2205 與2507 型雙相不銹鋼在高氯環(huán)境下服役性能比較

周子鈞，劉爽，丁國清，董彩常，曲政

（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）

引言

冷卻塔對塔芯部件的使用壽命有特定的要求，海邊冷卻塔設備都采用海水進行循環(huán)冷卻，不同于普通海水環(huán)境，冷卻塔在換熱過程海水中水份蒸發(fā)，冷卻塔后半程塔芯設備處于濃縮海水環(huán)境中，氯離子濃度升高不銹鋼表面鈍化膜更容易被破壞。此時塔芯設備周圍濃縮海水溫度遠高于室溫，溫度升高會大幅度提高金屬腐蝕的速率，此前很少有冷卻塔塔芯設備系統(tǒng)的金屬材料腐蝕研究，冷卻塔對塔芯部件的使用壽命有特定的要求，本研究開展塔芯設備防腐蝕、材料的選擇以及壽命預測的相關試驗[7-15]。

本文對雙相不銹鋼材料的腐蝕形貌、腐蝕類型、腐蝕速率、點蝕/縫隙腐蝕數據、電化學信息數據等試驗結果進行綜合評定，對比分析兩種雙相不銹鋼材料的腐蝕性差異，對冷卻塔設備的材料選擇和服役壽命預測提供數據支撐。

1 試驗方法

1.1 電化學試驗

當金屬表面的電位高于金屬臨界點蝕電位時，會形成點蝕，依據GB/T 17899-1999 《不銹鋼點蝕電位測量方法》對不銹鋼點蝕電位進行測試。對沖刷試驗和鹽霧試驗后不銹鋼樣品進行電化學阻抗測試。

1.2 局部腐蝕試驗

在冷卻塔高溫高氯環(huán)境下不銹鋼鈍化膜易被破壞，很容易發(fā)生局部腐蝕，局部腐蝕主要包括：點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕等腐蝕行為。點蝕是一種從金屬表面向內部擴展形成空穴或腐蝕坑狀的局部腐蝕形態(tài)，點蝕試驗依據標準：GB/T 17897-2016 《不銹鋼三氯化鐵點腐蝕試驗方法》；縫隙腐蝕是處在腐蝕介質中的金屬與金屬或與非金屬表面之間由于狹縫或間隙的存在，而產生的局部腐蝕。試驗按照標準：GB/T 10127-2002《不銹鋼三氯化鐵縫隙腐蝕試驗方法》執(zhí)行，縫隙腐蝕試樣裝配見圖1。

圖1 縫隙腐蝕試樣裝配圖

沿著或緊挨著金屬的晶粒邊界發(fā)生的腐蝕稱為晶間腐蝕。試驗按照標準：GB/T 4334-2008 《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗方法》執(zhí)行。應力腐蝕破裂（SCC）是指在某些特定介質中金屬材料受拉伸應力作用，受到介質與應力共同作用發(fā)生斷裂的行為[16-20]。應力腐蝕試樣見圖2。

圖2 應力腐蝕試樣實物圖

試驗結束后，記錄不銹鋼腐蝕形貌，整理局部腐蝕試驗數據并進行分析。

1.3 均勻腐蝕試驗

動態(tài)腐蝕模擬試驗和鹽霧試驗是金屬材料加速腐蝕常用的試驗方法。動態(tài)腐蝕模擬試驗是指腐蝕介質與金屬表面間的相對運動而引起金屬的加劇破壞或腐蝕。模擬了冷卻塔中濃縮海水對塔芯設備的腐蝕和相對運動。

沖刷腐蝕設備見圖3、4。

圖3 管流模擬流動試驗裝置示意圖

圖4 管流模擬流動試驗裝置

鹽霧試驗是模擬冷卻塔內高溫高氯環(huán)境，模擬冷卻塔內溫度環(huán)境，加速不銹鋼腐蝕進程。鹽霧試驗見圖5。

圖5 濃縮海水的鹽霧試驗

動態(tài)腐蝕模擬試驗和鹽霧試驗的試驗周期均為：30天、60 天、90 天、120 天。每周期試驗完成后取出試樣，對金屬試樣進行腐蝕外觀、腐蝕速率、點蝕、銹層組織等腐蝕數據測試分析，對初始及120 天試驗結束后進行試驗材料的交流阻抗測試，獲得材料在模擬服役條件下的腐蝕數據。

2 結果與討論

點蝕電位測試見圖6。

圖6 2205、2507 不銹鋼極化曲線

由點蝕電位結果可以看出，2507 型不銹鋼平均點蝕電位要高于2205 型不銹鋼，說明其耐點蝕能力要更強。經過點蝕試驗后2205 型不銹鋼也出現明顯點蝕，詳情見圖7，2205 型不銹鋼出現點蝕坑平均深度為161.32 μm，2507 型不銹鋼沒有出現明顯點蝕坑，與電化學試驗結果相對應，2507 型不銹鋼耐點蝕能力要高于2205 型不銹鋼。

圖7 耐點蝕試驗后2205、2507 微觀形貌圖表

縫隙腐蝕試驗結果如圖8，經過縫隙腐蝕試驗，2205 型不銹鋼出現明顯的縫隙腐蝕，平均縫隙腐蝕深度為547.1 μm，2507 型不銹鋼表面未出現明顯縫隙腐蝕，與點蝕結果相對應，2507 型不銹鋼耐局部腐蝕能力更強。

圖8 縫隙腐蝕試驗后2205、2507 微觀形貌圖

應力腐蝕試驗后斷口形貌如圖9，2205 型不銹鋼與2507 型不銹鋼斷口處平整，斷裂角接近45 °， 2507 型不銹鋼應力腐蝕收縮率FR 為12.5 %，2205 型不銹鋼應力腐蝕收縮率FR 為14.64 %，兩種不銹鋼試樣應力腐蝕收縮率損失系數小于25 %，試樣沒有出現應力腐蝕傾向，不銹鋼試樣斷口均屬于韌性斷口，全部試樣均未發(fā)生應力腐蝕。

圖9 應力腐蝕結果圖

晶間腐蝕試驗結果如圖10，2205、2507 型不銹鋼彎折處均未出行腐蝕，2205 型不銹鋼和2507 型不銹鋼在應力腐蝕和晶間腐蝕試驗中表現無明顯差異。

圖10 晶間腐蝕結果圖

沖刷試驗四個周期后2205、2507 型不銹鋼試樣形貌如圖11、12， 由沖刷試驗后形貌圖可以看出，四個周期后，六組不銹鋼試樣沒有出現腐蝕，每組試樣各周期宏觀形貌無明顯差異。

圖11 2205、2507 在濃縮海水動態(tài)腐蝕模擬試驗后的腐蝕形貌

圖12 2205 與2507 在濃縮海水沖刷試驗后電化學bode 圖

在經過濃縮倍海水沖刷后，2507 的阻抗模值遠大于2205 的阻抗模值，說明2507 比2205 型不銹鋼耐腐蝕性能更好。經過120 天模擬沖刷試驗，2205 型不銹鋼和2507 型不銹鋼平均腐蝕率都很低，2205 型不銹鋼腐蝕率為0.000 591 mm/a，2507 型不銹鋼腐蝕率為0.000 492 mm/a。且試樣均未產生點蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕。

鹽霧試驗四個周期后2205、2507 型不銹鋼試樣形貌如圖13。

圖13 2205、2507 在鹽霧腐蝕模擬試驗后的腐蝕形貌

經過四個周期的鹽霧試驗，六組不銹鋼試樣腐蝕率先變大再減小，120 天后趨于穩(wěn)定，在2.0 倍濃縮海水條件下，2507 型不銹鋼腐蝕率0.000 282 mm/a 明顯小于2205 型不銹鋼0.000 252 mm/a。經過120 天模擬鹽霧試驗，在35 ℃、高濕度、高鹽度環(huán)境下，兩種不銹鋼并未產生點蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕，2205 型不銹鋼和2507型不銹鋼腐蝕率都很低。對鹽霧試驗后樣品進行電化學試驗，由圖14 可知2507 阻抗模值比2205 要大，相應其耐腐蝕性能也更好。

圖14 2205 與2507 在濃縮海水鹽霧試驗后電化學bode 圖

3 結論

經過點蝕電位測試，同廠家2507 型不銹鋼點蝕電位高于2205型不銹鋼，日本冶金2507不銹鋼點蝕電位最高，相對應耐點蝕性能也是最好的。在基本腐蝕性能試驗中2507 型不銹鋼表現較好，沒有出現局部腐蝕；2205 型不銹鋼出現點蝕和縫隙腐蝕，但并未出行應力腐蝕和晶間腐蝕。在模擬服役環(huán)境腐蝕性能試驗中，兩種雙相不銹鋼試樣腐蝕率都較低，力學性能損失較少，2507 型不銹鋼阻抗模值比同廠家2205 型不銹鋼高。

綜上，在模擬環(huán)境腐蝕試驗中不銹鋼腐蝕率都較低，不銹鋼是否可以正常服役主要看其在實際服役環(huán)境中是否會發(fā)生局部腐蝕，根據現有試驗數據分析，2507 型不銹鋼在腐蝕試驗中表現優(yōu)異，在長期服役條件下一般不會出現局部腐蝕，基本可以達到服役標準，推薦2507 型不銹鋼作為冷卻塔塔芯部件選材。但實際服役環(huán)境中，冷卻系統(tǒng)的高溫條件能大大提高不銹鋼腐蝕速率，發(fā)生局部腐蝕的可能性會高于試驗模擬，所以要靠長期、多點監(jiān)測不銹鋼的服役情況來保證不銹鋼部件正常工作運行。