国外海军舰船海水管系杂散电流腐蚀和缝隙腐蚀研究概述

2023-03-13田清正管勇

中国水运 2023年2期

田清正，管勇

（1.解放军航天工程大学，北京 101416；2.中国科学院金属研究所，辽宁沈阳 110016）

海水管路系统包括各种管路、泵、阀、冷却设备及其他附属设备，承担着动力、机电、武备、空调等系统的冷却以及消防等任务，是维持舰船装备正常运行的重要系统之一。由于海水管路系统材料体系复杂多样，其腐蚀控制一直是海军舰船腐蚀控制的重点。进入本世纪以来，随着铜镍合金、钛及钛合金、镍基合金等高电位金属的上舰应用范围的大幅增加，与原有泵阀、冷却设备中的黄铜、青铜合金、钢铁等金属连接时的电偶腐蚀问题逐步浮出水面。为解决异种金属接触引起的电偶腐蚀问题，需要通常采用电绝缘组件、挠性接管等非金属材料以及外加电流保护装置，这样又会带来杂散电流腐蚀问题，以及钝性金属的缝隙腐蚀等新的腐蚀形式。由此，美国海军对于海水管路系统新材料上舰应用带来的杂散电流腐蚀和缝隙腐蚀问题开展了考核评估试验研究，以此来避免新材料应用带来的腐蚀失效风险[1-3]。

1 杂散电流腐蚀研究

为提高舰船海水管路系统整体耐海水腐蚀性能，上世纪90年代美国海军开始考虑使用625 镍基合金（USN N06625）部分取代B30 铜镍合金（UNS C71500），但需要解决由此引发的电偶腐蚀风险问题。在管路接口处进行电绝缘隔离是当前采用普遍的技术措施，鉴于此，美军舰船将双金属橡胶嵌入式隔声耦合装置(RISICS)和绝缘挠性接管两种技术纳入新建舰船的海水管路系统的设计中。然而，由于舰船上存在数量众多的电连接方式，使得RISICS 和挠性接管不能实现不同金属管线间有效的电气隔离。由此就会给铜镍合金等其他材质的海水管路带来显著的电偶腐蚀和杂散电流腐蚀风险[4]。

鉴于上述问题，美国海军海上系统司令部组织相关科研院所开展了B30 铜镍合金与625 合金等形成异种金属接触时的电偶腐蚀和杂散电流腐蚀控制技术的陆上试验装置考核评估研究。该项目旨在确定B30/625 合金形成偶对时的电偶腐蚀电流大小和分布，以及利用不同材料的电绝缘管段随长度变化时的电绝缘效果，并确定杂散电流腐蚀发生在RISICS 隔离器上的可能性。同时，此研究的目的还在于确定在相同的电位下，法兰连接部位的双金属缝隙与单一材料的类似缝隙相比，是否会导致更大的缝隙腐蚀风险[3,4]。

图1 电偶腐蚀/杂散电流腐蚀陆上试验装置

通过上述杂散电流腐蚀试验研究，可以得出如下结论：

（1）电绝缘装置可以显著降低625/B30 白铜耦合状态下的电偶腐蚀风险，1～3m 长度可以达到最佳效果，绝缘段越长越易发生杂散电流腐蚀，并且腐蚀深度也较大；

（2）625 合金对于电偶腐蚀和杂散电流腐蚀的耐受性均高于B30 合金，625 合金最主要的腐蚀形式是杂散电流腐蚀引发的缝隙腐蚀；

（3）高流速海水中的电偶腐蚀及其引发的杂散电流腐蚀风险更大;

（4）小直径B30 管比大直径管更易遭受电偶腐蚀和杂散电流腐蚀；

（5）建议海军舰船使用两端绝缘处理的1m 长钛合金绝缘段，以降低DN50 直径异种金属海水管路接头的电偶腐蚀风险。

2 缝隙腐蚀研究

海军水面舰艇的海水管路系统及其泵、阀相关附件在实际使用过程中有着很高的腐蚀失效率，与海水管路泵阀等部件相关的腐蚀成本，已经被认为是在海军水面舰艇整个维护预算的中的重要组成。为了减少海水管路泵阀的使用成本，合金钝化工艺目前大量被用于提升当前阀门材料（通常是铜和铜镍合金）的耐蚀性的。这些钝化膜能够预防大多数形式的腐蚀，并提高与钛等高电位材料的兼容性。然而这些钝性合金也容易发生缝隙腐蚀。

对此，美国海军水面战中心对于当前舰船海水管路采用的系列泵阀材料进行了静态和流动海水中的缝隙腐蚀性能测试及腐蚀控制技术评估（图2和图3）[5,6]。