动态模拟海水中Q235碳钢腐蚀行为与电阻探针在线监测技术研究及数据校正模型构建

为解决海洋工程金属管道系统在动态海水环境中的局部腐蚀监测难题，研究人员开展了Q235碳钢在动态模拟海水条件下的腐蚀行为研究。通过耦合电阻探针在线监测与腐蚀挂片法，建立了动态腐蚀速率预测模型，并发现腐蚀产物Fe3O4占比超90%导致监测偏差增大至148.09%。研究提出的对数函数校正模型显著提升了监测精度，为海洋工程装备安全评估提供了新方法。

　　

海洋环境中金属管道的腐蚀问题如同"隐形杀手"，每年造成全球数千亿元的经济损失。尤其在高盐度、强湍流的动态海水环境下，碳钢管道表面会形成复杂的腐蚀产物层，这些"锈蚀铠甲"不仅加速局部腐蚀，还严重干扰传统监测技术的准确性。北京科技大学材料科学与技术研究院的研究团队在《Journal of Materials Research and Technology》发表的研究，揭示了Q235碳钢在动态海水环境中的腐蚀演化规律，并创新性地提出了监测数据校正方案。

研究人员采用电阻探针在线监测系统与动态模拟海水循环装置耦合的方法，通过SEM、3D共聚焦显微镜和XRD等技术表征腐蚀形貌与产物组成，结合电化学阻抗谱（EIS）和动电位极化曲线分析界面反应机制。

研究结果显示，腐蚀产物层结构呈现明显的阶段性演变：初期（72小时）为颗粒状Fe₃O₄聚集，中期（168小时）发展为针状α-FeOOH并伴随裂纹形成，后期（360小时）则转变为团簇结构。XRD定量分析证实Fe₃O₄始终占主导地位（>90%），其半导体特性导致电阻探针监测值偏离实际腐蚀深度达148.09%。通过对比线性、多项式、对数等模型，最终确立对数校正函数α(t)=1.23+0.17ln(t)，使均方误差降至1.20×10^-2。

电化学分析揭示了腐蚀发展的内在机制：Cl^-通过产物层裂纹形成"快速通道"，与Fe³⁺水解产生的H⁺共同构建局部酸性微环境，引发自催化腐蚀循环。3D形貌显示最大点蚀深度从72小时的10.81μm增至360小时的29.39μm，证实了产物层下微区电化学异质性对局部腐蚀的加剧作用。

该研究不仅建立了适用于动态海水环境的腐蚀监测校正模型，更从多尺度阐明了Q235碳钢的腐蚀机制。提出的"产物层导电性演变-监测偏差"关联模型，为海洋工程装备的寿命预测提供了新思路，对保障海上油气平台、海水淡化系统等重大设施的安全运行具有重要工程价值。研究揭示的Fe₃O₄主导腐蚀路径，也为开发新型耐蚀合金提供了理论依据。