國產(chǎn)熱浸鋅錨鏈的耐蝕性研究(Ⅰ):熱浸鋅錨鏈的海港試驗(yàn)*

馬士德 王在東 劉會(huì)蓮 劉 欣

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國產(chǎn)熱浸鋅錨鏈的耐蝕性研究(Ⅰ):熱浸鋅錨鏈的海港試驗(yàn)*

馬士德1, 3王在東2劉會(huì)蓮1①劉 欣4

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所 海洋環(huán)境腐蝕與生物污損重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 青島 266071; 2. 青島東啟機(jī)械設(shè)備有限公司, 青島 266071; 3. 中國老教授協(xié)會(huì)海洋防腐防污專業(yè)委員會(huì), 青島 266071; 4. 青島科技大學(xué), 青島 266042)

本文記敘了國內(nèi)外首次以大型商品化熱浸鋅錨鏈為研究對(duì)象的海港試驗(yàn)結(jié)果, 跟蹤記錄了其4年的腐蝕與生物污損發(fā)展過程。分別于2013年7月、2014年7月、2015年7月和2016年7月將試驗(yàn)錨鏈提出海面, 對(duì)出現(xiàn)在錨鏈上的全部附著生物進(jìn)行刮取、分類、鑒定、稱重, 清洗錨鏈的表面, 檢查銹點(diǎn), 并對(duì)熱浸鋅錨鏈表面測(cè)厚, 照相記錄跟蹤全過程。試驗(yàn)結(jié)果表明: 裸鋼腐蝕嚴(yán)重, 銹層在2~3mm, 腐蝕產(chǎn)物易成片脫落, 形成大小不等的腐蝕坑, 最大坑深3mm左右; 熱浸鋅錨鏈未出現(xiàn)明顯腐蝕點(diǎn), 大氣區(qū)鋅層腐蝕速率約10μm/a, 水下區(qū)鋅層腐蝕速率約20~70μm/a, 但在兩個(gè)鏈環(huán)連接處出現(xiàn)磨蝕銹斑; 耐蝕性在不同區(qū)帶中表現(xiàn)為水上鏈＞水下鏈; 熱浸鋅錨鏈表面的污損生物數(shù)量少于未浸鋅錨鏈, 隨著時(shí)間延長, 熱浸鋅錨鏈表面污損生物逐年增多, 其中優(yōu)勢(shì)生物為海鞘(Ascidians)、苔蘚蟲(Bryozoans), 其次是貽貝(sp.)、牡蠣(sp.)、石莼(sp.), 曾出現(xiàn)南方污損生物種, 如翡翠貽貝()。2013~2014、2014~2015、2015~2016三年錨鏈單位面積上污損生物的重量分別為1257.6、1454.6和21304.0g/m2。污損生物重量的增加大大增加了錨鏈的磨蝕程度, 為錨鏈腐蝕失效埋下了隱患。本研究為海洋工程錨鏈設(shè)計(jì)或應(yīng)用提供了寶貴的科學(xué)依據(jù)。

熱浸鋅; 錨鏈; 腐蝕; 海港試驗(yàn); 膠州灣

海洋經(jīng)濟(jì)已由傳統(tǒng)的海洋交通運(yùn)輸業(yè)、海洋漁業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橐院Ｑ笥蜌忾_采為主的深海資源產(chǎn)業(yè)(管華詩, 1999; 相建海, 2002; Field等, 2004; 《技術(shù)預(yù)見報(bào)告》編委會(huì), 2005; 程娜, 2013; 王澤宇等, 2015), 號(hào)稱能源資源開發(fā)的“藍(lán)色革命”浪潮已經(jīng)席卷全球(張勇慧, 2009), 錨鏈產(chǎn)業(yè)作為相關(guān)配套產(chǎn)業(yè), 已被海洋資源開發(fā)的浪潮沖破。錨鏈從近岸港口浮動(dòng)設(shè)施的連接、緊固發(fā)展到深海油氣開采設(shè)施的系泊, 例如, 在深海作業(yè)的浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船(floating production storage and offloading, FPSO)(王在東等, 2013)、半潛式平臺(tái)和豎筒式生產(chǎn)平臺(tái)(spar platform)等上的應(yīng)用(Park et al., 2002; Shin et al., 2003; Wyllie, 2004)。近年來高性能錨鏈的需求量大大增加, 進(jìn)而對(duì)錨鏈的耐蝕性、耐磨性等提出了更高的要求。

我國大多數(shù)石油鉆井平臺(tái)建于20世紀(jì)70年代或80年代初期, 設(shè)備陳舊, 需要更新。隨著海洋工程深海時(shí)代的開啟, 海洋平臺(tái)或單點(diǎn)設(shè)施系泊所需的錨鏈越來越長, 對(duì)錨鏈強(qiáng)度、韌性、耐海水腐蝕、抗疲勞、耐磨損等性能提出了更高的要求(張文基等, 2000; 錢緒政, 2010; 朱才進(jìn), 2011)。這些對(duì)錨鏈生產(chǎn)技術(shù)提出了挑戰(zhàn), 也為錨鏈產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展提供了新的機(jī)遇(史斗等和鄭軍衛(wèi), 2003; 趙君等, 2013)。相對(duì)于國外成熟、先進(jìn)的系泊鏈生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備, 中國的系泊鏈生產(chǎn)技術(shù)在20世紀(jì)90年代后期才逐漸發(fā)展起來(朱俊成, 1999), 雖歷經(jīng)艱難困苦, 但碩果累累。相關(guān)產(chǎn)品在核心技術(shù)、主要性能參數(shù)和產(chǎn)業(yè)化等多方面均有重大突破, 產(chǎn)品的制造設(shè)備、技術(shù)和質(zhì)量均得到全面提升, 開始具備與國外名牌產(chǎn)品相競(jìng)爭抗衡的能力。2003年國內(nèi)高級(jí)別系泊鏈產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)縮短了我國與發(fā)達(dá)國家高級(jí)別系泊鏈技術(shù)的差距, 其主要性能指標(biāo)已達(dá)到國際先進(jìn)水平(錢緒政, 2010)。超高級(jí)別海洋系泊鏈自主研發(fā)的成功打破了歐洲企業(yè)在這一領(lǐng)域的壟斷地位, 在生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備方面也均處于國際領(lǐng)先地位, 這帶動(dòng)了國內(nèi)船用錨鏈、系泊鏈的出口, 提高了國際市場(chǎng)競(jìng)爭力。

但是要實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別系泊鏈的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn), 為我國船舶工業(yè)和國防提供現(xiàn)代化服務(wù), 還需要克服一些技術(shù)難題(趙晶瑞等, 2013)。錨鏈海港試驗(yàn)可為錨鏈設(shè)計(jì)提供諸如抗腐蝕、抗疲勞、抗磨損等實(shí)際使用狀態(tài)以及每一鏈環(huán)的實(shí)際受力情況等重要參考資料。

本文通過2012年6月~2016年7月在青島中港進(jìn)行的連續(xù)4年的海港實(shí)驗(yàn)(每年提取檢測(cè)1次), 對(duì)錨鏈在海域中的實(shí)際腐蝕與污損情況進(jìn)行了研究, 為海洋工程錨鏈設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供了基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)。

1 海港試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及加工

(1) 試件

特鋼CM690錨鏈各3個(gè)及其熱浸鋅錨鏈各3個(gè)。

(2) 基材成分

基材CM690主要化學(xué)成分見表1。

(3) 錨鏈尺寸及試件組合方式

本試驗(yàn)所用錨鏈為海港碼頭用有擋錨鏈, 其中熱浸鋅錨鏈直徑為33mm, 未鍍鋅錨鏈直徑為29mm(國家技術(shù)監(jiān)督局, 1993)。錨鏈具體尺寸見表2, 懸掛示意圖見圖1。

(4) 錨鏈加工工藝

本試驗(yàn)采用錨鏈的加工工藝及檢驗(yàn)方法如下所述:

①下料: 將錨鏈鋼用鋸床切成合適長度的棒料;

表1 試件基材主要化學(xué)成分

圖1 錨鏈尺寸及懸掛示意圖

注: a. 試驗(yàn)錨鏈尺寸丈量示意圖(具體參數(shù)見表2); b. 試驗(yàn)錨鏈懸掛方式示意圖。

表2 試驗(yàn)錨鏈主要尺寸

②加熱: 在彎環(huán)前將棒料加熱到規(guī)定溫度;

③編環(huán): 將加熱的棒料經(jīng)過折彎機(jī)進(jìn)行折彎動(dòng)作, 兩次成型嵌套在前一個(gè)鏈環(huán)上并完成鏈環(huán)形狀;

④焊接: 在焊機(jī)上將鏈環(huán)的焊口部分閃光焊接;

⑤去刺: 去除焊口的焊接毛刺;

⑥壓擋成型: 用擠檔機(jī)擠上橫擋, 完成錨鏈成型;

⑦熱處理: 對(duì)機(jī)組上生產(chǎn)完畢的錨鏈進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理, 使其獲得良好的綜合力學(xué)性能;

⑧拉力試驗(yàn): 對(duì)完成調(diào)質(zhì)熱處理的錨鏈進(jìn)行工作載荷拉力試驗(yàn)和破斷試樣的破斷試驗(yàn), 驗(yàn)證其力學(xué)性能是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定;

⑨表面拋丸: 對(duì)合格的錨鏈進(jìn)行表面拋丸, 打磨錨鏈表面氧化物或雜質(zhì), 消除焊接應(yīng)力并強(qiáng)化其表面力學(xué)性能和抗腐蝕能力;

⑩拋光: 拋丸后的錨鏈進(jìn)行拋光, 平整表面, 提高表面光潔度;

?浸漆: 將錨鏈熱浸鋅或浸漬瀝青、防腐涂料等;

?標(biāo)識(shí): 在錨鏈表面打上鋼印, 標(biāo)識(shí)編號(hào)并裝運(yùn)。

(5) 熱浸鋅加工工藝

圖2 熱浸鋅工藝流程

①拋丸: 去除試件上的銹污, 依試件上的銹層厚度不同, 清除時(shí)間不同, 除凈銹污后, 鋼鐵件表層呈銀灰色;

②酸洗: 以18%~20%的稀鹽酸, 加入緩沖劑, 配置成酸洗液。把工件吊入酸洗溶液中, 約8~10min。酸洗不好, 易引起鍍層散落;

③水洗: 工件經(jīng)過酸洗后, 鹽酸等會(huì)殘留在工件上, 必須清洗干凈, 否則會(huì)繼續(xù)與工件發(fā)生反應(yīng)生成鐵銹, 出現(xiàn)返銹現(xiàn)象;

④浸鋅: 用葫蘆島60號(hào)出口鋅(純度99.99%)融化成鋅液(500°C左右), 把鋼件浸入鋅液中, 使鋼件均勻附上鋅層。浸鋅的時(shí)間影響Fe-Zn化合物和鍍層厚度;

⑤漂洗: 浸鋅后需用2%的NH4Cl溶液進(jìn)行漂洗。

1.2 試驗(yàn)錨鏈投放

將3環(huán)的有擋錨鏈分為兩組, 一組表面熱浸鋅處理, 另一組不鍍鋅作為對(duì)照, 自然懸掛于受潮汐和海流等影響較小的青島港大港六號(hào)碼頭海鷗浮碼頭(浮船), 使得錨鏈最上環(huán)完全暴露于空氣中, 最下環(huán)完全浸沒于海水中, 中間環(huán)的環(huán)檔處與浮船水線齊平(圖1b)。

1.3 熱浸鋅層厚度測(cè)量

自錨鏈進(jìn)行海港試驗(yàn)后, 試驗(yàn)周期每滿一年時(shí), 將錨鏈從海水中提出、拍照, 記錄各組錨鏈腐蝕情況及附著的污損生物情況, 使用取樣器分別刮取錨鏈表面全部污損生物和表面腐蝕產(chǎn)物, 用TT220型測(cè)厚儀(北京時(shí)代之峰科技有限公司, 中國)測(cè)量錨鏈最上環(huán)(大氣)、最下環(huán)(水下)的熱浸鋅層厚度。清洗表面后, 用測(cè)厚儀再次測(cè)量去除腐蝕產(chǎn)物后的鋅層厚度。將所得數(shù)據(jù)匯總, 分析熱浸鋅厚度變化趨勢(shì)并繪制數(shù)據(jù)圖表。

1.4 污損生物和腐蝕產(chǎn)物分析

使用取樣器分別刮取錨鏈表面全部污損生物和表面腐蝕產(chǎn)物, 對(duì)污損生物進(jìn)行分類、鑒定、稱重等分析。對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分類編號(hào)后進(jìn)行成分分析測(cè)試, 測(cè)試儀器為D/max- 2500/PC型X射線衍射儀(日本理學(xué)公司, 日本), 掃描2θ角為5°~90°, 掃描速度為10°/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 腐蝕形貌

分別于2013年7月、2014年7月、2015年7月和2016年7月將錨鏈提出海面, 清除表面附著的污損生物并拍照記錄腐蝕狀態(tài), 結(jié)果見圖3(熱浸鋅錨鏈)和圖4(同期對(duì)照組的未鍍鋅錨鏈)。

通過對(duì)圖3中的腐蝕狀態(tài)觀察可以發(fā)現(xiàn), 經(jīng)過連續(xù)4年以上的海港試驗(yàn), 熱浸鋅錨鏈清除了表面污損生物后浸鋅層基本完好, 無明顯、嚴(yán)重的銹蝕點(diǎn)。鋅層連續(xù)4年對(duì)鏈條有良好的保護(hù)作用。

而通過觀察同期進(jìn)行試驗(yàn)的對(duì)照組(圖4)可以發(fā)現(xiàn), 未鍍鋅錨鏈在每年檢查中均發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕, 銹層遍布錨鏈的大氣、水下鏈環(huán)的全部表面。該銹層表層呈紅褐色并伴有大小不等蝕坑, 最大坑深3mm左右, 污損生物附著或固著于其上。銹層結(jié)構(gòu)疏松, 在用刮刀刮除污損生物的過程中銹層連同污損生物一起呈片狀脫落(圖5)。

圖3 CM690熱浸鋅錨鏈逐年腐蝕形貌對(duì)比

注: a. 2013年7月; b. 2014年7月; c. 2015年7月; d. 2016年7月

圖4 CM690未鍍鋅錨鏈逐年腐蝕形貌對(duì)比

注: a. 2013年7月; b. 2014年7月

通過對(duì)比試驗(yàn)可以看出, 未鍍鋅錨鏈腐蝕嚴(yán)重, 銹層厚度為2~3mm, 稍微觸及腐蝕產(chǎn)物就出現(xiàn)成片脫落, 表面有大小不等的腐蝕坑, 導(dǎo)致鏈徑不斷減小, 可提供的拉力載荷不斷下降, 安全隱患增大, 無繼續(xù)試驗(yàn)的必要, 因此對(duì)照組于2014年12月退出試驗(yàn)。而同期采用熱浸鋅保護(hù)的錨鏈未出現(xiàn)任何銹蝕現(xiàn)象, 完好地保持了設(shè)計(jì)的服役性能。

圖5 刮除疏松銹層后的底層黑色腐蝕產(chǎn)物

2016年7月現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果顯示, 在去除污損生物后, 發(fā)現(xiàn)熱浸鋅錨鏈大部分仍未出現(xiàn)銹點(diǎn), 表面光滑潔凈無麻點(diǎn)。然而在錨鏈上環(huán)與中環(huán)、中環(huán)與下環(huán)鏈環(huán)連接處出現(xiàn)了磨蝕現(xiàn)象(圖6a和b), 其原因是在錨鏈半浸懸掛于海水中時(shí), 由于風(fēng)浪等海水運(yùn)動(dòng), 引起鏈環(huán)間不斷的晃動(dòng)摩擦, 造成腐蝕產(chǎn)物不斷從基體表面流失, 失去了腐蝕產(chǎn)物的保護(hù)作用, 從而造成此處錨鏈基材漏出, 發(fā)生銹蝕。

圖6 CM690熱浸鋅錨鏈環(huán)間磨蝕現(xiàn)象

注: a. 大氣區(qū)鏈環(huán)磨蝕現(xiàn)象; b. 水下區(qū)鏈環(huán)磨蝕現(xiàn)象

對(duì)比圖6a和b發(fā)現(xiàn), 大氣區(qū)鏈環(huán)磨蝕部位有明顯的紅棕色新鮮銹跡, 而水下區(qū)鏈環(huán)磨蝕部位未見明顯銹跡, 露出的基材仍保有金屬的本色。推測(cè)其原因可能為, 熱浸鋅鋅層在水下與鋼材形成原電池, 鋅層作為陽極放電保護(hù)了鋼材。

2.2 鋅層厚度

2.2.1 相同海水腐蝕區(qū)熱浸鋅錨鏈的鍍鋅層厚度逐年變化趨勢(shì) 熱浸鋅錨鏈2014年大氣區(qū)與水下區(qū)鏈環(huán)鍍鋅層厚度測(cè)量結(jié)果比較見圖7; 2013~2016年各組錨鏈鍍鋅層厚度減薄值見表3; 熱浸鋅錨鏈2013~2016年大氣區(qū)與水下區(qū)鏈環(huán)鍍鋅層厚度減薄值見圖8和圖9。

表3 CM690試驗(yàn)錨鏈4年熱浸鋅鋅層平均厚度減薄值

圖7 2014年CM690錨鏈大氣/水下鏈環(huán)鍍鋅層厚度測(cè)量結(jié)果(μm)

圖8 2013~2016年CM690錨鏈大氣/水下鏈環(huán)鋅層厚度平均值變化趨勢(shì)(μm)

圖9 2013~2016年CM690錨鏈大氣/水下鏈環(huán)鍍鋅厚度減薄值(μm)

分析以上圖表可知:

(1) 通過2013~2014年連續(xù)兩年對(duì)熱浸鋅涂層厚度的測(cè)量, 大氣區(qū)鍍鋅層厚度的減薄量明顯小于水下區(qū), 約為10μm/a, 與國際上近百年的研究測(cè)試結(jié)果相比稍高(尤利格腐蝕手冊(cè)顯示為0.5~0.8μm/a; Mattson, 1982)。而2014~2015年和2015~2016年鋅層測(cè)厚結(jié)果逐年增加, 其可能的原因是經(jīng)過連續(xù)兩年的時(shí)間, 大氣區(qū)鍍鋅層可能發(fā)生氧化, 測(cè)厚結(jié)果包含Zn的腐蝕產(chǎn)物。

(2) 水下區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果表明, 2013~2014年該區(qū)熱浸鋅的腐蝕速率約為20~50μm/a。世界各地海水中鋅的腐蝕速率為20~70μm/a (Porter, 1997), 與本試驗(yàn)結(jié)果較為符合。2014~ 2015年鋅層厚度略有上升, 可能的原因?yàn)樗聟^(qū)鋅層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水合物。2015~ 2016年鋅層腐蝕速率仍然符合20~70μm/a的腐蝕規(guī)律。

(3) 由圖7和圖8可以看出, 熱浸鋅錨鏈表面鋅層總體測(cè)厚結(jié)果變化趨勢(shì)為: 大氣區(qū)鋅層厚度明顯增加, 水下區(qū)鋅層厚度減小。

2.2.2 不同海水腐蝕區(qū)熱浸鋅錨鏈的鍍鋅層厚度逐年變化趨勢(shì) 試驗(yàn)錨鏈相同時(shí)間的不同海水腐蝕區(qū)測(cè)厚結(jié)果有以下特點(diǎn): 鋅在水下區(qū)的腐蝕速率比在大氣區(qū)高, 與前人測(cè)試結(jié)果一致。但是前人試驗(yàn)均為單獨(dú)掛片, 目前還未發(fā)現(xiàn)處于大氣、水線、水下電聯(lián)接式“長尺”掛片試驗(yàn)的腐蝕測(cè)試報(bào)告, 而海洋用鋼海港腐蝕試驗(yàn)在20世紀(jì)發(fā)現(xiàn)不同海洋環(huán)境區(qū)帶鋼樁腐蝕的規(guī)律, 即飛濺帶為嚴(yán)重腐蝕區(qū)(Humble, 1949)。鋅和鐵在海洋環(huán)境中的腐蝕受控完全不同, 鋼在海水中的腐蝕受氧的擴(kuò)散控制, 鋼樁在海洋不同區(qū)帶形成氧濃差電池(Revie, 2011), 而鋅在海洋環(huán)境中的腐蝕受腐蝕產(chǎn)物膜控制, 鋅在海洋大氣中和海水中形成腐蝕產(chǎn)物膜的時(shí)間、組成、生成速度和基體組合力均不同(Revie, 2005)。

2.3 鋅層腐蝕產(chǎn)物分析

之前有學(xué)者對(duì)鋅的腐蝕產(chǎn)物膜作過如下分析, 認(rèn)為其在不同環(huán)境的大氣中會(huì)形成許多種鋅的化合物。鋅的腐蝕產(chǎn)物中, 最常見的一般是氧化物、氫氧化物和碳酸鹽。其次是硫酸鋅(ZnSO4·nH2O)和堿式硫酸鋅[Zn4SO4(OH)6·nH2O]。在沿海地區(qū), 羥基氯化鋅[Zn5(OH)8Cl2·H2O]也是主要的化合物(Graedel, 1989; Odnevall, 1994; Revie, 2005)。

在海洋環(huán)境中, 鋅的主要腐蝕產(chǎn)物的生成次序總結(jié)如表4所示。

表4 鋅在海洋環(huán)境中的腐蝕產(chǎn)物膜變化(Porter, 1997)

分別對(duì)大氣區(qū)和水下區(qū)鏈環(huán)的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行X射線衍射(X-Ray diffraction, XRD)分析, 得到的結(jié)果如圖10a和b所示, 由此可以判斷腐蝕產(chǎn)物成分與上文中前人研究的結(jié)果一致。

圖10 鋅層腐蝕產(chǎn)物的XRD譜圖

注: a. 大氣區(qū)鋅層腐蝕產(chǎn)物; b. 水下區(qū)鋅層腐蝕產(chǎn)物

本試驗(yàn)使用成品熱浸鋅錨鏈, 體積大, 實(shí)際可測(cè)量面積小, 選點(diǎn)不夠準(zhǔn)確。因鋅的腐蝕與海區(qū)環(huán)境污染有較大的關(guān)系, 加之實(shí)際海港錨鏈的使用狀態(tài)多種多樣, 有必要進(jìn)一步進(jìn)行海港試驗(yàn)?zāi)M主要使用狀態(tài)下的熱浸鋅構(gòu)件在不同海洋區(qū)帶的腐蝕及其與腐蝕產(chǎn)物的關(guān)系。

2.4 污損生物分析

經(jīng)過對(duì)污損生物進(jìn)行分析可以看出, 熱浸鋅錨鏈表面的污損生物數(shù)量少于未浸鋅錨鏈, 隨著時(shí)間延長, 熱浸鋅錨鏈表面污損生物逐年增多, 其中優(yōu)勢(shì)生物為海鞘(Ascidians)、苔蘚蟲(Bryozoans), 次之是貽貝(sp.)、牡蠣(sp.)、石莼(sp.), 曾出現(xiàn)南方優(yōu)勢(shì)污損種翡翠貽貝()。2012~ 2013年無明顯的生物污損。2013~2014年的污損生物分別是貽貝、苔鮮蟲、凸殼肌蛤()、海鞘、石莼; 質(zhì)量分別為39.16、19.10、3.25、0.75和0.62g。2014~2015年的污損生物分別是石莼、牡蠣、苔蘚蟲、海鞘、馬尾藻(sp.)、滸苔(sp.); 質(zhì)量分別為17.16、15.8、23.41、8.64、3.59和3.83g。2015~2016年的污損生物分別是貽貝、牡蠣、石莼、苔鮮蟲、海鞘; 質(zhì)量分別為533.7、321.6、88.9、81.5和39.5g。這3年錨鏈單位面積上污損生物的質(zhì)量分別為1257.6、1454.6和21304.0g/m2。污損生物詳細(xì)質(zhì)量比見圖11。

圖11 主要污損生物質(zhì)量對(duì)比

注: a. 2013~2014年; b. 2014~2015年; c. 2015~2016年

3 結(jié)論

(1) 四年試驗(yàn)表明未浸鋅錨鏈出現(xiàn)全面腐蝕, 銹層厚度為2~3mm, 稍用力觸及銹層即出現(xiàn)脫落, 有大小不等的腐蝕坑, 最大坑深3mm左右; 而熱浸鋅錨鏈未出現(xiàn)明顯銹蝕點(diǎn), 基本屬于均勻腐蝕。

(2) 從鍍鋅層厚度測(cè)試表明熱浸鋅錨鏈耐蝕性為: 水上鏈＞水下鏈。局部腐蝕出現(xiàn)在鏈環(huán)連接處, 是錨鏈在水中不停擺動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等相互摩擦產(chǎn)生的磨蝕, 磨蝕為錨鏈腐蝕失效埋下了隱患。

(3) 初期熱浸鋅錨鏈對(duì)污損生物有一定毒性, 起一定防護(hù)作用, 隨著時(shí)間延長, 毒性減弱, 污損生物逐年增多, 2015~2016(第四年)錨鏈單位面積上污損生物的重量達(dá)到最大, 為21304.0g/m2。污損生物重量的增加大大增加了錨鏈的磨蝕程度。

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Research on the Corrosion Resistance of Domestic Hot-Dip GalvanizingChain (I): Test for Hot-Dip GalvanizingChain at Sea Port

MA Shi-De1, 3, WANG Zai-Dong2, LIU Hui-Lian1*, LIU Xin4

(1.Key Laboratory of Marine Environmental Corrosion and Bio-fouling,Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Qingdao Dongqi mechanical equipment Co., Ltd, Qingdao 266071, China; 3. China Association of professors of the old marine anti-fouling and anti-fouling Specialized Committee, Qingdao 266071, China; 4. Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, China)

Harbor experiments were conducted for the first time at home and abroad for commercial hot-dip galvanizedchains for nearly four years; and the development process of corrosion and biofouling were recorded accordingly. Tests were carried out in July 2013, July 2014, July 2015, and July 2016, respectively. The anchor chains were taken out of the sea water, and the organisms attached to the anchor chains were scraped, classified, identified, and weighed. Then the anchor surfaces were cleaned to check the rust. Finally, the thicknesses of the zinc layers present on the chain surfaces were measured. The whole process was photographed. The results of harbor tests show that the bare steel underwent severe corrosion, and the rust layer was approximately 2~3 mm thick. The corrosion product fell off even upon touching slightly. Corrosion pits of different sizes were observed, with the maximum pit depth being approximately 3 mm. The hot-dip galvanized chain did not show apparent corrosion, and that the corrosion rate of the zinc layer was approximately 10 μm/a in the atmosphere and 20~70 μm/a in the seawater. However, abrasion was observed at the junction of the two chain rings; the corrosion-resistance of the anchor chains in the atmosphere is higher than those in the sea water. The number of fouling organisms present on the surface of the hot-dip galvanized chain was less than that on the non-dip galvanized anchor chains, and the number of fouling organisms on the hot-dip zinc chain increased year by year. The dominant organisms were ascidians, bryozoans, mussels, oysters, andsp., and southern fouling species, such as thewas present. The weight of fouling organisms per unit area on the anchor chain was 1257.6 g/m2, 1454.6 g/m2, and 21304.0 g/m2in 2013~2014, 2014~2015, and 2015~2016, respectively. The increase in the weight of the fouling organisms led to a great increase in the degree of abrasion; this creates a hidden danger of anchor corrosion. This study provided valuable scientific basis for the design and application of marine engineering.

Hot-Dip Galvanized; Anchor chain; Corrosion; Harbor experiment; Jiaozhou Bay

TG174

10.12036/hykxjk20170221001

國家自然科學(xué)基金(59471054、59071040); 深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司委托課題(K-A2015.054)。馬士德, 男, 研究員, 從事海洋腐蝕與污損及其控制研究, E-mail: qdmashide@163.com

劉會(huì)蓮, 女, 副研究員, 從事海洋苔蘚動(dòng)物分類及污損生物學(xué)研究, E-mail: hlliu@qdio.ac.cn

2017-02-21,

2017-04-14