中国腐蚀与防护学报, 2026, 46(2): 549-557 DOI: 10.11902/1005.4537.2025.157

研究报告

D36低碳钢在不同模拟海洋环境中初期腐蚀行为研究

陈旭,1, 杨浩1, 田一晨1, 张国庆2, 宋博2, 王岐山1, 肖成灿1

1.辽宁石油化工大学石油与天然气工程学院 抚顺 113001

2.海洋石油工程股份有限公司 天津 300461

Initial Corrosion Behavior of D36 Steel in Simulated Marine Environments

CHEN Xu,1, YANG Hao1, TIAN Yichen1, ZHANG Guoqing2, SONG Bo2, WANG Qishan1, XIAO Chengcan1

1.College of Petroleum Engineering, Liaoning Petrochemical University, Fushun 113001, China

2.Offshore Oil Engineering Co. Ltd. , Tianjin 300461, China

通讯作者: 陈 旭,E-mail:chenxu@lnpu.edu.cn,研究方向为金属材料腐蚀与防护

收稿日期: 2025-05-23   修回日期: 2025-07-10  

基金资助: 辽宁省教育厅基本业务费项目.  LJ212410148059

Corresponding authors: CHEN Xu, E-mail:chenxu@lnpu.edu.cn

Received: 2025-05-23   Revised: 2025-07-10  

Fund supported: Basic Operational Funds for Projects from the Liaoning Provincial Department of Education.  LJ212410148059

作者简介 About authors

陈旭,女,1974年生,博士,教授

摘要

采用失重法和微观表征手段研究了海洋平台用D36钢母材及模拟焊缝在不同海洋环境下的初期腐蚀行为。结果表明,不同海洋环境下,D36钢母材和模拟焊缝初期腐蚀速率变化规律相同,均为飞溅>潮汐>海洋大气>全浸。相同条件下,焊缝腐蚀速率大于母材。D36钢母材在海洋大气和飞溅环境下呈现全面腐蚀伴随点蚀形貌,而在潮汐和全浸区呈均匀腐蚀形貌;焊缝在4种环境下均表现为全面腐蚀伴随点蚀。海洋大气环境下腐蚀产物中以不具有保护性的γ-FeOOH为主。飞溅区浪花冲刷作用导致锈层剥离,且氧浓度维持在饱和状态,导致腐蚀速率较高。潮汐区则是由于干湿循环导致腐蚀产物产生微裂纹,腐蚀产物不具有保护性。全浸区含氧量显著降低,阴极反应受抑制,腐蚀速率最低。D36钢中铁素体和珠光体在海洋环境下构成微电偶电池,其中铁素体为阳极被溶解。焊缝中珠光体比例增加,促进了局部腐蚀,使焊缝腐蚀速率大于母材。

关键词: D36钢 ; 模拟焊缝 ; 海洋环境 ; 初期腐蚀行为

Abstract

The intense corrosiveness of marine environments has severely hindered the development of offshore oil and gas industry. In this paper, the initial corrosion behavior of D36 low carbon steel and its welds for offshore platforms in several simulated marine environments was investigated by weight loss measurements and microscopic characterization techniques. The results showed that the evolution of initial corrosion rates for both the base metal and welds of D36 steel were consistent, following the order: tidal zone > splash zone > marine atmosphere > full immersion zone; For the same test conditions, the corrosion rate of the welds exceeded that of the base metal. In the marine atmosphere and splash zones, the base metal exhibited a corrosion pattern of general corrosion accompanied by pitting corrosion, whereas it demonstrated uniform corrosion in the tidal and full immersion zones. The welds displayed general corrosion with pitting corrosion in all the four environments. In the marine atmosphere, corrosion products predominantly consisted of non-protective γ-FeOOH. In the splash zone, wave impacting led to rust layer detachment, maintaining oxygen saturation and resulting in a relatively high corrosion rate. In the tidal zone, wet-dry cycles induced micro-cracks in corrosion products, diminishing their protective performance. In the immersion zone, reduced oxygen content suppressed the cathodic reaction, leading to the lowest corrosion rate. On the D36 steel, micro-galvanic cells of ferrite with pearlite were emerged in the marine environment, where ferrite acted as the anode and underwent dissolution. Therefore, the increased proportion of pearlite in the welds could result in its local corrosion intensity, thereby the corrosion rate of the welds was higher than that of the base metal.

Keywords: D36 steel ; simulated weld seam ; Marine environment ; Initial corrosion behavior

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本文引用格式

陈旭, 杨浩, 田一晨, 张国庆, 宋博, 王岐山, 肖成灿. D36低碳钢在不同模拟海洋环境中初期腐蚀行为研究. 中国腐蚀与防护学报[J], 2026, 46(2): 549-557 DOI:10.11902/1005.4537.2025.157

CHEN Xu, YANG Hao, TIAN Yichen, ZHANG Guoqing, SONG Bo, WANG Qishan, XIAO Chengcan. Initial Corrosion Behavior of D36 Steel in Simulated Marine Environments. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2026, 46(2): 549-557 DOI:10.11902/1005.4537.2025.157

随着全球能源需求增长和"蓝色经济"战略的推进,海洋工程装备和海洋资源开发迎来了大力发展的历史机遇。海洋平台作为海洋资源开发的核心基础设施,承担着海上油气开采、风能发电和深海探测等战略任务[1]。然而,海洋环境的高盐度、高湿度及动态流体等特性,导致金属材料的腐蚀问题尤为突出。据统计全球每年因海洋腐蚀造成的经济损失超过2.5万亿美元,其中海洋平台腐蚀维护成本占全生命周期费用的40%~60%[2,3]。碳钢在海洋环境中的腐蚀速率可达陆地环境的10~100倍[4],这不仅导致材料减薄,更可能引发应力腐蚀开裂(SCC)[5~7]、氢脆(HE)[8,9]等灾难性失效模式。因此,系统研究海洋平台用钢的腐蚀行为及机理,已成为保障海洋工程安全服役的核心科学问题。

海洋平台服役环境具有显著的空间特异性。根据ISO 12944标准[10],海洋环境可分为海洋大气、海洋飞溅、海洋潮差及海水全浸4种环境。由于这4类区域中环境参数较大,导致腐蚀速率呈现量级变化,其中飞溅区的腐蚀速率可达全浸区的3~8倍[11~13]。发达国家对材料的海洋腐蚀数据积累和规律研究非常重视,已经开展了大量系统的基础性工作,包括室外自然海洋环境材料投试和室内模拟加速腐蚀实验[14~17]。室外研究主要围绕自然暴露实验和长期腐蚀行为监测开展。通过在全球多个海洋大气环境区域设置暴露试验站点,对比不同地区的腐蚀情况,分析环境差异对材料腐蚀的影响[18~20],建立了长期腐蚀模型(如幂函数模型和双线性模型)用于预测腐蚀行为[21]。例如,通过对风速、相对湿度、温度等气象条件[19]和Cl-沉积率[18,22]的影响,得到环境因素对Cl-沉积率阈值的影响,进而体现了气象条件对腐蚀的影响。Melchers等[12]在澳大利亚东海岸13个不同地点进行了低碳钢低潮位现场腐蚀试验,经过3年研究表明,低潮位腐蚀与当地海水溶解无机氮(微生物活动所必需的营养物质)的平均浓度具有良好的相关性。因此可根据海水中营养物质浓度预测低碳钢发生低潮位腐蚀的可能性。杨建炜等[13]对含Ni和Ni-Cr的复合钢在泰国是拉差市进行了热带海洋环境的室外暴晒试验,结合锈层成分分析和腐蚀速率计算等研究了其在热带海洋大气环境中的腐蚀行为。Morcillo等[14]在西班牙两个不同位置的大气试验站对低碳钢进行了海洋大气腐蚀观测,旨在研究不同腐蚀产物形成的条件、形成机制以及内部微观结构。屈阳等[4]通过失重试验、腐蚀形态观察以及腐蚀产物成分分析,对S355钢在青岛不同海洋环境区带的腐蚀行为进行了研究,分析了各环境带腐蚀产物形成的条件,并对比了各环境带的腐蚀形貌差异。

相比于室外实际投样研究,室内研究借助模拟实验,精确控制变量,深入探究腐蚀基本过程和微观机制。通过模拟实验装置,开展盐雾和干湿循环实验,模拟海洋大气的盐雾环境和飞溅及潮汐区的干湿交替环境,采用表面分析技术和扫描电镜等表面观察方法,对锈层的形貌和成分进行表征[22,23]。此外,在实验室内可采用电化学方法通过测量腐蚀动力学参数从而可以评估腐蚀速率,并根据界面电容和电阻等参数的变化,研究锈层演化对腐蚀过程的影响[24]。汪洋等[15]通过多因素正交试验模拟了湿热海洋环境下受盐雾影响的金属大气腐蚀过程,在实验室内研究了稳态环境条件下表面覆盖薄液膜的Cu腐蚀机理。根据温度、湿度等环境条件计算了液膜的状态变化,揭示了环境因素对薄液膜尺寸、浓度等影响以及与腐蚀传质动力学过程的相关性。Fan等[21]采用干湿循环加速腐蚀试验,研究了高湿高温海洋大气环境下碳钢和耐候钢锈蚀层的演变规律,发现耐候钢的阴极过程演变不明显,而碳钢的阴极过程演变不规则。缪浩等[23]开展了430、316L、2205不锈钢在模拟污染海洋大气环境下的加速试验,采用灰关联分析法研究了室内加速试验与青岛污染海洋大气环境下室外暴露试验的相关性,并建立了腐蚀寿命预测模型。Cao等[24]研究了阴极保护对Q390C钢在人工海水中的腐蚀行为,根据加速试验所得到的实验数据和分析结果,确认现有钢壳可以起到防护作用。

随着海洋平台大型化和服役周期延长,不同环境分区的腐蚀交互作用及腐蚀演化规律研究成为工程安全领域的核心课题。然而,现有的实验室研究大多针对某一种海洋环境开展,对同一种材料在不同海洋环境下的腐蚀行为对比研究鲜有报道。本文采用自制模拟海洋环境装置,通过热处理制备模拟焊缝试样,开展海洋平台用D36钢及模拟焊缝在4种不同海洋环境下的初期腐蚀行为研究,通过对比不同腐蚀环境以及母材和焊缝之间的腐蚀行为差异,获取D36钢和模拟焊缝在不同模拟海洋环境下初期腐蚀机理。研究结果旨在为海洋平台腐蚀防护体系优化提供理论和数据支撑。

1 实验方法

实验材料为D36低碳钢,其化学成分(质量分数,%)为:C 0.15,Si 0.28,Mn 1.09,S 0.002,P 0.014,Cr 0.01,Ni 0.01,Cu 0.01,Fe余量。采用热处理方法得到D36钢模拟焊缝:将D36钢母材在马弗炉中加温至1000 ℃炉后保温1 h,之后随炉冷却到室温,得到模拟焊缝。经与文献[25]对比,模拟焊缝的金相组织结构与D36钢手工焊焊缝热影响区细晶区组织一致。

线切割D36钢及模拟焊缝金相试样尺寸均为10 mm × 10 mm × 2 mm,失重实验试样尺寸为30 mm × 5 mm × 2 mm。用水砂纸对试样逐级打磨至2000#。金相试样用SiC抛光膏机械抛光至1 μm。采用金相显微镜观察D36钢及模拟焊缝金相形貌。采用原子力显微镜(AFM,Bruker Multimode 8)测量金相试样表面伏打电位,获取相间电位差。

实验溶液为人工海水。根据ASTM D1141-98(2013),用去离子水和分析纯试剂配制,其化学成分(g/L)为:NaCl 24.53,MgCl2·6H2O 11.09,Na2SO4 4.09,CaCl2 1.16,KCl 0.695,NaHCO3 0.201,KBr 0.101,H3BO3 0.027,SrCl2 0.025,NaF 0.003。

采用自制的模拟海洋环境实验装置,分别模拟海洋大气环境、飞溅环境(飞溅2次/min,飞溅区覆盖整个样品表面)、潮汐环境(干湿交替间隔12 h)和全浸环境4种海洋环境。

将失重实验试样放入到4种不同的模拟海洋环境中,每个模拟环境下放入4个平行试样,其中3个用于失重测量,剩余1个用于腐蚀形貌观察和腐蚀产物成分测定。实验前,对样品进行标记并称重。实验周期为7 d,实验温度为室温。实验结束后,取出样品用去离子水清洗,用除锈液中(500 mL纯水+ 500 mL浓盐酸+ 3.5 g六次甲基四胺)超声清洗去除腐蚀产物,对样品称重。根据下面公式计算失重实验得到的腐蚀速率,结果为3个平行试样测量结果的平均值。

V-=ΔWSt

式中,V -为腐蚀速率 (g/m2·h),∆W为试样腐蚀前后质量差(g),S为试样的腐蚀面积 (m2),t为腐蚀时间(h)。

采用扫描电子显微镜(SEM,SU-8010)观察试样腐蚀前后的表面形貌。采用X射线衍射(XRD,D8 Advance X)和X射线光电子能谱(XPS,ThermoFisher K-Alpha)技术确定腐蚀产物的成分。

2 实验结果

2.1 金相显微组织及表面伏打电位

D36钢母材和模拟焊缝的金相组织如图1所示。母材的金相显微组织为块状铁素体(F)和细珠光体(P)(图1a),组织中出现带状分布,这与钢的热处理工艺有关,此时珠光体不能转换为铁素体,有利于提高D36钢的强度和韧性[25]。模拟焊缝的金相显微组织为细晶等轴铁素体(F)和弥散分布的片状珠光体(P)(图1b)。相对于母材,焊缝组织中珠光体比例显著增加。图2为D36钢表面Volta电位测试结果,其中珠光体组织电位较高,呈明亮色,而铁素体组织电势较低,呈暗黑色。表面伏打电位测试结果表明,铁素体和珠光体的相间电位差高达295 mV,两者在腐蚀介质中能够形成微电偶电池。

图1

图1   D36钢母材及模拟焊缝的显微组织

Fig.1   Microstructure of D36 steel base metal (a) and weld metal (b)


图2

图2   D36钢表面Volta电位

Fig.2   Surface Volta potential of D36 steel


2.2 宏观腐蚀形貌

D36钢母材及模拟焊缝在4种不同海洋环境中腐蚀7 d后的表面宏观形貌如图3所示。可以看出,除全浸区外,母材和模拟焊缝在不同环境下的表面腐蚀产物均较厚,覆盖全面,锈层呈黄褐色,局部呈棕黑色。全浸环境下腐蚀产物覆盖不完整,锈层呈黄褐色,外层比较松散更易脱落。

图3

图3   D36 钢母材和模拟焊缝的宏观腐蚀形貌

Fig.3   Macroscopic corrosion morphologies of D36 steel base metal (a-d) and weld metal (e-h) in marine atmospheric zone (a, e), splash zone (b, f), tidal zone (c, g), and (d, h) immersion zone


2.3 失重腐蚀速率

采用失重法得到的D36钢及模拟焊缝在不同海洋环境下7 d后的平均腐蚀速率如图4所示。可以看出,母材和模拟焊缝腐蚀速率变化规律相同,即在飞溅区腐蚀速率最大,潮汐区次之,在全浸环境下,腐蚀速率最小。相同环境下,模拟焊缝的腐蚀速率均大于母材。海洋大气和全浸环境下,母材与模拟焊缝的腐蚀速率相差约为0.2 mm/a,而在飞溅和潮汐环境下,两者的腐蚀速率相差达到0.5 mm/a。

图4

图4   D36钢母材与模拟焊缝在不同海洋环境下的失重腐蚀速率

Fig.4   Mass loss corrosion rate of D36 steel base metal and weld metal in different marine environments


2.4 腐蚀产物的形貌及成分分析

图5为D36钢母材在不同海洋环境下腐蚀7 d后,去除腐蚀产物前后的SEM图。可以看到,不同环境下D36钢的腐蚀形貌有显著差异。在海洋大气环境时,D36钢母材表面的腐蚀产物呈大块状,且有大量裂纹(图5a1),去除腐蚀产物后,试样表面发生了明显的点蚀(图5a2)。在飞溅环境下,腐蚀产物呈小球形组成的团簇状,团簇底部有大量裂纹(图5b1),去除腐蚀产物后(图5b2),试样表面呈全面腐蚀伴随有点蚀,且点蚀坑加大。在潮汐环境下,腐蚀产物较厚,上层呈颗粒状,下层呈块状,块体间有裂纹(图5c1),去除腐蚀产物后,试样表面发生了全面腐蚀,可以清楚地看出铁素体和渗碳体相,其中渗碳体横纹清晰,铁素体位置出现较小的点蚀坑(图5c2)。在全浸环境下,腐蚀产物明显减薄,局部有脱落(图5d1),去除腐蚀产物后,试样表面同样发生了全面腐蚀,但腐蚀较潮汐区轻微,观察到渗碳体横纹,铁素体被腐蚀(图5d2)。以上形貌表明,铁素体和珠光体在海洋环境下构成了微电偶电池,珠光体为阴极,铁素体为阳极。

图5

图5   D36钢母材在不同海洋环境下的去除腐蚀产物前后SEM图

Fig.5   SEM images of D36 steel base metal before and after removing corrosion products in atmospheric zone (a), splash zone (b), tidal zone (c) and immersion zone (d)


图6为模拟焊缝试样在不同海洋环境下腐蚀7 d后,去除腐蚀产物前后的SEM图。在海洋大气环境下,腐蚀产物较厚,呈瘤状(图6a1),去除腐蚀产物后,试样发生了全面腐蚀,可以看到渗碳体横纹被保留,铁素体位置被腐蚀(图6a2)。在飞溅环境下,腐蚀产物较为平整,呈厚板状,中间有裂纹(图6b1),去除腐蚀产物后,试样表面发生了全面腐蚀伴随有点蚀(图6b2)。潮汐环境下,腐蚀产物较厚,疏松多孔,有裂纹(图6c1),去除腐蚀产物后,试样表面发生了严重的全面腐蚀,并伴有较深的点蚀坑(图6c2)。全浸环境下,腐蚀产物较薄,呈片状(图6d1),去除腐蚀产物,试样表面有点蚀坑,腐蚀最为轻微(图6d2)。

图6

图6   D36钢模拟焊缝在不同海洋环境下去除腐蚀产物前后SEM图

Fig.6   SEM images of D36 steel weld before and after removing corrosion products in atmospheric zone (a), splash zone (b), tidal zone (c) and (d) immersion zone


图7为D36钢母材和模拟焊缝在不同海洋环境下腐蚀7 d后腐蚀产物XRD分析结果。可以看出,全浸环境下衍射峰最少,峰强度也较低,母材的腐蚀产物主要是γ-FeOOH,模拟焊缝除γ-FeOOH外,还有α-FeOOH和Fe3O4。海洋大气环境下的腐蚀产物的衍射峰数量次之,母材的腐蚀产物为γ-FeOOH和α-FeOOH,模拟焊缝的腐蚀产物与全浸区相同。在潮汐和飞溅环境下,腐蚀产物种类增加,峰值强度大幅度提升,特别是飞溅环境下衍射峰数量最多,母材的腐蚀产物主要是Fe3O4、Fe2O3α-FeOOH以及γ-FeOOH,模拟焊缝腐蚀产物与母材相同,但腐蚀产物的衍射峰值和数量都有所增加,表明模拟焊缝被氧化程度更高。

图7

图7   不同海洋环境下D36钢母材和焊缝腐蚀产物的XRD谱

Fig.7   XRD spectra of corrosion products of D36 steel base metal (a) and weld metal (b) in different marine zone


为了进一步确定腐蚀产物成分,对母材和模拟焊缝在不同海洋环境下的腐蚀产物进行了XPS分析,图8为Fe 2p3/2的高分辨图谱分析结果。可以看出,各海洋环境下母材和腐蚀产物相同,均为FeOOH、Fe2O3和Fe3O4

图8

图8   不同海洋环境下D36钢母材和焊缝在腐蚀产物的XPS图

Fig.8   XPS of corrosion products of D36 steel base metal (a) and weld metal (b) in different marine zone


3 分析与讨论

海洋大气、飞溅、潮差及全浸4种海洋区域的环境参数较大,导致腐蚀机理显著不同[26~31]。海洋大气下,空气中盐含量和氧含量丰富,能显著增加大气腐蚀速率。潮湿的空气在金属表面吸附凝聚形成薄液膜,O2很容易穿过薄液膜扩散到金属表面,因此,氧扩散过程不再是控制步骤。当盐雾颗粒在钢表面沉积后,薄液膜成为电导率极高的离子良导体。研究表明[16,20,32],大气中含盐量及Cl-沉积量是决定碳钢腐蚀产物保护性的最关键因素。当空气中含盐量较低时,锈层具有良好的保护性,而含盐量较高时,则形成高度不完整且易剥落的厚锈层,容易与基体分离,不具有保护性。XRD结果表明,海洋大气环境下D36钢表面的腐蚀产物主要成分为γ-FeOOH和少量的α-FeOOH。γ-FeOOH结构中的孔隙较多,保护性较差[33],这有利于O2在腐蚀产物中传输并到达基体,发生还原反应,加速钢的阳极溶解过程。同时,薄液膜中Cl-的存在不利于Fe的氧化膜形成,使腐蚀产物朝着不利于锈层稳定的γ-FeOOH方向发展[15],加速了D36钢腐蚀。但γ-FeOOH随时间增加可以通过固态相变进一步转变为保护性较好的α-FeOOH[17]

飞溅区是钢结构在海洋环境中腐蚀最严重且防护措施最容易失效的部位。失重实验结果也证明,D36钢在飞溅区腐蚀速率远大于海洋大气区。飞溅区的腐蚀环境复杂,包括干湿交替频繁、富氧的浪花飞溅冲击等,这些因素共同导致了该区域的严重腐蚀。SEM结果表明,相对于大气和潮汐环境,飞溅条件下的腐蚀产物明显减薄,特别是模拟焊缝,这表明飞溅区海水的冲刷导致锈层剥离,大大降低了锈层的保护性,新鲜金属表面持续暴露,浪花飞溅冲击不断更新表面液膜,溶解氧浓度维持在饱和状态,加速阴极还原速度,大大增加腐蚀速率。XRD结果表明,飞溅环境下腐蚀产物种类最多,主要为γ-FeOOH、α-FeOOH、γ-Fe2O3和Fe3O4。这表明腐蚀产物不稳定,处于相互转化状态。Wang和Du[34]研究表明,在飞溅区,随着腐蚀时间的延长,碳钢外层腐蚀产物FeOOH逐渐转变为内层致密的Fe3O4。SEM结果表明,D36钢母材和焊缝在飞溅区的腐蚀产物呈颗粒状。频繁的干湿交替导致腐蚀产物层产生大量微裂纹,这些裂纹会加速Cl-的扩散,在点蚀坑的底部,可能会形成二次点蚀,进一步加剧局部腐蚀。

与飞溅区相比,潮汐区金属表面暴露在空气中和浸泡在海水中的周期更长。当处于浸没状态时,溶液中O2供应有限;而当处于干燥期时,试样表面海水蒸发,O2供应充足,Cl-发生浓集,导致局部盐浓度升高。XRD结果表明,潮汐环境下腐蚀产物种类与飞溅区相同,为γ-FeOOH、α-FeOOH、γ-Fe2O3和Fe3O4。SEM结果表明,潮汐环境下腐蚀产物比飞溅区更多。然而潮汐条件下钢的腐蚀速率低于飞溅区,表明此条件下的锈层保护性更好。在涨潮浸没过程中,不稳定的腐蚀产物在浸泡过程中会被部分溶解,甚至被水流冲刷掉。但是在干燥阶段,水分蒸发和O2扩散加速了腐蚀产物层氧化,有利于形成致密的具有保护性的锈层。尽管潮汐环境下D36钢的腐蚀速率略低于飞溅区,但仍处于较高的数值。SEM结果表明,干湿循环导致腐蚀产物产生微裂纹,这破坏了腐蚀产物保护性,且有利于O2和Cl-扩散,加剧了腐蚀。焊缝腐蚀产物裂纹更明显,表现出局部腐蚀特征。

相对于其他3种环境,D36钢在全浸环境下的腐蚀速率最低。SEM结果表明,D36钢母材只发生了轻微的均匀腐蚀;但是模拟焊缝发生了明显的点蚀。XRD结果表明,母材腐蚀产物较少,只有保护性较好的α-FeOOH;模拟焊缝除α-FeOOH外,还有γ-FeOOH生成。在全浸区,腐蚀初期,由于电解质溶液中O2含量相对较高,化学反应相对活跃,腐蚀速率不受O2影响。随着腐蚀反应的不断发展,溶解氧逐渐被消耗,却不能像其他3种区域得到充足补充,阴极反应速率大大降低。同时,试样表面不再有盐的浓集作用,有利于保护性的α-FeOOH形成,因此,腐蚀速率迅速降低。

失重实验结果表明,相同环境下,模拟焊缝试样的腐蚀速率均高于母材。SEM结果也表明,模拟焊缝表面的腐蚀产物更多。这与母材和模拟焊缝的组织差异有很大关系。金相结果表明,相对于母材,模拟焊缝组织中珠光体含量更高。伏打电位测试结果表明,铁素体与珠光体相间足以使两者在海水中构成微电偶,其中铁素体为阳极,珠光体为阴极。去除腐蚀产物的SEM结果证明,铁素体优先发生了腐蚀(图5cd图6ab)。焊缝中珠光体含量增加,促进了铁素体发生更剧烈的局部腐蚀。

4 结论

(1) 不同海洋环境下,D36钢母材和模拟焊缝的初期腐蚀速率变化规律相同,均为飞溅>潮汐>海洋大气>全浸。相同条件下,模拟焊缝腐蚀速率大于母材。

(2) D36钢母材在海洋大气和飞溅环境下腐蚀初期呈现全面腐蚀伴随点蚀形貌,而在潮汐和全浸区呈均匀腐蚀形貌,而模拟焊缝在4种环境下均表现为全面腐蚀伴随点蚀。

(3) 不同海洋环境下D36钢表面腐蚀产物不同。飞溅区腐蚀产物种类最多,包括Fe3O4、Fe2O3α-FeOOH以及γ-FeOOH;全浸区腐蚀产物最少,仅有α-FeOOH。模拟焊缝表面腐蚀产物比母材更多,阳极溶解程度更大。

(4) 不同环境下D36钢母材和模拟焊缝初期腐蚀机理不同。海洋大气环境下是由于腐蚀产物中不具有保护性的γ-FeOOH含量较高。飞溅区浪花冲刷作用导致锈层剥离,降低了腐蚀产物保护性,同时使溶解氧浓度维持在饱和状态,导致腐蚀速率最高。潮汐区则是由于干湿循环导致腐蚀产物产生微裂纹,破坏腐蚀产物保护性,加剧腐蚀。全浸区含氧量显著降低,且不存在盐浓集,导致腐蚀速率最低。

(5) D36钢中铁素体和珠光体相间电位差较大,在海洋环境下构成微电偶电池,其中珠光体电偶电池中为阴极,铁素体为阳极。模拟焊缝组织中,珠光体数量增加,阴极面积增加促进铁素体腐蚀加剧,使模拟焊缝腐蚀速率大于母材。

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