新型無磁高強度A10不銹鋼的耐海水腐蝕性能

李玉穩,黃春波,高余順,薛 春,劉新橋

(1. 中國船舶重工集團公司 第七○四研究所,上海 200031;2. 上海材料研究所 上海市工程材料應用與評價重點實驗室，上海 200437)

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新型無磁高強度A10不銹鋼的耐海水腐蝕性能

李玉穩1,黃春波2,高余順2,薛 春2,劉新橋2

(1. 中國船舶重工集團公司 第七○四研究所,上海 200031;2. 上海材料研究所 上海市工程材料應用與評價重點實驗室，上海 200437)

通過鹽霧試驗、海水浸泡試驗、實際海域掛片試驗及應力腐蝕試驗結合表面形貌觀察和顯微組織分析，研究了新型無磁高強度A10不銹鋼及其對比材料917鋼的耐海水腐蝕性能。結果表明：A10不銹鋼在海水中全面腐蝕速率低,腐蝕試樣表面光亮、無銹、無點腐蝕、無裂紋；而在相同條件下，917鋼銹蝕嚴重。A10不銹鋼在海水中的耐蝕性遠優于917鋼的，且具有優良的抗應力腐蝕開裂性能。

A10不銹鋼;917鋼;耐海水腐蝕性能

造船工業是我國重點支柱產業之一。特種艦船的船體需采用無磁或低磁材料。目前，國外大多采用玻璃鋼或高強度低磁鋼來制造低磁船體。高強度低磁鋼的抗沖擊性能優于玻璃鋼，無脆性轉變溫度，而且低磁鋼的高溫強度高，不會象玻璃鋼那樣在高溫下熔化和燃燒，可以滿足大噸位艦艇的技術要求。

國內，長期以來采用從前蘇聯引進的低磁鋼917鋼(45Mn17Al3)制造低磁船體。該鋼合金含量低，機械加工性能和焊接工藝性能差，且在海水或海洋氣氛環境中腐蝕嚴重。

本項目組開發的新型無磁高強度A10不銹鋼，具有磁性低(相對磁導率小于1.005)、強度高(抗拉強度大于800MPa、屈服強度大于470MPa)、耐海水腐蝕性能優異等優點。該新鋼種不僅可適用特種艦船的船體建造，還可推廣作為一種功能材料，用于機電、IT、電子產品、低磁性材料模具等。本工作主要研究了A10不銹鋼耐海水腐蝕性能，其磁性能和力學性能將另行討論。

1　試驗

試驗用A10不銹鋼(以下稱A10鋼)的化學成分(質量分數/%)為：C0.098，Si0.36，Mn12.8，Cr16.2，Ni2.6，Mo0.62，N0.24，Fe余。917鋼化學成分(質量分數/%)為：C0.45，Si0.62，Mn17.3，Al2.8，Fe余。A10鋼和917鋼在1 050 ℃進行固溶處理。

根據不同試驗的要求，將A10鋼和917鋼分別加工成不同尺寸的試樣。試驗前，用金相砂紙對所有試樣表面進行逐級打磨,使其表面粗糙度為0.2μm，并用無水乙醇清洗除油、干燥。

鹽霧試驗按GB/T10125-1997《人造氣氛中的腐蝕試驗-鹽霧試驗》進行。試樣為φ20mm×5mm的圓片，試驗溫度為(35±2) ℃，用質量分數5%、pH6.5～7.2的NaCl溶液對3個試樣進行96h連續噴霧。

海水浸泡試驗采用3個尺寸為25mm×35mm×3mm試樣，試驗溫度為(35±2) ℃，試驗介質為取自洋山東海的天然海水，試驗周期60d，隔30d換水一次。

實際海域海水掛片試驗按GB/T5776-2005在廈門海域常溫試驗條件下(全浸和潮差)進行。試樣尺寸為10mm×100mm×200mm，全浸和潮差掛片試樣各3個,掛片試驗周期為287d。

應力腐蝕開裂(SCC)試驗采用四點彎曲恒形變法，試樣尺寸為5mm×9mm×110mm。試樣通過支架加載，支架和緊固螺栓用GH132高溫合金加工制成。預加應力為0.8倍的屈服強度(380MPa),試驗溫度為(35±2) ℃；試驗介質為取自洋山東海的天然海水；試驗周期為1 000h，隔500h換水一次。

海水浸泡和實際海域掛片試驗結束后，觀察試樣表面形貌；分別用FA1004N電子天平和ALH-1.5電子稱量浸泡和掛片試樣腐蝕前后的質量，并根據式(1)計算試樣的質量損失率。用LEICA-DMLM型光學顯微鏡觀察SCC試樣中間變形部位的顯微組織。

(1)

式中：δ為質量損失率；m0為試驗前試樣的質量；m1為試驗后試樣的質量。

2　結果與討論

2.1鹽霧試驗

由圖1可見，經96h的鹽霧試驗后，917鋼表面全面腐蝕，形成較厚的腐蝕膜；而A10鋼表面光亮，無點蝕，僅在小于0.1%表面上出現少量微小銹點。可見，A10鋼在NaCl溶液中的耐蝕性遠優于917鋼的。

2.2海水浸泡試驗

試驗結果表明，917鋼在海水中浸泡不到1d就開始生銹。由圖2可見，在海水中浸泡60d后，917鋼表面全面腐蝕, 有紅色的腐蝕膜及腐蝕坑；而A10鋼浸泡60d后，表面依然光亮，沒有銹蝕發生。經稱量可知，A10鋼的質量幾乎不變，其質量損失率僅為0.04%，遠小于917鋼的(0.43%)。

2.3實際海域掛片試驗

在廈門海域常溫條件下，海水掛片試驗287d后，A10鋼和917鋼表面形貌見圖3。由圖3可見，在全浸、潮差條件下，經掛片試驗287d后，A10鋼表面均光亮，無點腐蝕；在全浸條件下，A10鋼固定孔周圍發生微小縫隙腐蝕，其質量損失率為1.84%；而潮差條件下，A10鋼質量幾乎無損失。在全浸、潮差條件下，經掛片試驗287d后，917鋼整個

表面形成較厚的腐蝕膜，出現大而多的腐蝕坑，其在全浸和潮差條件下的質量損失率分別為3.31%和4.54%。掛片試驗結果表明，A10鋼在實際海域的耐海水腐蝕性能優于917鋼的。

2.4SCC試驗

由圖4可見，經SCC試驗后，A10鋼表面光亮，無銹蝕、無SCC裂紋。由圖5可見，變形最大的中間部位，其組織為奧氏體且晶界無析出物，沒有SCC裂紋。由此可見，A10鋼在海水中具有優良的抗SCC性能。

2.5分析與討論

A10不銹鋼的組織為單一奧氏體，即使經過SCC試驗，在變形最大的中間部位的晶界處無析出或偏析，避免了由晶界偏析導致的各種腐蝕。A10鋼中鉻的質量分數大于13%，表面會形成一層具有耐腐性的鈍化膜。另外，該鋼中的鉬是耐點蝕元素，鈍化系數高，能擴大鈍化范圍[1]。鎳是形成奧氏體和穩定奧氏體的最佳元素，對提高鋼的耐蝕性、力學性能和熱加工性均有積極的作用。氮能增加再鈍化能力，強化鉻、鉬元素的耐蝕性，抑制鉻、鉬過鈍化溶解，提高金屬材料的耐點蝕和耐應力腐蝕的能力[1-3]。由于鈍化元素鉻、鉬、鎳、氮的協同作用，使A10鋼表面形成了耐蝕性較好的鈍化膜，所以A10鋼的耐海水全面腐蝕、抗SCC性能都較好。

在廈門實際海域的掛片試驗中，全浸條件下A10鋼板固定孔周圍發生微小縫隙腐蝕。這可能是由于鋼板與螺栓墊片間有縫隙，在全浸條件下，縫隙內溶液相對靜止，加上微生物覆蓋等原因，使縫隙內溶液中氯離子含量增加、氧含量降低，溶液發生酸化，最終導致縫隙腐蝕。

3　結論

(1) 經鹽霧試驗(35 ℃、5%NaCl溶液)、東海海水浸泡試驗以及廈門實際海域掛片試驗，新型無磁高強度A10不銹鋼表面光亮、無銹點、無點腐蝕、無全面腐蝕腐蝕發生；而在相同條件下，917鋼銹蝕嚴重。A10不銹鋼在海水中的耐海水全面腐蝕的性能遠優于917鋼的。

(2)A10不銹鋼SCC試樣在35 ℃的東海海水中浸泡1 000h后，試樣表面光亮，無銹蝕、無SCC裂紋。變形最大的中間部位組織仍為奧氏體，且晶界無析出物。因此，A10鋼在海水中具有優良的抗SCC性能。

[1]朱長春,陳志強,鐘志興. 耐海水無磁不銹鋼的研究[J]. 2003,25(1):4-7.

[2]劉海定，王東哲，魏捍東，等. 高氮奧氏體不銹鋼的研究進展[J]. 特殊鋼，2009，30(4):45-48.

[3]崔大偉，曲選輝，李科. 高氮低鎳奧氏體不銹鋼的研究進展[J]. 材料導報，2005，19(12):64-67.

CorrosionResistanceofANewNon-magnetic&HighStrengthStainlessSteelA10inSeaWater

LIYu-wen1,HUANGChun-bo2,GAOYu-shun2,XUEChun2,LIUXin-qiao2

(1.No. 704ResearchInstituteofChinaShipbuildingIndustryCorporation,Shanghai200031,China;2.ShanghaiKeyLaboratoryofEngineeringMaterialsApplicationandEvaluation,ShanghaiResearchInstituteofMaterials,Shanghai200437,China)

Thecorrosionresistanceinseawaterofanewnon-magnetic&highstrengthstainlesssteelA10andcontrastivesteel917wasinvestigatedbymeansofsaltspraytest,soakingtest,couponcorrosiontestandstresscorrosioncrackingtestincombinationwithobservationofsurfacemorphologyandanalysisofmicrostructure.ResultsshowthatthegeneralcorrosionrateofstainlesssteelA10inseawaterwaslowsothatthesurfacesofspecimenswereglossywithoutrusts,pitsandcracks.Inthesameconditions,steel917corrodedseverely.Thus,thecorrosionresistanceofA10steelwasbetterthanthatof917steelinseawater.TheresistancetostresscorrosioncrackingofsteelA10wasgoodinseawateralso.

stainlesssteelA10;steel917;corrosionresistanceinseawater

10.11973/fsyfh-201606005

2015-10-22

上海市應用技術開發專項項目(06-001)

李玉穩(1982-)，工程師，碩士，從事船舶設備設計研究，02164718118，liyuwenli@126.com

TG172.5

A

1005-748X(2016)06-0458-03