2507不锈钢

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2507双相不锈钢在不同氯离子含量冷却水中的腐蚀行为

来源:至德钢业 日期:2021-05-05 18:59:11 人气:339

 浙江至德钢业有限公司采用失重法、扫描电镜和能谱分析及电化学测试研究了2507双相不锈钢在4种氯离子含量冷却水模拟溶液中浸泡60天后的腐蚀行为。结果表明:2507双相不锈钢的腐蚀程度均属于轻度腐蚀,平均腐蚀速率随着氯离子浓度增加先升后降,氯离子的质量分数约在237mg/L时平均腐蚀速率达到最大。但随着氯离子浓度增加孕育点蚀的灰斑数量先升后降再升,氯离子的质量分数在237mg/L时灰斑数量最少。均未出现点蚀坑,点蚀电位高达约1.2V。


 石化业是受腐蚀危害最严重的部门之一。冷却水换热器是石化业离不开的重要设备,腐蚀严重危害冷却水换热器正常工作和寿命。双相不锈钢管具有屈服强度高、韧性好、疲劳强度高、耐蚀性好等优点,故在石油、化工、军工等领域得到广泛应用。不锈钢优良的耐蚀性主要归功于表面的钝化膜,冷却水中含有多种可溶性物质,其中氯离子是破坏不锈钢钝化膜最重要的侵蚀性离子。超级双相不锈钢2507国标00Cr25Ni7Mo4N ,从瑞典公司开发至今不足30年,对于2507双相不锈钢的研究国内集中在组织、力学性能及热加工变形性能等方面,在腐蚀方面的研究很少。浙江至德钢业有限公司研究了2507双相不锈钢在不同氯离子含量冷却水模拟溶液中浸泡60天的腐蚀行为及腐蚀规律,为2507双相不锈钢的工程应用提供抗点腐蚀数据。


一、试验材料及方法


 1. 验材料及试样制备


 试验用2507双相不锈钢样取自厚9mm钢板,其化学成分(质量分数%)为:碳:0.014、铬:24.39、镍:7.38、钼:4.33、锰:1.38、氮:0.32、硅:0.39、硫:0.001、磷:0.023 。用线切割加工成50mm×25mm×2mm、11mm×11mm×3mm  2种试样。前者用于腐蚀产物观察试验。后者用于腐蚀失重与电化学参量测试试验,将试样与导线焊接后,用环氧树脂将焊接面及与其相邻的4个面进行密封绝缘,另一面作为试验工作面。试样工作面均用砂纸逐级打磨至1000号,其打磨方向保持一致,然后用蒸馏水冲洗,丙酮去油,无水酒精擦洗后低温烘干,称重、测尺寸,放置于干燥器内备用。


 2. 试验方法


   实验用冷却水溶液模拟某炼油厂的循环冷却水,其主要成分如表所示,即冷却水模拟溶液(pH值7.65,主要成分SO42-55.5mg/L、HCO3-98.9mg/L)中分别添加了4种氯离子含量。溶液在放入试样前进行灭菌(高压锅,在1.2MPa、120℃下灭菌 20分钟)。将标上记号2507双相不锈钢管挂片和试样在室温条件下浸泡在上述4种溶液中,浸泡时间60天。

 

 电化学试验在电化学测试系统上进行,采用标准三电极体系,工作电极为2507双相不锈钢,辅助电极为铂丝,参比电极为饱和氯化钾甘汞电极,测试样在不同氯离子含量下开路电位、阻抗谱及极化曲线。测量阻抗谱的频率为0.01Hz~10KHz,测量信号是幅值10mV交流正弦波,用阻抗分析软件处理数据,极化曲线扫描范围-0.5~1.5V,扫描速度为1mV/s。2507双相不锈钢试样腐蚀到一定时间后取出,用型扫描电镜观察试样表面腐蚀形貌,用其附带能谱仪分析腐蚀产物成分。将试片取出,表面用除锈液(500mL盐酸+500mL去离子水+3.5g六次甲基四胺)进行彻底除锈后,用分析天平称重。试片的腐蚀速率v(mm/a)按式进行计算:V=8

 

二、试验结果及分析


 1. 腐蚀失重


  通过失重试验测得2507双相不锈钢在4种氯离子含量冷却水模拟溶液中浸泡60天后的平均腐蚀速率如图所示。可以看出随着溶液中氯离子的浓度从50~350mg/L增加时,2507双相不锈钢管样的平均腐蚀速率变化趋势从显著增加到非常缓慢增加而后又明显减小。冷却水模拟溶液中氯离子的浓度约在237mg/L时,2507双相不锈钢管平均腐蚀速率最大为0.016588mm/a。依据NACERP 0775-2005  标准规定,这样的平均腐蚀速率均小于0.025mm/a ,属轻度腐蚀,足见2507双相不锈钢管在冷却水溶液中耐氯离子腐蚀性能良好。

 

 2. 腐蚀产物分析


 虽然2507双相不锈钢以 NACERP 0775-2005  标准的失重判别为轻度腐蚀,在含有氯离子溶液中更重要是看钢的耐局部点腐蚀性能。为考察点蚀是否发生,必须对2507双相不锈钢在氯离子溶液中的腐蚀产物和腐蚀特征进行分析。2507双相不锈钢管在4种氯离子含量冷却水模拟溶液中浸泡60天后的SEM形貌像见图所示。


 观察图2钢样未见明显腐蚀,钢样表面加工痕迹清晰可见,试片表面有一些灰色腐蚀斑点。对腐蚀灰斑做EDS分析见图。从图中可以发现氧原子含量相对于其他部位明显增高,而铬原子含量则明显降低,说明氯离子优先破坏了钢基体表面这一局部部位的钝化膜,点蚀将从这里孕育形核,但尚未形成点蚀坑。在这样严酷的复合腐蚀溶液中浸泡60天也未产生点蚀坑,足见2507双相不锈钢耐点蚀性能的优良。由于氯离子半径较小,容易破坏钢表面的钝化膜,是造成点蚀发生的主要原因。对比图中4种氯离子含量下的冷却水模拟溶液对2507双相不锈钢腐蚀的SEM形貌像图,可见氯离子含量不同对2507双相不锈钢耐点蚀性能影响不同。随着溶液中氯离子的质量分数从50~350mg/L 持续增加时,钢样表面的腐蚀斑点数量变化趋势从显著增加到明显减少到再增加。氯离子的质量分数在237mg/L 时,腐蚀灰斑很少基本没有,结合失重试验测得此溶液中2507双相不锈钢平均腐蚀速率最大说明钢样发生的基本是均匀的全面腐蚀,即当冷却水溶液中氯离子的质量分数约在237mg/L时2507双相不锈钢耐点蚀性能最好。


 3. 电化学测试分析


 2507双相不锈钢在不同氯离子含量冷却水模拟溶液中浸泡60天后的阻抗谱和极化曲线进行叠加如图所示。由图可以看出,阻抗都表现出一个较大的半圆弧,甚至可以说是一条几乎倾斜直线,说明2507双相不锈钢管在不同氯离子含量冷却水模拟溶液中都有良好的钝化性能和耐腐蚀性能。且随着氯离子含量增加,其阻抗值先减小后增大,这说明随着氯离子浓度的增加,腐蚀速率是先增大后减小验证了失重试验的结果。同时阻值变化幅度很大,说明2507双相不锈钢在不同氯离子含量下的冷却水模拟溶液中腐蚀敏感性变化较大,这和图的结果一致。


从图可以看出,随氯离子添加比例的增加,极化曲线变化不太明显。结合图和表可以看出:


  a.  2507双相不锈钢在150、237、350mg/L 的溶液中时,阳极塔菲尔斜率Ba值远远大于阴极塔菲尔斜率Bc值,说明在腐蚀过程中2507双相不锈钢是阳极控制,阴阳极塔菲尔斜率都没有较大的变化,说明阴阳极的反应机理并没有发生改变,而在50mg/L 的溶液中时,Ba 值大约是Bc 值4倍,说明在腐蚀过程中2507双相不锈钢是阳极控制为主,同时也伴随着阴极控制;


   b. 阳极极化曲线均是开始阶段金属处于活化状态,随着电位升高,出现钝化现象,当电位进一步升高,极化曲线再次出现活化现象(即过钝化现象),并同时存在钝化过程。在电位进一步升高时,阳极极化曲线出现腐蚀电流密度加快的斜台,斜台下缘即为点蚀电位,约为1.2V,超过这个电位后,阳极极化曲线的电流密度迅速增大,将出现点蚀。


   c. 表拟合值平均腐蚀速率与图的失重测试结果也符合良好。


三、结论


 1. 2507双相不锈钢的平均腐蚀速率随着氯离子浓度增加先升后降,氯离子的质量分数约在237mg/L时平均腐蚀速率达到最大。腐蚀程度均属于轻度腐蚀,都具有良好的钝化性和耐蚀性。


 2. 2507双相不锈钢的表面出现腐蚀灰斑,灰斑数量随着氯离子浓度增加先升后降再增加,氯离子的质量分数在237mg/L时孕育点蚀的灰斑数量最少。金属的腐蚀表面均未出现点蚀坑,点蚀电位高达约1.2V。



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