耐海水和氯離子介質(zhì)腐蝕的高性能不銹鋼C15

 

耐海水和氯離子介質(zhì)腐蝕的高性能不銹鋼C15當(dāng)304、316L等不銹鋼不能滿足設(shè)備 耐蝕性能要求而需要用高級耐蝕合金時，則C15不銹鋼是理想的選用材料。IC15鋼的化學(xué)成 分、顯微組織及力學(xué)性能C15鋼是在316不銹鋼基礎(chǔ)上通過提高M(jìn)O含量和加入其它微量元素而形成，主要成分（％）為；C＜0．08，St＜l．00，Mn＜1．50，Cr17。19 ．00，Nill。13．00，M。＞5．5等。這個成分范圍的確定，除成本低、易生產(chǎn)外， 主要考慮其耐蝕性和力學(xué)性能。因?yàn)樾落摲N主要用于油田污水、海水及其他含氯離子化工介質(zhì)，根據(jù)電化學(xué)理論的研究，耐氯離子腐蝕的不銹鋼，要含有足夠的鉻當(dāng)量（Cr％＋3．3％Mo）和 適當(dāng)?shù)你t、鑰比，才能形成致密的保護(hù)性好的表面膜，具有高的耐蝕性能。同時，Cr、Mo都是 6鐵素體和a相形成元素，這兩種元素含量過高，3鐵素體增多，就破壞了原奧氏體組織平衡，將會給鋼的力學(xué)性能和加工性能帶來一系列不良影響。C15鋼經(jīng)固溶處理后，鑄態(tài)顯微組織為奧氏 體基體上分布少量的8鐵素體。鐵素體含量根據(jù)Cr、Ni、MO等元素上下限的變化波動于4％ ～15％之間；鍛態(tài)顯微組織一般均是奧氏體，偶爾由于成分波動也出現(xiàn)少量鐵素體。C15鋼的 力學(xué)性能見表衛(wèi)。表1實(shí)測C15鋼的力學(xué)性能2C15鋼的耐蝕性能2．回陽極極化曲線C15 鋼在lmolNaCI水溶液中的陽極極化曲線見圖1、圖中也示出了對比鋼種AL－6X、31 6L和18－STi的陽極極化曲線。bT見C15鋼和AI。－6X具有極為相似的陽極極化曲線，在曲線開始部分，無活化一鈍化轉(zhuǎn)變區(qū)，鈍化區(qū)很寬，過鈍化電位很高，在1000IllV 以上，標(biāo)志著這兩種合金在此介質(zhì)中具有很高的耐蝕性。相比之下，18－STi和316L的點(diǎn)蝕擊破電位低得多，鈍化區(qū)也很窄，說明耐蝕性遠(yuǎn)不如C15鋼。2．2鈍化膜破壞電位E。45 vC，NaCI濃度從5％增加到20％，不改變C15圖1（刀5鋼與對比材料＊＊－6x、3 16IM和1｝8＊i鋼在lmolNaCI溶液（pH—6．9）中的陽極極化曲線鋼的E。值（E。均在900～950mV，SCE），即不影響其耐蝕性能。表2為lmolNaCI水溶液中，在不同溫度下C15鋼的E。值。在45C以下，E。值不受溫度影響；而在45’C以上，E6值則發(fā)生變化，尤其在55～75C，影響最激烈，但在75C以上，下降趨勢緩慢。2． 3氯化物介質(zhì)中的耐縫隙腐蝕性在30’’C的3％NaCI水溶液中對人造縫隙試樣采用IV（ SCE）恒電位陽極極化預(yù)處理，使縫隙中溶液達(dá)到穩(wěn)定的酸化，并在模擬穩(wěn)定酸度（加入相應(yīng)C I）介質(zhì)中測定陽極極化曲線，視其是否出現(xiàn)活化峰來判斷合金是否發(fā)生縫隙腐蝕。圖2為C15 ＄和對比材料18－STi、316I一和AI。－6X鋼的試驗(yàn)結(jié)果。316L和18－STi 鋼的陽極極化曲線一一L均出現(xiàn)活化峰，預(yù)示會發(fā)生縫隙腐蝕；而C15和AL－6X鋼未出現(xiàn)活 化峰，預(yù)示不會發(fā)生縫隙腐蝕。2．4在氯化物介質(zhì)中的實(shí)驗(yàn)電位（E）－PH圖試驗(yàn)采用不同P H值（0．l～11．0）的lmolCI－一濃度的緩沖液作為試驗(yàn)介質(zhì)，用恒電位儀測量其陽 極極化曲線，并根據(jù)曲線上的各個臨界點(diǎn)（即：Ec。rr一腐蝕電位，E。。一致鈍電位，Et 。一過鈍化電位，E。一保護(hù)電位）繪制出電位（E）－PH圖，見圖3。圖上呈現(xiàn)較大的鈍化區(qū)和免蝕區(qū)，意味著C15鋼有較大的使用范圍。由于過鈍化電位很高，標(biāo)志著該鋼種具有很高的耐 點(diǎn)蝕能力，亦即點(diǎn)蝕萌生過程不易進(jìn)行；同時活化區(qū)很小，電位很低，意味著有較大的鈍化膜穩(wěn)定區(qū)和閉塞腐蝕電池（OCC）內(nèi)的陽極表面，由鈍化向活化轉(zhuǎn)變較困難，圖2耐縫隙腐蝕試驗(yàn)結(jié)果且即較有效地阻止局部腐蝕的發(fā)展。此圖為選材應(yīng)用提供了該鋼種有關(guān)腐蝕方面的信息。2·5耐 晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕開裂試樣固溶處理后按國標(biāo)GB1223—75的硫酸一硫酸銅法進(jìn)行 ，試驗(yàn)后的試樣經(jīng)90”彎曲，在50倍放大鏡下觀察未發(fā)現(xiàn)裂紋，說明未出現(xiàn)晶間腐蝕。表3為 應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)結(jié)果。新鋼種抗應(yīng)力腐蝕開裂性能優(yōu)于316L，而低于AL－6X鋼。新鋼種的鍛態(tài)（C15B）和鑄態(tài)（C15A）具有相近的斷裂時間，由于兩者。s不同，因而實(shí)驗(yàn)時所加應(yīng) 力也不同。2．6在海永和混合脂肪酸分姻塔內(nèi)的桂爿itwe表2在lmolNaCI水溶液中不同溫度下C15鋼的E。值注：電位步進(jìn)速度為50mV／smin。表3應(yīng)力歷蝕試驗(yàn)結(jié)果（介質(zhì)：沸騰的42％MgCI。水溶液，應(yīng)力：80％a，）＄4＄MtegtaweC15鋼及 對比材料在廈門海域掛片5年半后，其腐蝕形態(tài)見表4。在混合脂肪酸分餾塔內(nèi)，溫度為220～ 240℃，介質(zhì)是C16～C18飽和及不飽和脂肪酸，試樣掛片5個月后，結(jié)果見表5。先已辦 婚塔樣片試驗(yàn)2·7耐交流電腐蝕性能2．7．1全面腐蝕性能介質(zhì)：20％HZSO4（重量），溫度：35C，材料：316L、C15，鋼，時間：91h，交流電流：8．smA／cm‘ ，交流電壓：19V，腐蝕率：316L—0．05mm／a，C15—0．015mm／a。2 ．7．2電化學(xué)性能試樣浸于30C的20％（重量）HZSO4水溶液中，采用JH—ZB型恒 電位儀，按GB4334．9—84標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行電化學(xué)測量。測量時需要在工作電極（試樣）和輔助電極之間加入一個交流電流，這樣才能測出試樣在交流電作用下的電化學(xué)行為。圖4為試驗(yàn)結(jié) 果。隨交流電流的增加，腐蝕電位發(fā)生移動，活化一鈍化峰增高，維鈍電流增大，鈍化區(qū)縮小，表明C15鋼在外加交流電流作用下，電化學(xué)行為發(fā)生了變化，向著不利于耐蝕的方向發(fā)展。但仍可 見，每條曲線都有較廣闊的鈍化區(qū)，說明C15鋼在所加交流電情況下，都可進(jìn)入鈍化而處于鈍化 狀態(tài)，具有較好的耐蝕性能。如交流電流保持在smA／cm‘以下，則仍具有最佳的耐蝕性能。 3應(yīng)用實(shí)例（1）由C15鋼澆鑄成的6D100－150型注水泵葉圖4在20％HZSO4（ 重量）水溶液中C15鋼在不同交流電作用下的陽極極化曲線1．omA／cmZ2．smA／c m‘3．10mA／cm‘4．20mA／cm‘輪，泵注CI一含量為IX10’mg／L的油田污水，累計開機(jī)時間在2萬h以L，比18－STi鋼葉輪提高壽命8倍多。（2）某鋁加工廠 的氧化著色車間，著色槽槽液為硫酸水溶液。PH—1，工作交流電壓為15～17V，峰值電流 4000～4500A，著色槽中極板為三排，面積60～65m‘。在上述工作條件下，使用3 16L不銹鋼做極板，可生產(chǎn)古銅色鋁材800～900t；而使用C15不銹鋼做極板，能生產(chǎn) 2100～2400t著色鋁材，使用壽命為316L鋼2．5倍左右。（3）由C15鋼澆鑄成 的源江一48P－A6型海水循環(huán)泵葉輪，安裝于海南某熱電廠，已運(yùn)行8年，現(xiàn)仍在正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 （4）通過細(xì)胞毒性試驗(yàn)、急性毒性試驗(yàn)、熱源試驗(yàn)、股骨培養(yǎng)和溶血試驗(yàn)等，證明C15 不銹鋼符合這些測試項(xiàng)目的體內(nèi)植入物生物相容性指標(biāo)。與316L和鈦合金Ti6A14V相比，C1 5鋼最適宜作人工關(guān)節(jié)材料，并于1987年作成實(shí)物植于人體作臨床耐久性試驗(yàn)，至今仍在進(jìn)行。4C15鋼的加H性能C15鋼是在316鋼基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，具有奧氏體基不銹鋼易于熔煉 、鑄造、焊接和冷熱加工等優(yōu)點(diǎn)�？杉庸こ设T件和一定形式的鍛件、型材，如棒材、板材、管材等�？衫滠埑珊穸�0．08mm薄帶，冷拉成o10mmX0·smm的管材，為擴(kuò)大C15鋼的應(yīng) 用范圍創(chuàng)造了有利的條件。5結(jié)束語C15鋼是高性能的耐海水和氯離子介質(zhì)腐蝕的高性能不銹鋼 ，性能較316L和18－18Ti不銹鋼優(yōu)越，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。耐海水和氯離子介質(zhì)腐蝕的高性能不銹鋼C15@徐增華，王東輝$上海材料研究所不銹鋼，耐腐蝕性能，顯微組織扼要地介紹了C15不銹鋼的化學(xué)成分、顯微組織、力學(xué)性能、耐腐蝕性能和加工性能，為選材應(yīng)用提供了 判據(jù)。由于過鈍化電位很高，標(biāo)志著該鋼種具有很高的耐點(diǎn)蝕能力，亦即點(diǎn)蝕萌生過程不易進(jìn)行；同時活化區(qū)很小，電位很低，意味著有較大的鈍化膜穩(wěn)定區(qū)和閉塞腐蝕電池（OCC）內(nèi)的陽極表面，由鈍化向活化轉(zhuǎn)變較困難，圖2耐縫隙腐蝕試驗(yàn)結(jié)果且即較有效地阻止局部腐蝕的發(fā)展。此圖為選材應(yīng)用提供了該鋼種有關(guān)腐蝕方面的信息。2·5耐晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕開裂試樣固溶處理后按國標(biāo)GB1223—75的硫酸一硫酸銅法進(jìn)行，試驗(yàn)后的試樣經(jīng)90”彎曲，在50倍

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