超级奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能

在很大程度上，奥氏体不锈钢的发展是为了满足各种环境中对防腐性能的要求。许多合金曾是被设计用于一种特定环境的，随后其应用范围发展得越来越广泛。因此，对超级奥氏体不锈钢的选用，其耐腐蚀性能是一个很重要的依据。这里主要介绍均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂。

    1、均匀腐蚀
　　提高不锈钢稳定性的最重要合金元素为铬和钼。超级奥氏体不锈钢中这些成分的含量均较高，因此在各种溶液中都显出很好的耐腐蚀性。在有些环境中，硅、铜和钨等元素的添加可进一步提高材料的耐腐蚀性。图1所示是一些奥氏体不锈钢在纯硫酸中的等腐蚀速度曲线图。可以看出，合金含量较高的不锈钢，如904L，254 SMO和654 SMO等，在较大浓度和温度范围内比普通型奥氏体不锈钢，如304和316等，具有更好的耐腐蚀性。该图同时也显示了高硅不锈钢SX具有非常强的，抵抗浓硫酸的能力。

   说明在特定环境中抗均匀腐蚀能力的另一个方法是测量造成每年0.1毫米(或每年0.5毫升)腐蚀速度的温度。表5例出了一系列浓度不同的化学溶液。这些溶液都是在化学生产中较常见的，同时也给出了不同钢种在这些溶液中腐蚀速度为0.1毫米/年时的临界温度。可以看出，临界温度随着合金含量的增加而提高。在所有溶液中超级奥氏体不锈钢，如254 SMO和654 SMO的临界温度都是最高的，充分显示了其优异的耐均匀腐蚀性能。
　　表1还包括了两种常见的湿法工业磷酸，WPA 1和WPA 2其主要成分在表2中给出。 

表1在不同化学制品中导致0.1毫米/年的腐蚀速度的临界温度℃ 

    不同合金之间的排序随工况情况的不同而变化。2205型双相不锈钢就是一个很好的例子。这种钢在有些环境中的性能甚至比一些高合金奥氏体不锈钢还要好。但在有些环境中其表现就不太好。另一个例子是904L型不锈钢。在纯磷酸中，这种不锈钢是所有钢中表现最好，但在湿法工业磷酸中，它则比不上其它两种超级奥氏体不锈钢。在一种混合液 WPA 2中，其耐腐蚀性能则是最差的, 见表1。

   因此，在为制造业中的设备，如反应器、管道和储罐，推荐最适合的不锈钢时一定要非常谨慎。最好能掌握有关工况条件的具体数据。

2、点腐蚀和缝隙腐蚀
　　点腐蚀和缝隙腐蚀是两种紧密相关的腐蚀类型，均属于局部腐蚀。其主要生产条件为含有氯离子的环境。但温度及酸碱度(pH值)等也起着很重要的作用。当不锈钢处于含氯环境中时，在一定温度下就会发生点腐蚀。众所周知，铬和钼含量的提高有助于增强不锈钢抗局部腐蚀的能力。铬、钼和氮对抵抗局部腐蚀能力的综合影响，经常用经验公式WS（Wirksumme）来表示。
　　WS(PRE)=％铬＋3.3×％钼＋16×％氮
　　式中的WS值一般被称之为“耐点腐蚀能力指数(PRE)”。所以也常常用PRE来表示。公式所给出的氮的系数16是最经常使用的。但据文献报道也有采用其它系数的，比如Mannesmann研究院的Herbsleb博士就建议使用30。诸如钨等其它成分对防腐性能也有积极影响。按重量百分比的算法计算，其效果约为钼的一半。为了进行比较，同时用16和30作为PRE 公式中氮的系数为表1中的一些钢种计算PRE值。结果在表3中给出。

表3 PRE值及一些高合金不锈钢的临界点蚀温度和临界缝隙腐蚀温度 

 *欧洲统一标准，**在 1摩尔的NaCl 溶液中，***在3.5％的NaCl溶液中，腐蚀电位为700mV SCE

　　可以看出， PRE(16)和PRE(30)对许多钢种来说差别并不是很大。最重要的是两个系数对排列不同不锈钢并无任何影响。

    表3同时也给出了一些不锈钢的临界点蚀温度(CPT)和临界缝隙腐蚀温度(CCT)。这两个临界温度常常被用来衡量不锈钢耐局部腐蚀的能力。大量的研究工作和实用经验表明，PRE值与不锈钢耐局部腐蚀的能力，如CPT和CCT值，是成比例关系的。317LMN，904L两种奥氏体不锈钢和2205型双相不锈钢的 PRE 值大致相同，其抗点蚀和缝隙腐蚀的能力也应该是相同的。所记录的使用数据显示，904L不锈钢的抗点蚀能力略优于其它钢种，而2205的抗缝隙腐蚀能力则较强，这种现象与实际使用情况相符。

    含6％钼和7％钼的超级奥氏体不锈钢，如254 SMO和654 SMO，均具有较高的PRE值和CPT/CCT值，见表3。表示其优越的耐局部腐蚀的能力。因此，超级奥氏体不锈钢家族也一直被广泛地应用于抗点蚀要求较高的用途中，比如用作海水处理设备，纸浆漂白及烟气脱硫装置中的部件等。在一次用于评估烟气脱硫设备所用材料的试验中测定了会导致缝隙腐蚀的临界氯离子浓度。材料被浸泡在饱含二氧化硫并含有酸性(pH值为1)氯化物，且温度为80℃的溶液中。对一些侯选材料的测试结果如表4所示。

表4 在温度为80℃的模拟脱硫塔环境中可导致缝隙腐蚀的临界氯含量 

 *欧洲统一标准，**对于金相组织较差的试样，氯离子浓度低达4000ppm时也曾出现过问题。

由此可见，在这个非常苛刻的环境中，超级奥氏体不锈钢的防腐蚀能力与镍基合金是在一个水平上的。
　　3、应力腐蚀破裂
　　普通奥氏体不锈钢比铁素体不锈钢和双相不锈钢更容易发生由氯化物引起的应力腐蚀破裂。然而，超级奥氏体不锈钢却具有非常高的抗应力腐蚀破裂的能力，在许多情况下其效果还优于双相不锈钢抗应力腐蚀破裂的能力。表4所示为蒸发情况下(根据点滴试验确定)导致应力腐蚀破裂的临界应力。测试时间为500小时。

    可以清楚地看出，与普通不锈钢相比，超级奥氏体不锈钢有着非常优异的抗应力腐蚀破裂的能力。

表4 导致裂纹的临界应力 

*欧洲统一标准

　　硫化氢(常出现于油井和气井中)的存在会增加出现应力腐蚀破裂的风险。因为铁素体相的氢脆性，双相不锈钢，特别是经过深加工的部件，则较容易出现裂纹。在硫化氢和氯离子同时存在的情况下，不锈钢出现应力腐蚀破裂的危险性就更大。而超级奥氏体不锈钢在此类“酸性”环境中是具有很强的抗应力腐蚀破裂能力的。NACE MR0175－95是专门为油气生产中，针对硫化应力腐蚀破裂问题如何选材所制定的标准。此标准中包括了254 SMO，而且也同时包括了退火和冷加工状态。所容许的最大硬度值(35 HRC)也比普通型奥氏体不锈钢 (22 HRC)要高的多。从这一点看，在含有大量硫化氢，最恶劣的油气环境中，超级奥氏体不锈钢是最佳的材料选择。

    4、海水中的腐蚀
　　导致不锈钢发生点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂最常见的环境是在水中，尤其是在海水中。因为海水的氯离子含量是非常高的。由于超级奥氏体不锈钢的临界点腐蚀温度和临界缝隙腐蚀温度均非常高，见表7，说明其在海水中耐局部腐蚀的能力也是非常的强。所以含6％钼和7％钼超级奥氏体不锈钢同镍基合金一样曾广泛地被应用于海水中。由于实际情况有很大的不同，所报道的使用结果也大不相同。有的使用了几年仍状况良好，有的仅在一年之内就出现了严重的腐蚀问题。如同所有与含氯化物的水接触的不锈钢一样，决定性的因素仍是因焊接而产生的氧化物和微小的缝隙，同时残余氯含量也是一个非常重要的因素。

    添加到海水中用于杀死海洋微生物的氯是一种很强的氧化剂，它可轻易地使不锈钢的腐蚀电位超过其临界点蚀和缝隙腐蚀电位。

    在低于50℃的情况下，在干净的6钼超级奥氏体不锈钢表面不应出现任何点蚀问题。但在一些实际应用中，也有6钼超级奥氏体不锈钢在较高工作温度下具有较好使用性能的实例。最具限制性的因素是缝隙腐蚀。如果缝隙情况严重的话，即使在20～30℃)的温度下也会发生腐蚀。然而，至少在温度高达30℃及残余氯含量约为百万分之0.5的情况下，这种类型的不锈钢一般都是合格的。在缝隙情况很严重时(比如在某些类型的板式换热器上会发现这种情况），即使将温度一直保持在25℃以下，一般也不将6钼超级奥氏体不锈钢用于此类用途。在缝隙很严重但未添加氯的用途中，至少在35℃的温度下，6钼超级奥氏体不锈钢的使用则一直是很成功的。