李玉穩(wěn),黃春波,高余順,薛 春,劉新橋

(1. 中國船舶重工集團公司 第七○四研究所,上海 200031;2. 上海材料研究所 上海市工程材料應(yīng)用與評價重點實驗室，上海 200437)

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新型無磁高強度A10不銹鋼的耐海水腐蝕性能

李玉穩(wěn)1,黃春波2,高余順2,薛 春2,劉新橋2

(1. 中國船舶重工集團公司 第七○四研究所,上海 200031;2. 上海材料研究所 上海市工程材料應(yīng)用與評價重點實驗室，上海 200437)

通過鹽霧試驗、海水浸泡試驗、實際海域掛片試驗及應(yīng)力腐蝕試驗結(jié)合表面形貌觀察和顯微組織分析，研究了新型無磁高強度A10不銹鋼及其對比材料917鋼的耐海水腐蝕性能。結(jié)果表明：A10不銹鋼在海水中全面腐蝕速率低,腐蝕試樣表面光亮、無銹、無點腐蝕、無裂紋；而在相同條件下，917鋼銹蝕嚴(yán)重。A10不銹鋼在海水中的耐蝕性遠優(yōu)于917鋼的，且具有優(yōu)良的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。

A10不銹鋼;917鋼;耐海水腐蝕性能

造船工業(yè)是我國重點支柱產(chǎn)業(yè)之一。特種艦船的船體需采用無磁或低磁材料。目前，國外大多采用玻璃鋼或高強度低磁鋼來制造低磁船體。高強度低磁鋼的抗沖擊性能優(yōu)于玻璃鋼，無脆性轉(zhuǎn)變溫度，而且低磁鋼的高溫強度高，不會象玻璃鋼那樣在高溫下熔化和燃燒，可以滿足大噸位艦艇的技術(shù)要求。

國內(nèi)，長期以來采用從前蘇聯(lián)引進的低磁鋼917鋼(45Mn17Al3)制造低磁船體。該鋼合金含量低，機械加工性能和焊接工藝性能差，且在海水或海洋氣氛環(huán)境中腐蝕嚴(yán)重。

本項目組開發(fā)的新型無磁高強度A10不銹鋼，具有磁性低(相對磁導(dǎo)率小于1.005)、強度高(抗拉強度大于800MPa、屈服強度大于470MPa)、耐海水腐蝕性能優(yōu)異等優(yōu)點。該新鋼種不僅可適用特種艦船的船體建造，還可推廣作為一種功能材料，用于機電、IT、電子產(chǎn)品、低磁性材料模具等。本工作主要研究了A10不銹鋼耐海水腐蝕性能，其磁性能和力學(xué)性能將另行討論。

1　試驗

試驗用A10不銹鋼(以下稱A10鋼)的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)為：C0.098，Si0.36，Mn12.8，Cr16.2，Ni2.6，Mo0.62，N0.24，F(xiàn)e余。917鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)為：C0.45，Si0.62，Mn17.3，Al2.8，F(xiàn)e余。A10鋼和917鋼在1 050 ℃進行固溶處理。

根據(jù)不同試驗的要求，將A10鋼和917鋼分別加工成不同尺寸的試樣。試驗前，用金相砂紙對所有試樣表面進行逐級打磨,使其表面粗糙度為0.2μm，并用無水乙醇清洗除油、干燥。

鹽霧試驗按GB/T10125-1997《人造氣氛中的腐蝕試驗-鹽霧試驗》進行。試樣為φ20mm×5mm的圓片，試驗溫度為(35±2) ℃，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、pH6.5～7.2的NaCl溶液對3個試樣進行96h連續(xù)噴霧。

海水浸泡試驗采用3個尺寸為25mm×35mm×3mm試樣，試驗溫度為(35±2) ℃，試驗介質(zhì)為取自洋山東海的天然海水，試驗周期60d，隔30d換水一次。

實際海域海水掛片試驗按GB/T5776-2005在廈門海域常溫試驗條件下(全浸和潮差)進行。試樣尺寸為10mm×100mm×200mm，全浸和潮差掛片試樣各3個,掛片試驗周期為287d。

應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)試驗采用四點彎曲恒形變法，試樣尺寸為5mm×9mm×110mm。試樣通過支架加載，支架和緊固螺栓用GH132高溫合金加工制成。預(yù)加應(yīng)力為0.8倍的屈服強度(380MPa),試驗溫度為(35±2) ℃；試驗介質(zhì)為取自洋山東海的天然海水；試驗周期為1 000h，隔500h換水一次。

海水浸泡和實際海域掛片試驗結(jié)束后，觀察試樣表面形貌；分別用FA1004N電子天平和ALH-1.5電子稱量浸泡和掛片試樣腐蝕前后的質(zhì)量，并根據(jù)式(1)計算試樣的質(zhì)量損失率。用LEICA-DMLM型光學(xué)顯微鏡觀察SCC試樣中間變形部位的顯微組織。

(1)

式中：δ為質(zhì)量損失率；m0為試驗前試樣的質(zhì)量；m1為試驗后試樣的質(zhì)量。

2　結(jié)果與討論

2.1鹽霧試驗

由圖1可見，經(jīng)96h的鹽霧試驗后，917鋼表面全面腐蝕，形成較厚的腐蝕膜；而A10鋼表面光亮，無點蝕，僅在小于0.1%表面上出現(xiàn)少量微小銹點?？梢?，A10鋼在NaCl溶液中的耐蝕性遠優(yōu)于917鋼的。

2.2海水浸泡試驗

試驗結(jié)果表明，917鋼在海水中浸泡不到1d就開始生銹。由圖2可見，在海水中浸泡60d后，917鋼表面全面腐蝕, 有紅色的腐蝕膜及腐蝕坑；而A10鋼浸泡60d后，表面依然光亮，沒有銹蝕發(fā)生。經(jīng)稱量可知，A10鋼的質(zhì)量幾乎不變，其質(zhì)量損失率僅為0.04%，遠小于917鋼的(0.43%)。

2.3實際海域掛片試驗

在廈門海域常溫條件下，海水掛片試驗287d后，A10鋼和917鋼表面形貌見圖3。由圖3可見，在全浸、潮差條件下，經(jīng)掛片試驗287d后，A10鋼表面均光亮，無點腐蝕；在全浸條件下，A10鋼固定孔周圍發(fā)生微小縫隙腐蝕，其質(zhì)量損失率為1.84%；而潮差條件下，A10鋼質(zhì)量幾乎無損失。在全浸、潮差條件下，經(jīng)掛片試驗287d后，917鋼整個

表面形成較厚的腐蝕膜，出現(xiàn)大而多的腐蝕坑，其在全浸和潮差條件下的質(zhì)量損失率分別為3.31%和4.54%。掛片試驗結(jié)果表明，A10鋼在實際海域的耐海水腐蝕性能優(yōu)于917鋼的。

2.4SCC試驗

由圖4可見，經(jīng)SCC試驗后，A10鋼表面光亮，無銹蝕、無SCC裂紋。由圖5可見，變形最大的中間部位，其組織為奧氏體且晶界無析出物，沒有SCC裂紋。由此可見，A10鋼在海水中具有優(yōu)良的抗SCC性能。

2.5分析與討論

A10不銹鋼的組織為單一奧氏體，即使經(jīng)過SCC試驗，在變形最大的中間部位的晶界處無析出或偏析，避免了由晶界偏析導(dǎo)致的各種腐蝕。A10鋼中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于13%，表面會形成一層具有耐腐性的鈍化膜。另外，該鋼中的鉬是耐點蝕元素，鈍化系數(shù)高，能擴大鈍化范圍[1]。鎳是形成奧氏體和穩(wěn)定奧氏體的最佳元素，對提高鋼的耐蝕性、力學(xué)性能和熱加工性均有積極的作用。氮能增加再鈍化能力，強化鉻、鉬元素的耐蝕性，抑制鉻、鉬過鈍化溶解，提高金屬材料的耐點蝕和耐應(yīng)力腐蝕的能力[1-3]。由于鈍化元素鉻、鉬、鎳、氮的協(xié)同作用，使A10鋼表面形成了耐蝕性較好的鈍化膜，所以A10鋼的耐海水全面腐蝕、抗SCC性能都較好。

在廈門實際海域的掛片試驗中，全浸條件下A10鋼板固定孔周圍發(fā)生微小縫隙腐蝕。這可能是由于鋼板與螺栓墊片間有縫隙，在全浸條件下，縫隙內(nèi)溶液相對靜止，加上微生物覆蓋等原因，使縫隙內(nèi)溶液中氯離子含量增加、氧含量降低，溶液發(fā)生酸化，最終導(dǎo)致縫隙腐蝕。

3　結(jié)論

(1) 經(jīng)鹽霧試驗(35 ℃、5%NaCl溶液)、東海海水浸泡試驗以及廈門實際海域掛片試驗，新型無磁高強度A10不銹鋼表面光亮、無銹點、無點腐蝕、無全面腐蝕腐蝕發(fā)生；而在相同條件下，917鋼銹蝕嚴(yán)重。A10不銹鋼在海水中的耐海水全面腐蝕的性能遠優(yōu)于917鋼的。

(2)A10不銹鋼SCC試樣在35 ℃的東海海水中浸泡1 000h后，試樣表面光亮，無銹蝕、無SCC裂紋。變形最大的中間部位組織仍為奧氏體，且晶界無析出物。因此，A10鋼在海水中具有優(yōu)良的抗SCC性能。

[1]朱長春,陳志強,鐘志興. 耐海水無磁不銹鋼的研究[J]. 2003,25(1):4-7.

[2]劉海定，王東哲，魏捍東，等. 高氮奧氏體不銹鋼的研究進展[J]. 特殊鋼，2009，30(4):45-48.

[3]崔大偉，曲選輝，李科. 高氮低鎳奧氏體不銹鋼的研究進展[J]. 材料導(dǎo)報，2005，19(12):64-67.

CorrosionResistanceofANewNon-magnetic&HighStrengthStainlessSteelA10inSeaWater

LIYu-wen1,HUANGChun-bo2,GAOYu-shun2,XUEChun2,LIUXin-qiao2

(1.No. 704ResearchInstituteofChinaShipbuildingIndustryCorporation,Shanghai200031,China;2.ShanghaiKeyLaboratoryofEngineeringMaterialsApplicationandEvaluation,ShanghaiResearchInstituteofMaterials,Shanghai200437,China)

Thecorrosionresistanceinseawaterofanewnon-magnetic&highstrengthstainlesssteelA10andcontrastivesteel917wasinvestigatedbymeansofsaltspraytest,soakingtest,couponcorrosiontestandstresscorrosioncrackingtestincombinationwithobservationofsurfacemorphologyandanalysisofmicrostructure.ResultsshowthatthegeneralcorrosionrateofstainlesssteelA10inseawaterwaslowsothatthesurfacesofspecimenswereglossywithoutrusts,pitsandcracks.Inthesameconditions,steel917corrodedseverely.Thus,thecorrosionresistanceofA10steelwasbetterthanthatof917steelinseawater.TheresistancetostresscorrosioncrackingofsteelA10wasgoodinseawateralso.

stainlesssteelA10;steel917;corrosionresistanceinseawater

10.11973/fsyfh-201606005

2015-10-22

上海市應(yīng)用技術(shù)開發(fā)專項項目(06-001)

李玉穩(wěn)(1982-)，工程師，碩士，從事船舶設(shè)備設(shè)計研究，02164718118，liyuwenli@126.com

TG172.5

A

1005-748X(2016)06-0458-03