1、温度和搅拌速度对Q345和Q235钢在模拟海水中的腐蚀影响毕业论文毕业论文温度和搅拌速度对Q345和Q235钢在模拟海水中的腐蚀影响摘 要由于淡水资源的缺乏，大力开发和利用海水势在必行。但由于海水含盐量高，腐蚀、结垢离子的质量分数高，微生物、大生物种类多，具有腐蚀性的离子浓度远高于一般淡水，因此，金属在海水中的使用存在严重的腐蚀问题，故研究金属在海水中腐蚀原因及影响因素，做好有针对性的防腐蚀工作尤为重要。本研究主要进行浸泡实验，实验将Q235和Q345试样置于不同温度和搅拌速度的模拟海水中，连续进行七天。所用到的模拟海水是3.5%NaCl溶液。浸泡试验结果表明：在模拟海水中随着温度的升高，两组
2、试样的年腐蚀速率增加。在模拟海水中随着搅拌速度的升高，两组试样的年腐蚀速率也增加。相同温度和搅拌速度的模拟海水中，虽然Q235试样的年腐蚀速率基本上都大于Q345试样的年腐蚀速率，但因Q235试样表面发生了全面腐蚀，Q345试样的表面发生了点蚀，所以在相同条件下的模拟海水中Q345的危害性较大。本论文研究得到结论：温度和搅拌速度均能加快Q235和Q345试样在模拟海水中的腐蚀速率。关键词：海水腐蚀；浸泡试验；温度；搅拌速度AbstractDue to the lack of fresh water resource, develop and utilize seawater be impera
3、tive. But because of the highsalt content,corrosion,fouling ion mass fraction, microbiological, biological species, corrosive ion concentration is far higher than that of water, therefore, metals in seawater using existence serious corrosion problem, so the study of metals in seawater corrosion reas
4、ons and influencing factors, do a good job targeted anti corrosion is very important.This study mainly for soaking experiment, experiment Q235 and Q345 samples at different temperature and stirring speed in simulated sea water, for seven consecutive days. The use of simulated seawater is 3.5% NaCl s
5、olution.The test results show that: soaking in simulated sea water with temperature rising, two groups of samples and the annual corrosion rate increase. In simulated sea water with stirring speed increases, two groups of samples and the annual corrosion rate also increased. The same temperature and
6、 stirring speed in simulated seawater samples of Q235, although the annual corrosion rate basically is larger than Q345sample annual corrosion rate, but because the Q235surface of the specimen has a comprehensive corrosion, Q345specimen surface pitting happened, so under the same conditions of simul
7、ated sea water, Q345greater harmfulness.This paper get the conclusion: temperature and stirring speed can accelerate Q235and Q345samples in simulated sea water corrosion rate.Key Words : Seawater corrosion;Immersion testing;Temperature;Mixing speed目录摘 要 IAbstract II引言 11 文献综述 31.1 材质简介 31.1.1 Q235材质
8、简介 31.1.2 Q345材质简介 41.2 海水环境与性质 61.2.1 我国典型海域主要环境因素 61.2.2 海水性质 111.3 海水腐蚀的实验研究与数据处理 151.3.1 海水腐蚀试验方法 151.3.2 海水腐蚀的数据处理与分析 161.4 常用典型钢材的海水腐蚀研究 171.4.1 碳钢和低合金钢的海水腐蚀研究 171.4.2 不锈钢的海水腐蚀研究 221.4.3 铜合金的海水腐蚀研究 262 研究方法 272.1 实验仪器与试剂 272.2 浸泡腐蚀实验 272.2.1 试样制备 272.2.2 配制模拟海水溶液 272.2.3 实验步骤 273 实验结果与分析 293.1
9、 Q235的腐蚀研究 293.1.1 Q235试样腐蚀前后形貌观察 293.1.2 Q235试样腐蚀后微观形貌及能谱分析 303.1.3 Q235试样实验数据 313.1.4 温度和转速对Q235试样腐蚀速率的影响 323.2 Q345的腐蚀研究 363.2.1 Q345试样腐蚀前后形貌观察 363.2.2 Q345腐蚀微观形貌及能谱分析 383.2.3 Q345试样实验数据 393.2.4 温度和转速对Q345试样腐蚀速率的影响 403.3 Q235和Q345腐蚀的对比分析 443.3.1 温度 443.3.2 转速 45结论 46致 谢 47参考文献 48引言海水是一种复杂的多组分水溶液，
10、海水中各种元素都以一定的物理化学形态存在。海水是一种含盐量相当大的腐蚀性介质，表层海水含盐量一般在3.203.75之间，随水深的增加，海水含盐量略有增加。相互连通的各大洋的平均含盐量相差不大，太平洋为3.49，大西洋为3.54，印度洋为3.48。盐分中主要为氯化物，占总盐量的88.7。由于海水总盐度高，所以具有很高的电导率，海水的平均电导率约为4102Scm-1，远远超过河水（2104Scm-1）和雨水（2103Scm-1）的电导率。海水中pH值通常为8.1-8.2，且随海水深度变化而变化。若植物非常茂盛，CO2减少，溶解氧浓度上升，pH值可接近10；在有厌氧性细菌繁殖的情况下，溶解氧量低，而
11、且含有H2S，此时pH值常低于7。海水中的氧含量是海水腐蚀的主要影响因素之一，正常情况下，表面海水氧浓度随水温大体在510mg/L范围内变化。海水温度一般在-235之间，热带浅水区可能更高。海水中氯离子含量约占总离子数的55，海水腐蚀的特点与氯离子密切相关。氯离子可增加腐蚀活性，破坏金属表面的钝化膜1。由于海洋腐蚀环境苛刻，因此开展碳钢、低合金钢这些材料在海水中腐蚀性能的研究非常必要。二十世纪三十年代以来，美国积累了各腐蚀区域527种金属材料长达3a16a的海水腐蚀数据。我国则仅限于碳钢、低合金钢在海水全浸条件下的五年数据，而在潮差区、飞溅区的腐蚀数据几乎没有。这给海洋工程设计、选材、开展防护
12、工作造成了很大困难，金属材料在海水中的腐蚀受其环境影响是非常复杂的过程，在不同海域所表现出的耐蚀性有很大差别，既使在同一海域不同区带，其腐蚀性能各异，因此对常用金属材料在我国海域进行系统的腐蚀试验及研究，获得可靠的材料腐蚀数据，为海洋工程、沿海建筑物的设计、选材、开展防护，开发新的耐蚀材料提供依据2。本文选取Q235和Q345两种钢材为实验材料，通过浸泡试验研究不同温度和搅拌速度的模拟海水对碳钢的腐蚀影响。1 文献综述1.1 材质简介本论文选用的实验材料包括在工程材料中应用较广的Q235和Q345两种钢材，首先对Q235和Q345材料材质和性能及应用作以简要介绍。1.1.1 Q235材质简介
13、Q235是普通碳素结构钢的一种钢材3。 按等级可区分为Q235A、Q235B、Q235C、Q235D。A、B、C、D指的是它们性能中冲击温度的不同。Q235A级，是不做冲击；Q235B级，是20常温冲击；Q235C级，是0冲击；Q235D级，是-20冲击。在不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。按A、B、C、D硫含量依次递减；A和B的磷含量相同，C的磷含量次之，D磷含量最少。Q235各个级别的化学成份见下表1.1。Q代表的是这种材质的屈服度，后面的235就是指这种材质的屈服值在235左右，并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。Q235的机械性能如下表1.2、1.3。执行标准：外部标准为：G
14、B/T709-2006热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差，内部标准为：GB/T3274-2007 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。大量用于建筑及工程结构，用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅 炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专业用钢使用。 表1.1 Q235各个级别的化学成份分类CMnSiSPQ235AQ235BQ235CQ235D0.140.220.0450.1
15、80.170.300.650.300.670.350.800.350.800.300.300.300.350.0500.0450.0400.0400.0450.0450.0400.035表1.2 Q235的机械性能抗拉强度（b/MPa）弹性模量（E/Gpa）泊松比（）抗拉强度（b/MPa）375-5002002100.250.33375-500表1.3 Q235伸长率与直径钢材直径（a/mm）伸长率（/%）钢材直径（a/mm）伸长率（/%）1640-60100-15026242216-4060-100150mm2523211.1.2 Q345材质简介Q345是一种钢材的材质。它是低合金钢，广泛
16、应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等。按等级可区分为Q345A，Q345B，Q345C，Q345D，Q345E所代表的，主要是冲击的温度有所不同。Q345A级，是不做冲击；Q345B级，是20常温冲击；Q345C级，是0冲击；Q345D级，是20冲击；Q345E级，是40冲击。在不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。在板材里，属低合金系列3。Q345A、B、C、D、E均含Nb0.07，V0.15，Ti0.20，Cr0.30，N0.012，Mo0.10，Q345各个级别的化学成份见下表1.4。表1.4 Q345各个级别的化学成份分类CMnSiSPAlQ345AQ345BQ345CQ345DQ
17、345E0.200.200.200.180.181.701.701.701.701.700.500.500.500.500.500.0350.0350.0300.0250.0200.0350.0350.0300.0300.025000.0150.0150.015Q代表的是这种材质的屈服，后面的345就是指这种材质的屈服值在345左右，并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。Q345综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，用做中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40以上寒冷地区的各种结构
18、。Q345项目应用及前景：工程机械、桥梁工程、车辆制造、建筑结构等制造企业，锅炉及压力容器用钢板，造船及采油平台用钢板，调质型耐磨钢，低合金高强度钢板，高强度高韧性钢板等。参考标准：GB/T1591-2008 低合金高强度结构钢机械性能见表1.5。表1.5 Q345各个级别的力学性能分类抗拉强度MPa屈服强度MPa伸长率%Q345DQ345BQ345AQ345CQ345E490-675490-675490-675490-675490-67534534534534534522212122221.2 海水环境与性质1.2.1 我国典型海域主要环境因素我国海岸带的环境因素4，由于受太平洋海洋动力因素
19、、海岸地形、气候、大陆人海河流等影响形成各自特殊的海洋环境。侯保荣对中国海区的自然特征作过详细论述。据国家海洋局近年调查资料，概述如下。（1）气温海岸带年平均气温从北至南变化在8.5（丹东）25.5（三亚）之间。辽东半岛黄海岸段和渤海北部岸段为911。渤海南部和黄海岸段为1213。东海岸段为l418。福建南部至广东、广西大陆岸段为1923。雷州半岛和海南岛在23以上，海南岛南部可超过25。（2）日照年日照时数分布总趋势为北部多、南部少；海岛多、陆上少。黄海北部和渤海岸段年日照时数大部分地区为24002900h，海南岛为20002600h。（3）降水海岸带濒临东亚季风区，受冬、夏季风及海陆分布和
20、沿岸地形的综合影响，北部降水少。南部降水多；陆上多，海上和海岛少；山地迎风坡多，背风坡少。黄海北部和渤海岸段，年降水量大多为5501000mm。黄海南部至杭州湾以北的海岸段大多为10001200mm。杭州湾以南至福建南部的东海岸段，沿岸山地丘陵交错，海陆间降水量梯度大，年降水量大多为15001700mm。南海大陆岸段大多是降水最丰富的地区，年降水量在1600mm以上。（4）湿度海岸带年平均相对湿度，从高纬度向低纬度递增，由陆地向海上递增，黄海北部岸段年平均相对湿度较小，空间分布差异较大，季节变化幅度也大，年平均相对湿度为6074。黄海南部岸段湿度较大，空间分布较均匀季节变化较小，大部分岸段年平
21、均相对湿度在80以上。相对湿度的年内变化与降水量的年内变化相关，在降水集中季节。湿度增大。黄海、渤海岸段相对湿度夏季78月份最大，大多为8085，冬、春季相对湿度较小，渤海岸段为5060，黄海岸段为6070。海南岛89月最大，东部海岸达8587，冬季较小，为7683。（5）水温由于太阳辐射强度不同，各岸段海域的水温也不相同。沿岸水温的年平均值一般随纬度的增高而降低，水温随季节变化见表1.6。（6）盐度沿岸海域的盐度与外海高盐水和沿岸低盐水的消长和交汇有关，还受径流，潮流等影响。沿岸海域年平均盐度为2833，最高月平均盐度为33.75（海南岛）。南海因外海高盐水逼岸，盐度较高，其中海南岛沿岸海域
22、盐度最高。河口区的盐度，由于受径流的影响，明显低于周围海域的盐度，如长江口1月最高为21.5，7月最低为8.5。福建、浙江岸段夏季盐度高于冬季，这与高温、高盐的黑潮的消长有关。表1.6 我国沿岸表层水温变化地点表层温度/夏季冬季辽宁河北山东江苏浙江福建广东广西海南岛20262427223024292629273027312733273102结冰-0.34.3459121013131713161923（7）溶解氧海水中溶解氧主要来源于大气中氧的溶解，其次来自海洋植物（主要是浮游植物）光合作用产生的氧。海洋生物的呼吸作用和有机物的降解消耗溶解氧。氧在海水中的溶解度取决于水温、盐度和大气压力等。海水
23、含氧量受水温控制，冬高夏低，春秋季居中。我国海岸带溶解氧平均值为（5.630.76） mlL-1，最大值为8.84 mlL-1 （辽宁冬季）。海岸带溶解氧基本处于饱和状态，变化较小。平均饱和度为100.3，最大值为l67。浮游植物大量繁殖可能形成局部海岸高氧区，大量有机质分解耗氧可能形成低氧区。（8）酸碱度影响海岸带海水pH值的因索有盐度、CO2含量、浮游植物光合作用、河流径流量、有机质分解反应等。盐度低、CO2含量高，使pH值降低。浮游植物光合作用需要吸取CO2，使海水中CO2减少，使pH值升高。通常情况下河水pH值小于海水，河流径流量大，使pH值下降。有机质分解释放出酸性物质，使pH值下降
24、。大洋海水的pH值变化不大，通常为8.18.3。海岸带海域因为受陆地径流等影响，pH值变化较大。我国主要海域表层海水的pH值为7.968.51之间。一般是冬季较高，夏季较低，如山东海岸表层海水pH值春、夏、秋、冬季分别为8、18、8、18、8、20、8、24。（9）潮汐与潮流我国橱海潮汐性质较复杂，各海区均存在正规半日潮、不正规半日潮、正规全日潮、不正规全日潮4种类型，但不同海区各种潮汐类型所占主次不同。正规半日潮流，每半天涨、落潮流时间大约为6h。正规日潮流，每天涨、落潮时间大约各为12h。我国沿岸海域多以半日潮流为主，但不同海域有明显差别。南海潮流比较复杂，以不正规半日潮和全日潮流为主。潮
25、流的性质、运动形态、潮流历时和流速均有明显的地区性。潮差分布，总趋势是东海最大，渤、黄海次之，南海最小。渤海、黄海、东海、南海沿岸平均期差为0.702.71m、0.793.71m、1.655.54m、0.732.48m。潮差还有季节变化，夏季潮差较大、冬季潮差较小，年内最大与最小月平均潮差的变幅，黄、渤海约0.20m，东海约0.200.40m，南海约0.60m。各地流速差别大，如涨、落潮最大流速山东沿岸、杭州湾、海南岛东部、西部分别为71cm/s、260cm/s、49cm/s、95cm/s。（10）污损生物海洋污损生物也称海洋附着生物。污损生物的种类很多，据估计，有40005000种。我国沿海
26、已记录了614种污损生物，其中最主要的类群有藻类、水螅（中胚花筒螅、鲍枝螅和薮枝螅等）、外肛动物（草苔虫、膜孔苔虫、裂孔苔虫和琥珀苔虫等）、龙介虫（华美盘管虫、内刺盘管虫等）、双壳类（贻贝、牡蛎等）、藤壶和海鞘（柄瘤海鞘、菊海鞘等）。污损生物种类、生物量，因海水温度、盐度、营养物，透明度、水流等因素不同呈明显的季节变化和年变化。我国沿岸海域，从北至南，附着期愈来愈长。渤海沿岸附着盛期是69月（月平均水温2026）。北黄海污损生物附着季节和渤海大同小异。南黄海的苏南沿岸与东海江游沿岸附着季节相类似。510月都有大量生物附着，从6月份开始（月平均水温20以上）才有藤壶等石灰质外壳的大型种类附着。1
27、2月至翌年2月或3月（月平均水温10以下）几乎没有生物附着。福建南部与广东沿岸附着期基本相同，4月（月平均水温16以上）开始形成附着盛期，一直延续判到11月，12月至翌年3月多数港口虽然仍有生物附着，但数量少。海南岛及西沙海域全年都有生物附着（月平均水温都在20以上），但各月份的附着强度不一。1.2.2 海水性质海水中几乎含有地球上所有的元素。海水中已测出的元素近80种。海水是一种成分很复杂的天然电解质。除含有大量盐类以外，还含有溶解氧、二氧化碳、海生物和腐败的有机物。表层海水（110 m）为氧和二氧化碳，常温pH值8.2左右，是具有一定流速的腐蚀性电解质溶液。它具有高的含盐量、导电性、腐蚀性
28、和生物活性5。海水中溶有大量以氯化钠为主的盐类。海水含盐是用盐度或氯度表示。盐度是指1000g海水中溶解的固体盐类物质的总克数，氯度是表示1000g海水中含卤族离子克数，常用百分数或千分数表示，盐度（S）与氯度的关系如下：S=1.80655氯度世界上几个大洋在南半球是完全相通的，在相通的海洋中总含盐量和各种盐的相对比例并无明显改变。在开阔的洋面中表层海水盐度变化的典型范围是3237.5，通常取盐度35（相应氯度为19）作为大洋海水盐度的平均值。盐度为35的海水中主要溶解物质的浓度见表1.7。海水的盐度随地区稍有变化。在近岸海区和内海中，盐度有较大变化，如在江河人海口，海水被稀释，盐度小。在地中
29、海、红海这些封闭性内海中，由于水分急速蒸发，盐度可达40，某些海域的海水含盐量见表1.8。表1.7 海水（S=35）中主要溶解物质浓度离子质量摩尔浓度/molkg-1质量分数/gkg-1Na+K+Mg2+Ca+Sr2+Cl-Br-F-HCO3-SO42-B(OH)3468.510.2153.0810.280.90545.90.8420.0682.3028.230.41610.770.3991.2900.4120.007919.3540.06730.00130.1402.7120.0257表1.8 海域的海水含盐量海域总盐含量/%大西洋太平洋地中海红海黑海白海波罗的海中国渤海中国黄海中国东海中国
30、南海英国北海一般海水3.53.83.43.73.73.94.11.72.21.93.30.20.82.93.13.03.12.72.43.53.60.010.03海水的含盐量、含氧量、温度和pH值隧海水的深度变化，如图1.1所示。海水的电导率大约为410-2 -1cm1，远远超过河水（210-4 -1cm1）和雨水（110-3 -1cm1 ）。因为电导率高，所以海水中的金属腐蚀，不仅有微电池腐蚀，还有宏电池腐蚀现象，使活性大大增加，如异种金属接触时更易产生电偶腐蚀，其作用范围更远。图1.1 美国加州怀尼米港西部太平洋试验场海水含盐量、含氧量、温度和pH值随海水深度的变化海水中的溶解氧，在正常情况下，表层海水被空气饱和，氧浓度随水温大体在510mg
