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双相钢(00CrNi5Mo3N)在海水中的耐蚀特性及阴极保护的必要性
发布日期:2013-9-7 点击率:898
一.腐蚀特性分析
双相钢(00CrNi5Mo3N)在40度以上浓海水中,金属的五种腐蚀类型均有可能发生,包括全面腐蚀、应力腐蚀、晶间腐、蚀点腐蚀以及缝隙腐蚀。以下按腐蚀类型,说明双相钢(00CrNi5Mo3N)在40度以上浓海水中环境下的耐蚀能力。(说明:00CrNi5Mo3N基本与2205双相钢等同,以下不再说明)。
1. 1  全面腐蚀
全面腐蚀(又称均匀腐蚀) 是指在整个合金材料表面上以比较均匀的方式所发生的腐蚀现象。就双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)在此方面的应用来讲,其抗全面腐蚀能力基本没有问题。
1. 2  应力腐蚀
机械设备零件在应力(拉应力) 和腐蚀介质的联合作用下,将出现低于材料强度极限的脆性开裂现象,导致设备和零件失效,这种现象称为应力腐蚀开裂。双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)因其含有连续稳定的铁素体,不易发生相应腐蚀。
1. 3  晶间腐蚀
沿着材料晶粒间界先行发生的腐蚀,使晶粒之间丧失结合力的局部破坏现象,称为晶间腐蚀。由于双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)的含碳量都很低的缘故,基本不发生晶间腐蚀或者腐蚀程度几乎可以忽略。
1. 4  点腐蚀
 
图1 双相不锈钢2205的点腐蚀与温度及Cl-离子浓度的关系
如果腐蚀仅仅集中在设备的某些特定点域,并在这些点域形成向深处发展的腐蚀小坑,而金属的大部分表面仍保持钝性的腐蚀现象,称为点腐蚀。由图1可知,仅就点腐蚀而言, 双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)的点腐蚀与温度及Cl-离子浓度存在一定相关性。一般认为:双相钢(00CrNi5Mo3N)则可用于较低离子浓度环境(Cl- 低于18 g/ L) ,而正常海水中Cl-浓度为19.673 g/L(参考:《海洋手册》,郭 琨 编著,海洋出版社,1984年),用于滨海电厂的循环水泵,特别是循环水是非直排循环使用情况下,Cl-会反复被富集,其浓度大大超出普通海水中Cl-浓度19.673 g/L,同时温度也会高于正常的自然气候下的海水温度。因此双相钢(00CrNi5Mo3N)存在较大的点蚀可能性,如果使用此材料要引起注意,需要采用阴极保护手段防腐。
1. 5  缝隙腐蚀
 
图2 双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)的缝隙腐蚀与温度及Cl-离子浓度的关系
缝隙腐蚀是在电介质溶液中(特别是含有卤素离子的介质) ,在金属与金属或非金属表面之间狭窄的缝隙内,由于溶液的移动受到阻滞,在缝隙内溶液中氧耗竭后,氯离子即从缝生与自催化点腐蚀相类似的局部腐蚀。由于正常海水中Cl-浓度为19.673 g/L,从图2可以看出,除SAF2507及254SMO两种不锈钢以外,其他各类型均有可能发生缝隙腐蚀。工程实际中,海水输送、低压增压泵等设备材质经常为(00CrNi5Mo3N) 。之所以有如此选择,是因为(00CrNi5Mo3N)是较为经济的材质选择(比如工程中不要采用螺纹连接、法兰间采用非金属垫片以阻止产生晶间缝隙) 。但不能排除其发生缝隙腐蚀的可能性。
因此可以得到,在31℃,Cl—离子含量在20g/L的海水中,双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)采用阴极保护防护措施是必要的。
二.腐蚀机理分析
在静态条件下,双向不锈钢(00CrNi5Mo3N)的阳极过程出现自钝化现象,阳极溶解受阻,其阴极过程则受到氧的扩散控制。
在流动体系中,双相不锈钢腐蚀的阳极过程依然处于钝化状态,而双相不锈钢腐蚀的阴极过程仍然受到氧的扩散控制。随着流速的增加,电极表面钝化膜随着流速的变化而溶解速度加快,钝化膜减薄,导致阴极过程氧的传质阻力减小,氧的扩散电流密度逐渐增大,最终造成双相不锈钢流动腐蚀加剧。
从不锈钢耐海洋腐蚀性能PRE(耐点蚀当量)看,根据耐点蚀当量(PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N)公式对合金的适用范围进行排序或根据ASTM G48进行临界点蚀或缝隙腐蚀温度试验。PRE值越高,耐点蚀或缝隙腐蚀的性能越好(见下表)用于空气流动的海水环境温度的合金,通常规定PRE值一般应超过40是保险的。PRE值低的合金,如304(304L)、316、(国外2205或00CrNi5Mo3N也算进来)合金,海水中使用时一般需要电化学保护措施的。
表、几种不锈钢耐点蚀当量(PRE)排序
合金 PRE CCT,F°
304 18 <27
304L 18 <27
316 25.2 27.5
317 30.5 32
2205 33.5 55
2505 37.3 72.5
2507/合金100 41 75
6%Mo合金 40~45 90
CCT---临界缝隙腐蚀温度
三.采用阴极保护防止点腐蚀和缝隙腐蚀的原理
控制双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)腐蚀的主要反应为阴极反应。而外加电流阴极保护系统正是针对该阴极反应,为双相不锈钢的氧去极化提供电子,从而达到保护的一种方法。
阴极保护的实施,通过铁、铝、锌或电化学辅助阳极把保护对象(00CrNi5Mo3N)阴极极化到-0.6V(甘汞)或0.45V(锌),即可有效地控制缝隙腐蚀和点腐蚀发生。
四. 结论
综上所述,31℃,Cl—离子含量在20g/L的海水中使用双相钢(00CrNi5Mo3N材质作为关键设备生产制造的原则料确实存在安全隐患,而外加电流方法针对性强,并且应用效果显著,因此推荐使用外加电流阴极保护方法对(00CrNi5Mo3N双相不锈钢进行保护。
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