造成鋼樁海水飛濺帶的腐蝕,可以說是由于鹽分多潤濕時間長,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合多少有些不同,借助于合金元素銹層的保護性也要比碳素鋼好得多,因而作為耐蝕鋼在實用上的意義沒有任何疑問。
海水飛濺帶的腐蝕試驗,如果使用大尺寸鋼樁或者模擬鋼樁的試驗材,實施比較困難。雖然也有在碼頭或浮標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。輔助的試驗方法之一就是在離海岸很近的地方進行大氣暴曬試驗。U.S.Steel公司在開發(fā)USS MARINER 鋼時,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大致固定化學成分系之后,在海洋中試驗長尺材進行確認的。
前者能夠試驗多數(shù)的試驗材,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)濟上、場所上,試驗材的數(shù)量或種類都受到限制,只能成為驗證的試驗。
耐蝕鋼海水飛濺帶的耐蝕性在日本也進行了各種研究。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、潮差帶時鋼中合金元素的效果。結(jié)果證明,下部飛濺帶和潮差帶時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,然而同時把小型試驗材放置在各部位進行試驗,把這些試片用導線連接起來時和長尺材有同樣的腐蝕分布。相反絕緣后分別獨立放置時,潮差帶的腐蝕和飛濺帶的同樣,而且非常大。其理由是長尺材的潮差帶或者用導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 用長尺材或小型試驗材也獲得了同樣的結(jié)果。但是,與Humble不同,他們沒有確認在全浸帶腐蝕的促進效果。
根據(jù)上述獨立的小型試驗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用化以及Ni、Cr不利作用的數(shù)據(jù),在這里不再重復。另外,有人認為添加W、Mo、Ti等也有效果。關(guān)于它們的作用機理也有令人感興趣的觀點。
首先,高村等給出了銹中磁鐵礦的微細化與耐蝕性關(guān)系的數(shù)據(jù),在用來進行干濕交替試驗的人工海水中,如果加入10-2M/L的CrO2-4、PO3-4或者Mo2-4時,發(fā)現(xiàn)在碳素鋼上生成的銹中磁鐵礦微細化,腐蝕也隨著微細化的進行定量地減少。接著,岡田等在模擬海水飛濺帶的實驗室試驗中發(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,因而認為它們作為FeWO4等不溶性鹽進行沉淀,抑制了陽極反應(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極的通氣差電池,造成在潮差帶抑制腐蝕,在全浸帶促進腐蝕。因為單獨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誤,對本節(jié)內(nèi)容沒有任何妨礙,可是因為擔心對通氣差腐蝕的說明有問題,所以想預先敘述對該問題的疑問。問題是為什么陽極被限定在從海面稍微向下的部分?因為海水的電導率高,所以陽極電流應(yīng)該擴展到鋼樁的全浸帶。上述作為通氣差腐蝕的學說顯然是根據(jù)Evens等作為通氣差腐蝕的例子,于1930年所進行的燒杯試驗中與水面腐蝕相同的考慮方法。然而Evans等的實驗中試片小,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)成為陽極,沒有局部集中的理由。再者,Exvans等的燒杯實驗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?因為銹的還原是非常容易產(chǎn)生的。