0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼在Cl－介質(zhì)中的點蝕行為

李元松，楊樹和，黃 鑫，方明敏

（揚州大學(xué) 機械工程學(xué)院，江蘇 揚州 225127）

0 引言

0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼以其優(yōu)良的耐蝕性能廣泛應(yīng)用于管道、航空等領(lǐng)域，工作在高溫、高濕的腐蝕性環(huán)境中［1］。在特定的環(huán)境下，如Cl－存在時，其常常會產(chǎn)生點蝕，點蝕可以作為裂紋源，引起設(shè)備過早破壞，甚至發(fā)生災(zāi)難性事故。

用電化學(xué)法測量該不銹鋼的點蝕，化學(xué)浸泡法選擇質(zhì)量分數(shù)為6% 的FeCl3溶液［2］。為防止試驗過程中因腐蝕產(chǎn)物、試驗參數(shù)選擇等原因的影響，故同時采用電化學(xué)測量法和化學(xué)浸泡法兩種方法［3］。

1 實驗方法

1.1 實驗材料

以0Cr15Ni5Cu3Nb 不銹鋼為主要研究對象，其化學(xué)成分見表1。

表1 0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） %

1.2 試樣制備

將材料加工成Φ30 mm×2 mm 的圓形試樣片。逐級打磨后，水洗并用丙酮除油，去離子水清洗后吹干。選擇質(zhì)量分數(shù)為50%的硝酸鈍化液進行常溫化學(xué)鈍化，鈍化時間為30min。

1.3 測試方法

動電位實驗介質(zhì)是質(zhì)量分數(shù)為3.5% 的NaCl標準溶液，實驗在電位穩(wěn)定后進行，從自腐蝕電位開始掃描，掃描速率為120mV／min。

FeCl3浸泡實驗參照GB433417－1984。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 動電位極化實驗

2.1.1 動電位陽極氧化曲線

圖1為兩種試樣的陽極氧化曲線，由圖1可以看出，兩個曲線都分為3段區(qū)域［4］。第一區(qū)域位于腐蝕電位附近，兩條極化電流隨著極化電位的增大而增加，受電子轉(zhuǎn)移的電化學(xué)活化控制。第二區(qū)域中，極化電流雖隨極化電位的升高而增大，但極化曲線的斜率越來越小，這時兩個試樣的電極化過程阻力增大。第三區(qū)域中，極化電位進一步升高，曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，出現(xiàn)了點蝕，極化曲線2在外加電位達到1 138mV 左右時出現(xiàn)了拐點，此時腐蝕電流不像曲線1那樣出現(xiàn)點蝕，并穩(wěn)定了一段時間，在此期間鈍化膜的修復(fù)和被Cl－破壞呈現(xiàn)一個接近平衡的狀態(tài)，這是鈍化后點蝕擊穿電位升高的原因。可見采取適當(dāng)鈍化工藝，可提高該鋼在Cl－介質(zhì)中的耐點蝕性能。

圖1 兩種試樣的陽極氧化曲線

2.1.2 SEM 分 析

圖2、圖3 分別為兩種試樣的表面形貌。由圖2、圖3可明顯看出未鈍化的試片表面有許多小鱗片狀凸起，從而導(dǎo)致表面形貌的不完整，而硝酸鈍化的試片表面顯得較為平整，有效清除了材料表面微觀凸起部分，降低了表面粗糙度和表面物理缺陷可能造成的活性點，在一定程度上避免了在含有Cl－的腐蝕介質(zhì)中形成的局部點蝕。

2.2 FeCl3 浸泡實驗

2.2.1 腐蝕速率

采用FeCl3溶液作為點蝕的加速實驗溶液，用失重法計算出各個腐蝕時間的腐蝕速率。腐蝕速率曲線見圖4，各組試樣腐蝕速率見表2。

圖2 未鈍化的試樣表面形貌

圖3 鈍化的試樣表面形貌

圖4 試樣不同時段的腐蝕速率曲線

由表2和圖4中可以明顯看出，試樣在前12h的腐蝕速率非?？?，但在36h后腐蝕速率趨于平緩，兩者相差將近3倍。這表明：對于0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼基于氯離子環(huán)境下的腐蝕，初期階段是防護的重點。

表2 各組試樣腐蝕速率

2.2.2 SEM 分 析

由于閉塞電池效應(yīng)［5，6］，內(nèi)層形成的金屬氯化物溶液更加濃縮，這種富集Cl－的溶液可以使被腐蝕的金屬表面斷續(xù)的維持活性。隨著時間的推移，不僅初生蝕孔自身長大外，還會在內(nèi)壁形成核并產(chǎn)生新的點蝕小孔，如圖5所示。新核形成使蝕孔迅速穿進，以至穿透壁厚。所以防止0Cr15Ni5Cu3Nb 不銹鋼點蝕，要避免Cl－集中，比如加快閥門或管道中含有Cl－溶液的流動性。

圖5 蝕孔內(nèi)新核的形成

3 結(jié)論

（1） 適 當(dāng) 的 鈍 化 工 藝 有 效 清 除 了0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼表面微觀凸起部分，一定程度上避免了由于Cl－形成的局部點蝕。

（2）對于0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼基于氯離子環(huán)境下的腐蝕，開始階段的腐蝕速率要比末期快，所以初期階段是防護的重點。

（3）富集Cl－的溶液不僅可以使0Cr15Ni5Cu3Nb不銹鋼表面的初生蝕孔自身長大外，還在初生蝕孔內(nèi)壁形成核并產(chǎn)生新的點蝕小孔。

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