張曉東，胡裕龍，卜世超，周子龍

（海軍工程大學 a.艦船與海洋學院；b.基礎部，武漢 430033）

建造船舶結構（如外殼板、龍骨、肋骨、甲板）用的鋼材稱為船體結構鋼，簡稱為船體鋼。船體鋼主要有兩大類：碳素船體鋼與低合金船體鋼。按成分特點，低合金船體鋼主要有錳系船體鋼和鉻-鎳系船體鋼兩大類。對于海洋船舶，尤其是艦船，終年航泊大海上，其工作條件要比一般工程結構嚴酷得多。船體要經(jīng)受海浪的沖擊、涌浪形成的巨大彎曲力矩的作用、寒冬酷暑的溫度變化，還要經(jīng)受海水的腐蝕，而且船舶結構建造工藝復雜，建造期間長期暴露在室外。因此，船體鋼除要求有足夠的力學性能和良好的工藝性能外，還應有良好的耐腐蝕性能。腐蝕會降低船舶結構的強度，縮短使用壽命。對于艦船來說，腐蝕還會危及航行安全，降低其作戰(zhàn)使用性能。因此，船體結構的防腐蝕一直是船舶設計、建造、使用中所面臨的一個重要且必須解決的問題[1-2]。船體結構的防腐蝕性能與材料的耐蝕性及相關的防腐蝕技術有關，其中船體材料的腐蝕行為和耐蝕性是要考慮的一個主要問題。文中從船體鋼的腐蝕行為、影響耐蝕性的因素及腐蝕試驗方法方面對近年來的船體鋼海水腐蝕研究情況進行了綜述分析，對提高船體鋼的耐蝕性研究方面進行了展望。

1 碳素鋼、低合金鋼在海水中的腐蝕行為

Fe-H2O系的電位-pH圖表明[3]，F(xiàn)e在弱堿性的水溶液中可直接生成氧化物，表面可能發(fā)生鈍化。海水的pH值約為8.0～8.2，含有大量的氯離子，因此，碳素結構鋼、低合金結構鋼可能發(fā)生鈍化。Poubaix、Shin等分別測繪了Fe在含355 mg/L Cl–的溶液中和碳鋼在天然海水中的實驗電位-pH圖，也說明存在一個可鈍化的pH值范圍，在pH值為8.2～8.5時，存在小的鈍化電位區(qū)[4]。碳鋼、低合金鋼鈍化膜的穩(wěn)定性很低，在海水中易于被擊破而發(fā)生腐蝕。陳學群等[4-5]認為碳鋼表面可形成鈍化膜，當浸入3%NaCl溶液或海水中后，鈍化膜的薄弱部位快速破裂而誘發(fā)腐蝕。

碳鋼、低合金鋼在海洋環(huán)境中腐蝕行為與暴露類型密切相關。碳鋼、低合金鋼在海洋環(huán)境中的腐蝕速度見表1[6-7]。在飛濺區(qū)腐蝕速率最高，比全浸區(qū)高得多，潮差區(qū)的腐蝕速率介于飛濺區(qū)和全浸區(qū)之間。

表1 碳鋼、低合金鋼在青島海洋環(huán)境中暴露1年的平均腐蝕速度 mm/a

與不銹鋼、鈦等耐蝕金屬不同，碳素、低合金船體鋼在海水中具有一定的腐蝕速度，發(fā)生的是不均勻的全面腐蝕，形成腐蝕坑孔或斑疤。碳素船體鋼、低合金船體鋼在海洋環(huán)境中主要的典型腐蝕形態(tài)有均勻腐蝕、點蝕、氧濃差腐蝕等。在海水全浸條件下，少數(shù)碳鋼、低合金鋼會發(fā)生均勻腐蝕。碳鋼、低合金鋼在實驗室靜態(tài)全浸掛片時通常出現(xiàn)這種腐蝕形態(tài)。點蝕是碳鋼、低合金鋼在海洋環(huán)境中常見的腐蝕形態(tài)，它不同于典型鈍態(tài)金屬的點蝕，是不均勻的全面腐蝕，因此常稱為坑蝕。形成原因是鋼材表面的電化學不均勻，形成了局部腐蝕微電池。腐蝕發(fā)展后，銹層下的蝕坑形成閉塞腐蝕電池，促進了蝕坑的發(fā)展，產(chǎn)生顯著的、不均勻的全面腐蝕，嚴重時可致鋼板局部銹穿。氧濃差腐蝕是海洋金屬結構中常見的腐蝕形態(tài)，也是船體局部結構易產(chǎn)生嚴重腐蝕的原因之一。

進行適當?shù)暮辖鸹?，可以改變鋼基體的電化學行為，可以改善銹層的性能，影響局部腐蝕行為，提高鋼材的耐蝕性，但這也與暴露條件密切相關。海洋用低合金鋼中常加入Cr，Ni，Al，Cu等元素[7-8]，在大氣中可形成致密、粘附性好的銹層，具有一定保護作用。在飛濺區(qū)也有優(yōu)異的性能，腐蝕速率明顯低于碳鋼（見表 1）。在全浸區(qū)因難以形成保護性銹層，其腐蝕速率與合金元素及其含量有關，與海洋環(huán)境因素、暴露時間有關[6]。

碳素、低合金船體鋼的耐蝕性主要體現(xiàn)在平均腐蝕速率的高低、蝕坑出現(xiàn)時間的長短、蝕坑或斑疤的深淺及數(shù)量等。根據(jù)GB 6384和GB 5776，平均腐蝕速率通常采用質量損失率或減薄率來評價，局部腐蝕性能通常采用蝕坑深度（局部腐蝕深度）和點蝕密度來評價，蝕坑深度包括平均局部腐蝕深度和最大局部腐蝕深度。碳素、低合金船體鋼的耐蝕性還可采用電化學參數(shù)來評估。

2 影響碳素、低合金船體鋼耐蝕性的因素

2.1 合金元素

加入適當?shù)暮辖鹪厥怯行岣叽w鋼耐蝕性的主要方法，但低合金船體鋼的合金化主要優(yōu)先考慮的往往是力學性能、工藝性能，而不是耐腐蝕性能。通常認為，Cr-Ni系鋼的耐海水腐蝕性能良好，優(yōu)于Mn系鋼。目前海洋用鋼，尤其是高強度海洋用鋼，通常都是Cr-Ni鋼。如美國Ni-Cu-P系Mariner鋼、法國的Cr-Al系的APS系列鋼[9]。日本在Mariner鋼的基礎上降P，使用較多的Cr來代替Ni開發(fā)了耐海水腐蝕低合金鋼[9]。這些鋼種在力學性能或工藝性能上有明顯不足，不能用作船體結構鋼。高強度海洋用鋼中添加 Ni的主要目的還是為了良好的強韌性，同時也兼顧了耐蝕性。目前，國內(nèi)研制的980 MPa級深海用鋼為以Ni為主，輔加Cr、Mo等合金元素的低碳鋼[10-11]。

不同低合金鋼在海水中的平均腐蝕質量損失相差不大，但不同鋼種之間的腐蝕不均勻程度的差異卻相當大[12]，而且鋼中合金元素的微小變化也會對腐蝕行為產(chǎn)生顯著影響[13]。海水中低合金鋼構件腐蝕破壞也大多是不均勻腐蝕破壞，因此，低合金船體鋼的主要腐蝕問題是局部腐蝕。合金元素對低合金鋼耐蝕性能的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：一是提高鋼基體的耐蝕性；二是促進形成保護性銹層。碳素、低合金船體鋼在海水中腐蝕的銹層由 FeO，F(xiàn)e3O4，γ-FeOOH，α-FeOOH和β-FeOOH組成，其中，γ-FeOOH為桔紅色的無磁性產(chǎn)物，α-FeOOH和β-FeOOH為土黃色的無磁性產(chǎn)物。Fe3O4有兩種形態(tài)，一種是結晶完整的炭黑色粉狀物，強磁性，位于外銹層；另一種是位于內(nèi)銹層的結晶程度差、晶粒較細的鐵黑色產(chǎn)物，質地堅硬致密，鐵磁性較弱。外銹層組織疏松，含有明顯的 Cl，Ca，S等元素；內(nèi)銹層組織致密，Cr，Ni，Cu等元素可在內(nèi)銹層中富集，提高銹層的保護性[14]。對于船體鋼來說，通常在涂裝下使用，提高基體的耐蝕性及涂裝下的耐蝕性更為重要。由于涂層種類繁多，影響涂層與基體之間的因素多，還未見涂裝下鋼鐵耐蝕性評價方面的系統(tǒng)研究。

Cr，Ni，Mo等元素通常被認為是提高鋼材耐海水腐蝕性能的重要元素，其對低合金鋼的腐蝕電位有明顯的正移效應[12]。碳鋼、低合金鋼的海洋大氣暴露試驗表明，加入P，Cu，Mo可提高鋼材在海洋大氣區(qū)、海水飛濺區(qū)的耐蝕性[7-8]，加入Cr，Al可提高鋼材在海水全浸區(qū)的耐蝕性[8]。在干濕交替的海洋大氣環(huán)境中，鋼中的Cu可促進鐵銹的陰極還原，生成含更多Fe3O4的連續(xù)內(nèi)銹層，且可提高表面銹層的粘附性，可抑制鐵的陽極溶解[15]。Mn合金化鋼難以形成連續(xù)的保護性銹層，使鋼的耐蝕性降低[15]。含Cr鋼在海水腐蝕初期的耐蝕性良好，而錳系船體鋼的腐蝕速率與普通碳素船體鋼基本相同[6]。姜杉等[16]在0.8 m/s流速的流動 3.5%NaCl溶液中的研究結果表明，含Cr鋼的腐蝕質量損失低于碳鋼。在Cr的質量分數(shù)為0.5%～2%時，腐蝕質量損失隨Cr含量的提高而降低，含Cr鋼耐蝕性改善的重要原因是Cr元素在內(nèi)銹層中的富集，可獲得細小尺寸的腐蝕產(chǎn)物顆粒，明顯改善內(nèi)銹層的保護性。黃桂橋等[17]的研究結果表明，鉻鋼的耐海水腐蝕性不僅與Cr的含量有關，還與其他復合合金元素有關。短期浸泡時，耐海水腐蝕性隨著Cr含量的增加而提高，Cr的質量分數(shù)大于2%時與Mo復合能大幅度提高鋼的耐海水腐蝕性。丁元法等[18]的結果表明，Cr-Mo-Al系鋼在海水全浸條件下的耐蝕性較突出，其他鋼種的耐蝕性基本上處于同一數(shù)量級，但比碳鋼都有所提高，他們認為通過加入2%左右的合金元素難以較大提高耐蝕性。通過含 Cr鋼在海水中長期掛片試驗發(fā)現(xiàn)，會出現(xiàn)耐蝕性“逆轉”，使含Cr鋼的耐蝕性反而低于碳素鋼，Cr與Mo復合可使逆轉時間明顯推遲[17]。劉大揚等[19]在南海榆林海域8年暴露試驗也發(fā)現(xiàn)了“逆轉”現(xiàn)象，在潮差區(qū)和全浸區(qū)，Ni-Cr系的921鋼的耐蝕性反而比3C（B級鋼）和16Mn鋼差。劉大揚等[20]認為，含Cr鋼耐蝕性“逆轉”的主要原因是，含 Cr鋼經(jīng)長時間海水腐蝕后，產(chǎn)生了嚴重的金屬小顆?！懊撀洹薄Ｍ踅竦萚21-22]認為經(jīng)長期暴露后，由于蝕坑內(nèi)Cr的活化會促進蝕坑的擴展，而使Cr-Ni鋼的蝕坑擴展速度大于Mn鋼。綜合以上研究結果表明，含Cr鋼短期海水腐蝕時的耐蝕性顯著優(yōu)于Mn系鋼，但長時間海水暴露腐蝕時的耐蝕性可能反而會低于Mn系鋼，銹層的形成和發(fā)展與鋼材耐蝕性有密切的關系。另外，Cr鋼和Ni鋼的耐蝕性也有明顯差異。曹國良等的研究結果表明[23]，Cr-Cu-P鋼的點蝕敏感性低于Ni-Cu-P鋼，但耐點蝕擴展能力低于Ni-Cu-P鋼。有一點需指出的是，不同于普通的海洋用鋼，船體鋼在涂裝下使用且定期修理，通常不會出現(xiàn)長期處于裸露狀態(tài)，可能出現(xiàn)長期裸露或涂層損壞的是船艙等內(nèi)部結構中人員難以抵達和維護的部位。因此，裸露含Cr鋼長期掛片試驗的“逆轉”現(xiàn)象對船體鋼耐蝕性的參考價值還有待商榷。另外，裸露含 Cr鋼長期掛片試驗的“逆轉”現(xiàn)象也可能與海生物的長期附著有一定關系，這也與目前的船體狀態(tài)是不一致的。

2.2 碳含量、組織和雜質

鋼中碳含量和鋼的組織對鋼的耐蝕性有明顯影響。碳含量增大，組織中碳化物陰極相增多，微電池的作用增大而降低耐蝕性。郭佳等[24-25]研究了碳含量和組織類型對鋼的耐海洋大氣腐蝕性能的影響，結果表明：當碳含量很低（0.03%）時，組織類型對鋼的耐蝕性影響不大；當碳含量比較高（0.1%）時，單相貝氏體鋼的耐蝕性優(yōu)于鐵素體類型鋼；當組織類型均為單相貝氏體時，不同碳含量的鋼平均腐蝕差別很小，但低碳鋼的耐蝕坑擴展性能明顯較好；當組織類型為鐵素體的復相組織時，碳含量低的鋼耐蝕性明顯優(yōu)于碳含量高的鋼，耐蝕性較好的鋼能形成致密的內(nèi)銹層。綜上所述，降低碳含量可提高鋼的耐蝕性，但鋼中碳含量降低、強度降低，需通過合金化來提高強度。另外，貝氏體組織的獲得也需適當合金化。

鋼中的雜質對鋼的性能包括耐腐蝕性能有明顯的影響，降低鋼中的雜質是提高鋼性能的有效方法。磷、硫、氧是鋼中主要的有害雜質，對于鋼的力學性能來說，S，P，O含量越低越好。S對鋼的耐蝕性不利，耐蝕性隨著雜質S含量的提高而惡化，其影響主要與鋼中的非金屬夾雜物有關[26]。對于耐蝕性來說，適當?shù)腜對耐蝕性有一定的益處，P與Cu元素配合能夠改善鋼的耐大氣腐蝕性能，能一定程度地改善耐海水腐蝕性[8-9,27-28]。陳學群等[27-28]的研究表明，鋼中的磷偏析對蝕坑的擴展性能有明顯影響，蝕坑中凸起的為P高的部位，而凹下的部位為P低的部位。張思勛等[10]的研究表明，由于 P與 Cu，Mo的復合作用可促進致密內(nèi)銹層的形成，低磷超低碳貝氏體鋼的耐海水腐蝕性明顯優(yōu)于無磷超低碳貝氏體鋼，且高磷含量（P的質量分數(shù)為0.090%）的超低碳貝氏體鋼的全浸腐蝕速率明顯低于低磷含量超低碳貝氏體鋼。適當提高P的含量可提高耐蝕性，但需指出的是，這必須要解決好P對力學性能的不利影響?？赏ㄟ^P與其他合金元素的合理匹配，獲得粒狀貝氏體組織，抑制P在奧氏體晶界的偏聚，使鋼的強度、塑性和沖擊韌性得到了良好的匹配[10]。由于船體鋼，尤其是軍用船體鋼，對韌性要求極高，P含量的提高增大了脆性的傾向，且船體鋼使用中要經(jīng)受焊接、火工彎板等工藝，難以穩(wěn)定控制P對力學性能的不利影響。因此，采用P提高船體鋼的耐蝕性是不適宜的。鋼中的溶解氧含量極低，主要以氧化物形式存在。氧含量高會產(chǎn)生脆性，但適量提高氧含量可能對耐蝕性有益，可提高碳素鋼的耐腐蝕性能[29-30]。如20世紀40年代建造的“山字號”美制登陸艦的碳素船體鋼為沸騰鋼，耐蝕性顯著優(yōu)于20世紀60、70年代國產(chǎn)的3C鋼（即為B級鋼）。陳學群等研究表明，沸騰鋼的脫氧程度越差，鋼基體熱力學穩(wěn)定性越強，耐蝕性優(yōu)于鎮(zhèn)靜鋼[29-30]。沸騰鋼成本低，也存在力學性能等其他性能的不足，可用于耐蝕性、力學性能要求不高的海洋結構件。

2.3 冶金因素

雖然碳素、低合金船體鋼在海水中均易于腐蝕，但不同的鋼耐蝕性差異很大，即使成分相同的鋼，耐蝕性也會有明顯的差異。金屬材料的性能不僅與化學成分有關，更與組織、夾雜物等有關。改變金屬的組織和夾雜物還可以通過改變金屬的制造、加工工藝。通過改變冶煉工藝、軋制工藝可提高鋼材的潔凈度、組織細化度等，提高金屬的性能，這其中也包括金屬的耐腐蝕性能。研究表明，鋼中夾雜物是影響耐蝕性的重要因素[5,21-22,31]，冶金因素的優(yōu)化可改善夾雜物、減少夾雜，提高鋼材的耐海水腐蝕性能。

陳學群等[21,31]的研究表明，碳素、低合金船體鋼中的夾雜物（尤其是條狀硫化物）部位是腐蝕的誘發(fā)源，緊靠夾雜物的鋼基體處的鈍化膜最弱，點蝕均從緊靠夾雜物的基體誘發(fā)。同一鋼中不同類型夾雜物的點蝕誘發(fā)敏感性差異小，但同類夾雜物在不同類型鋼中的點蝕誘發(fā)敏感性差異較大[29-30]。煉鋼脫氧制度對碳鋼的耐海水腐蝕性能有影響，脫氧程度越差，鋼基體熱力學穩(wěn)定性越強，隨著脫氧程度的加強，鋼中的硫化物夾雜由短棒狀變?yōu)殚L條狀，促進了緊靠夾雜物基體腐蝕的誘發(fā)，使脫氧程度低的沸騰鋼的點蝕敏感性顯著低于鎮(zhèn)靜鋼，耐點蝕擴展能力顯著優(yōu)于鎮(zhèn)靜鋼[29-30]。通過優(yōu)化冶金因素，改變夾雜的類型，可改善鋼的點蝕敏感性。如稀土變性處理、鈣處理可使鋼中夾雜物變性[32-38]，降低鎮(zhèn)靜鋼的點蝕敏感性[38]，是一種有效的低成本提高耐蝕性措施。

鋼水鈣處理工藝技術已逐漸在各鋼鐵公司得到了廣泛的應用，但主要關注力學性能的改善，很少涉及耐蝕性方面的研究。由于金屬鈣和氧、硫元素的親和力非常強，可以把高熔點的脆性Al2O3夾雜物轉變?yōu)榈腿埸c、密度較低的鈣鋁酸鹽復合夾雜物（如12CaO·7Al2O3），促進了夾雜物上浮，可以把 FeS、MnS夾雜轉變?yōu)楦呷埸c（2400℃）的 CaS夾雜，或者含有高硫、高鈣的鋁酸鹽，形成雙相夾雜。它們在熱軋時不被拉長，從而可改變夾雜物的類型和形態(tài)[39-40]，可清潔鋼水，提高鋼材質量，提高鋼材的力學性能[35-37,39-48]，也可提高耐蝕性[38]。鈣處理可使鋼中形成更多的復合硫化物，提高硫化物中的鈣含量，可明顯降低硫化物的長寬比[41]，消除鋼中MnS塑性夾雜[42]，形成以CaS、Al2O3等為核心外裹 MnS的復合紡錘體夾雜[43]。鋼水中的氧、硫含量對鈣處理變性硫化物的效果有影響[35-37,41-47]。孫彥輝等[44]的研究結果表明，鋼液中的S增加，夾雜物中CaS+MnS也相應增加；為使鋼中的氧化物和硫化物夾雜完全變性，鋼液中 S的質量分數(shù)應控制在 0.002%左右。趙東偉等[45]的研究結果表明，當鋼液中硫含量較高（w[S]≥0.01%）時，由于鋁酸鈣有很強的溶解 CaS的能力，鈣處理能使Al2O3變性為含有CaS的球形CaO-Al2O3鋁酸鈣夾雜，夾雜物的演變規(guī)律為：Al2O3→Al2O3+CaO·6Al2O3+CaS→CaO·2Al2O3+CaS（CaS較多，CaO 較少）→CaO·2Al2O3+CaS（CaS較少，CaO 較多）[35,45]。胡裕龍等[38]的研究結果表明，鈣處理把氧化物夾雜、硅鋁酸鹽夾雜等球化變形成球形CaO-Al2O3復合夾雜，可有效提高AH36鋼耐點蝕性能，但CaO-Al2O3復合夾雜中的CaS對點蝕誘發(fā)敏感性有影響。鈣處理對力學性能影響的研究已較成熟，但對于耐蝕性的影響的還很少，也不夠系統(tǒng)，還有待進一步深入研究。

3 耐海水腐蝕性能的評價方法

碳素、低合金船體鋼在海水中的腐蝕研究大都采用實驗室模擬試驗和現(xiàn)場實海暴露試驗[49]。實驗室試驗的溶液為人工海水或 3%（或 3.5%）NaCl溶液，有浸泡試驗（掛片試驗）、電化學試驗、鹽霧試驗等。由于海洋環(huán)境的復雜性，實驗室模擬試驗也不能完全反映實海、實際使用環(huán)境的腐蝕情況。還必須進行實海或現(xiàn)場暴露試驗，即在試驗站進行暴露試驗（實海掛片試驗）和在實際使用環(huán)境中進行試用試驗（如進行實船試驗）。

3.1 電化學試驗方法

金屬材料在海水中的腐蝕研究和測試的電化學方法主要有[50]：腐蝕電位的測定、極化試驗、線性極化技術、電化學阻抗譜技術、電化學噪聲技術等。

腐蝕電位的變化是陰極電極動力過程和陽極電極動力過程共同變化的結果，可反映腐蝕行為的變化，腐蝕電位的差異可反映不同金屬腐蝕行為的差異，但腐蝕電位的測試結果通常不能直接用于耐蝕性的評估。一定條件下測得的極化曲線中的腐蝕電位可用于評估碳素、低合金船體鋼耐海水腐蝕性能[51]。測量極化曲線是研究電極過程最基本也是最重要的方法之一，通過極化曲線可以判斷電極反應的特征，測量電極反應的基本動力學參數(shù)，分析金屬腐蝕的行為。對于活化控制的腐蝕體系，通過極化曲線還可測定金屬的腐蝕速度。對于鈍態(tài)的體系，通過極化曲線可測定鈍化膜擊破電位（點蝕電位）和保護電位，研究鈍化膜的特征和穩(wěn)定性。磨、拋的碳素、低合金鋼船體鋼表面有一層氧化膜，在去氣模擬海水中有一定的鈍化特征，測量極化曲線可獲得點蝕電位，能評價鋼材的點蝕誘發(fā)性能[5]。在不去氣的模擬海水中，由于鈍化區(qū)的電位低于極化曲線所得的腐蝕電位，陳學群等[4-5]通過顯微觀察的極化試驗發(fā)現(xiàn)，極化曲線對應的腐蝕電位即為試樣表面蝕點開始誘發(fā)的電位。因此，通過測定極化曲線，可以快速評價碳素、低合金船體鋼在海水的點蝕誘發(fā)性能。需要指出的是，碳素、低合金船體鋼的表面氧化膜很脆弱，點蝕電位的測定值會因操作而有所偏差。

線性極化技術能快速測出瞬時腐蝕速度，不會引起金屬表面狀態(tài)的變化及腐蝕控制機理的變化，可用于連續(xù)檢測和現(xiàn)場監(jiān)控[50]。吳蔭順等[52]采用線性極化技術對幾種不同用途的耐海水腐蝕低合金鋼進行了測量和評選，結果表明，線性極化技術可用于評定低合金鋼的海水均勻腐蝕行為，測量結果與實海掛片數(shù)據(jù)有良好的相關性。另外，吳蔭順等[52]根據(jù)線性極化方程式得到了局部腐蝕指數(shù)δ，局部腐蝕指數(shù)δ可以定性評定低合金鋼在海水中的局部腐蝕性能，δ的數(shù)值越大，產(chǎn)生局部腐蝕的傾向和程度越嚴重。

電化學阻抗譜方法是一種頻率域的測量方法，比常規(guī)的電化學方法能得到更多的電化學動力學信息及電極界面結構的信息[53]，是解析電化學反應機理的有力工具。根據(jù)不同腐蝕體系，選擇適當?shù)碾娀瘜W等效電路，通過解析EIS數(shù)據(jù)可以得到研究腐蝕體系的動力學參數(shù)（如可獲得極化電阻Rp和界面電容Cd等參數(shù)），可研究金屬的腐蝕行為，對比分析金屬的腐蝕速度。由于電化學阻抗譜測試時的擾動很小，不會引起金屬表面狀態(tài)的變化及腐蝕控制機理的變化，可用于連續(xù)檢測和現(xiàn)場監(jiān)控。與線性極化技術相比，電化學阻抗譜獲得的動力學信息多，因此，電化學阻抗譜方法是研究腐蝕體系電極過程最基本也是最重要的方法之一。目前，電化學阻抗譜技術主要用于涂層等性能的評估，還不能直接用于裸露非鈍化金屬耐蝕性的評估。

電化學噪聲測量無需對被測量體系施加信號，是一種原位、無損的金屬腐蝕檢測方法，尤其適用于各種現(xiàn)場腐蝕監(jiān)檢測，且能夠監(jiān)測低電導環(huán)境的腐蝕[54-55]。同種材料的雙電極系統(tǒng)是目前典型的電化學噪聲測量技術。為了減少電極表面狀態(tài)對實驗結果的影響，電化學噪聲測量通常要求同時測量電位噪聲和電流噪聲。同種材料雙電極的面積對噪聲電阻有影響，采用不同面積的同種電極體系測定電化學噪聲時，有利于獲得電極過程的機理。電化學噪聲的信號采集實驗相對簡單，但噪聲數(shù)據(jù)的解析卻比較困難，目前還沒有公認的數(shù)據(jù)解釋理論框架，這很大地限制了電化學噪聲技術的使用，也難以應用于耐蝕性的測試與評價[54-57]。

碳鋼、低合金鋼在海水環(huán)境中發(fā)生不均勻的全面腐蝕，局部形成坑孔，在銹層下形成相對閉塞的微環(huán)境，形成閉塞腐蝕電池，產(chǎn)生嚴重的局部腐蝕。閉塞腐蝕電池作用的強弱直接影響坑孔的擴展，影響碳鋼、低合金鋼耐局部腐蝕性能。為此，許多學者提出了用模擬閉塞電池試驗來研究、考察金屬材料的耐局部腐蝕擴展性能，并提出了多種模擬閉塞電池試驗裝置[58-64]。陳學群[58-59]、朱元良[60-62]、趙景茂[63]、甘陽[64]等都各自設計了不同的模擬閉塞電池試驗裝置。陳學群等[58-59]的裝置是在充分考慮、測定碳鋼、低合金鋼實際海水腐蝕時的電位和閉塞區(qū)介質的情況下，在人為設定閉塞陽極區(qū)溶液和施加陽極極化條件下進行模擬閉塞電池試驗[58-59]，考察穩(wěn)定的閉塞電池對腐蝕的影響。該裝置沒有考慮閉塞區(qū)腐蝕驅動力與介質環(huán)境的關系，閉塞區(qū)溶液和陽極極化的條件與鋼材、海區(qū)的因素有關，需要結合其他的試驗綜合確定，試驗的關鍵是不同鋼材穩(wěn)定閉塞狀態(tài)的獲得及閉塞程度的控制。其他人的裝置通常是設置閉塞陽極區(qū)和敞開的陰極區(qū)，通過大陰極、小陽極的作用，采用一定的材料模擬閉塞程度，逐步發(fā)展形成閉塞電池，注重于閉塞電池的發(fā)展對腐蝕的影響，閉塞程度的控制是試驗的關鍵，但多數(shù)試驗時沒有考慮試驗中閉塞程度的變化。模擬閉塞電池試驗可用來快速評價船體鋼的耐局部腐蝕性能，但閉塞區(qū)的設置是評價是否準確的關鍵。

3.2 室內(nèi)加速試驗

鹽霧試驗是常用的腐蝕加速試驗，常用的是中性鹽霧試驗（NSS），是海洋環(huán)境中腐蝕行為研究和抗腐蝕性評判的常用方法，常用于評價有機涂層、金屬覆蓋層的保護效果。對于金屬的腐蝕研究，鹽霧試驗在金屬的大氣腐蝕研究中使用相對較多。由于鹽霧試驗的環(huán)境與實際的腐蝕環(huán)境有明顯差異，金屬的腐蝕行為與實際腐蝕環(huán)境下有明顯差異，因此，對于鹽霧試驗的結果與實際腐蝕情況對應性，腐蝕界一直存在爭論，即使是最常用的涂層評估，涂層的耐鹽霧試驗時間與實際的保護效果至今也沒有較明確的對應結果。

3.3 掛片試驗和現(xiàn)場試驗

電化學試驗方法的主要優(yōu)點是快速，可獲得瞬時的腐蝕信息，主要的不足是準確性不足。與電化學試驗相反，掛片試驗和現(xiàn)場試驗的結果準確，但所需的時間較長，過程較為復雜[65]。掛片試驗和現(xiàn)場試驗通常用于新材料的研制和定型，難以用于產(chǎn)品生產(chǎn)中耐蝕性的檢測。

掛片試驗分為室內(nèi)掛片試驗和實海掛片試驗（實海暴露試驗）。為評價金屬材料的耐海水腐蝕性能，考慮到金屬材料在海水中實際使用的全浸和干濕交替環(huán)境，室內(nèi)掛片試驗通常采用全浸和間浸兩種方式。室內(nèi)掛片試驗結果較為準確，但與實際的海水腐蝕環(huán)境有一定的距離，主要表現(xiàn)在介質上。室內(nèi)掛片試驗中，隨著試驗的進行，由于介質用量的限制及金屬的腐蝕溶解，介質會發(fā)生一定的變化。除生物因素外，NaCl溶液與實際的海水有一定差距（成分、pH值、溶解氧、流動狀態(tài)等），室內(nèi)試驗的間浸時間控制與實際的潮差環(huán)境也有一定的偏差。因此，為考察金屬的耐海水腐蝕性能，在室內(nèi)掛片試驗后，必須根據(jù)其使用環(huán)境在相應的海區(qū)進行實海掛片試驗。

船體鋼等船舶結構材料在正式定型使用前還需進行現(xiàn)場試驗，即實船試驗。由于船舶不同部位的環(huán)境情況與實海試驗時有所差異，且材料的腐蝕行為還會受到造船工藝等因素的影響，因此，實海試驗的結果不一定能反映實際結構的耐蝕性，必須進行船舶實際使用結構和部位的試用試驗。

4 結語

近年來，國內(nèi)有關碳素、低合金船體鋼耐海水腐蝕性能方面的研究報道不多，對于船舶結構腐蝕防護的研究主要集中在腐蝕保護技術方面。這主要有如下原因：

1）由于碳素、低合金船體鋼的耐蝕性低，不同鋼之間的腐蝕速度差異不是很明顯，目前還沒有耐蝕性快速考核的測試指標，研制時也不是主要的考核指標。

2）船體結構使用中的防腐蝕性能主要依靠涂層等防腐蝕保護技術，隨著涂料涂裝技術等防腐蝕技術的發(fā)展，鋼材自身耐蝕性對船體結構防腐蝕性能的影響有所降低。

3）隨著國內(nèi)冶金企業(yè)技術水平的不斷提升，船體鋼的性能包括耐蝕性的穩(wěn)定性已有顯著提高。

4）艦船使用的高強度船體鋼是逐張檢驗的，力學性能的良好也保證了使用材料成分組織的穩(wěn)定性，也基本保證了耐蝕性的穩(wěn)定性。

5）船體主要采用焊接連接，焊縫附近是腐蝕常發(fā)區(qū)域，而腐蝕的原因主要與焊接、涂裝有關。

耐蝕性的好壞是船舶等海洋結構具有良好耐海水腐蝕性能的基礎，尤其在許多條件下（如船舶修理時），當許多防腐蝕技術的效果難以充分發(fā)揮時，這就需要材料自身有良好的耐蝕性和與涂料等防腐技術的良好匹配性。當前，存在最大問題是還不能對船體鋼的耐蝕性進行快速測試與評價。腐蝕電位測定、極化試驗、線性極化技術、電化學阻抗譜技術、模擬閉塞電池試驗等電化學技術和掛片試驗已廣泛用于船體鋼腐蝕行為的研究和產(chǎn)品的研制。在已有試驗數(shù)據(jù)的基礎上，腐蝕電位測定、極化試驗、線性極化技術、模擬閉塞電池試驗可以快速測試船體鋼的耐蝕性，但結果的準確性難以確保。掛片試驗可準確測試材料的耐蝕性，但試驗周期長，工作量大。由于鋼中合金元素的微小變化和冶金工藝的微小調(diào)整都會對腐蝕行為產(chǎn)生顯著影響，需研究適用于產(chǎn)品耐蝕性快速檢驗的普遍認可的試驗方法，像確保力學性能一樣，確保產(chǎn)品的耐蝕性。

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