金屬材料在超臨界水中動態腐蝕特性

劉云帆，雷賢良*，茍靈通，李德標

（1 西安交通大學 動力工程多相流國家重點實驗室，西安 710049；2 西安特種設備檢驗檢測院，西安 710065）

超臨界流體具有較高的溶解度、擴散系數和較低的介電常數，這些特殊的物理性質使其獲得了廣泛的應用［1-8］。例如在石油和化工領域，超臨界水氧化（supercritical water oxidation，SCWO）技術由于反應速率快、反應產物簡單、環保性好等特點，已經發展成為一種其他方法無法比擬的綠色環保技術。并且SCWO技術也已經形成了一定的產業規模，21 世紀以來取得了很大的經濟效益［9-14］。在熱工領域，由于超臨界水（SC-H2O）明顯提高了電廠的主蒸汽壓力和主蒸汽溫度，使得電廠的循環效率得到提高，因此超臨界機組和超超臨界機組成為研究與大幅推廣的對象［15］。此外，還有超臨界壓水堆、超臨界二氧化碳布雷頓循環發電技術、跨臨界二氧化碳制冷空調、液體火箭發動機超臨界氫發汗冷卻等。隨著超臨界流體在各領域應用的逐步加深，金屬材料在超臨界工況下的腐蝕問題也日漸凸顯［16-18］。金屬材料直接與性質特殊的超臨界流體接觸，受到超臨界流體的氧化及雜質與工質的協同腐蝕等復雜機制的影響，輕則會使材料因腐蝕發生厚度減薄、機械應力和熱應力減弱等問題，重則會出現泄漏和爆管等危及系統安全的重大事故，這對超臨界系統的穩定、經濟、安全運行帶來嚴峻挑戰。

同時，在水冷壁、蒸汽發生器等工質循環系統中超臨界工質總是處于流動狀態，因此研究和掌握超臨界流體動態腐蝕機理對超臨界流體環境下改善材料抗腐蝕性能、合理設計超臨界流體系統以保證其安全穩定運行具有重要意義。在低壓條件下，流速增加通常會增大腐蝕速率，因為流動增強陰極去極化過程和加速反應產物從基體表面轉移的速率［19］。腐蝕產物層形成之后，流速對腐蝕速率的影響減弱［20］。Kermani 等［21］的研究結果表明，管道壁面附近的流動剪切應力也可能影響產物膜的形成和穩定性。徐奇［22］給出了流動加速腐蝕（flow accelerated corrosion，FAC）機理，材料腐蝕主要有鐵溶解擴散、基體表面離子反應和流動傳質、產物膜形成與脫落等過程，流動可以加速基體表面反應物的更新和產物膜的脫落，進而影響腐蝕進程。在超臨界環境中，Dugstad 等［23］揭示了X65 鋼在超臨界二氧化碳環境下（10 MPa，50 ℃），3 m·s－1的流速對應的腐蝕速率是靜態條件下的10倍。但Farelas 等［24］研究表明，反應釜攪拌轉速達到1000 r·min－1時，X65 在超臨界二氧化碳中的腐蝕速率反而降低。Hua 等［25］解釋，腐蝕速率的降低可能是因為樣片表面的水分被帶走而導致的。

目前關于超臨界工質腐蝕問題的研究，主要集中在靜態服役環境中，而忽略了實際超臨界工質環境中流體動力學因素的影響，并且部分研究尚存在一定分歧，同時已有的研究缺乏靜態條件與動態條件下的腐蝕機理對比探究。因此，本工作選用碳鋼（Q235，N80）、馬氏體鋼（P91，3Cr13）和奧氏體不銹鋼（304，316L）六種實際應用環境中的常用材料，以高溫高壓反應釜攪拌來模擬流體流動，在超臨界環境下開展動態腐蝕實驗研究。通過腐蝕樣片增重、表面形貌和腐蝕產物分析，對比六種材料在超臨界環境內靜、動態條件下的腐蝕情況，并結合材料基體界面處的微觀流體動力學信息，討論分析超臨界流體動態環境內材料腐蝕行為的作用機理，為我國超臨界系統的安全運行提供參考。

1 實驗系統及實驗方法

1.1 實驗系統

本工作構建的反應釜腐蝕實驗系統如圖1 所示。高溫高壓反應釜為其中最關鍵的部件，反應釜內材料可進行密閉式超臨界環境下的腐蝕實驗。

圖1 反應釜實驗系統圖Fig.1 Diagram of reactor experimental system

反應釜系統由釜體、腐蝕樣片掛件、加熱及控制系統與冷卻系統、氬氣吹掃系統、盤管冷卻回路等組成。其中反應釜設計壓力為35 MPa，設計溫度為500 ℃。反應釜釜體材料為321 不銹鋼，釜體容積為2 L。

反應釜中腐蝕樣片架為圓盤狀結構，安裝在螺紋型攪拌軸上，通過兩端螺母旋緊的方式使樣片架固定在預定位置。樣片架最外側等弧度開有6 個小槽并設置有螺紋孔。用螺絲將腐蝕樣片固定在樣片夾上，樣片隨攪拌軸同步旋轉，以此來模擬超臨界流體的動態環境。

1.2 實驗儀器

腐蝕實驗中腐蝕產物吸收環境中的氧等元素，一般用樣片質量增加來表示材料腐蝕特性。本工作中腐蝕時間較短，材料質量變化在毫克量級，因此采用Metller Toledo 精密電子天平，精度為 0.001 mg。腐蝕速率為：

式中：CR為腐蝕速率；Δm為腐蝕樣片質量變化；ρm為腐蝕樣片的密度；A為樣片暴露在腐蝕環境中的面積；t為腐蝕時間。

使用JEOL 7800F 場發射掃描電鏡，對金屬樣品納米尺度的形貌、微區域成分及微觀織構進行分析；使用Ultim Extreme 能譜探測器，配備在掃描電鏡上，在拍攝樣品表面形貌的同時獲取表面元素成分，分析產物膜的元素組成及分布情況；采用X’Pert Pro X 射線衍射儀獲取腐蝕產物膜的組成成分。

1.3 實驗材料

腐蝕實驗選取Q235，304，316L，P91，N80 及3Cr13 六種材料，其化學成分如表1 所示。腐蝕樣片尺寸為20 mm×10 mm×2 mm，單個樣片的質量約為2.7 g，樣片一端配置有直徑為2 mm 的螺紋孔。樣片表面依次用180#，400#，800#，1200#的SiC 水砂紙打磨，然后再用超聲波清洗器進行清洗，清洗介質依次為去離子水、酒精和丙酮。干燥后用電子天平（精度0.001 mg）對各樣片進行稱重。

表1 金屬材料化學成分（質量分數/%）Table 1 Chemical compositions of metal materials（mass fraction/%）

1.4 實驗方法

1.4.1 實驗流程

動態腐蝕實驗流程圖如圖2 所示。腐蝕時長為72 h，實驗結束后對所有樣片進行質量增加量、表面形貌及腐蝕產物成分分析，進而分析材料在超臨界流體動態環境下的腐蝕產物，并討論其反應機理。

圖2 腐蝕實驗流程圖Fig.2 Flow chart of corrosion experiment

1.4.2 實驗工況選取

本工作主要探究材料在超臨界流體動態環境下的腐蝕情況，選取應用最廣泛的水為工質。圖3 給出了水在22.5 MPa 壓力下的物性隨溫度的變化。可以看出，水的密度ρ、黏度μ、比熱容Cp、介電常數ε在跨越擬臨界點附近時發生急劇變化，密度、黏度及介電常數在大比熱區之前（亞臨界區）為較高值，隨溫度升高而降低，在大比熱區（擬臨界區）隨溫度升高急劇降低，而在大比熱區之后（類氣相區）幾乎不隨溫度變化。比熱容在亞臨界區和類氣相區較低，而在擬臨界點附近出現峰值。

圖3 水在22.5 MPa 壓力下物性隨溫度的變化Fig.3 Change of physical properties of water with temperature under pressure of 22.5 MPa

為探究材料在超臨界水中的腐蝕特性，比較不同工況下的腐蝕差異，分別在超臨界水擬臨界區和類氣相區選取2 個特征位置（圖3 中的位置1，2），其物性參數如表2 所示。

表2 超臨界水特征位置的物性Table 2 Physical properties of supercritical water characteristic position

同時以2 個特征位置為參考，定制實驗工況表如表3 所示，工況設置同時兼顧不同流體溫度、靜態及動態條件。

表3 超臨界水動態腐蝕實驗工況Table 3 Working conditions of supercritical water dynamic corrosion test

2 結果與討論

2.1 腐蝕速率分析

圖4 為六種材料在超臨界水擬臨界區（22.5 MPa，375.6 ℃）及類氣相區（22.5 MPa，407.6 ℃）靜態與動態（0.5 m·s－1）條件下的腐蝕速率。圖4（a）為擬臨界區工況，圖4（b）為類氣相區工況。可以看出，在本實驗工況下，不同材料樣片的腐蝕速率在1.04～41.6 mm·a－1之間，各個材料的腐蝕速率存在差異。Q235，N80，3Cr13 的腐蝕速率較高，Q235 的腐蝕最明顯，其腐蝕速率在類氣相區動態條件下最大，為41.6 mm·a－1，而304，316L，P91 的腐蝕速率相對較低，其中304 的腐蝕最弱，其在類氣相區靜態條件下的腐蝕速率僅為1.04 mm·a－1。六種材料的腐蝕速率從小到大排序依次為：304＜316L＜P91＜3Cr13＜N80＜Q235，則材料的耐腐蝕性表現為：304＞316L＞P91＞3Cr13＞N80＞Q235。對比各材料在超臨界水擬臨界區靜態與動態的腐蝕速率（圖4（a））可以發現，六種材料中304 的靜、動態腐蝕差異最大，其在動態條件下的腐蝕速率是靜態條件的4.35 倍，而Q235 的差異最小，其在動態條件下的腐蝕速率是靜態的1.27 倍，材料在超臨界水擬臨界區動態條件下的腐蝕速率明顯高于靜態腐蝕。同樣從圖4（b）可以看出，六種材料在超臨界水類氣相區動態條件下的腐蝕速率也高于靜態條件，六種材料規律一致，304 的差異最大，其動態腐蝕速率是靜態腐蝕的4.74 倍，Q235 的差異最小，其動態腐蝕速率是靜態腐蝕的1.16 倍。因此說明材料在超臨界水動態條件下的腐蝕高于靜態，流動可以加速材料的腐蝕和腐蝕性介質向材料基體表面遷移，同時流動剪切力可以促進腐蝕產物剝落并脫離基體表面，加速腐蝕進程，無論在超臨界水的擬臨界區還是類氣相區，均表現出同樣的特性。

圖4 不同材料在超臨界水中的靜態與動態腐蝕速率（a）擬臨界區；（b）類氣相區Fig.4 Static and dynamic corrosion rates of different materials in supercritical water（a）pseudo-critical region；（b）gas-like region

為了更好地比較各材料的流動加速腐蝕差異，對圖4 做進一步數據處理，各材料按腐蝕增重從小到大排序作為橫坐標，在動態條件下的腐蝕增重（WD）與靜態條件下的腐蝕增重（WS）比作為縱坐標，得到圖5 的材料在超臨界水動、靜態條件下的腐蝕增重比隨腐蝕性變化曲線，其中ΔWD/ΔWS為動態條件下的腐蝕增重與靜態條件下的腐蝕增重的比值。

圖5 材料在超臨界水中的動、靜態腐蝕增重比隨腐蝕性變化曲線Fig.5 Variation curves of dynamic and static corrosion mass gain ratio of materials in supercritical water with corrosivity

可以看出，隨材料耐腐蝕性減弱，動、靜態條件下的腐蝕增重比值降低，擬臨界區工況從4.35 降低到1.27，類氣相區工況從4.74 降低到1.16。材料耐腐蝕性越強，動態條件對腐蝕的強化越明顯，隨著材料耐腐蝕性的降低，動態條件對腐蝕的強化作用減弱。

2.2 表面形貌分析

由前文可知，六種材料均表現出動態腐蝕大于靜態腐蝕的特性，選取Q235 低碳鋼和304 奧氏體鋼來進一步分析材料的靜、動態腐蝕差異。

圖6 為Q235 低碳鋼在超臨界水擬臨界區靜態腐蝕與動態腐蝕72 h 的SEM 形貌。可以看到，材料基體表面生成密集的顆粒狀、形狀規則的多面體塊狀晶體，局部區域有團簇狀凸起的癤狀腐蝕產物（位置A，C）。當材料腐蝕較強時，表面產物晶體較多，局部區域的產物晶體在生成過程中團聚，形成癤狀腐蝕島。Q235 整體腐蝕較為嚴重，呈現出均勻腐蝕的特點。Q235 為低碳鋼，無Cr，Ni，Mo 等耐腐蝕性元素，材料基體表面生成致密的氧化膜晶體。對比Q235 在動、靜態的腐蝕形貌，其在靜態條件下產生的癤狀腐蝕產物的平均直徑約為5 μm，而動態腐蝕條件下最大可達10 μm。進一步從放大的腐蝕形貌可以看出，在靜態條件下，Q235 的腐蝕產物晶體尺寸較小（約0.5 μm），且存在一定孔隙。而在動態條件下，產物晶體飽滿，尺寸較大且致密相連（約1 μm）。由圖4可知，Q235 在超臨界水擬臨界區的動態腐蝕速率是靜態腐蝕的1.27 倍，綜合癤狀腐蝕產物及塊狀產物晶體尺寸大小，可以得出，Q235 鋼在超臨界水類氣相區動態條件下的腐蝕明顯強于靜態條件，流動加速腐蝕。

圖6 Q235 鋼在超臨界水擬臨界區的靜態（a）與動態（b）腐蝕SEM 形貌Fig.6 Static（a）and dynamic（b）corrosion SEM morphologies of Q235 steel in supercritical water pseudo-critical region

圖7 為304 奧氏體鋼在超臨界水類氣相區靜態腐蝕與動態腐蝕形貌。304 奧氏體不銹鋼材料含有較多的Cr 及一定量的Ni，Mo 等元素，其中Cr 元素能夠起到鈍化作用，提高材料的耐腐蝕性能［26-27］，Ni，Mo 元素能夠提高合金的自腐蝕電位，從而使腐蝕傾向降低，穩定性增高［28-29］，因此其在超臨界水環境下表現出較強的耐腐蝕性。

圖7 304 奧氏體鋼在超臨界水類氣相區的靜態（a）與動態（b）腐蝕SEM 形貌Fig.7 Static（a）and dynamic（b）corrosion SEM morphologies of 304 austenitic steel in supercritical water gas-like region

在靜態腐蝕環境下，304 奧氏體鋼表面非常平整，可以清晰看到樣片表面的磨痕和機械性坑洞。在放大倍數較高時可以在基體表面看到尺寸極其微小的晶體（位置D），晶體大小在納米級。而在動態腐蝕環境下，材料表面有清晰可見、尺寸較大的晶體（位置F），晶體平均直徑為0.15 μm，表面產物膜疏松多孔，局部區域正在向癤狀腐蝕產物發展（位置E）。由圖4可知，304奧氏體鋼在超臨界水類氣相區的動態腐蝕速率是靜態腐蝕的4.74倍。兩種工況下腐蝕存在較大差異，從腐蝕形貌來看，304 奧氏體鋼在超臨界水類氣相區動態條件下的腐蝕明顯強于靜態條件，流動加速腐蝕。

2.3 腐蝕產物分析

對圖6 中標尺為2 μm 的形貌圖進行EDX 掃描，結果如表4 所示。可以看出，Q235 材料基體表面主要為O，Fe 兩種元素。在兩種環境下均是O 元素含量（原子分數）最高，分別為50.08%（靜態），62.43%（動態），而Fe 元素占比約為40%，說明Q235 在超臨界水環境中主要為氧化腐蝕，且腐蝕較為嚴重，其腐蝕產物主要為鐵的氧化物。

表4 Q235 鋼在超臨界水擬臨界區腐蝕實驗的EDX 分析Table 4 EDX analysis of corrosion experiment of Q235 steel in supercritical water pseudo-critical region

圖8 為Q235 在超臨界水擬臨界區的靜態腐蝕與動態腐蝕XRD 譜圖。可以看出，在靜態腐蝕中，磁鐵礦Fe3O4衍射峰占主導，Fe 次之，說明Q235 在擬臨界區的靜態腐蝕產物主要為Fe3O4，還含有少量的FeO。另外，Fe 衍射峰較強，Q235 材料主要為Fe，則該衍射峰為基體產生，說明靜態條件下仍有未被腐蝕產物膜覆蓋的區域。在動態腐蝕中，Fe3O4衍射峰比靜態腐蝕對應峰更高，強度更大，其腐蝕產物只有Fe3O4，且Fe基體峰較弱，說明此工況下Q235 表面已經形成了致密的氧化膜，此條件下的腐蝕比靜態條件下的腐蝕更強。

圖8 Q235 鋼在超臨界水擬臨界區靜態與動態腐蝕的XRD 譜圖Fig.8 XRD patterns of static and dynamic corrosion of Q235 steel in supercritical water pseudo-critical region

對圖7 中標尺為2 μm 形貌圖進行EDX 掃描，結果如表5 所示。可以看出，304 奧氏體鋼腐蝕后表面主要有O，Fe，Cr，Ni 等元素。靜態條件下O，Fe，Cr，Ni元素原子分數分別為21.86%，54.74%，16.56%。5.57%，動態條件下分別為35.99%，42.19%，12.01%，6.58%。可以看出，304 奧氏體鋼在靜態與動態腐蝕條件下材料表面的O，Fe 含量相差較大，動態腐蝕環境下O 元素的含量明顯高于靜態條件，說明動態環境下產生的氧化物晶體更多，腐蝕更嚴重。

表5 304 鋼在超臨界水類氣相區腐蝕實驗的EDX 分析Table 5 EDX analysis of corrosion experiment of 304 steel in supercritical water gas-like region

圖9 為304 在超臨界水類氣相區的靜態與動態腐蝕XRD 譜圖。可知，CrFe4衍射峰及FeCr0.29Ni0.16C0.06衍射峰較強，占主導地位，其為304 材料的基體峰，而其他峰占比較小。這是因為，304 耐腐蝕性較強，腐蝕較弱，即使動態腐蝕是靜態腐蝕的4.74 倍，其腐蝕仍然偏弱，因此XRD 掃描到的主要為304 的基體材料。對比靜態與動態條件下的腐蝕產物，可以看到靜態條件下腐蝕產物中只出現了α-Fe2O3衍射峰，而動態環境下有Fe3O4/FeCr2O4和C 衍射峰。α-Fe2O3產物在腐蝕初期出現，說明靜態條件下材料的腐蝕緩慢，而動態條件下腐蝕更為嚴重，產物更加復雜。

圖9 304 鋼在超臨界水類氣相區靜態與動態腐蝕的XRD 譜圖Fig.9 XRD patterns of static and dynamic corrosion of 304 steel in supercritical water gas-like region

2.4 動態腐蝕機理

2.4.1 流動剪切力對超臨界流體腐蝕的影響

流體流動產生的流動剪切力（flow shear stress，WSS）常用來評價流體對材料的動態腐蝕行為。在超臨界流體動態環境下，材料的腐蝕過程受到流動剪切力的影響，本工作通過理論計算實驗對應工況下的雷諾數及流動剪切力，分析材料在超臨界水擬臨界區及類氣相區的腐蝕特性。流動剪切力為：

式中：τ為流動剪切力，Pa；f為范寧摩擦因子；v為流動介質的速度，m·s－1。摩擦因子是雷諾數及表面粗糙度的函數，采用應用于光管的布拉修斯摩擦因子公式進行計算：

式中Re為雷諾數。

式中：D為管徑，m，本實驗為反應釜攪拌模擬流動，取樣片架與反應釜內壁間環形區域的水力直徑23 mm作為參考值。綜合式（2）～（4），得到：

由式（5）可計算得出流體沖刷壁面的剪切力，而密度、運動黏度通過給定溫度及壓力參數由物性軟件REFPROP 直接獲取。

超臨界流體的剪切力隨溫度及流速的變化關系，如圖10 所示。

圖10 流動剪切力隨溫度（a）及流速（b）變化曲線Fig.10 Variation curves of flow shear force with temperature（a）and flow velocity（b）

可知，流動剪切力隨溫度升高而降低，隨壓力升高而增大，隨流速增大而增加。超臨界流體的物性在擬臨界區劇烈波動，因而剪切力在擬臨界點附近存在突變。同時可以看出，在本計算區域內，流動剪切力的量級在0～200 Pa 之間，比腐蝕產物膜對材料基體的附著力小若干數量級（兆帕級），因此剪切力不足以導致腐蝕產物膜機械破壞，但可以影響腐蝕產物膜的形成過程。流動可促進材料基體的溶解，加速超臨界流體環境中的腐蝕性介質向材料表面的移動過程，使得樣片表面近壁區的腐蝕性介質的濃度增加，對材料的腐蝕化學反應更加有利。流動剪切力也可以使材料表面的非晶層產物在形成過程中脫落，阻礙腐蝕產物晶體在樣片表面的聚集、結合過程，影響后續腐蝕產物膜形成。當腐蝕產物膜在材料表面形成后，內應力隨產物膜厚度的增加而增大，使腐蝕產物膜更容易破裂，在流動剪切力作用下脫落，向超臨界流體環境中遷移，從而進一步加劇腐蝕。

為針對性地比較擬臨界區及類氣相區工況下的流動剪切力，在計算區域中提取對應于本實驗工況的剪切力數據，即超臨界水擬臨界區（22.5 MPa，375.6 ℃）及類氣相區（22.5 MPa，407.6 ℃）兩個工況，如圖11 所示。可以看出，在本實驗工況下，超臨界水的流動剪切力在70～180 Pa 之間，對材料表面腐蝕性介質的遷移及腐蝕產物的脫落有一定促進作用，流動剪切力越大，材料的腐蝕越嚴重。此外，在擬臨界工況下，超臨界水的流動剪切力明顯高于類氣相工況，可見流動剪切力對材料在超臨界水擬臨界區的腐蝕促進作用更強。

圖11 超臨界水擬臨界區及類氣相區工況下流動剪切力隨流速變化Fig.11 Variation of flow shear force with flow velocity under conditions of pseudo-critical region and gas-like region of supercritical water

2.4.2 材料在超臨界流體中的動態腐蝕機理

根據實驗結果，材料在動態條件下的腐蝕速率明顯高于靜態條件，六種材料規律一致，本工作選取304 奧氏體鋼來分析其在超臨界水的靜態及動態條件下的腐蝕機理。圖12 為304 奧氏體鋼在超臨界水類氣相區的靜態腐蝕與動態腐蝕機理圖。可知，304奧氏體鋼在超臨界水類氣相區靜態條件下的腐蝕產物主要為α-Fe2O3，而動態條件下的腐蝕產物為Fe3O4及FeCr2O4。其中α-Fe2O3是在材料腐蝕較弱或腐蝕初期的產物，其腐蝕產物膜為一層結構。動態條件下材料的腐蝕速率提升，腐蝕加劇，腐蝕產物逐漸轉變成外層為磁鐵礦Fe3O4、內層為富鉻尖晶石FeCr2O4兩層結構。

圖12 304 奧氏體鋼在超臨界水類氣相區的靜態（a）與動態（b）腐蝕機理圖Fig.12 Static（a）and dynamic（b）corrosion mechanism diagrams of 304 austenitic steel in supercritical water gas-like region

在超臨界水動態腐蝕條件下，流動剪切力是影響腐蝕速率的關鍵因素：（1）流動剪切力可以加速超臨界流體中的O2等腐蝕性介質向基體表面移動，基體靠近壁面區域的腐蝕介質濃度更高，促進腐蝕化學反應的進行；（2）304 奧氏體鋼表面腐蝕較弱，FexOy產物膜尚未成形，基體暴露在超臨界環境的區域較大，流動剪切力對材料壁面的沖刷可以促進Fe 的溶解，近壁區的Fe 含量增加，加快腐蝕化學反應；（3）剪切力的沖刷作用可以促進尚未成形的FexOy產物晶體在壁面形成過程中發生脫落，同樣可以加速腐蝕進程。

流動剪切力對腐蝕產物膜脫落的促進作用的強弱取決于材料表面腐蝕產物膜的致密度。材料的耐腐蝕性越差，其表面腐蝕產物膜的致密度越高，一方面，腐蝕產物膜連接緊密，FexOy產物晶體不易脫落，流動剪切力對腐蝕產物晶體脫落的作用較弱；另一方面，產物膜致密則基體與流體環境的接觸面積減少，阻礙了Fe 的溶解過程。因此，材料越容易腐蝕，表面腐蝕產物膜的致密度越大，動態腐蝕相比靜態腐蝕的強化作用就越弱。此外，隨著流體流速的增加，流動剪切力增大，不管是對腐蝕性介質的遷移還是腐蝕產物的脫落都起到促進作用，腐蝕加強。

3 結論

（1）材料在超臨界水環境中的動態腐蝕速率明顯高于靜態腐蝕速率，流動加速腐蝕進程，其中304 提升4 倍以上。

（2）動態條件對腐蝕增重的強化作用受到材料耐腐蝕性強弱的影響。隨著材料耐腐蝕性的降低，動態條件對腐蝕增重的強化作用減弱。耐腐蝕性強的材料表面尚未形成致密的氧化膜，動態條件對腐蝕介質的遷移及產物晶體的脫落都有促進作用。而對于耐腐蝕性弱的材料，其產物膜晶體尺寸較大且結構致密，流動剪切力對產物晶體的脫落作用較弱。

（3）超臨界水環境下動態條件加劇腐蝕的因素：流動剪切力加速超臨界流體中的O2等腐蝕性介質向基體表面移動，促進腐蝕化學反應的進行；流動剪切力對材料表面形成沖刷，促進材料表面Fe 的溶解，加快腐蝕化學反應；剪切力的沖刷作用促進腐蝕產物晶體在壁面形成過程中發生脫落，加速腐蝕進程。