蚀参数为温度、溶解氧、盐度和pH 值,其中最重要的是温度、溶解氧和盐度,这3个参数的状态可以确定上述5种钢材主要腐蚀行为. 312工程钢材海洋腐蚀数据库前文结果表明,海水腐蚀因素对腐蚀行为的影响是复杂的.溶解氧和pH值影响可以用线性行为表达,而温度和盐度影响都出现复杂的极值行为.加之这些腐蚀因素之间存在较强的相互作用,具有很强的相关性,建立腐蚀速度和海水腐蚀因素之间的严格解析模型是相当困难的[4,5].处理这类复杂腐蚀数据需要采用复杂数据处理方法[2].人工神经网络数据处理方法在处理这种复杂相互作用模型具有独特的优越性.尤其是当问题的机理等规律不甚了解,或不能用解析数学模型表神经网络往往是最有用的工具之一.这种方法,通过对一定数量测定数据的学习和训练,可以按照提供数据形式规律输出各种海洋腐蚀组合参数状态下的钢材的腐蚀速度.它通过调整神经元节点之间的连接权重因子来处理数据.输入数据与输出数据之间的联系不是由单独的神经元直接负责,而是每个神经元都参与影响输入-输出模式,因而使人工神经网络能处理带噪声、非线性、不完善的数据集.为此,本文采用误差逆传播(BP)人工神经网络算法处理上述获得的腐蚀数据.即:某一个学习样本经隐含层计算后,将输出层输出的计算结果与已知的结果相比较,若误差大于设定要求,则根据相差值进行逆向运算(向输入层方向运算),调整神经元节点间的连接权值.如此反复计算,直至误差满足设定的要求或运算次数达到设定值.本文采用4层BP 网络进行训练和预测,网络结构为5-4-4-1,即输入层5个节点,2个隐含层,每个隐含层各4个节点,输出层1个节点.实测数据输入BP神经网络模型进行训练,达到预定误差要求后,将腐蚀参数数据输入训练好的神经网络模型,比较预测与实测结果(表2),误差为8%.可知,本文建立的腐蚀速度人工神经网络模型能够应用于具有很强相互作用的非线性多变量海洋腐蚀体系,能够满足海洋腐蚀速度计算要求.在实际应用中,通常需要根据提供的金属材料4　中国腐蚀与防护学报第27卷Table2The comparis on of corr osi on rate bet w een ANN calculat2ed and measured datanum p redictive data/μA・c m-2experi m ental data/μA・c m-2relative err or/%113112141060-61692171141711100117531111010157841934121081114465154511159121553-7167Table3The correlativity of corr osi on rate with sea water state steel T/℃DO/mg・mL-1salinity/‰pH3C01721536016884890163385201636795A30172994401723131017138240165986316Mn01710397017316440174534901722701 10MnPNbRe01720911017292750171359701685495 D3601694630017525510167109501666338average01711609017294480169761601673856和海水腐蚀参数计算腐蚀速度.多次进行训练和计算不仅繁复,也不必要.为此,本文在上述人工神经网络模型计算基础上,以温度、溶解氧、盐度、pH值和5种海洋工程材料为检索参数,建立了MC M-CORRDB03海洋腐蚀数据库.该数据库能够提供5种海洋用钢在不同海洋环境状态下的根据实测样本计算的腐蚀速度数据.该数据库共存储了118万个记录,共计1216万个数据.记录中的腐蚀数据均对应于相应的海洋环境参数及状态,是与海洋环境状态相关的腐蚀数据.其可靠性已经经过腐蚀电化学试验、室内失重试验、实海失重试验、国家腐蚀网站数据和文献数据反复校正.313全海域海水腐蚀参数数据库在影响腐蚀速度的各个腐蚀参数中,找出主要影响参数,忽略影响较小的参数,有利于建立碳钢腐蚀行为模型.对于内部各参数之间具有不明确复杂相互作用的系统,灰关联分析能够满足这种要求[5].为此,对海洋腐蚀速度和海洋腐蚀参数进行了灰关联分析,研究各腐蚀参数对腐蚀速度的影响程度,得到了各腐蚀参数与腐蚀速度的关联度(表3).可见,对于不同的钢种,同一环境因子的灰关联度并不相同,说明相同的环境因子对于不同的钢种,影响程度并不相同;各环境参数不仅关联度数值有差异,而且相对大小顺序也有差别,这与钢种所含元素或元素含量不同有关.依据环境腐蚀因子的平均值大小可以判定环境参数对腐蚀速度影响的大小顺序为:溶解氧>温度>盐度>pH值.从关联度的平均值可知,溶解氧和温度两个环境参数的关联度均大于017,表明都对腐蚀速度有较大影响.盐度和pH值的关联度接近017,说明它们对腐蚀速度的影响相对较弱.溶解氧的关联度最大,这是因为海水腐蚀受氧扩散的控制,高的含氧量必然导致高的腐蚀速度.温度升高会加快化学反应速度,同时降低含氧量,而温度降低虽然减小化学反应速度,但增加了含氧量.从关联度的角度看,含氧量和温度的关联度值比较接近,说明它们对海水腐蚀的影响很可能是综合作用.根据以上的分析,对于建立模型而言,如果模型的精度要求不高,可以只考虑温度和含氧量这两个环境腐蚀参数.此外,在深海环境中,温度的变化范围为0℃～30℃,溶解氧为0mg/L～14mg/L、盐度为30‰～35‰.相比之下,pH值介于715～816之间,变化范围很小,其对腐蚀速度影响不超过20%(图4).考虑到海洋环境本身即为高容量缓冲体系,忽略pH 值贡献不会引起腐蚀速度计算产生很大的误差.因此,采用深海环境的温度、溶解氧和盐度作为腐蚀参数,评价海洋工程钢材深海腐蚀速度时不会产生显著的误差.与此同时,只要能够获得某一深海环境的温度、溶解氧和盐度3项腐蚀参数,就可以采用MC M-CORRDB03海洋腐蚀数据库,计算该深海状态下5种海洋工程材料的腐蚀速度.海洋物理研究中采用传感器和卫星遥感技术测定全球各海域各时间和各深度的温度、盐度和溶解氧数据.本文采用这一方法建立了全球海域温度、盐度和溶解氧腐蚀参数数据库MC M-G OCE ANDB03,并结合使用MC M-CORRDB03海洋腐蚀数据库实现了全海域深海腐蚀行为评价.MC M-G OCE ANDB03的海洋腐蚀参数数据来源于一套利用多年观测资料得到的WOA(WORLD OCEAN AT LAS)气候态海洋要素分布数据集.其数据空间分辨率水平为1°×1°;垂向分为33层,表层的分辨率为10m,最底层位于水下5500m,分辨率为500m;时间划分为12个月.采用插值技术可以获得全球任意位置,深度和日期的温度、盐度和溶解氧含量.MC M-G OCE ANDB03全球海域海洋腐蚀参数数据库由于涉及的参数和材料种类众多,因而环境动力参数的剖分节点密集,数据库的数据量巨大,占据内存接近300MB.1期王　佳等:深海环境钢材腐蚀行为评价技术5　F i g .5The changes in (a )te mperature and (b )diss olved oxygen content with ocean dep th in January and July at the site A (0,180)PacificOceanF i g .6Calculated changes in corr osi on rate of 5steels with oceandep th in January at the site A (0,180)Pacific Ocean314海洋工程钢材深海腐蚀行为评价考虑到测定点应具有5000m 的深度和一定的温度变化范围,选择太平洋中部位置A (0,180)和太平洋北部位置B (50,180)作为测定点,评价从海面到5000m 深海环境中上述5种海洋工程钢材的腐蚀行为.由于盐度随深度变化很小,因而可不予它的影响.位置A 的温度和溶解氧随深度的变化见图5,因该测定点为赤道热带区域,水温随深度迅速下降,1000m 以下保持不变且随季节变化很小,在500m 深度附近含量达到最低,且1月和7月的存在较大差别;在500m 以下溶解氧含量又开始随深度增加,并且在1月和7月后逐渐趋同.图6为位置A 处5种钢材腐蚀行为随海洋深度变化的预测结果,腐蚀速度随深度迅速降低,在500m 深度时出现最小腐蚀速度,随后腐蚀速度又随深度增加.这与溶解氧随深度的变化情形是一致的.海洋环境中溶解氧随深度增加迅速下降,并在500m 处达到极小值后又逐渐增加.而温度在这一区间变化不大.正是溶解氧的极小值导致了腐蚀速度在500m 出现极小值.作为对比,B (50,180)寒带海域,19月5种钢材腐蚀速度随深度的变化.与位置A 相比,位置B 的温度和溶解氧的变化除了变化范围增大以外,变化趋势和特征是一致的(图7).在深水中,温度变化逐渐趋缓,溶解氧在500m 达到最小值后又逐渐增加.如图8所示,钢材的腐蚀速度与溶解氧含量呈相同的变化方式,在500m ～1000m 深度达到最小值后又随深度的增加而减小.这一特征表明溶解氧含量是腐蚀速度的最主要的影响因素.这与文献工作是一致的[1].美国西海岸太平洋2000m 深海腐蚀实验表明[3],温度在500m 以上深度变化减少,溶解氧在700m 达到最小值后又逐渐增加.金属腐蚀速度与溶解氧变化完全一致,在700m 达到腐蚀速度最小值后又逐渐增加.这些均与本文上述结果是一致的.4结论(1)采用人工神经网络技术建立了温度、溶解氧、盐度和pH 值与5种海洋工程钢材海水腐蚀速度相关数据库MC M -CORRDB03.(2)采用气候态海洋要素分布数据集建立了MC M -G OCEANDB03全海域海水腐蚀参数数据库.(3)使用MC M -CORRDB03和MC M -G OCE 2ANDB03数据库评价了5种海洋工程钢材在5000m深海环境腐蚀行为,证实了5种钢材均在500m 左右存在最低腐蚀速度以及溶解氧对钢材深海腐蚀行为具有最主要的影响.6　中国腐蚀与防护学报第27卷F i g .7The changes in (a )temperature and (b )diss olved oxygen content with ocean dep th in January and Sep te mber at site B (50,180)PacificOceanF i g .8Calculated changes in corr osi on rate of 5steels with ocean dep th in (a )January and (b )Sep tember at the site B (50,180)Pa 2cific Ocean参考文献:[1]Venkateshan R,VenkatasamyM A,Bhaskaran T A,et al .Corr osi onof ferr ous all oys in deep sea envir onments [J ].B r .Corr os .J.,2002,37(4):257-266[2]Cao C N.Corr osi on Natural Envir onment for Chinese Material[M ].Beijing:Che m ical I ndustry Press,2004(曹楚南主编.中国材料的自然环境腐蚀[M ].北京:化学工业出版社,2004)[3]W ang G Y .Corr osi on and Pr otecti on in Natural Envir onment[M ].Beijing:Che m ical I ndustry Press,1997,92-123(王光雍等编著.自然环境的腐蚀与防护[M ].北京:化学工业出版社,1997,92-123)[4]L iu X Q ,Tang X,W ang J.Correlati on bet w een sea water envir on 2mental fact ors and marine corr osi on rate using artificial neural net 2work analysis[J ].J.Chin .Soc .Corr os .Pr ot.,2005,25(1):11-14(刘学庆,唐晓,王佳.3C 钢腐蚀速度与海水环境参数关系的人工神经网络分析[J ].中国腐蚀与防护学报,2005,25(1):11-14)[5]L iu X Q,W ang J,W ang S N,Pan D Q.Evaluati on of sea water eff 2tects on corr osi on rates of 3C steel by gray intenelati on analysis[J ].Corr os .Sci .Pr ot .Technol .,2005,17(6):494-496(刘学庆,王佳,王胜年,潘德强.海水中3C 钢腐蚀速度影响因素的灰关联分析[J ].腐蚀科学与防护技术,2005,17(6):494-496)1期王　佳等:深海环境钢材腐蚀行为评价技术7　ASSESS M ENT O F CO RRO S I O N BEHAV I O R O F STEEL I N D EEP OCEANWANG J ia1,2,ME NG J ie3,T ANG Xiao1,ZHANG W ei1(1.College of Che m istry and Che m ical Engineering,O cean U niversity of China,Q ingdao266003;2.S tate Key L aboratory for Corrosion and P rotection of M etals,Shenyang110016;3.Q ingdao U niversity,Q ingdao266071)Abstract:The assess ment of the corr osi on behavi or of the five steels in deep ocean above5000meters was made u2 sing the methods of electr oche m istry,artificial neural net w ork and database.The results showed that te mperature, diss olved oxygen,salinity and pH value were main fact ors which affect the corr osi on behavi or of the five steels in sea water.According t o the results,the correlati on database ofMC M-CORRDB03was made f or te mperature,dis2 s olved oxygen,salinity and pH value,and the corr osi on behavi or of the five steels in sea water using the method of artificial neural net w ork.Moreover,the database of MC M-G OCE ANDB03was als o made f or corr osi on fact ors of gl obal ocean using the data collecti on ofWorld Ocean A tlas.The corr osi on behavi or of five steels in deep ocean a2 bove5000meters was assessed with above t w o databases.It was confir med that the m ini m um corr osi on rate of the steels was appeared at dep th of500meters,and the content of diss olved oxygen has the greatest effect on corr osi on behavi or of the steels in deep ocean.It is als o indicated that above methods could assess the corr osi on behavi or of steel in deep ocean accurately.Key words:deep ocean,corr osi on,steel,assess ment。

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。

海洋石油平台的腐蚀监测技术摘要：文章分析了海洋石油平台进行腐蚀监测的特殊性，对目前海洋石油平台腐蚀监测技术做了概述，特别是对深海平台导管架的腐蚀监测技术进行了可行性和存在问题的探讨。

最后对相关的腐蚀标准在深海中是否适用的问题也做了初步讨论。

关键词：海洋石油平台，腐蚀监测，深海阴极保护监测，海底构筑物腐蚀监测技术。

Offshore oil platforms corrosion monitoring techniques Abstract: This paper analyzed the corrosion monitoring of the particularity of offshore oil platforms. The overview of the current corrosion monitoring was discussed, especially for corrosion monitoring of blue ocean platform. Finally, the corrosion-related standards applicable to the question of whether deep-sea had done a preliminary discussion.Keywords: Offshore oil platforms, Corrosion monitoring, Blue ocean cathodic protection, Corrosion前言随着海洋石油进军深海计划的实施，海洋石油平台从浅海走向了深海，相应的腐蚀环境也更加苛刻。

对海洋石油平台的腐蚀监测就成为了确保海上安全生产的重要手段[1]。

海洋石油平台处于严酷的腐蚀环境中，其腐蚀有着独特的特点。

海洋腐蚀监测技术就是采用电化学技术对海洋石油平台的腐蚀状况及腐蚀环境进行跟踪，并对平台钢结构的寿命做出预测，避免由腐蚀引起的材料失效破坏，杜绝安全隐患。

海水中假单胞菌对45钢腐蚀行为的电化学研究摘要海洋环境中碳钢的腐蚀是一个涉及物理、化学、生物等多方面因素的电化学过程，而海洋环境中的微生物更是加速碳钢腐蚀的一个重要因素，给碳钢在海洋工程上的使用带来了很大的安全隐患和经济损失。

随着人们对海洋的广泛开发和利用，海洋环境中的海底输送管线、海上采油平台、海底采矿设备等金属材料构建物的MIC 引起了人们广泛的关注。

目前在这一领域已有较多的研究，主要集中于微生物腐蚀机理方面，特别在铁细菌、硫酸盐还原菌、脱硫肠状菌属以及排硫杆菌等微生物腐蚀方面的研究已取得了可喜的成果。

然而，对于假单胞菌对碳钢的腐蚀行为的研究却较少。

本文是采用微生物学法在海水中分离、提纯出假单胞菌，测定假单胞菌的生长曲线，确定假单胞菌的生长周期。

然后，在实验室中模拟假单胞菌在海水中的生活环境，以45钢为研究对象，运用电化学测量技术，如：开路电位的测量、动电位循环扫描极化曲线和交流阻抗谱测试等方法，对海水体系中假单胞菌对45钢的腐蚀过程进行跟踪研究，从而获得碳钢在海水中的腐蚀电位、阻抗随时间的变化趋势以及阳极和阴极极化特征，揭示假单胞菌对45钢在海水中腐蚀的电化学行为影响。

用最大可能菌数法（MPN）测定了海水中假单胞菌的数量，绘制生长曲线，得到了海水中假单胞菌的生长规律（分为四个生长周期：迟缓期、对数生长期、稳定生长期、衰亡期）。

用自腐蚀电位、极化曲线和电化学阻抗谱的电化学特征有效的评测了45钢在假单胞菌-海水体系作用下的电化学腐蚀行为。

生长曲线表明，海水中假单胞菌的生长期分为迟缓期、对数生长期、稳定生长期、衰亡期四个周期，在海水条件下假单胞菌可以在相对长的时间内稳定生长。

自腐蚀电位表明，完整生物膜的形成不会改变电极阴极的极化类型和控制步骤，假单胞菌的新陈代谢作用决定了45钢电极的性质和腐蚀速度。

电化学阻抗谱表明，腐蚀产物层和双电层的双层作用而导致的阴极反应的电荷和物质在两相界面的传输速率的变化是控制45钢海水腐蚀的主要因素。

173中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2017.06 （下）海底管道常用的外部腐蚀控制措施主要是防腐涂层加牺牲阳极。

防腐涂层的主要作用是物理阻隔作用，将管道金属基体与外界环境隔离，从而避免金属与海水环境的作用。

但是两种情况下会导致金属腐蚀的发生。

一是防腐层本身存在缺陷，有漏点的存在；二是在运输、铺设和运行过程中防腐层遭到破坏，失去了防护作用，致使金属暴露于海洋腐蚀环境中。

这些缺陷的存在导致大阴极小阳极的现象，使得涂层破损处腐蚀加速。

牺牲阳极是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀的钢管表面施加一个外加电流，钢管表面成为阴极，从而抑制了金属腐蚀发生的电子迁移，避免或减弱了腐蚀的发生。

目前海底管道采用牺牲阳极焊接手镯式，但是在安装和施工过程中，阳极与管道的电连接是否能形成回路，是牺牲阳极正常工作的前提条件。

另外，牺牲阳极的设计寿命不足或管道延寿都会导致阳极消耗后过早的失去作用。

如何对运行期间海底管道的外防腐状况进行检测，确保其良好的工作状态，是预防管道外部腐蚀产生和泄漏发生的关键。

1 国内技术应用现状目前国内对海底管道外部检测技术主要是采用声学调查设备对管道的路由位置、埋设状况及周边地形地貌进行定期检测，无法判断管道的外防腐系统保护状况。

南海一些深水管道由于采用非掩埋设计，水下能见度较高，通常采用潜水员或ROV 对位于海床面管道上的牺牲阳极进行定期抽检，来了解和掌握海底管道阳极的工作状态。

海底管道牺牲阳极检测技术包括外观检查和电位测量。

阳极的外观检查包括以下几方面：（1）牺牲阳极的安装情况；（2）牺牲阳极的消耗情况；（3）牺牲阳极的电连接情况；（4）牺牲阳极附着海生物情况。

对牺牲阳极表面清理后还应检查表面是否发生部分钝化、是否遭受不规则的腐蚀以及海生物的影响。

对选定的牺牲阳极进行电位测量，主要是检查阳极是否在设计消耗范围内，阳极的钝化和海生物的附着都会导致阳极保护电位超出正常范围。

碳钢在海水中的腐蚀和防护碳钢在海水中的腐蚀和防护摘要对碳钢在海水中的腐蚀与防护进行了现场实地考察,分析了它作为海水中常用材料的腐蚀特点,同时在实验室进行了挂片实验和电化学测试,评价了它的耐蚀性能,对其防蚀提出了一点经验。

关键词:碳钢海水腐蚀防护1 前言碳钢是应用最广泛的工程材料之一。

海洋腐蚀环境苛刻,尽管在应用这些材料时,需进行必要的防护,但开展这些材料在海水中腐蚀性能的研究仍非常必要,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3 a～16 a 的海水腐蚀数据。

我国则仅限于碳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。

碳钢、低合金钢是应用最广泛的工程材料。

海洋腐蚀环境苛刻,尽管在应用这些材料时,需进行必要的防护,但开展这些材料在海水中腐蚀性能的研究仍非常必要,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3 a～16 a 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。

本文用实验室挂片和电化学方法对碳钢在海水中的腐蚀行为进行研究,分析了它作为海水中常用材料的腐蚀特点,评价了它的耐蚀性能,对它的防蚀提出了一点经验。

海洋大气环境下碳钢腐蚀锈层电化学行为研究何建新，魏 薇，周 漪，肖 敏（中国兵器工业第五九研究所，重庆，400039, E-mail: swan59@ ）摘要：碳钢在海洋大气环境中开展了2年海洋平台大气暴露试验，对不同周期的带锈试验样品进行电化学行为测试。

结果表明，随着户外暴露时间的延长，大气腐蚀产物使基体进一步腐蚀阳极过程受到显著阻滞，自腐蚀电位正移，极化电阻率增大。

关键词：碳钢；海洋大气；锈层；电化学简介：目前我国开发海洋资源的大背景下，在海洋平台上有效的开展典型金属材料在湿热海面大气中的腐蚀规律及机理研究，积累相关数据，为海洋钻井平台和舰船用钢材在湿热海面大气中的腐蚀设计选材提供依据和支撑已成为当前急需要开展的工作。

因此，研究海面大气环境碳钢的腐蚀特征和腐蚀规律对国家经济建设和国防建设在南海地区的选材用材具有重要意义。

实验：试验样品采用轧制Q235钢板切割制成，样品尺寸分别为200mm ×100 mm ×5 mm ，样品表面经刨、铣后，采用100#～1000#的砂纸逐级打磨至光亮，光洁度要求达到△7～△8，涂上防锈油备用。

样品投试前，用汽油粗洗除去表面的油垢，然后用蒸馏水充分冲洗去掉汽油，冲洗干净的样品立即投入无水酒精中，然后取出吹干臵于干燥器中，放臵24小时后投试。

试样投放在海南万宁大气试验站海洋平台，固定于朝南暴露架上，试样与水平面成45°角，试验样品定期回收。

采用电化学方法测试带锈试样自腐蚀电位、极化电阻率和电化学交流阻抗，测试过程中采用3.5 wt.%的NaCl 溶液。

采用SEM 、EDX 和XPS 分析腐蚀形貌和腐蚀产物。

结果与讨论：随着户外暴露时间的延长，自腐蚀电位均正移，大气腐蚀生成锈层使阳极过程受到显著阻滞，自腐蚀电位正移近300mV 。

极化电阻率由六个月时的172Ω〃cm 2增加至2000Ω〃cm 2以上，耐蚀性均有所提高，同时锈层对基体的一定保护作用主要体现在前12个月，24个月时试样的自腐蚀电位和极化电阻率相对前期测试结果变化不明显。