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奥氏体不锈钢和双相不锈钢耐蚀性能的对比

来源:至德钢业 日期:2020-01-03 17:40:34 人气:141

   目前市场上销售量最多的仍然是奥氏体不锈钢,其使用范围非常很广,所以奥氏体不锈钢在各种工况环境下的各种腐蚀行为和腐蚀机理研究较为充分,例如针对奥氏体不锈钢在循化冷却水、海洋微生物、活性污泥、质子交换燃料电池、生活供水、混泥土、土壤中的腐蚀行为和机理就取得了比较好的进展。然而针对双相不锈钢展开的研究却远不及对奥氏体不锈钢研究的深度和广度,因此才有了本论文的研究初衷。在本章实验中,主要采取失重法结合极化曲线和电化学阻抗来探究常见奥氏体不锈钢和双相不锈钢在高浓度氯离子溶液中的耐蚀性能。


 在此需要说明的是,因为本论文的研究对象是2507超级双相不锈钢,本论文工作重点是对2507双相不锈钢腐蚀行为和钝化膜耐蚀性能的进行探索研究,因此在本章中只是初步对比奥氏体不锈钢和双相不锈钢的耐氯离子腐蚀性能,对耐蚀机理不做深入探讨。


  选取奥氏体不锈钢304L、316L以及双相不锈钢2205、2507作为实验对象,实验溶液体系是0.5 M NaCl、0.5 M NaCl+0.05 M NaHCO3、0.5 M NaCl+0.05 M Na2SO4(为讨论方便后面分别简称为溶液1、溶液2、溶液3),实验温度是30℃,实验方法如第二章所述。


   失重法虽然实验周期较长,但是能够提供较为准确的腐蚀速率值,为工程上选择材料提供重要参考。经过21天的浸泡实验,通过公式计算可得304L、316L、2205、2507四种刚才在溶液1、2、3中的腐蚀速率,如表。


   如图所示,从腐蚀工程的应用观点来看,腐蚀深度指数具有使用价值,不锈钢在使用过程中多数是由于局部腐蚀的发生而影响构件的使用寿命和安全状况。奥氏体不锈钢316L和304L在三种溶液中的腐蚀速率都超过了0.1 mm/a,而双相不锈钢2205和2507的腐蚀速率则在10-3mm/a,两者相差两个数量级,说明在含有0.5 M Cl-溶液的环境中,选择使用316L和304L奥氏体不锈钢是不适合的,容易造成点蚀的发生,从而增大了安全事故的风险系数和维修成本,而2205双相不锈钢和2507超级双相不锈钢则能很好抵御氯离子的侵蚀,可以作为设备在高浓度氯离子环境下运行的候选材料。同时可以看出,当向含有Cl-溶液中加入SO42-或HCO3-时,腐蚀速率比仅含有Cl-溶液中的小,说明SO42-或HCO3-能够减缓高浓度Cl-对不锈钢基体的侵蚀。


  动电位极化曲线图所示是在溶液1、2、3中分别测得四种钢材试样的动电位极化曲线,从图中可以明显看出,2507和2205双相不锈钢在三种溶液中都具有较宽的钝化区间,点蚀电位都在1.0 V左右,而316L和304L 奥氏体不锈钢在三种溶液中的钝化区间则很窄,点蚀电位都在0.1 V左右,说明2507和2205双相不锈钢在高浓度Cl-溶液中的表现优于普通奥氏体不锈钢316L和304L。另外,对比2507不锈钢和2205不锈钢的极化曲线可以发现,双相不锈钢的极化曲线表现为明显的溶解-钝化行为,说明双相不锈钢在三种溶液中的电极动力学过程相差不大,而奥氏体不锈钢在三种溶液中的极化曲线并没有明显的溶解-钝化特征,这也说明奥氏体不锈钢的耐蚀性能比双相不锈钢的耐蚀性差。此外,从图中可以看出,当电位扫描到点蚀电位附近时,304L不锈钢的极化曲线产生明显的震荡,说明此时亚稳态点蚀很多,这也说明四种钢材中304奥氏体不锈钢对Cl-是最敏感,高浓度Cl-对304奥氏体不锈钢基体的侵蚀程度最强,这与之前讨论的四种型号钢材的耐点蚀当量PRE值相吻合。

 

 电化学阻抗图是四种不同型号的钢材在溶液1、2、3中的图。根据电化学阻抗理论可知,曲线的弧度越大,说明电化学阻抗越大,从图中可以直观地看出,阻抗值的大小分别是2507>2205>316L>304L,说明双相不锈钢2507在溶液1、2、3中的耐蚀性能最好,其次是2205双相不锈钢和316L不锈钢,最差的是304L不锈钢。同时对比每种型号的钢材在溶液1、2、3中的阻抗,可以发现,添加有HCO3-或者SO42-的含Cl-溶液中阻抗大于仅含有Cl-溶液中的阻抗,说明HCO3-能够减弱Cl-对于基体的腐蚀,这与动电位极化曲线得出的结论是一致的。关于HCO3-和SO42-是如何影响Cl-对双相不锈钢2507基体的侵蚀过程的讨论将在下一章中详细展开。最后对比316L不锈钢和304L不锈钢的阻抗图中可以发现,在低频时出现阻抗,说明此时电化学过程受浓差极化控制,意味着可能由于次生腐蚀产物导致的离子扩散过程受阻而导致的。


 通过失重法测得双相不锈钢2205和2507以及奥氏体不锈钢316L和304L在含有0.5 M Cl-的溶液中腐蚀速率的数量级分别是在10-3mm/a,10-1mm/a,两者相差两个数量级,根据耐蚀性能的等级分类可知,在含有0.5 M Cl-的环境中不适合使用奥氏体不锈钢,适合使用2205和双相不锈钢2507。通过综合分析四种不锈钢在溶液1、2、3中的腐蚀速率和电化学测量结果可得,一定条件下HCO3-或SO42-能够减缓高浓度Cl-对不锈钢基体的侵蚀速率。


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本文标签:双相不锈钢 

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