造成鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的因素有很多,主要是電化學(xué)腐蝕。鋼結(jié)構(gòu)一旦腐蝕,就會變得越來越嚴(yán)重。這樣,構(gòu)件的橫截面積就會減少,承載力就會降低,其使用價(jià)值就會逐漸喪失和報(bào)廢。鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕雖然目前無法避免,但其腐蝕速率是可以控制的,這就要求對鋼結(jié)構(gòu)采取有效的防腐措施。
鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕特點(diǎn):經(jīng)過噴丸、沖壓、電焊組裝等工藝后,鋼結(jié)構(gòu)造成熱應(yīng)力分布不均勻或晶粒變形,導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)中電極電位的差異,這是鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的“隱患”,這就是為什么鋼結(jié)構(gòu)的電焊件特別容易生銹的原因。
金屬腐蝕是由各種內(nèi)外因素引起的。綜上所述,影響金屬腐蝕的主要因素如下。
金屬材料本身的影響
不同的金屬具有不同的電極電位和不同的金相組織,其穩(wěn)定性(即耐腐蝕性)也不同。相同化學(xué)成分的鋼,由于熱處理工藝的不同,其耐腐蝕性也有所不同。此外,在鍛造、鑄造和焊接過程中熱應(yīng)力分布不均勻或熱處理過程中晶粒變形可能會導(dǎo)致金屬中電極電位的差異,加速金屬本身的腐蝕。
金屬表面光潔度
對腐蝕速率也有明顯的影響。特別是在初始階段,金屬表面越光滑,其耐蝕性越好。粗糙的金屬表面由于深凹部分不易與氧氣接觸而成為陽極,表面成為陰極,導(dǎo)致氧濃度電池的腐蝕。
環(huán)境溫度影響
一般情況下,隨著溫度的升高,金屬在電解液中的腐蝕速率會加快。海水溫度升高10℃,鋼的腐蝕速率增加一倍,因?yàn)殡姌O的反應(yīng)會隨著溫度的升高而增加。此外,在大陸性氣候地區(qū),晝夜溫差較大,夜間大氣相對濕度增大。空氣中的水分會以凝結(jié)的形式聚集在金屬表面,為金屬生銹提供條件。
溶液組成和濃度的影響
例如,海水是一種天然電解質(zhì)溶液,含有多種鹽分,包括有機(jī)物、沉積物、溶解氣體、腐爛有機(jī)物等。然而,影響鋼腐蝕速率的重要因素是海水的鹽度、高鹽度、高電導(dǎo)率、宏孔腐蝕電流強(qiáng)度的增大和鋼腐蝕強(qiáng)度的增大。此外,海水中大量的氯離子會阻礙甚至破壞金屬鈍化,促進(jìn)金屬腐蝕。
腐蝕介質(zhì)等因素的影響
各種腐蝕介質(zhì)等因素也會加速金屬的腐蝕。大氣中除了O2和H2外,還含有N2和各種雜物,如鹽霧、二氧化硫、硫化氫等靠近海洋的物質(zhì)。在化學(xué)領(lǐng)域,各種煤煙、金屬化合物等鹽顆粒。這些腐蝕性介質(zhì)一旦落到金屬表面,就會與水結(jié)塊,加速黃金的腐蝕。
金屬的化學(xué)腐蝕反應(yīng)可分為兩個(gè)步驟。第一步是氧化步驟,第二步是脫電子步驟。氧化過程釋放自由電子,而脫電子過程是除去自由電子的過程。
陽離子可以進(jìn)入溶液或與其他陰離子結(jié)合形成化合物。氧化過程必須與脫電子過程同時(shí)配合才能完成整個(gè)反應(yīng)。
因此,只有通過電子去除步驟去除氧化步驟產(chǎn)生的自由電子,金屬原子才能不斷被腐蝕。實(shí)際的腐蝕過程是一個(gè)非常緩慢而相對均勻地在表面上失去金屬原子的過程。在某些條件下,如果在一個(gè)區(qū)域形成陽極或陰極區(qū)域,可能會出現(xiàn)局部腐蝕不均勻,并形成可見的腐蝕坑。
鋼鐵不會很快被腐蝕,因?yàn)樗谋砻嬖谒袝纬梢粚友趸Wo(hù)層。由于鐵容易被氧化形成氧化鐵,所以不溶于水,容易沉積在金屬表面,從而阻礙了進(jìn)一步的腐蝕。這種現(xiàn)象稱為腐蝕鈍化。鋯、鉻、鋁、不銹鋼等金屬在常溫的水或空氣中會形成很薄的保護(hù)層,有時(shí)甚至薄得肉眼無法分辨。由于這種薄保護(hù)層,這些金屬在水或空氣中具有良好的耐腐蝕性。
,&,從電化學(xué)特性上看,均勻腐蝕屬于微電池效應(yīng)。腐蝕過程中沒有固定的陰極和陽極,即腐蝕過程中陰極部分和陽極部分交替變化。
,&,在均勻腐蝕過程中,金屬表面各部分的減薄率是相同的。平均腐蝕速率可用于準(zhǔn)確計(jì)算金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕量,估算構(gòu)件的腐蝕壽命。因此,在工程設(shè)計(jì)中預(yù)先考慮留腐蝕余量的措施,可以達(dá)到防止設(shè)備過早腐蝕損壞的目的。均勻腐蝕雖然會導(dǎo)致金屬材料大量流失,但通常不會引起金屬結(jié)構(gòu)的突然失效事故,因?yàn)樗子跈z測和檢測。
,&,均勻腐蝕是很常見的,這可能是由于電化學(xué)腐蝕,如自我解體的過程均勻電極(純金屬)或微多相電極(統(tǒng)一合金)在電解質(zhì)溶液中,或由純化學(xué)腐蝕反應(yīng),如一般金屬材料在高溫下的氧化。對各種腐蝕失效事故和案例的調(diào)查結(jié)果表明,均勻腐蝕僅占20%左右,其余80%為局部腐蝕損傷。
腐蝕均勻程度可用腐蝕速率表示。有兩個(gè)常用的單位:一是單位時(shí)間單位表面積失重,單位為g / (M2·h);二是單位時(shí)間內(nèi)腐蝕的平均厚度,單位為mm /年
在制造金屬零件的過程中,加入不易與周圍介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的耐腐蝕材料。例如鉻、鎳、鈦在空氣中不易氧化,能形成致密的印刷PU膜,能抵抗酸、堿、鹽的腐蝕。加入到鐵或銅中,可制成耐腐蝕性能優(yōu)良的金屬制品。有利于金屬粉末冶金,各種金屬元素可以靈活配比,通過加入不同性能的金屬粉末,可以獲得具有優(yōu)良防腐性能的金屬零件。鐵碳合金等金屬材料也可以通過熱處理來防止腐蝕。