海洋環(huán)境下奧氏體不銹鋼腐蝕開裂分析

摘 要：奧氏體不銹鋼在海洋資源的開發(fā)和利用過程中是不可或缺的一種材料，如海上發(fā)電設(shè)備、海濱大型跨海橋梁、鉆井平臺、與海洋開發(fā)相關(guān)的海底容器等，都需用到奧氏體不銹鋼。奧氏體以其優(yōu)越的耐腐蝕性能受到了眾多開發(fā)商的信賴，但因?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境是一個腐蝕性很強(qiáng)的災(zāi)害環(huán)境，奧氏體不銹鋼會不可避免的受到腐蝕。至今為止，奧氏體不銹鋼在海洋中的腐蝕一直是影響海洋資源開發(fā)的重要問題。那么，奧氏體不銹鋼在海洋中的腐蝕受哪些因素影響呢，本文主要論述導(dǎo)致海洋環(huán)境中奧氏體不銹鋼受到腐蝕的各種因素以及必要的防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境；奧氏體不銹鋼腐蝕

中圖分類號：TG172.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）12-0347-01

1 研究背景及意義

當(dāng)前，奧氏體不銹鋼是一種不可或缺的金屬材料，截至目前已有近百年的歷史。奧氏體不銹鋼材料具有很多優(yōu)越特質(zhì)，具體表現(xiàn)為強(qiáng)度高，耐腐蝕性好，可焊接性優(yōu)良，以及易加工性和光澤性佳等，在航天航空、機(jī)械加工、能源及海洋等各種領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用。奧氏體不銹鋼很久以來就用于航海動力裝置上的過熱器管道及透平機(jī)葉片，也用于遠(yuǎn)洋商船上的大容量化學(xué)容器，其使用條件在某些方面與陸地化工廠的使用條件截然不同，海洋中的應(yīng)用環(huán)境更是極其復(fù)雜多變，即使性能再優(yōu)越的不銹鋼，也難以抗拒海水的長時間腐蝕。

另一方面，由于陸地資源變的匱乏，加強(qiáng)對海洋資源的開發(fā)又勢在必行，因此，奧氏體不銹鋼在海洋工作環(huán)境中得到了大量應(yīng)用，這也就對奧氏體不銹鋼提出了更高的要求。若奧氏體不銹鋼的研究得到進(jìn)一步的發(fā)展，必將對奧氏體不銹鋼的制造提供積極的影響，從而緩解不銹鋼材料在海洋環(huán)境中所面臨的壓力，為大力開發(fā)海洋資源提供有力保障，為中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展增磚添瓦。

2 海洋環(huán)境下影響奧氏體不銹鋼腐蝕的因素

2.1 氯離子含量和pH值

海水中有極其豐富的氯離子，而又因?yàn)樗袚碛幸欢ǔ煞值亩趸迹@就造成了氯離子與氧化膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致不銹鋼氧化膜破壞和裸露的部分溶解。而海水中的pH值普遍較高，范圍一般在8.0～8.5之間，海水中有機(jī)物的腐爛，浮游植物的光合作用，以及海底動物的呼吸作用都影響著海水的pH值。因此，海水中的pH值也在隨著環(huán)境的變化而變化，對奧氏體不銹鋼來說，當(dāng)海水中的pH值降低時，破裂速度增大，加快氧化化學(xué)反應(yīng)。

2.2 海水溫度和氧氣含量

眾所周知，我國的南北海域跨度非常的大，海域遼闊，橫跨了溫帶、亞熱帶、熱帶，因此在這些海域水溫的差別較為明顯。在渤海，等深線與等溫線大致上平行分布，因此，在次海域冬季的各水層溫度分布差別不大。沿海淺水區(qū)每年夏季表層水溫可達(dá)28℃，但是在冬季時均都會出現(xiàn)短暫結(jié)冰現(xiàn)象。黃海夏季表層水溫最高可達(dá)到大約28℃左右，冬季各水層分布極為相似，水溫最低可達(dá)到1℃。海水溫度的季度差、地域差、晝夜差，給奧氏體不銹鋼帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，溫度適宜，可加速不銹鋼的氧化反應(yīng)，致使奧氏體不銹鋼加快了腐蝕開裂速度。

海洋中的氧氣含量主要取決于鹽度和溫度，因?yàn)橥坏貐^(qū)的海水中鹽度幾乎不會有什么變化，所以溫度對海洋中的氧氣含量有著非常重要的作用，當(dāng)溫度升高時，水中氧氣的含量就會降低，當(dāng)溫度降低，水中氧氣含量就會升高，與此同時，海水中氧氣的含量又會直接影響奧氏體不銹鋼的氧化過程，造成奧氏體不銹鋼的腐蝕。

2.3 海洋微生物

對于金屬材料，即使是性能優(yōu)越的奧氏體不銹鋼，都會遭受微生物腐蝕的影響。海洋微生物的種類繁多，但人們目前認(rèn)知的腐蝕微生物的種類，仍是極其有限的，對腐蝕微生物群落的研究，也是處于起步階段。和腐蝕相關(guān)的微生物，通常的分類有產(chǎn)酸細(xì)菌，金屬氧化細(xì)菌（如鐵氧化細(xì)菌、錳氧化細(xì)菌等）、鐵還原細(xì)菌和產(chǎn)甲烷古菌等，微生物腐蝕之所以受到廣泛關(guān)注，主要是微生物誘導(dǎo)加速材料的腐蝕破壞。實(shí)際環(huán)境中的腐蝕通常都是多因素協(xié)同或疊加的結(jié)果，微生物本身也沒有創(chuàng)造新的腐蝕破壞形式，微生物可以促進(jìn)材料的孔蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕，也會誘導(dǎo)材料的氫脆和應(yīng)力腐蝕破壞。有統(tǒng)計(jì)認(rèn)為，管線腐蝕損失的20%可歸因于微生物腐蝕破壞。對于奧氏體不銹鋼這樣的材料，主要表現(xiàn)為微生物影響的腐蝕均勻減薄以及孔蝕等局部腐蝕。在海底運(yùn)輸管道中，微生物黏膜能夠阻止殺菌劑的滲入，但腐蝕微生物卻常常造成孔蝕甚至穿孔。

2.4 海水流速

我們都知道水滴石穿，水流擊在石頭上，日積月累之下，會造成巨大的破壞。更何況是有很大鹽度和酸性的海水，在這種情況下，海水的流速也會對奧氏體不銹鋼造成巨大的腐蝕。海水的波浪和流速都是影響腐蝕的重要因素。如果流速變的越來越快，海水中氧氣的含量也會變多，然后就會形成化學(xué)反應(yīng)，奧氏體不銹鋼的腐蝕加快；當(dāng)海水流速越來越快，海水中氧氣充足，化學(xué)反應(yīng)的陰極受氧的還原控制，腐蝕的速度即快又比較穩(wěn)定；但是當(dāng)海水流速到達(dá)某一標(biāo)準(zhǔn)時，不銹鋼表面的保護(hù)膜被破壞，所以腐蝕的速度變的更快。

3 海洋中奧氏體不銹鋼的防護(hù)

可以使用覆蓋防腐技術(shù)利用金屬鍍層和防護(hù)涂層覆蓋在奧氏體不銹鋼表面，形成保護(hù)性的覆蓋層，這樣防止腐蝕介質(zhì)和奧氏體不銹鋼直接接觸，以至于可以達(dá)到防腐目的。另一方面，如果是在封閉的海洋環(huán)境中，也能夠使用添加緩蝕劑的方式來抑制奧氏體不銹鋼的腐蝕，比如在海底管線和海水循環(huán)系統(tǒng)中添加緩蝕劑以防腐等。在海洋中對奧氏體不銹鋼進(jìn)行防腐并不容易，還需繼續(xù)研究努力。

4 結(jié) 語

奧氏體不銹鋼腐蝕開裂是一個極其復(fù)雜的過程，在海洋中，主要受到海洋中氯離子含量、ph值、溫度、氧氣含量、微生物、海水流速等的影響，另外也會受到奧氏體不銹鋼本身材質(zhì)的影響，所以，其影響因素眾多，對海洋中奧氏體不銹鋼的防護(hù)并不簡單易行。對奧氏體不銹鋼在海洋環(huán)境中的腐蝕研究仍需再接再厲，創(chuàng)造更大的進(jìn)步，進(jìn)而研究出更好的不銹鋼防腐蝕措施。

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收稿日期：2018-3-25