典型金屬材料在淡化海水中的腐蝕性能

李 超，李志超，吳 恒，張 波

（1.青島鋼研納克檢測防護技術有限公司，青島266071；2.鋼鐵研究總院 青島海洋腐蝕研究所，青島266071）

水資源緊缺形勢日益嚴重，淡化海水代替淡水作為循環冷卻水已逐漸被沿海企業所采用。由于海水屬于強腐蝕性介質，雖然淡化后的海水中腐蝕性離子濃度明顯降低，但其仍具有比淡水強的腐蝕能力，容易導致設備發生腐蝕故障［1］。另外，由于各種需要，循環水中常常要加入阻垢劑或緩蝕劑等各種化學藥劑，這也會增加循環水的腐蝕性［2-4］。為了合理選擇設備材料，避免腐蝕事故的發生，應對淡化海水介質中服役材料的耐蝕性進行研究。目前，材料在循環水中腐蝕性的研究主要以淡水循環水［5-6］和海水循環水［7-10］為試驗介質，而對淡化海水循環水的研究較少［11］。

本工作選擇典型金屬材料碳鋼、不銹鋼和黃銅作為研究對象，研究了其在淡化海水介質中的耐蝕性，并研究溫度和緩蝕阻垢劑對耐蝕性的影響，為使用淡化海水作為循環冷卻水的工業系統的合理選材提供試驗基礎和數據支持。

1 試驗

1.1 試驗材料

試驗材料為10＃碳鋼、321不銹鋼和HSn70-1A黃銅，化學成分見表1。

表1 試驗材料合金元素成分 %

試驗介質為某公司采用反滲透技術生產的淡化海水，濃縮后作為試驗用水。水質指標如下：pH＝8.67，電導率為1.277ms·cm-1，鹽度為0.64%，Cl-質量濃度為350mg·L-1，溶解氧6.82mg·L-1；添加的緩蝕阻垢劑為海水淡化公司提供的循環水配套緩蝕劑，添加質量濃度為160mg·L-1，用氯化鈣調節溶液鈣硬度為75mg·L-1，用氫氧化鈉和碳酸氫鈉調節堿度為200mg·L-1，鈣硬度和總堿度均以碳酸鈣計，pH調為8.5。試驗溫度分別為35℃，50℃和70℃。

1.2 浸泡試驗

浸泡試樣尺寸為50mm×25mm，厚度為2～3mm，側面拋光，主試驗面磨光，粗糙度Ra為3.2μm。試樣用丙酮去除油污，干燥，測量試樣尺寸，精確至0.01mm，稱量試樣質量，精確至1mg。

試驗方法參照GB／T 7901-1999進行，試驗時間為30d；試驗結束后拍攝試樣表面腐蝕形貌，清除腐蝕產物后稱量，計算腐蝕速率。腐蝕產物去除按GB／T 16545-1996進行。

1.3 電化學試驗

循環伏安曲線測定采用三電極體系，飽和甘汞電極（SCE）作參比電極，鉑電極作輔助電極，工作電極為316L。將試樣加工成1cm×1cm的方形試樣，焊接銅導線，用環氧樹脂封固，試樣裸露面積為1cm2。試驗前將試樣的表面用水砂紙逐級打磨至1 000＃，然后用丙酮、去離子水依次清洗，冷風吹干，放入干燥器干燥備用。

用EG＆G 2273電化學工作站測量循環伏安曲線，待試樣開路電位穩定后測定其循環伏安曲線。掃描電位從自腐蝕電位開始向陽極方向掃描，掃描速率為2mV·s-1，掃描至自腐蝕電位以上900mV后回掃至自腐蝕電位。

2 結果與討論

2.1 10＃碳鋼

圖1為10＃碳鋼在不同溫度下浸泡試驗后的腐蝕形貌。10＃碳鋼在淡化海水中的腐蝕產物主要分為兩層，外層腐蝕產物為黃色和褐色，腐蝕產物疏松且附著力較差，內層腐蝕產物為黑色，附著力較好。加入藥劑后，10＃碳鋼表面呈現出不均勻腐蝕現象，腐蝕產物以褐色和黑色為主，附著力較好。由圖1（d）和1（h）可見，10＃碳鋼主要發生均勻腐蝕。

圖1 10＃碳鋼浸泡試驗腐蝕形貌

圖2為10＃碳鋼在不同溫度淡化海水中的腐蝕速率。由圖2可見，隨著溫度升高，10＃碳鋼的腐蝕率增加，最高超過0.35mm·a-1；加入緩蝕阻垢劑后，相同溫度下腐蝕率略有降低，仍隨溫度升高而增大，最高接近0.3mm·a-1。這說明在淡化海水中，對碳鋼在淡化海水中的腐蝕具有微弱的抑制作用，溫度對腐蝕速率影響更大。

圖2 10＃碳鋼在不同溫度淡化海水中的腐蝕速率

2.2 HSn70-1黃銅

圖3為在黃銅HSn70-1在不同溫度下浸泡試驗后的腐蝕形貌。HSn70-1表面出現斑狀紅色沉積物，隨溫度升高，紅色沉積物增多。這是因為黃銅HSn70-1發生了脫鋅腐蝕，使銅沉積在試樣表面。從圖3（d）可以看出，加入緩蝕阻垢劑后，黃銅HSn70-1在70℃下仍不發生脫鋅腐蝕，這說明該緩蝕阻垢劑能夠抑制脫鋅腐蝕的發生。

圖4為HSn70-1黃銅在不同溫度淡化海水中的腐蝕速率。在淡化海水中，在溫度較高（70℃）時，HSn70-1黃銅的腐蝕速率較大，約0.035mm·a-1；加入緩蝕阻垢劑后，腐蝕速率明顯降低到0.01mm·a-1以下。溫度較低時，腐蝕速率均小于0.01mm·a-1，加入緩蝕阻垢劑后，腐蝕速率略有降低。這說明在淡化海水中，緩蝕阻垢劑對的HSn70-1黃銅脫鋅腐蝕具有抑制作用，且在溫度較高時作用明顯。

2.3 321不銹鋼

圖5為321不銹鋼在70℃時浸泡的腐蝕形貌。在淡化海水中，無論是否添加緩蝕阻垢劑，不銹鋼321均無明顯腐蝕跡象。

為進一步研究溫度和緩蝕阻垢劑對321不銹鋼耐蝕性的影響，對321進行循環伏安曲線測試，見圖6。

對循環伏安曲線進行擬合，得到321不銹鋼在淡化海水中的點蝕特征電位，見表2。

從表2可以看出，在淡化海水中，隨著溫度升高，321的點蝕擊穿電位Eb和點蝕保護電位Epr負移。這表明溫度升高后，321的鈍化膜穩定性降低，更容易被破壞，同時破壞區域的鈍化膜修復難度增大，材料的耐點蝕性能下降。加緩蝕阻垢劑后，321的點蝕擊穿電位Eb和點蝕保護電位Epr基本不變，說明緩蝕阻垢劑對321耐點蝕性能的影響不大。

表2 321不銹鋼的點蝕特征電位

3 結論

試驗結果表明，在淡化海水循環水中，10＃碳鋼發生均勻腐蝕，腐蝕率都隨著溫度升高而增大，緩蝕阻垢劑對腐蝕有輕微的抑制作用；HSn70-1黃銅發生脫鋅腐蝕，腐蝕速率都隨著溫度升高而增大，緩蝕阻垢劑對腐蝕有抑制作用，在高溫時抑制作用明顯；不銹鋼無明顯腐蝕現象，但可能發生點蝕，隨溫度升高，耐點蝕性能降低，緩蝕阻垢劑對不銹鋼耐點蝕性能影響不大。

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