根據現有文獻可知,最初對具有合金成分鋼進行海水腐蝕試驗的是由INCO公司的 Francis L.LaQue 于1935年在KureBeach,N.C.開始的。如同在在線亞洲日產一區二區:耐候鋼一章中所敘述的那樣,5年后的1940年,LaQue開始在該場所進行大氣腐蝕試驗,至今為止該場所已經成為世界上屈指可數的大氣暴曬試驗場。談到1935年,在那之前,也就是在1933年U.S.Steel 公司發表了Cu-Cr-P系(當初)的耐候鋼COR-TEN之后,人們已經通過ASTM大氣暴曬試驗搞清楚Cu或Cu+P對耐候性的效果(參照2.1.1節)。但是,那時除Cu-Cr-P系外,有關海洋大氣等條件下低合金的大氣暴曬數據還很少。
1941年5月27日在(zai)(zai)Kure Beach開始的(de)鋼(gang)樁(zhuang)海(hai)水試(shi)驗中(zhong),除了碳(tan)素鋼(gang)以(yi)外還試(shi)驗了0.23%Cu的(de)含銅鋼(gang)。鋼(gang)樁(zhuang)長度約(yue)11m(36 ft)、厚(hou)度約(yue)9.5mm(3/8in),分別用(yong)了2根(gen)。令人感興趣的(de)是,它與(yu)在(zai)(zai)稍前(1937年)開始的(de)英國海(hai)水全浸(jin)試(shi)驗(本節(jie)后述)不同,該(gai)試(shi)驗從平(ping)均(jun)(jun)潮(chao)位(wei)到海(hai)底土雖然只有(you)約(yue)1.5m(5ft),卻使用(yong)了從海(hai)底土延伸到海(hai)上大氣的(de)鋼(gang)樁(zhuang)。現在(zai)(zai)人們都知道,設置(zhi)在(zai)(zai)海(hai)水中(zhong)裸露鋼(gang)樁(zhuang)的(de)腐蝕在(zai)(zai)海(hai)水飛濺帶及平(ping)均(jun)(jun)干潮(chao)位(wei)以(yi)下(xia)為(wei)最大,這一(yi)事實(shi)是1949年由著名的(de) Humble 報(bao)告公之(zhi)于眾(zhong)的(de),所(suo)以(yi)可以(yi)認為(wei)該(gai)試(shi)驗(進行到1946年,未發表)的(de)作法構(gou)思巧(qiao)妙(miao)。
1946年,由(you)于附(fu)近揚水(shui)場泵停止(zhi)運(yun)轉,沒有海水(shui)流人,因此環(huan)境條(tiao)件(jian)改變,試驗(yan)中止(zhi)。把試驗(yan)材料回收(shou)進行研究(jiu)發(fa)現,在海水(shui)飛(fei)濺帶腐蝕(shi)峰值(zhi)位置,含銅鋼和碳(tan)素鋼在腐蝕(shi)上(shang)沒有差(cha)(cha)別,在平均干(gan)潮(chao)位0.3m(1ft)下的腐蝕(shi)峰值(zhi)位置,含銅鋼的腐蝕(shi)約(yue)為(wei)碳(tan)素鋼的60%。并且,在潮(chao)差(cha)(cha)部兩種(zhong)鋼都發(fa)生了劇烈的孔蝕(shi)。
1946年(nian)7月(yue)(yue),在(zai)以(yi)前的(de)試驗材里(li)加入市(shi)售(shou)的(de)低合金鋼(gang),到(dao)1950年(nian)為止繼續進行(xing)了(le)3年(nian)7個(ge)月(yue)(yue)的(de)鋼(gang)樁試驗。這次沒有(you)流速(su),把(ba)潮位的(de)變化作為影響(xiang)因素。將海水飛濺帶與碳素鋼(gang)的(de)腐蝕峰值進行(xing)對比,含銅(tong)鋼(gang)約80%,市(shi)售(shou)的(de)低合金鋼(gang)約70%。
1950年(nian),INCO公司的(de)(de)海水腐(fu)蝕試(shi)驗場從Kure Beach遷移到現在的(de)(de)Harbor Island,N.C..現在被稱為(wei)(wei)(wei) La Que Center for Cor-rosion Technology.1951年(nian),U.S.Steel 公司的(de)(de) Larrabee 在這個試(shi)驗場開始了Cu-Ni-P系低合金(jin)鋼的(de)(de)長尺材(cai)暴露(lu)試(shi)驗。采(cai)用Ni含量(liang)(liang)為(wei)(wei)(wei)0.3%或者(zhe)0.5%、Cu含量(liang)(liang)為(wei)(wei)(wei)0.2%或者(zhe)0.5%、P含量(liang)(liang)為(wei)(wei)(wei)0.11%~0.17%的(de)(de)6種鋼材(cai)。試(shi)驗材(cai)料定為(wei)(wei)(wei)長度6m(約(yue)20ft)、寬度150mm(約(yue)6in)。
有趣的(de)是,雖然已經開發(fa)了(le)COR-TEN,為(wei)什么(me)不在這里進(jin)行COR-TEN或者 Cr系低合(he)金(jin)鋼的(de)試驗呢?把含銅鋼(0.23%Cu;P0.013%,較低)和碳素鋼一起作為(wei)比較材(cai)料。
根(gen)據所發表的5年間(jian)的試(shi)(shi)驗結果,Larrabee在(zai)(zai)文獻(xian)的緒言中說(shuo):“Previous exposure tests have showen that Ni-Cu-P steel haveSuperior corrosion resistance in this zone[作(zuo)(zuo)者注:splash zone(海(hai)(hai)水飛濺帶)]”。可是沒(mei)有(you)(you)引用(yong)文獻(xian)。根(gen)據敘述U.S.Steel公司耐(nai)海(hai)(hai)水鋼(gang)(gang)開發經(jing)過的紺野的資(zi)料(liao)(資(zi)料(liao)5),當時(shi)在(zai)(zai)Carnegie Ilinois 公司的Larrabee把(ba)Cu、Ni、Cr、P以及(ji)將其(qi)組合的17種(zhong)(zhong)(zhong)試(shi)(shi)驗鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)工業地區(qu)(qu)、田(tian)園地區(qu)(qu)及(ji)臨(lin)海(hai)(hai)地區(qu)(qu)(Kure Beach)進(jin)行(xing)了大(da)氣暴曬試(shi)(shi)驗,Ni-Cu-P系(xi)(xi)鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)海(hai)(hai)濱大(da)氣中顯(xian)示出良(liang)好(hao)的耐(nai)蝕(shi)性,據說(shuo)成為了Ni-Cu-P系(xi)(xi)耐(nai)海(hai)(hai)水鋼(gang)(gang)開發的開端。然而,即使在(zai)(zai)系(xi)(xi)列(lie)試(shi)(shi)驗中,實際(ji)含Cr的鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)17種(zhong)(zhong)(zhong)鋼(gang)(gang)中只有(you)(you)3.1%Cr-1.1%Cu(低P)和3.5%Ni-0.16%Cr(低P)兩種(zhong)(zhong)(zhong),好(hao)像沒(mei)有(you)(you)把(ba)鉻作(zuo)(zuo)為主(zhu)要研究對(dui)象。
1970年(nian)出版(ban)的(de)(de)U.S.Steel 公司 Schmit 和Phelps有關海(hai)洋中使(shi)用結構鋼(gang)的(de)(de)文獻,給出了關于碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)、含(han)銅鋼(gang)、耐(nai)(nai)候(hou)(hou)(hou)鋼(gang)(Cr-Si-Cu-Ni-P系(xi)、ASTM A242、Type 1)等,在Kure Beach 的(de)(de)24.38m(80 ft)及243.8m(800 ft)地段(duan)進行(xing)大氣暴曬試驗(yan)的(de)(de)結果。根據該結果,離海(hai)岸24.38m(80ft)地段(duan)經2年(nian)暴曬,耐(nai)(nai)候(hou)(hou)(hou)鋼(gang)的(de)(de)減厚量是(shi)0.16mm(6.4mil),與(yu)碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)的(de)(de)減厚量0.9mm(36 mil)相(xiang)比(bi),耐(nai)(nai)候(hou)(hou)(hou)性高5倍以上(shang),可是(shi)耐(nai)(nai)候(hou)(hou)(hou)鋼(gang)0.16mm這一數據要(yao)比(bi)243.8m(800 ft)地段(duan)的(de)(de)碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)7.5年(nian)的(de)(de)數據差。24.38m(80ft)地段(duan)的(de)(de)耐(nai)(nai)候(hou)(hou)(hou)鋼(gang)5年(nian)間的(de)(de)腐蝕(shi)減量增加到0.49mm(19.4mil),說明即使(shi)比(bi)碳(tan)(tan)素(su)鋼(gang)好(hao),絕(jue)對的(de)(de)耐(nai)(nai)腐蝕(shi)性對于裸(luo)露使(shi)用也(ye)不(bu)完全充分(fen)。
關于(yu)該(gai)數據(ju)沒有引(yin)用文獻(xian),不(bu)(bu)知(zhi)道是(shi)什(shen)么時(shi)候(hou)得到的(de)(de),然而(er)作者1960年(nian)與Phelps見面時(shi),他曾經(jing)說(shuo)過耐(nai)候(hou)鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)24.38m(80ft)地(di)段(duan)、進而(er)在(zai)(zai)(zai)海(hai)水飛濺(jian)帶(dai)(dai)耐(nai)蝕(shi)(shi)性不(bu)(bu)好是(shi)因為添加(jia)了(le)鉻(ge),所以U.S.Steel 公司從耐(nai)候(hou)鋼(gang)里除(chu)去(qu)了(le)鉻(ge)。假如(ru)該(gai)數據(ju)或(huo)者類似的(de)(de)數據(ju)在(zai)(zai)(zai)20世紀50年(nian)代初期存在(zai)(zai)(zai)的(de)(de)話,那么上述(shu)的(de)(de)考慮方法把(ba)鉻(ge)除(chu)外是(shi)可能(neng)的(de)(de)。鉻(ge)是(shi)能(neng)有效地(di)提高鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)海(hai)水中耐(nai)蝕(shi)(shi)性惟(wei)一的(de)(de)元(yuan)素,正如(ru)后面所敘述(shu)的(de)(de)那樣,U.S.Steel 公司的(de)(de)耐(nai)海(hai)水鋼(gang)是(shi)為了(le)減輕飛濺(jian)帶(dai)(dai)的(de)(de)腐蝕(shi)(shi),可能(neng)也沒有把(ba)海(hai)水中的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性作為目標,這與不(bu)(bu)加(jia)鉻(ge)是(shi)一致(zhi)的(de)(de)。
下面在(zai)談一(yi)下 Larrabee 在(zai)Wrightsville Beach做的(de)(de)長尺材海水(shui)試驗。雖(sui)然試驗連續進(jin)行了9年(nian),可是(shi)(shi)只發(fa)表了5年(nian)的(de)(de)結(jie)果。6種鋼(gang)材之中0.5%Ni-0.5%Cu-0.12%P鋼(gang)顯示出最(zui)好的(de)(de)結(jie)果。在(zai)海水(shui)飛濺帶(dai)的(de)(de)腐蝕峰值(zhi)位置(zhi)最(zui)大減厚量是(shi)(shi)2.2mm(87 mil; 0.44mm/年(nian)),平(ping)(ping)(ping)(ping)均減厚量是(shi)(shi)0.43mm(17 mil;0.09mm/年(nian)),碳素(su)鋼(gang)的(de)(de)最(zui)大值(zhi)>6.2mm(穿透249 mil板厚;>1.2mm/年(nian)),與(yu)平(ping)(ping)(ping)(ping)均值(zhi)2.45mm(98 mil;0.49mm/年(nian))相比(bi),最(zui)大值(zhi)是(shi)(shi)3倍(bei)以上,平(ping)(ping)(ping)(ping)均值(zhi)是(shi)(shi)5倍(bei)以上。另(ling)外(wai),兩(liang)種鋼(gang)的(de)(de)數據平(ping)(ping)(ping)(ping)均減厚量分別約1mm及3.5mm。
同時進(jin)行的(de)(de)(de) Kure Beach 24.38m(80ft)地段大氣暴曬3.5年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)結果是(shi)(shi),0.5%Ni-0.5%Cu-0.12%P鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)量是(shi)(shi)0.28mm(11mil;0.08mm/年(nian)(nian)(nian)),碳素鋼(gang)(gang)是(shi)(shi)2.3mm(93 mil;0.66mm/年(nian)(nian)(nian)),這與長尺材海水(shui)飛(fei)濺帶(dai)的(de)(de)(de)平(ping)均(jun)腐(fu)(fu)蝕(shi)率相當(dang)接近,說(shuo)明了24.38m(80ft)地段試驗場大氣腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)嚴酷性(xing)。但是(shi)(shi),平(ping)均(jun)腐(fu)(fu)蝕(shi)率的(de)(de)(de)比(碳素鋼(gang)(gang)/低合(he)金鋼(gang)(gang))在(zai)飛(fei)濺帶(dai)是(shi)(shi)5.8,在(zai)24.38m(80 ft)地段是(shi)(shi)8.5,可見低合(he)金鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)優(you)越性(xing)大。Larrabee談到該問題,如(ru)果在(zai)飛(fei)濺帶(dai)比水(shui)面更高的(de)(de)(de)部分,那么(me)這種優(you)越性(xing)是(shi)(shi)能夠期待(dai)的(de)(de)(de)。另(ling)外(wai),這種低合(he)金鋼(gang)(gang)在(zai)24.38m(80 ft)地段的(de)(de)(de)3.5年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)減厚(hou)(hou)量0.28mm(0.08mm/年(nian)(nian)(nian))比前述的(de)(de)(de)耐候(hou)鋼(gang)(gang)2年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)減厚(hou)(hou)量0.16mm(0.08mm/年(nian)(nian)(nian))或者5年(nian)(nian)(nian)的(de)(de)(de)減厚(hou)(hou)量0.49mm(0.1mm/年(nian)(nian)(nian))雖然沒有大的(de)(de)(de)差別,可是(shi)(shi)如(ru)果看(kan)碳素鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)數據,在(zai)這個(ge)暴曬場進(jin)行腐(fu)(fu)蝕(shi)試驗,好(hao)像每年(nian)(nian)(nian)有很大差異,也許不能直接進(jin)行比較。
長(chang)尺材海中(zhong)部分(fen)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi),無(wu)論碳素鋼或者(zhe)0.5%Ni-0.5%Co-0.12%P鋼,平均減(jian)厚(hou)量5年約為(wei)1.1mm(45 mil;0.23mm/年),都是相同(tong)的(de)(de)。在這篇報告中(zhong)正像Larrabee 所敘述的(de)(de)那(nei)樣,海水(shui)(shui)中(zhong)鋼的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)取(qu)決于(yu)向鋼表面提(ti)供溶解氧的(de)(de)多少,這在當(dang)時已(yi)經眾所皆知(zhi)。如果假(jia)定(ding)由于(yu)鋼的(de)(de)化學成分(fen)在海水(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速度不(bu)同(tong),那(nei)么表面生成的(de)(de)作為(wei)銹層溶解氧擴散(san)障壁的(de)(de)性質也應該不(bu)同(tong)。
可是(shi)與大氣中(zhong)(zhong)生成(cheng)的銹層(ceng)不同,低(di)合金鋼化學成(cheng)分的不同幾乎不能使(shi)銹層(ceng)的性質產生差別,該結果沒有出(chu)乎意料之(zhi)外。在本節后面敘述(shu)的英國研(yan)究結果也表明,能使(shi)海水(shui)中(zhong)(zhong)腐蝕減低(di)的元素大體上只有Cr,而Ni、Cu、P幾乎沒有效果。
用(yong)于護岸(an)等的(de)(de)(de)鋼(gang)樁的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi),如上所(suo)述在海(hai)水飛濺(jian)(jian)帶(dai)最大,這部(bu)分的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)損(sun)傷決定了(le)鋼(gang)樁總體(ti)的(de)(de)(de)使用(yong)壽命,所(suo)以(yi)減低(di)飛濺(jian)(jian)帶(dai)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)也就(jiu)是(shi)(shi)(shi)意(yi)味著(zhu)延長了(le)鋼(gang)樁的(de)(de)(de)使用(yong)壽命。如Schmit和Phelps所(suo)敘述的(de)(de)(de)那樣:“飛濺(jian)(jian)帶(dai)的(de)(de)(de)防(fang)蝕(shi)(shi),因為涂漆、包(bao)敷(fu)、混凝(ning)土都會(hui)提高成(cheng)本,所(suo)以(yi)對(dui)耐蝕(shi)(shi)鋼(gang)才有(you)意(yi)義。可是(shi)(shi)(shi),在海(hai)水中碳素鋼(gang)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)度很小(xiao),經過(guo)20年(nian)(nian)為0.05mm/年(nian)(nian)(2mpy),比(bi)這更低(di)的(de)(de)(de)是(shi)(shi)(shi)0.025mm/年(nian)(nian)(1mpy),在多數場合下即使不進行防(fang)蝕(shi)(shi)也能滿足使用(yong)要(yao)求(qiu),如果需要(yao)的(de)(de)(de)話可以(yi)實施(shi)(shi)電氣防(fang)蝕(shi)(shi)措施(shi)(shi)”。這樣的(de)(de)(de)考慮方(fang)法(fa)是(shi)(shi)(shi)妥當的(de)(de)(de),應該(gai)把海(hai)水飛濺(jian)(jian)帶(dai)耐蝕(shi)(shi)性優秀的(de)(de)(de)耐海(hai)水鋼(gang)作為生產目(mu)標。
從那以后,U.S.Steel 公(gong)(gong)司(si)在美國14個場所做(zuo)了實(shi)用(yong)試(shi)驗后,從1964年(nian)開(kai)始以USS MARINER 鋼(Cu-Ni-P系)商品名進行銷售(shou)。關于實(shi)用(yong)試(shi)驗在本書資料5表(biao)17中(zhong)給出,初(chu)期的主要使用(yong)實(shi)例在該資料的表(biao)21中(zhong)給出。如下(xia)一節所述,這種耐蝕(shi)鋼的技術,先后于1965年(nian)被(bei)當時(shi)的富士(shi)制(zhi)鐵、八幡制(zhi)鐵公(gong)(gong)司(si)及1967年(nian)被(bei)川(chuan)崎制(zhi)鐵公(gong)(gong)司(si)引入日本。
在(zai)英(ying)國,以英(ying)國鋼鐵協會腐蝕(shi)委(wei)員會為首,于1930年后期,開始了碳(tan)素鋼或(huo)(huo)低(di)合金鋼的(de)(de)大氣或(huo)(huo)海水耐蝕(shi)性的(de)(de)研究。這主要是(shi)考慮(lv)到(dao)(dao)在(zai)沒有涂(tu)漆保護的(de)(de)用(yong)途上(shang),如果能減少(shao)腐蝕(shi)率,且能夠使用(yong)較薄(bo)的(de)(de)構件,即(ji)使價(jia)格(ge)高,也會受(shou)到(dao)(dao)工程師的(de)(de)歡迎。關于大氣中(zhong)的(de)(de)試(shi)驗結果已經在(zai)2.1.1節(jie)中(zhong)敘述過。試(shi)驗的(de)(de)場合,主要是(shi)考慮(lv)能否在(zai)由于錨或(huo)(huo)鏈(lian)使涂(tu)漆受(shou)到(dao)(dao)機械損傷(shang)的(de)(de)船舶上(shang)使用(yong)鋼板。
1935年9月,首先,為(wei)了(le)(le)研究放置(zhi)試(shi)(shi)驗(yan)材(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)水(shui)深(shen)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)因素、軋(ya)制(zhi)氧(yang)化皮影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)因素、試(shi)(shi)片(pian)尺寸(cun)引起(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕率的(de)(de)(de)(de)不同(tong)等主要(yao)試(shi)(shi)驗(yan)條(tiao)件(jian),開始了(le)(le)海(hai)水(shui)浸泡(pao)試(shi)(shi)驗(yan)。結(jie)果(guo)表明(ming),在約1m以上,水(shui)深(shen)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)因素小(xiao),促進(jin)孔蝕的(de)(de)(de)(de)軋(ya)制(zhi)氧(yang)化皮應(ying)該除掉,尺寸(cun)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)試(shi)(shi)驗(yan)材(cai)(cai)的(de)(de)(de)(de)結(jie)果(guo)不能進(jin)行(xing)比較等。并且,為(wei)了(le)(le)了(le)(le)解(jie)鋼的(de)(de)(de)(de)化學(xue)組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang),注意到能改變(bian)溶(rong)解(jie)氧(yang)的(de)(de)(de)(de)供給(gei)狀況的(de)(de)(de)(de)海(hai)洋生物的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang),進(jin)行(xing)了(le)(le)使銹層不同(tong)所(suo)引起(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)氧(yang)的(de)(de)(de)(de)差(cha)如(ru)何反映到試(shi)(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)上的(de)(de)(de)(de)研究。
為了(le)研究低(di)合(he)金組(zu)成的(de)(de)(de)影響,所進行的(de)(de)(de)4組(zu)暴露(lu)試驗的(de)(de)(de)第1組(zu)試驗表明(ming),0.5%Cu鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)性和碳素鋼(gang)(gang)完全沒有差別。從1940年起,經7個月在Plymouth進行的(de)(de)(de)第2組(zu)試驗,除了(le)9種(zhong)碳素鋼(gang)(gang)外(wai),使用(yong)了(le)0.5%Cu、0.5%Cu-0.15%P、0.5%Cr-0.5%Cu、0.5% Cr-0.5% Cu-(0.06%~0.11%)P、(2.1%~3.7%)Cr-(0.2%~1.3%)Al(3種(zhong))、0.8%Cr-0.3%Cu-0.5%Si-0.12%P鋼(gang)(gang)等,全部使用(yong)了(le)30種(zhong)鋼(gang)(gang)。雖(sui)然(ran)Cr-Cu-Si-P鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)率比碳素鋼(gang)(gang)稍低(di),可(ke)是認為在統(tong)計上幾乎沒有意義,實質上腐蝕(shi)(shi)(shi)率低(di)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)只有Cr-Al系。而且,其他鋼(gang)(gang)沒有發生孔(kong)(kong)蝕(shi)(shi)(shi),而Cr-Al系卻產(chan)生了(le)0.5mm程度的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)蝕(shi)(shi)(shi)。
從1946年開始(shi)在Emsworth進行了60種鋼(gang)為期5年的試(shi)驗(yan)(yan)。使用的試(shi)驗(yan)(yan)材是0.5%Cu-(1%~2.5%)Cr-(0.05%~0.16%)P-≤0.8%Si鋼(gang)(19種)、2.5%Cr-(0.14%、1.5%)Al-0.5%Si鋼(gang)(3種)、1%Cr-0.5%Cu-3%Ni 鋼(gang)、(0.8%、1%、3%)Cr-0.5%Mo-(0.2%、2%、3%)Ni鋼(gang)等(deng)。此外,試(shi)驗(yan)(yan)材還(huan)有以0.2%Cu為基(ji)體添加總量為小于1%的As、Be、Bi、Pb、Mo、Nb、Sb、Sn、W、Ta等(deng)元素試(shi)驗(yan)(yan)材。
根據2年(nian)(nian)后(hou)的(de)(de)(de)(de)結(jie)果(guo),表(biao)明有(you)顯著效(xiao)(xiao)果(guo)的(de)(de)(de)(de)是鉻,腐蝕率(lv)從(cong)碳素(su)鋼的(de)(de)(de)(de)約3mdd(0.075mm/年(nian)(nian))開(kai)始隨著鉻的(de)(de)(de)(de)添(tian)(tian)加成(cheng)直線下降,至3%Cr變成(cheng)1mdd(0.025mm/年(nian)(nian))。添(tian)(tian)加1.6%A1、3%Ni、0.5%Mo等(deng)即(ji)使(shi)沒(mei)有(you)添(tian)(tian)加鉻,腐蝕率(lv)也能(neng)分別降低到(dao)碳素(su)鋼的(de)(de)(de)(de)59%、80%、90%,可是在與(yu)(yu)1%~3%的(de)(de)(de)(de)鉻共存時(shi),這些(xie)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)貢(gong)獻非(fei)帶(dai)小,鉻的(de)(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)果(guo)非(fei)常大(da),并(bing)且,看(kan)不出與(yu)(yu)鉻共存的(de)(de)(de)(de)Co、P、Si等(deng)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)果(guo)。除(chu)了0.2%C0-0.3%Be鋼顯示(shi)有(you)碳素(su)鋼的(de)(de)(de)(de)75%的(de)(de)(de)(de)腐蝕率(lv)外,添(tian)(tian)加As、Bi、Pb等(deng)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)鋼沒(mei)有(you)效(xiao)(xiao)果(guo)。單獨添(tian)(tian)加0.5%Cu,與(yu)(yu)0.15%P共存時(shi),雖(sui)然腐蝕率(lv)稍有(you)下降但(dan)是由于數(shu)據少還未(wei)能(neng)搞清楚。
5年(nian)后的(de)結(jie)(jie)果(guo)與(yu)2年(nian)后的(de)結(jie)(jie)果(guo)沒有(you)實質的(de)變(bian)化。表示有(you)顯著效果(guo)的(de)是(shi)(shi)(shi)鉻(ge),2.5%~3%Cr使腐(fu)蝕(shi)率(lv)減少一(yi)半.結(jie)(jie)果(guo)最好的(de)是(shi)(shi)(shi)1.4%Al-2.8%Cr-0.8%Si鋼,腐(fu)蝕(shi)率(lv)是(shi)(shi)(shi)1.0mpy(0.025mm/年(nian))。可是(shi)(shi)(shi)不加鋁的(de)2.6%Cr鋼的(de)腐(fu)蝕(shi)率(lv)是(shi)(shi)(shi)1.2mpy(0.030mm/年(nian)),這一(yi)結(jie)(jie)果(guo)是(shi)(shi)(shi)否(fou)表明鋁起了主要作用還不清楚。
把在這(zhe)里使(shi)用的(de)(de)(de)試(shi)驗材,同時提供(gong)到(dao)屬于工業地區的(de)(de)(de)Sheffied進行了5年的(de)(de)(de)大氣(qi)暴曬(shai)試(shi)驗。與該結果(guo)相(xiang)比,在海水試(shi)驗中(zhong)鋼中(zhong)添加元(yuan)素的(de)(de)(de)效(xiao)果(guo)小,這(zhe)一(yi)結果(guo),使(shi)報(bao)告者(zhe)感到(dao)失(shi)望。溶解氧的(de)(de)(de)供(gong)給(gei)控制著腐蝕(shi)速度,再(zai)加上只要(yao)作為覆蓋表面銹的(de)(de)(de)氧擴散障壁的(de)(de)(de)性(xing)質不同,就可以期待(dai)添加元(yuan)素的(de)(de)(de)效(xiao)果(guo),這(zhe)是當(dang)時所(suo)(suo)知道的(de)(de)(de)事實,因為海水中(zhong)的(de)(de)(de)銹層(ceng)不像(xiang)大氣(qi)中(zhong)銹層(ceng)那樣受到(dao)干濕(shi)交替(ti)作用,在本質上防蝕(shi)能力就小,而且鋼的(de)(de)(de)化學組成所(suo)(suo)引起的(de)(de)(de)銹層(ceng)性(xing)質的(de)(de)(de)差異小,所(suo)(suo)以與其說對鉻的(de)(de)(de)效(xiao)果(guo)難(nan)以想像(xiang),不如說這(zhe)是現(xian)在一(yi)般(ban)考慮方法的(de)(de)(de)重要(yao)過程。
另一(yi)方面(mian),美國長期在(zai)海中(zhong)使用(yong)(yong)的(de)結(jie)構物的(de)重(zhong)要性增加了(le),作為了(le)解結(jie)構材(cai)料(liao)的(de)長期耐久性,決定防蝕(shi)(shi)法應用(yong)(yong)的(de)必要性或其(qi)設計(ji)上(shang)(shang)的(de)正確性的(de)基礎數(shu)據,在(zai)海水中(zhong)的(de)腐蝕(shi)(shi)數(shu)據的(de)需要增多了(le)。Naval Research Laboratory的(de) Southwell 和(he) Alexanders等(deng),從(cong)1946~1947年起(qi)在(zai)巴(ba)拿馬的(de)Ft.Amador海面(mian)2.4km的(de)Naos島(太(tai)平(ping)洋)上(shang)(shang)進(jin)行了(le)52種(zhong)金(jin)屬材(cai)料(liao)的(de)海洋暴露(lu)試驗。所用(yong)(yong)的(de)材(cai)料(liao)中(zhong)12種(zhong)是鋼(gang),除了(le)碳素(su)鋼(gang)之外,使用(yong)(yong)了(le)0.3%Cu、2%Ni、5%Ni、3%Cr、5%Cr及(ji)4種(zhong)低合金(jin)鋼(gang)。定為1、2、4、8及(ji)16年回收,反(fan)復數(shu)是2。試驗是在(zai)潮差(cha)帶的(de)中(zhong)央和(he)最低潮位(wei)正下面(mian)2個部位(wei)進(jin)行的(de)。全部用(yong)(yong)了(le)1000片試片。
中(zhong)間報告分8次出版,1970年(nian)發表(biao)了包(bao)括16年(nian)結果(guo)(guo)的(de)最終報告。出乎意料的(de)結果(guo)(guo)是,鎳鋼、鉻鋼、4種低合金鋼在海中(zhong)的(de)耐蝕(shi)性全都(dou)比碳素鋼差,在潮差帶也同樣差。主要的(de)試驗(yan)結果(guo)(guo)歸納(na)于(yu)表(biao)3-1。
鉻(ge)鋼(gang)(gang)的(de)(de)平(ping)均腐(fu)蝕(shi)深(shen)度(du)(du)(du)比碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)大(da)20%~50%,16年后的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)深(shen)度(du)(du)(du)也同(tong)(tong)(tong)樣大(da)。這和在(zai)英國等得(de)到鉻(ge)在(zai)海中是(shi)有效的(de)(de)結論完全不同(tong)(tong)(tong)。在(zai)巴拿馬的(de)(de)試(shi)驗,第1年的(de)(de)平(ping)均腐(fu)蝕(shi)深(shen)度(du)(du)(du)是(shi)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)的(de)(de)1/2以下,可是(shi)第4年略超過碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang),8年中大(da)致形成穩定腐(fu)蝕(shi)速度(du)(du)(du)后保(bao)持比碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)大(da)30%~40%的(de)(de)速度(du)(du)(du)。但是(shi)只有孔蝕(shi)深(shen)度(du)(du)(du)和碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)相(xiang)(xiang)同(tong)(tong)(tong)。相(xiang)(xiang)反在(zai)潮(chao)差帶平(ping)均腐(fu)蝕(shi)深(shen)度(du)(du)(du)和碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)相(xiang)(xiang)比沒有變化,然(ran)而孔蝕(shi)深(shen)度(du)(du)(du)是(shi)碳(tan)素(su)鋼(gang)(gang)的(de)(de)2.3~2.5倍(bei)。
鎳(nie)鋼(gang)(gang)在全浸帶(dai)的平均(jun)腐(fu)蝕(shi)深(shen)(shen)度比(bi)碳素(su)鋼(gang)(gang)只大(da)10%,第16年的腐(fu)蝕(shi)速(su)度和(he)碳素(su)鋼(gang)(gang)相比(bi)幾乎沒有變化,然而最(zui)大(da)孔蝕(shi)深(shen)(shen)度是碳素(su)鋼(gang)(gang)的2倍(bei)以(yi)上。相反潮差帶(dai)的16年間的年平均(jun)腐(fu)蝕(shi)深(shen)(shen)度比(bi)碳素(su)鋼(gang)(gang)大(da)20%,可是8年間的最(zui)大(da)孔蝕(shi)深(shen)(shen)度相同(tong)。
Cr-Ni-Cu-P系(xi)的低(di)合金鋼(gang),在(zai)潮差(cha)帶(dai)與碳(tan)素鋼(gang)相同,在(zai)全浸帶(dai)平均腐(fu)蝕(shi)深度(du)、最大(da)腐(fu)蝕(shi)深度(du)都是50%或者更大(da)。
Ni-Cu或(huo)者(zhe)Ni-Cu-Mo-P系的(de)低(di)合金鋼,雖(sui)然在全(quan)浸帶(dai)、潮差帶(dai)的(de)平(ping)均腐(fu)蝕深(shen)度都(dou)與(yu)碳素鋼接近,可(ke)是(shi)不管在哪種試驗環境下最大腐(fu)蝕深(shen)度也是(shi)45%~100%。
根據(ju)以上(shang)的(de)(de)結果(guo),在潮(chao)差帶、全(quan)浸帶或者(zhe)其兩方耐蝕性好(hao)的(de)(de)低合(he)金(jin)組成(cheng)的(de)(de)耐蝕鋼是(shi)不能存在的(de)(de)。該報告出版時,在有(you)關人員之間引(yin)起了很大(da)的(de)(de)轟動。并且,這個結果(guo)至今(jin)仍很有(you)名,在海洋(yang)環境的(de)(de)腐(fu)蝕解說中(zhong)必(bi)被引(yin)用,然而好(hao)像多數(shu)是(shi)拿(na)熱帶的(de)(de)巴(ba)拿(na)馬的(de)(de)異常數(shu)據(ju)的(de)(de)微量差別進行敘述的(de)(de)。
根據鉻含量高(gao)的(de)鋼(gang)(gang),平均腐(fu)蝕(shi)深(shen)度(du)比碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)小而最(zui)大(da)(da)腐(fu)蝕(shi)深(shen)度(du)比碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)大(da)(da)的(de)上述Hudson結果,專家(jia)們認識到單加入鉻時必須(xu)注意局部腐(fu)蝕(shi),可是巴拿馬的(de)試驗(yan)結果表明局部腐(fu)蝕(shi)沒有問題,而平均腐(fu)蝕(shi)深(shen)度(du)卻比碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)大(da)(da),而且3%鉻鋼(gang)(gang)比5%鉻鋼(gang)(gang)的(de)傾(qing)向(xiang)性(xing)大(da)(da)。鎳鋼(gang)(gang)的(de)平均腐(fu)蝕(shi)深(shen)度(du)是碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)的(de)2倍以(yi)上,也與其他(ta)人的(de)經驗(yan)完全不同。如下一節所敘(xu)述的(de)那(nei)樣,在開發的(de)耐海水鋼(gang)(gang)的(de)大(da)(da)部分都添(tian)加了鉻,關于這些鋼(gang)(gang)所獲得的(de)數據表明,平均腐(fu)蝕(shi)深(shen)度(du)、最(zui)大(da)(da)腐(fu)蝕(shi)深(shen)度(du)都比碳(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)明顯(xian)地減(jian)輕。