奧氏體不銹鋼海水沖蝕行為研究

張 斌，薛忠亮，張 宇，仇志艷，張鳳泰，繆連城

(南京工程學院材料工程學院， 江蘇 南京 211167)

1 材料及方法

實驗在人工海水環境下進行。人工海水配方為：氯化鈉25g/L，氯化鎂5.23g/L，硫酸鈉 4.09g/L，氯化鈣1.17g/L，氯化鉀0.72g/L，碳酸氫鈉0.20g/L，溴化鉀0.10g/L，將其溶于自來水中[1]。

實驗試樣采用厚度為3mm的304奧氏體不銹鋼板材和普通鍍鋅鋼，通過線切割獲得。試樣尺寸為30mm×20mm。

采用ZKYY-20L沖刷試驗機進行沖刷腐蝕實驗。將試樣固定在旋轉桿上，置于配好的人工海水中，由調速電動機驅動旋桿旋轉[2]。轉速分別為381r/min、476r/min、767r/min，得到的沖刷速度為3m/s、5m/s、8m/s，將人工海水溫度分別恒定在30℃、40℃和60℃，測定304奧氏體不銹鋼在不同溫度下周期為8h沖蝕的質量損失。同時用普通鍍鋅鋼在60℃下進行了對比實驗。沖刷結束將樣品用超聲波清洗機進行清洗后置于干燥皿內，待溫度降至室溫后，用FA1004型電子天平進行稱量，取腐蝕失重即原始質量m0和沖刷后質量m1，腐蝕速率用單位時間單位面積上金屬沖蝕的質量損失進行表示V=(m0-m1)/(st)。

2 實驗結果及分析

2.1 對比沖刷速度對304奧氏體不銹鋼和普通鍍鋅鋼沖蝕速率的影響

圖1 304奧氏體不銹鋼(a)和鍍鋅鋼(b)的沖蝕速率隨沖刷速度變化

304奧氏體不銹鋼和普通鍍鋅鋼在不同沖刷速度下的腐蝕速率的如圖1所示。從圖1(a)和(b)中可以看出沖刷速度越大，腐蝕速率越大，說明沖刷速度對腐蝕速率有著重大的影響。

在40℃下的曲線，3m/s到5m/s的沖刷速度下腐蝕速率上升緩慢，5m/s以后腐蝕速率逐漸加快。

圖1(a)中在沖刷速度為5m/s的30℃下和40℃下，腐蝕速率很接近。總體上看，隨著溫度的升高，腐蝕速率就會越大。

在60℃下的曲線，3m/s到5m/s的沖刷速度下腐蝕速率上升很快，5m/s以后腐蝕速率上升變緩。

對比圖1(a)和圖1(b)，鍍鋅鋼在海水中更容易遭受腐蝕；隨著沖刷速度的增加，鍍鋅鋼的腐蝕速率明顯地呈曲線型增加；在5m/s沖刷速度下，普通鍍鋅鋼存在轉折點，可能原因為腐蝕產物滲入基體與基體發生反應。

相比之下在60℃較高速度時，304奧氏體不銹鋼耐腐蝕性更強。

2.2 溫度對304奧氏體不銹鋼海水沖蝕速率的影響

圖2 5m/s沖刷速度下304不銹鋼腐蝕速率

從圖2中的海水溫度與沖蝕速率的關系曲線，可以看出海水溫度在30～60℃之間時，當海水溫度增加時，304奧氏體不銹鋼的腐蝕程度越明顯，沖刷腐蝕速率呈線性增加的趨勢。并且溫度在35～40℃之間時，存在較明顯的臨界腐蝕溫度。

2.3 試樣表面腐蝕形貌觀察及分析

圖3 不同沖刷速度下304不銹鋼試樣沖蝕表面的形貌(SEM，40℃，沖刷時間8h)

由圖3可見，在5m/s時，試樣表面裂紋分布不均勻，有疏有密，而且區域明暗也不同；8m/s時，腐蝕更加嚴重，裂紋密集，部分區域呈現出獨特的絮狀物。

304不銹鋼在海洋環境中發生的腐蝕主要是晶間腐蝕。沖刷速度比較低的時候，海水刷過材料表面造成的損害較輕，不一定能破壞表層自發形成的鈍化膜。當海水的沖刷速度升高的時候，水流沖刷的機械作用增強，金屬表面的氧化膜容易剝落：同時，海水沖蝕304不銹鋼表面容易侵蝕鈍化膜進而滲入基體造成晶間腐蝕，這種晶間腐蝕與沖刷共同作用的過程使腐蝕速率加快[3-4]。這與在圖3表現的情況是一致的。

隨著溫度的提高，會使海水中的溶解氧含量和氧的擴散速率增大，導致304不銹鋼的腐蝕速率增大。此外，溫度的提高使得海水中氯離子活性加強，304不銹鋼表面難以形成長期致密穩定的鈍化膜，從而304不銹鋼的腐蝕速率急劇上升。

3 結論

(1)海水的沖刷速度較低時，水流對304不銹鋼表層鈍化膜的破壞作用較輕，試樣沖刷腐蝕速率較小；沖刷速度增加時，由于晶間腐蝕和機械沖刷作用的共同影響，沖刷腐蝕速率明顯加快。

(2)在 30～60℃溫度范圍內，隨著海水溫度的提高，304不銹鋼晶間腐蝕的發生程度趨于嚴重，沖刷腐蝕速率呈線性增加。

[1] 李曉孟，國秀花，張彥敏，等.人工海水沖刷時間對B10管電化學性能影響的研究[J].材料研究與應用,2016 (1):53-56.

[2] 劉露露，鄒 帥，萬冬陽，等. 沖刷速度和溫度對低碳鋼在海水中沖蝕行為的影響[J].山東化工,2015,44(21):15-16.

[3] 范強強.316L奧氏體不銹鋼的腐蝕行為[J].全面腐蝕控制,2013,26 (11):39-43.

[4] 蘇璐璐.不銹鋼和Q235鋼海水腐蝕機理研究[D].濟南：山東大學,2010.

(本文文獻格式：張斌，薛忠亮，張宇，等.奧氏體不銹鋼海水沖蝕行為研究[J].山東化工，2018，47(02)：73，75.)