田 野 李天寶

前言

超級鐵素體不銹鋼S44660具有非常好的耐Cl-應(yīng)力腐蝕、點腐蝕性能、耐晶間腐蝕和綜合力學(xué)性能，這些性能依賴于其組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成份（見表1、表2）。長期以來，由于鐵素體不銹鋼C、N等間隙元素的存在，顯著提高了高鉻鐵素體不銹鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度和缺口敏感性，所以其用途有限。隨著不銹鋼精煉技術(shù)的發(fā)展，極大地降低了鐵素體不銹鋼中的C 、N等間隙元素的含量，使該類不銹鋼的一些缺點和不足得到了一定程度的克服，當(dāng)超級鐵素體S44660含C+N低于400ppm，PRE值大于37時，其優(yōu)異的耐蝕性能和加工、焊接性能得到充分體現(xiàn)。經(jīng)過特殊工藝處理的S44660焊管能夠在海水環(huán)境中、在Cl-含量高的化工行業(yè)中進行長期服役。在美國等發(fā)達國家，S44660焊管已經(jīng)廣泛在沿海電廠發(fā)電機組的冷凝器、海水淡化、制鹽業(yè)、含氯離子較高的化工等行業(yè)中使用，鋼管總長達到幾百萬公里。目前在上述行業(yè)中已廣泛使用S44660焊管替代鈦管、海軍黃銅管、白銅管和超級奧氏體不銹鋼管、超級雙相不銹鋼管。同時節(jié)省了大量的鎳、銅、鈦等昂貴金屬資源。目前，我國也對超級鐵素體不銹鋼S44660焊管進行生產(chǎn)開發(fā)。本文是對國內(nèi)生產(chǎn)的S44660不銹鋼焊管的耐腐蝕性能、特別是對超級鐵素體不銹鋼S44660焊管的耐點蝕性能和耐晶間腐蝕性能進行的研究。

1.試驗

1.1 試樣與制備

試驗用的不銹鋼焊管的原材料為太鋼不銹鋼股份公司生產(chǎn)的S44660、316L，鈦管為商品材，S31803為國內(nèi)某廠生廠。其主要化學(xué)成份見表3、表4、表5、表6。

從4種不同材料的焊管截取試樣,加工成Φ25×0.7×25mm,每種材料各加工3個試樣分別標(biāo)記如下：

S44660分別標(biāo)記A1、A2、A3，316L分別標(biāo)記B1、B2、B3，鈦管TA2分別標(biāo)記T1、T2、T3，S31803分表標(biāo)記為C1，C2，C3。用砂輪片切割機切割，進行平頭后，對試樣橫截面在砂輪機上打磨，然后依次在預(yù)磨機上用240#、1200#砂紙進行打磨，打磨時注意冷卻。之后將試樣棱邊用手動打磨機的小千葉輪磨頭打磨圓滑，再用白色羊毛磨頭拋光。進行實驗前將試樣清洗吹干并稱重（精確到0.0001g），計算出試樣總面積。

1.2 測試方法

1.2.1 點腐蝕測試

采用標(biāo)準：ASTM G48–C法。

溶液配制：稱取68.72克FeCL3﹒6H2O，溶于600ml蒸餾水中再加入16ml濃鹽酸。溶液的體積應(yīng)保證單位面積試樣表面的試驗溶液量至少為5ml/cm2。

表1 S44660焊管的綜合力學(xué)性能

表2 S44660焊管的主要化學(xué)成份 %

實驗時間：連續(xù)72小時

實驗溫度：65℃

實驗步驟：將配置好的溶液倒入錐形瓶中，將玻璃支架放入瓶底并放入恒溫水浴鍋中，在錐形瓶上蓋上表面皿，加熱至規(guī)定的平衡溫度（65℃），在試驗開始前用已檢定過的溫度計對溫度進行校驗。試驗溶液達到規(guī)定溫度后，將已處理好的試樣放在玻璃架上（試樣不能與瓶底接觸），一個試驗容器中放置一個試樣。在整個試樣階段保持溫度波動不超過±1℃。試驗結(jié)束時，取出試樣，用清水沖洗，用尼龍硬毛刷在流水下刷洗以去除腐蝕產(chǎn)物，在丙酮或乙醇中浸洗，并用吹風(fēng)機吹干后稱重（精確到0.0001g），計算出腐蝕率。

1.2.2 晶間腐蝕測試

采用標(biāo)準：ASTM A763 –Y法。

試驗設(shè)備：分析天平（精確至0.0001g）；顯微鏡（至少100×）。Cu片（3.2 ×19 ×38mm)

試驗時間：連續(xù)120小時

溶液配制：稱取72g CuSO4·5H2O，溶于400.0ml蒸餾水中再加入236.0ml濃硫酸（注意防止暴沸），溶液的體積應(yīng)保證單位面積試樣表面的試驗溶液量至少為8ml/cm2

實驗步驟：將清洗干凈的銅片放入1000ml錐形瓶中，之后把配置好的溶液倒入瓶中并把已處理好的試樣放入瓶中，用記號筆標(biāo)記錐形瓶中液面位置（以便檢查溶液的蒸發(fā)損耗。若有明顯的液位變化，則用新的溶液重做），在磨砂接口處涂上硅脂，裝好冷凝管，接通冷卻水，緩緩加熱溶液直至全部硫酸銅溶解，調(diào)節(jié)溫度按鈕直至溶液保持穩(wěn)定沸騰狀態(tài)。試驗結(jié)束后，取出試樣，用清水沖洗，用尼龍硬毛刷在流水下刷洗以去除腐蝕產(chǎn)物，在丙酮或乙醇中浸洗，并用吹風(fēng)機吹干后稱重（精確到0.0001g），計算出腐蝕率，并將試樣在顯微鏡下拍照，以觀察晶間腐蝕的程度。

2.結(jié)果與討論

2.1 S44660焊管耐點腐蝕性

試驗完成后，用分析天平對試樣稱重并計算重量損耗，具體數(shù)據(jù)見表7。

不銹鋼在含有Cl-的溶液中最容易發(fā)生點腐蝕，在實際生產(chǎn)中不銹鋼設(shè)備往往是在含有不同濃度的氯化物工藝介質(zhì)中服役，而Cl-容易在不銹鋼表面的局部區(qū)域聚集，使該處的電極電位減小，從而破壞該處的鈍化膜，將鋼的金屬基體暴露出來，在不銹鋼表面形成局部微電池，形成不銹鋼的點蝕源。

從腐蝕率看，S44660焊管與鈦管相差不大，大約只有316L、S31803的千分之一，

2.2 耐晶間腐蝕

按照ASTM A763-Y法要求進行完試驗，試驗前、后分別對樣品進行稱重。根據(jù)結(jié)果測算腐蝕數(shù)據(jù)見表8。

表3 太鋼產(chǎn)S44660試樣化學(xué)成分 %

表4 太鋼產(chǎn)316L試樣化學(xué)成分 %

表5 TA2 試樣主要化學(xué)成份 %

表6 S31803試樣化學(xué)成分 %

表7 各試樣焊管在65℃溫度時耐點腐蝕性數(shù)據(jù)

表8 試驗前、后樣品的腐蝕數(shù)據(jù)分析

2.3 S44660不銹鋼耐蝕原因淺析

不銹鋼的耐蝕性與其鈍化性能及鈍化膜的穩(wěn)定性緊密相關(guān)，而其鈍化性能除了受腐蝕介質(zhì)的影響外，還主要受到合金元素及含量的影響。不銹鋼的耐點腐蝕性能隨合金中鉻含量的增加而提高，當(dāng)鉻含量達到25%以上，不銹鋼的點腐蝕電位明顯提高，而S44660不銹鋼中的鉻含量在27%左右，同時由于S44660不銹鋼含有3%以上的鉬，鉬能顯著提高不銹鋼的抗點腐蝕性能，研究表明，鉬在鐵素體不銹鋼中耐點蝕的能力相當(dāng)于鉻的3倍，因此通常用Cr+3.3Mo的量衡量鋼的耐點蝕性能，此當(dāng)量值越高，鋼的耐點蝕能力越強。同時鉬的加入，使鋼表面形成富鉬的氧化膜，這種含有鉻鉬元素的氧化膜，具有很高的穩(wěn)定性，不但在許多非氧化性強腐蝕介質(zhì)中不易被溶解，而且更能有效地抑制氯離子引起的點腐蝕。另外S44660鋼種加入強碳化物形成元素鈦和鈮，有效地抑制了晶間腐蝕傾向。此外，S44660在耐氯化物等介質(zhì)的抗應(yīng)力腐蝕性能明顯優(yōu)于奧氏體不銹鋼，這是由于鐵素體不銹鋼的體心立方點陣晶面容易滑移，易形成網(wǎng)狀位錯結(jié)構(gòu)，從而不易生成線狀的蝕溝，所以難以造成穿晶破裂。還由于它容易發(fā)生交叉滑移，而不致造成粗大的滑移臺階。

2.4 結(jié)論

超級鐵素體不銹鋼S44660焊管在Cl-環(huán)境中具有較好的耐蝕性，在一定條件下，可替代鈦管應(yīng)用于濱海電站凝汽器、海水淡化蒸發(fā)器等介質(zhì)中富含Cl-的工作環(huán)境。可以廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、海水淡化等行業(yè)的給水加熱器、凝汽器、熱交換器中，是一種節(jié)能、環(huán)保、高效、經(jīng)濟的鐵素體不銹鋼管材。

（略）