海水噴泉潛水泵常用不銹鋼材料的海水腐蝕初探

吳永忠 李明德 林坤茂（廈門海源泵業(yè)有限公司，福建 廈門 361100）

海水噴泉潛水泵常用不銹鋼材料的海水腐蝕初探

吳永忠 李明德 林坤茂（廈門海源泵業(yè)有限公司，福建 廈門 361100）

通過海水工況實(shí)際運(yùn)行，獲得了海水噴泉潛水泵常用不銹鋼材料的關(guān)鍵件在廈門和三亞海域全浸區(qū)固定安裝的腐蝕結(jié)果，分析了其腐蝕行為。2205和904L比316L耐腐蝕性能更強(qiáng)，2507具有更好的耐蝕性。三亞海域比廈門海域海水對(duì)不銹鋼具有更強(qiáng)的腐蝕性。

海水；噴泉潛水泵；腐蝕；不銹鋼

伴隨噴泉行業(yè)高速發(fā)展，涌現(xiàn)出一大批噴泉潛水泵生產(chǎn)企業(yè)，淡水噴泉潛水泵已經(jīng)比較成熟和完善。但是，對(duì)于海水噴泉來講，國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的高質(zhì)量海水噴泉潛水泵較少。海水中有大約3.5%的含鹽量，對(duì)噴泉潛水泵具有很強(qiáng)的腐蝕性。因此，研究海水腐蝕的原理，并根據(jù)這些原理找到相適應(yīng)的耐腐蝕的材料并驗(yàn)證試驗(yàn)，就顯得極其重要。

1 海洋環(huán)境對(duì)腐蝕的影響

1.1 鹽度

海水含鹽量較高，水中的含鹽量直接影響水的電導(dǎo)率和含氧量，隨著水中含鹽量的增加，水的電導(dǎo)率增加但含氧量卻降低。海水中的鹽度并不和NaCl的行為相一致，這是因?yàn)樗}、鎂離子可以在金屬表面析出碳酸鈣和氫氧化鎂的沉淀，從而給金屬提供一定的保護(hù)。水解時(shí)絡(luò)合物產(chǎn)生氫離子，提升了海水的酸度及加深了金屬的局部腐蝕。

1.2 電導(dǎo)率

海水不僅有大量鹽分，且所含鹽類幾乎都是電離狀態(tài)，因此海水能作為一種導(dǎo)電良好的電解質(zhì)。研究表明：隨著電導(dǎo)率的增大，微觀電池腐蝕和宏觀電池腐蝕都將加速。

1.3 溶解氧

海水溶解氧的含量越多，金屬在海水中的電極電位越高，被海水腐蝕的能力也越大。然而對(duì)于鋁和不銹鋼金屬來說，當(dāng)接觸氧氣時(shí)，金屬表面會(huì)和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成一個(gè)具有防護(hù)功能的氧氣膜，保護(hù)不被氧氣所腐蝕。

1.4 酸堿度

通常情況下，當(dāng)海水含有的酸堿度越高時(shí)，對(duì)金屬物質(zhì)腐蝕速度可以進(jìn)行放緩。然而海水中含有的酸堿度含量低于氧氣含量對(duì)金屬物質(zhì)的腐蝕程度，雖然海洋表層海水酸堿度比深層海水高，但由于表層海水的含氧量要遠(yuǎn)比深海要多，因此海洋表層海水的腐蝕能力遠(yuǎn)比深層海水要強(qiáng)，這與實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是一致的。

1.5 物理因素

同時(shí)，有一些物理現(xiàn)象也會(huì)增加金屬物質(zhì)的腐蝕速度，例如流動(dòng)速度、海潮、光照以及熱度等。當(dāng)海水流動(dòng)的速度較快時(shí)，對(duì)金屬的沖擊性和覆蓋面也較多，會(huì)加快金屬物質(zhì)的腐蝕能力。海洋表層的海水中會(huì)接觸到很多的氧氣和鹽分，對(duì)于金屬物質(zhì)的腐蝕能力也是非常巨大的。所以，在海洋水花被浪潮擊落的地方對(duì)金屬物質(zhì)的腐蝕力度是非常大的，在陸地上，當(dāng)空氣中熱度增加時(shí)，金屬物質(zhì)的腐蝕力度會(huì)增加；然而當(dāng)處于海洋內(nèi)部時(shí)，隨著溫度的增加，氧氣的分散性會(huì)降低，導(dǎo)致金屬腐蝕能力會(huì)下降。

2 腐蝕類型

處于海洋環(huán)境中，隨著金屬物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的差異性，會(huì)出現(xiàn)不同類型的腐蝕情況，即均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、沖擊腐蝕、空泡腐蝕、電偶腐蝕、腐蝕疲勞等。

2.1 均勻腐蝕

該腐蝕形式是指在金屬物質(zhì)的表面區(qū)域腐蝕的速度是相同的，此種腐蝕方法相異于全面腐蝕。該腐蝕形式主要是針對(duì)既不屬于陽極也不屬于陰極區(qū)域部分。

2.2 點(diǎn)蝕

該腐蝕形式是指在金屬表面的局部區(qū)域被腐蝕，而其余區(qū)域沒有出現(xiàn)腐蝕狀況的情形。這種腐蝕可能是由于空氣中含有的鹽分或者大氣污染雜質(zhì)導(dǎo)致的，也有可能是由于金屬結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的原因?qū)е碌模缃饘傥镔|(zhì)的有異成分、表面凹陷以及保護(hù)膜毀損等情況。

2.3 縫隙腐蝕

該腐蝕方式一般出現(xiàn)在海洋深處或者被海潮擊落的地方。一些會(huì)和氧氣混合形成保護(hù)膜的金屬物質(zhì)，極易出現(xiàn)縫隙腐蝕現(xiàn)象。所以，不銹鋼和鋁制金屬就極易出現(xiàn)縫隙腐蝕狀況。

2.4 沖擊腐蝕

對(duì)于一些特殊的金屬物質(zhì)例如銅和鋼，極易受到海水流動(dòng)速度的影響，當(dāng)海水流動(dòng)速度較快時(shí)，就會(huì)增加金屬物質(zhì)腐蝕的速度和能力。在海水流動(dòng)速度較快的區(qū)域，當(dāng)夾雜著空氣氣泡時(shí)，會(huì)更加快速的腐蝕金屬表面，導(dǎo)致金屬保護(hù)膜脫落，繼而出現(xiàn)金屬區(qū)域的腐蝕。

2.5 空泡腐蝕

在海洋深處，海水的溫度值低于正常水溫的海水容易出現(xiàn)蒸汽氣泡，當(dāng)海水沖擊這些蒸汽氣泡時(shí)會(huì)導(dǎo)致氣泡毀損。同時(shí)氣泡毀損的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力直接破壞金屬表面的區(qū)域。當(dāng)金屬表面被破壞后，就會(huì)讓新的金屬表層暴露出來，繼而被海水進(jìn)一步腐蝕。所以，海水中的蒸汽氣泡腐蝕不僅會(huì)造成金屬物質(zhì)物理結(jié)構(gòu)毀損，也會(huì)進(jìn)一步出現(xiàn)腐蝕情形。

2.6 電偶腐蝕

海水極易具有導(dǎo)電性，當(dāng)兩種不同性質(zhì)的金屬同時(shí)處于海洋內(nèi)部時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致二者之間產(chǎn)生相互之間的腐蝕。

2.7 腐蝕疲勞

當(dāng)某一金屬物質(zhì)一同受到外界環(huán)境腐蝕和疲勞腐蝕時(shí)就會(huì)出現(xiàn)腐蝕疲勞現(xiàn)象。當(dāng)金屬物質(zhì)受到環(huán)境腐蝕和疲勞腐蝕時(shí)腐蝕的速度和效果，會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)金屬物質(zhì)的腐蝕情況。

2.8 應(yīng)力腐蝕

當(dāng)金屬物質(zhì)受到應(yīng)力作用和腐蝕材料的同時(shí)腐蝕時(shí)極易出現(xiàn)金屬表面破裂情形的發(fā)生，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕。該腐蝕情形是電化學(xué)和應(yīng)力機(jī)械破壞互相促進(jìn)裂紋的生成和擴(kuò)展的過程。

3 試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)零件為海水潛水泵電機(jī)上端蓋，過往的腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，電機(jī)上端蓋和電機(jī)筒的連接端面最易發(fā)生縫隙腐蝕。材料為4種不銹鋼，均經(jīng)過固溶處理，他們的牌號(hào)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和耐蝕當(dāng)量PRE[耐蝕當(dāng)量PRE=%Cr+3.3%Mo+k%N，K值=16(雙相不銹鋼)、K值= 30(奧氏體不銹鋼 ）]見表1。連接端面表面磨光，粗糙的Ra為0.8μm。

3.2 試驗(yàn)方法

實(shí)際工況運(yùn)行試驗(yàn)，基本參照《GB 5776-86 金屬材料在表面海水中常規(guī)暴露腐蝕試驗(yàn)方法》、《GB/T16545-1996金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》消滅腐蝕材質(zhì)，計(jì)算重量并核算腐蝕效率，部分腐蝕情況依據(jù)GB/T18590-2001金屬和合金的腐蝕 點(diǎn)蝕評(píng)定方法》，并進(jìn)行具體數(shù)據(jù)核算。蓋茨試驗(yàn)效果通過腐蝕速度、點(diǎn)腐蝕深度以及縫隙腐蝕深度等數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。

表1 試驗(yàn)不銹鋼的化學(xué)成分、耐蝕當(dāng)量

表2 試驗(yàn)環(huán)境

表3 試驗(yàn)材料在全浸區(qū)的腐蝕結(jié)果

3.3 試驗(yàn)環(huán)境

海水潛水泵運(yùn)行腐蝕試驗(yàn)在海水全浸區(qū)進(jìn)行，正常工況運(yùn)行，地點(diǎn)分別在廈門和三亞兩地，廈門試驗(yàn)點(diǎn)位于廈門市大嶝島陽塘村，屬典型的亞熱帶海洋氣候， 具有海生物旺盛和部分材料出現(xiàn)特殊腐蝕現(xiàn)象等特點(diǎn)。三亞市海水運(yùn)行腐蝕試驗(yàn)在崖城鎮(zhèn)，具有鹽度較高，海生物多樣旺盛等特點(diǎn)，見表2。

4 試驗(yàn)結(jié)果

兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)試驗(yàn)周期均為2年，試驗(yàn)結(jié)果見表3。從腐蝕后的外觀看，四種不銹鋼金屬物質(zhì)在海水中受到腐蝕的情形主要是點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕兩種，而且縫隙腐蝕能力遠(yuǎn)高于點(diǎn)腐蝕能力。

海洋生物會(huì)依附于金屬物質(zhì)上，試驗(yàn)完成之后，廈門海洋內(nèi)的海水潛水泵外表面不銹鋼上生長(zhǎng)了網(wǎng)紋藤壺、翡翠貽貝、石莼、石花菜等；三亞全浸區(qū)海水潛水泵表層區(qū)域會(huì)附有很多淤泥，在其中含有大量的海洋生物，例如貝殼、小蟲、海藻等，不僅包括這些附著的海洋生物還包括形成的腐蝕產(chǎn)物，將這些附著物去除，能夠發(fā)現(xiàn)這些附著物下方有被腐蝕形成的小坑，很多的牡蠣、藤壺緊密附著在泵的外表，難以去除，他們的小面沒有發(fā)生腐蝕。從表3的腐蝕數(shù)據(jù)看2205、904L、2507在廈門和三亞全浸區(qū)均表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性能，316L的耐腐蝕性能相對(duì)較差。

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

從不同海水試驗(yàn)點(diǎn)看，不銹鋼金屬物質(zhì)在三亞海洋區(qū)域中腐蝕力度遠(yuǎn)高于在廈門海洋中腐蝕力度，主要原因是不銹鋼金屬物質(zhì)的性質(zhì)以及三亞、廈門各自海洋區(qū)域含量的差異性導(dǎo)致的。其一，三亞海洋區(qū)域的含鹽分要遠(yuǎn)高于廈門區(qū)域，海水中的氯離子能破壞金屬表面的氧化膜,使金屬的局部腐蝕加強(qiáng)。第二，三亞海域年平均海水溫度高于廈門海域，對(duì)應(yīng)在海水在較為穩(wěn)定的金屬物質(zhì)，當(dāng)熱度不斷加強(qiáng)時(shí)，金屬物質(zhì)的保護(hù)膜就會(huì)被破壞，極易出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕的情形。其三，三亞海洋區(qū)域海生物附著比廈門嚴(yán)重，對(duì)不銹鋼容易誘發(fā)局部腐蝕。

6 結(jié) 語

在海水環(huán)境中，這四種不銹鋼物質(zhì)極易受到點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕影響，同時(shí)出現(xiàn)腐蝕的時(shí)間和情形與不銹鋼的物質(zhì)特性具有緊密的關(guān)聯(lián)性2205和904L 在這兩個(gè)海域耐蝕性能相當(dāng)，2205和904L比316L耐腐蝕性能更強(qiáng)，2507具有更好的耐蝕性，同種不銹鋼在三亞海域比廈門海域腐蝕更嚴(yán)重。

[1]侯保榮等．海洋腐蝕環(huán)境理論及其應(yīng)用[M]．北京:科學(xué)出版社,1999

[2]夏蘭亭，黃桂橋，張三平等．金屬材料海洋腐蝕與防護(hù)[M]．北京:冶金工業(yè)出版社,2003

The seawater corrosion behavior of conventional stainless steel material used in seawater fountain submersible pump was studied

From the seawater actual operation conditions, we obtain the corrosion result of conventional stainless steel, especially the key component, which is used in the seawater fountain submersible pump,and analyzed its corrosion behavior．in two different full immersion area:Xiamin and Sanya sea．Our result shows that 2205 and 904L has better corrosion resistance than 316L．While,2507 shows the best among them．Conclusion indicates that,in Sanya waters,Stainless steel is more easy to corrode than in Xiamen sea area．

seawater；fountain submersible pump；corrosion；stainless steel

TG172．5

B

1003-8965（2017）03-0057-02