S420海工钢在不同海洋区带环境下的腐蚀行为研究

麻衡¹, 田会云², 刘宇茜³, 王月香¹, 何康¹, 崔中雨², 崔洪芝²

1.莱芜钢铁集团银山型钢有限公司 济南 271104

2.中国海洋大学材料科学与工程学院 青岛 266100

3.青岛大学机电工程学院 青岛 266071

中国腐蚀与防护学报  2024, Vol. 44  Issue (3): 635-644

CSTR: 32134.14.1005.4537.2023.192

DOI: 10.11902/1005.4537.2023.192

摘要: 

通过1 a的青岛海域实海暴露实验，结合失重法、宏观和微观形貌、三维形貌和腐蚀产物分析，开展了S420钢在大气、飞溅、潮差和全浸4个不同海洋区带下的腐蚀行为研究。结果表明：S420钢在潮差环境中腐蚀速率最高，大气环境下腐蚀速率最低。一方面，这主要归因于锈层具有持水能力，为阴极反应提供充足的水介质，另一方面，潮差环境的干湿循环使得表面薄液膜中Cl^-浓度增加，同时加速了氧的传质过程，促进了腐蚀阴阳极反应速率。腐蚀产物主要由γ-Fe₂O₃、Fe₃O₄以及α/γ-FeOOH组成。电解液层的持续存在有利于γ-FeOOH的形成，使其在潮差和全浸环境中占主导地位。充足的氧气和干湿循环促进了Fe₃O₄的生成，导致其在飞溅环境中以主要形式存在。S420钢在潮差环境下表现出最大点蚀深度和高点蚀体积的局部腐蚀特性。

关键词：低合金钢,  海洋腐蚀,  点蚀,  锈层,  腐蚀速率 

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图1 S420钢的宏观腐蚀形貌

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)

图2 S420钢在大气、飞溅、潮差和全浸环境中暴露1 a后的腐蚀速率

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

图3 S420钢在大气区、飞溅区、潮差区和全浸区中腐蚀1 a后腐蚀产物的腐蚀形貌

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

图4 S420钢在大气区、飞溅区、潮差区和全浸区4种环境下暴露1 a后的腐蚀产物截面形貌及EDS结果

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

图5 S420钢在大气区、飞溅区、潮差区和全浸区暴露1 a后去除腐蚀产物后的表面形貌和3D轮廓

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

图6 S420钢在不同环境下腐蚀1 a后蚀坑深度和体积的累计概率分布

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

图7 S420钢在不同环境下腐蚀1 a后腐蚀产物的XRD谱以及不同组成相和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)

图8 S420钢在大气区、飞溅区、潮差区和全浸区环境下腐蚀1 a后腐蚀产物的物相分布

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)

结论：

(1) 不同的海洋区带通过电解液存在形式的不同影响S420钢的腐蚀速率、腐蚀产物和局部腐蚀行为。

(2) S420钢在潮差环境下腐蚀速率最高，大气区环境下腐蚀速率最低。在潮差环境的干燥期，腐蚀产物中较为充足的水含量和充足的氧供应是促进阴阳极反应的关键。

(3) S420钢的腐蚀产物由α-FeOOH、γ-FeOOH和Fe₃O₄组成。电解液层的持续存在有利于γ-FeOOH的形成，使其在潮差和全浸环境中含量较高。充足的O₂和干湿循环促进了Fe₃O₄的生成，导致Fe₃O₄相对含量在飞溅区较高。

(4) S420钢在潮差和飞溅环境下表现出最大点蚀深度和高点蚀体积的数量较多。含Cl^-和干湿循环的环境是点蚀萌生和长大的关键。

本文引用格式：

麻衡, 田会云, 刘宇茜, 王月香, 何康, 崔中雨, 崔洪芝. S420海工钢在不同海洋区带环境下的腐蚀行为研究. 中国腐蚀与防护学报[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 

通讯作者: 田会云，研究方向为海洋环境腐蚀与应力腐蚀开裂行为

E-mail: tianhuiyun@ouc.edu.cn

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