造成鋼樁海水飛濺帶的腐蝕,可以說是由于鹽分多潤(rùn)濕時(shí)間長(zhǎng),這基本上與大氣腐蝕類似。合金元素的效果即使和耐候鋼的場(chǎng)合多少有些不同,借助于合金元素銹層的保護(hù)性也要比碳素鋼好得多,因而作為耐蝕鋼在實(shí)用上的意義沒有任何疑問。
海水飛濺帶的腐蝕試驗(yàn),如果使用大尺寸鋼樁或者模擬鋼樁的試驗(yàn)材,實(shí)施比較困難。雖然也有在碼頭或浮標(biāo)等上安裝小型試片的方法,可是在同樣條件下能夠安裝的試片數(shù)受到限制。因此,在海水飛濺帶直接獲得合金元素效果的數(shù)據(jù)不多。輔助的試驗(yàn)方法之一就是在離海岸很近的地方進(jìn)行大氣暴曬試驗(yàn)。U.S.Steel公司在開發(fā)USS MARINER 鋼時(shí),我想就是通過在Kure Beach 23.84 m(80ft-lot)的小型試片大氣暴曬試驗(yàn)大致固定化學(xué)成分系之后,在海洋中試驗(yàn)長(zhǎng)尺材進(jìn)行確認(rèn)的。
前者能夠試驗(yàn)多數(shù)的試驗(yàn)材,可以系統(tǒng)地獲得合金元素的效果,但是腐蝕環(huán)境和海水飛濺帶不完全一樣;而后者在環(huán)境條件上沒有問題,可是無論在經(jīng)濟(jì)上、場(chǎng)所上,試驗(yàn)材的數(shù)量或種類都受到限制,只能成為驗(yàn)證的試驗(yàn)。
耐蝕鋼海水飛濺帶的耐蝕性在日本也進(jìn)行了各種研究。例如,高村等在碼頭的不同高度的位置上設(shè)置了水平支持架,研究了大氣、上部飛濺帶、下部飛濺帶、潮差帶時(shí)鋼中合金元素的效果。結(jié)果證明,下部飛濺帶和潮差帶時(shí)鋼中合金元素的效果類似,錳和磷有效,Cu、Si、Cr稍微有害,但是,鋼中合金元素對(duì)下部飛濺帶的影響大。
關(guān)于這樣的飛濺帶和潮差帶的小型試驗(yàn)材腐蝕行為的類似性,在歷史上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過。如前所述(3.1.1節(jié)),Humble(1949年)發(fā)表了長(zhǎng)尺材的腐蝕大小由于高度不同有很大差異,海水飛濺帶最大,潮差帶最小,然而同時(shí)把小型試驗(yàn)材放置在各部位進(jìn)行試驗(yàn),把這些試片用導(dǎo)線連接起來時(shí)和長(zhǎng)尺材有同樣的腐蝕分布。相反絕緣后分別獨(dú)立放置時(shí),潮差帶的腐蝕和飛濺帶的同樣,而且非常大。其理由是長(zhǎng)尺材的潮差帶或者用導(dǎo)線和全浸帶連接起來的潮差帶的小型試片,通過海水全浸帶的鋼產(chǎn)生了電池防蝕作用。Larrabee和La Quel 用長(zhǎng)尺材或小型試驗(yàn)材也獲得了同樣的結(jié)果。但是,與Humble不同,他們沒有確認(rèn)在全浸帶腐蝕的促進(jìn)效果。
根據(jù)上述獨(dú)立的小型試驗(yàn)材在飛濺帶和潮差帶的腐蝕大小的類似性、環(huán)境的類似性來考慮,高村等所發(fā)現(xiàn)的在這兩個(gè)部位的合金元素效果類似是可以充分理解的。
已經(jīng)敘述過添加 Cu-Ni-P、Cu-Cr-P、Cu-Cr、Cu-Cr-Al等對(duì)提高鋼在飛濺帶處的耐蝕性是有效的。有關(guān)各類耐海水鋼正在實(shí)用化以及Ni、Cr不利作用的數(shù)據(jù),在這里不再重復(fù)。另外,有人認(rèn)為添加W、Mo、Ti等也有效果。關(guān)于它們的作用機(jī)理也有令人感興趣的觀點(diǎn)。
首先,高村等給出了銹中磁鐵礦的微細(xì)化與耐蝕性關(guān)系的數(shù)據(jù),在用來進(jìn)行干濕交替試驗(yàn)的人工海水中,如果加入10-2M/L的CrO2-4、PO3-4或者M(jìn)o2-4時(shí),發(fā)現(xiàn)在碳素鋼上生成的銹中磁鐵礦微細(xì)化,腐蝕也隨著微細(xì)化的進(jìn)行定量地減少。接著,岡田等在模擬海水飛濺帶的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),在生成的低合金鋼銹層中W和Mo分別以WO2-4、MoO2-4形式存在,因而認(rèn)為它們作為FeWO4等不溶性鹽進(jìn)行沉淀,抑制了陽(yáng)極反應(yīng)。
在教科書中已有說明:在連續(xù)的裸露鋼樁上形成了把潮差帶作為陰極,把海面稍微向下的部分作為陽(yáng)極的通氣差電池,造成在潮差帶抑制腐蝕,在全浸帶促進(jìn)腐蝕。因?yàn)閱为?dú)存在的小型試片不發(fā)生這種情況,所以產(chǎn)生的腐蝕與飛濺帶相同。雖然作為腐蝕傾向來說這種解釋沒有錯(cuò)誤,對(duì)本節(jié)內(nèi)容沒有任何妨礙,可是因?yàn)閾?dān)心對(duì)通氣差腐蝕的說明有問題,所以想預(yù)先敘述對(duì)該問題的疑問。問題是為什么陽(yáng)極被限定在從海面稍微向下的部分?因?yàn)楹K碾妼?dǎo)率高,所以陽(yáng)極電流應(yīng)該擴(kuò)展到鋼樁的全浸帶。上述作為通氣差腐蝕的學(xué)說顯然是根據(jù)Evens等作為通氣差腐蝕的例子,于1930年所進(jìn)行的燒杯試驗(yàn)中與水面腐蝕相同的考慮方法。然而Evans等的實(shí)驗(yàn)中試片小,從水面稍微同下的部位以下的金屬表面面積很小,試片全體已經(jīng)成為陽(yáng)極,沒有局部集中的理由。再者,Exvans等的燒杯實(shí)驗(yàn)中的陰極是完全不腐蝕的區(qū)域,作為電極起作用雖然不是不可理解的,可是具有銹層的潮差帶也能有同樣的作用嗎?因?yàn)殇P的還原是非常容易產(chǎn)生的。