【摘要】： 鋼鐵結(jié)構(gòu)材料在海洋開發(fā)中占有不可替代的地位，而海水又是自然界中腐蝕性很強(qiáng)的介質(zhì)，因此，開發(fā)利用海洋資源必須研究海洋環(huán)境對鋼鐵結(jié)構(gòu)材料的腐蝕作用。不同狀態(tài)海水中鋼鐵材料的腐蝕速度在近海工程中是很重要的腐蝕研究參數(shù)。它不僅是施工選材的依據(jù)，而且是施工設(shè)計的基礎(chǔ)，，還可以用來預(yù)測鋼鐵結(jié)構(gòu)物的使用壽命等。因此，測試鋼材的腐蝕速度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 海洋環(huán)境中鋼材腐蝕速度與海水狀態(tài)密切相關(guān)。不同的海水狀態(tài)必然導(dǎo)致不同的腐蝕速度。與其它介質(zhì)狀態(tài)相比，海洋環(huán)境中海水狀態(tài)變化更為復(fù)雜，這也是海水腐蝕速度數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大分散性的根本原因。常規(guī)的腐蝕速度直接測試技術(shù)，如重量法、氣體容量法、電阻法和電化學(xué)方法等在海水體系中應(yīng)用無法全面反映這種復(fù)雜的狀態(tài)變化，不適合于在實(shí)海中進(jìn)行現(xiàn)場測量。因此有必要發(fā)展更加可靠的海水腐蝕測定技術(shù)。 既然鋼鐵材料在海洋環(huán)境中的腐蝕過程取決于海水狀態(tài)，那么測定腐蝕速度必須指明測定時的海水狀態(tài)。即，腐蝕速度與海水狀態(tài)應(yīng)該一一對應(yīng)的。海水狀態(tài)一旦確定，腐蝕速度也自然是唯一的。由此，可以得到一種測定腐蝕速度的新方法—腐蝕速度軟測量方法，即建立海水狀態(tài)和腐蝕速度相關(guān)模型，通過海水狀態(tài)來間接計算腐蝕速度。海洋環(huán)境中與腐蝕過程有關(guān)的海水狀態(tài)可以用溫度、pH值、溶解氧、鹽度、氧化還原電位，流速等環(huán)境參數(shù)來確定。 為實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境中碳鋼腐蝕速度軟測量，本文進(jìn)行了以下工作并得到了相應(yīng)的結(jié)論： （1）腐蝕速度測定結(jié)果與測定方法和試樣表面狀態(tài)密切相關(guān)。為了得到可靠的腐蝕資料，實(shí)驗(yàn)中采用室內(nèi)掛片失重法、實(shí)海掛片失重法、電化學(xué)強(qiáng)極化技術(shù)、線性極化技術(shù)、電化學(xué)阻抗技術(shù)等多種方法測試，獲得了大量不同條件下的腐蝕資料，并對照文獻(xiàn)腐蝕資料，分析了腐蝕資料與測試方法及表面狀態(tài)的相關(guān)性，為進(jìn)一步分析海水狀態(tài)對腐蝕速度的影響和建立腐蝕速度軟測量方法奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。結(jié)果表明，材料物理化學(xué)狀態(tài)，界面物理化學(xué)狀態(tài)和海水物理化學(xué)狀態(tài)是影響海洋環(huán)境中鋼鐵材料腐蝕速度的主要因素。其中材料物理化學(xué)狀態(tài)對于確定的材料來說是不變的，界面物理化學(xué)狀態(tài)與測定方法有關(guān)，這兩個因素是相對確定的。影響腐蝕速度的海水狀態(tài)則取決于溫度、含氧量、鹽度、pH值、 WP=4 氧化還原電位、流速、生物活性和碳酸鹽飽和度等多種海水環(huán)境參量。本文主要以溫度、含氧量、鹽度、pH值、氧化還原電位和流速為相關(guān)海水環(huán)境參量。 （2）這些海水環(huán)境參量并不都是相互獨(dú)立的，它們之間具有很強(qiáng)的相互作用，本文通過實(shí)驗(yàn)澄清了它們之間的相互關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①幾個海水環(huán)境參量之中，溫度是不受其它因素影響的獨(dú)立變量，除鹽度外，其它pH值，溶解氧和氧化還原電位等因素均隨溫度變化：隨溫度升高，海水的含氧量下降，pH值略有下降，ORP也隨之降低；②海水中的含氧量主要受溫度和鹽度影響，隨溫度和鹽度增加而降低；③海水的ORP受溶解氧含量和pH的控制，與含氧量的對數(shù)和pH值成線性關(guān)系，隨含氧量增大而升高，隨pH值增大而減小，此外受到溫度的影響。 （3）通過控制條件實(shí)驗(yàn)得到了碳鋼海水腐蝕速度與各個腐蝕因子之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)：①在其它因素保持不變的條件下，增加海水的含氧量，碳鋼腐蝕速度隨之線性增大；②溫度對碳鋼腐蝕速度影響體現(xiàn)在兩個方面：一方面提高溫度能加速腐蝕反應(yīng)，另一方面隨著溫度升高，氧的溶解度下降，這又降低了腐蝕速度；因此實(shí)驗(yàn)室內(nèi)作出的碳鋼腐蝕速度隨溫度變化曲線首先上升而后下降，最大值出現(xiàn)在20-25℃區(qū)間；③碳鋼的腐蝕速度隨著鹽度的增大也是首先增大然后減小，極值大約在32-35ppt，正好是自然海水的鹽度。這同樣是因?yàn)辂}度的影響有兩個方面，鹽度增大，一是海水電導(dǎo)率升高，二是溶解氧下降；④隨著pH值的升高，碳鋼的腐蝕速度在pH=6-10范圍內(nèi)線性減低；⑤海水的流動使得腐蝕速度增大，流動時腐蝕速度相對于靜止?fàn)顟B(tài)下能增大到5-6倍。但是流速不同，增大的程度也不同，在流速為0-2m/s之間，腐蝕速度變化比較迅速，2-8m/s之間則變化比較平緩；⑥海水的ORP明顯影響碳鋼的腐蝕行為：開放海水中O2/OH-電對的作用占主導(dǎo),其它電對如Fe3+/Fe2+,S/HS-也有一定的影響。隨著海水ORP的增大，海水的氧化能力加強(qiáng)，碳鋼極化電阻減小，雙電層電容減小，腐蝕電流增大，腐蝕速度加快。 （4）經(jīng)過分析這些海水環(huán)境參量在海水中影響腐蝕速度的強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)假若不考慮海水流動因素，在靜止海水中盡管與碳鋼海水腐蝕相關(guān)的環(huán)境因子很多，但其中關(guān)鍵的參數(shù)還是海水的含氧量和溫度。因此，在腐蝕速度軟測量研究中，可以將含氧量和溫度作為其最簡模型的二次變量。 WP=5 （5）通過分析碳鋼海水腐蝕速度與作為二次變量的海水環(huán)境參量之間的相關(guān)性建立了氧平衡態(tài)下，靜止海水中碳鋼在其腐蝕初級階段的腐蝕速度在5-35℃溫度區(qū)間內(nèi)的軟測量模型，形式如下： 式中icorr為腐蝕電流密度，μA/cm2,表示腐蝕速度；t為海水溫度，以℃表示； A1、A2、A3皆為系數(shù)，碳鋼材料不同系數(shù)存在差異。 （6）為了擴(kuò)大模型適用范圍，在平衡態(tài)碳鋼腐蝕速度軟測量模
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2003
【分類號】：P734

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：2613996