舰船海水管路腐蚀与防护技术研究进展

1 海水管路的腐蚀研究

1.1 铜及铜合金海水管路

铜及铜合金由于具有良好的力学性能、焊接性能、耐腐蚀性能、换热系数及抑制海洋生物附着等性能，被广泛用于船舶海水管路系统[1-2]。虽然铜及铜合金材料在海水中具有较为优异的耐蚀性能，但在流动海水苛刻腐蚀环境中，仍会发生电化学腐蚀、电偶腐蚀、脱成分腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀、冲刷腐蚀等，其中以流动海水电化学腐蚀和电偶腐蚀最为普遍，造成的腐蚀危害最大[3-6]。当流速超过临界流速时，管路流动海水电化学腐蚀速率显著增加，若流体中还含有固体粒子，将极大地加剧冲刷腐蚀，严重威胁管路正常使用。

20世纪70年代前，海水管路的主要材料为紫铜，设计流速为1.2～1.8 m/s，但实际使用流速经常高于设计流速，因此，造成很多管路泄漏事故[7]。鉴于B10、B30、镍铝青铜等材料优异的耐流动海水腐蚀性能，目前已逐步取代紫铜成为当代舰船海水管路系统的主要材料。海水管路系统弯头、三通、变径等形成海水湍流部位、焊接部位、异种金属电连接部位等腐蚀问题仍然很严重，其允许的设计流速仍不能满足现代船舶高海水流速的要求[8-11]。

对于铜及铜合金的腐蚀行为及腐蚀机理，M.舒马赫在《海水腐蚀手册》中详细地给出了铜及铜合金海水管路的静态和动态腐蚀数据，并列举了典型海水管路失效事故。近年来，国外对于海水管路腐蚀的研究主要集中在新型铜合金材料的腐蚀行为、腐蚀机理以及与其他管路材料偶合后的电偶腐蚀行为研究。如英美等国家开展了大量试验研究铜镍合金海水管路在不同流速海水中的腐蚀行为以及与其配套的铝青铜、锡青铜电偶腐蚀行为[12]。1995年美军水面防务中心发布美军舰船海水管路材料在海水中的极化曲线图集，介绍了静态和流动海水试验装置及方法， 90/10、90/30铜镍合金、Ni-Al青铜、海军M青铜在静止和2.4 m/s流动海水中的电化学极化行为。英国轮机规范针对90/10铜镍合金海水管路，制定了不同管径下允许的流速，以此来控制海水管路的腐蚀。Syrett[13]从缝隙腐蚀、点蚀、冲刷腐蚀、硫化物腐蚀、脱成分腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀开裂等方面分析了铜合金等冷凝器管腐蚀破损原因和防护措施。

近年来，国内通过实验室模拟试验以及实海环境试验，开展了大量铜合金海水管系材料流动海水环境适应性研究，分析其腐蚀机理[14]。北京有色金属研究总院分析了铜合金在海水环境中的腐蚀规律和腐蚀的主要影响因素。林乐耘等[15]研究了铜镍合金在海水中的腐蚀规律，对腐蚀产物膜的形成及腐蚀机理进行了分析。韩忠等研究了铝青铜管道的腐蚀行为，分析了铝青铜在使用过程中的脱成分腐蚀机理[16]。吴真光等针对某船紫铜海水管道的腐蚀泄漏，研究了流速、流态和时间等因素对海水管路腐蚀的影响[17]。

实船调研发现，船舶海水管路的主要损伤失效是由冲刷腐蚀和电偶腐蚀导致的。多家科研院校对紫铜和 B10铜镍合金等海水管材在流动海水中的冲刷腐蚀行为和电偶腐蚀行为进行了系统的研究。研究结果表明，紫铜在海水流速大于0.9 m/s时腐蚀质量损失显著增大；B10铜镍合金在海水流速大于等于3.6 m/s时腐蚀质量损失显著增大；B30铜镍合金在海水流速低于 5 m/s时耐蚀性能明显优于紫铜和 B10铜镍合金，但海水流速大于5 m/s时腐蚀质量损失速率显著增大；B30铜镍合金与不锈钢和 TA2钛合金偶合时腐蚀速率显著增大[18-19]。

1.2 钛合金管路

钛及其合金表面自然形成一层致密氧化膜，可起到隔绝腐蚀介质的作用，因此钛及其合金具有良好的耐海水腐蚀性。同时钛合金具有密度小、比强度高的优点，有助于船舶轻量化，极其适合作为船舶海水管路材料，是下一代舰船管路系统首选材料[20]。最近几年，随着基础工业的发展，钛合金管路开始被应用于船舶海水管路系统，并获得了良好的使用效果，迄今为止没有发生腐蚀泄漏事故[21-22]。

1.3 不锈钢管路

不锈钢是指在大气、水蒸气、淡水等弱腐蚀介质中耐腐蚀或具有不锈性的钢种。不锈钢耐蚀的主要原因是其表面能够形成一层致密的铬氧化膜，隔绝腐蚀介质。常规不锈钢在海水中的耐蚀性能较差，特别是对应力腐蚀和缝隙腐蚀非常敏感。其主要原因是海水中含有大量的氯离子，而氯离子通过一系列复杂的电化学反应，能够导致材料表面氧化钝化膜的局部破裂，形成点蚀，因此仅有少量牌号的不锈钢材料被应用于海水管路系统，如双相不锈钢等[23]。

文章来源：《中国腐蚀与防护学报》 网址: http://www.zgfsyfhxb.cn/qikandaodu/2021/0707/886.html