超级铁素体不锈钢S44660焊管耐蚀性能的研究

2010-03-23李天宝

中国钢铁业 2010年12期

田野李天宝

前言

超级铁素体不锈钢S44660具有非常好的耐Cl-应力腐蚀、点腐蚀性能、耐晶间腐蚀和综合力学性能，这些性能依赖于其组织结构和化学成份（见表1、表2）。长期以来，由于铁素体不锈钢C、N等间隙元素的存在，显著提高了高铬铁素体不锈钢的脆性转变温度和缺口敏感性，所以其用途有限。随着不锈钢精炼技术的发展，极大地降低了铁素体不锈钢中的C 、N等间隙元素的含量，使该类不锈钢的一些缺点和不足得到了一定程度的克服，当超级铁素体S44660含C+N低于400ppm，PRE值大于37时，其优异的耐蚀性能和加工、焊接性能得到充分体现。经过特殊工艺处理的S44660焊管能够在海水环境中、在Cl-含量高的化工行业中进行长期服役。在美国等发达国家，S44660焊管已经广泛在沿海电厂发电机组的冷凝器、海水淡化、制盐业、含氯离子较高的化工等行业中使用，钢管总长达到几百万公里。目前在上述行业中已广泛使用S44660焊管替代钛管、海军黄铜管、白铜管和超级奥氏体不锈钢管、超级双相不锈钢管。同时节省了大量的镍、铜、钛等昂贵金属资源。目前，我国也对超级铁素体不锈钢S44660焊管进行生产开发。本文是对国内生产的S44660不锈钢焊管的耐腐蚀性能、特别是对超级铁素体不锈钢S44660焊管的耐点蚀性能和耐晶间腐蚀性能进行的研究。

1.试验

1.1 试样与制备

试验用的不锈钢焊管的原材料为太钢不锈钢股份公司生产的S44660、316L，钛管为商品材，S31803为国内某厂生厂。其主要化学成份见表3、表4、表5、表6。

从4种不同材料的焊管截取试样,加工成Φ25×0.7×25mm,每种材料各加工3个试样分别标记如下：

S44660分别标记A1、A2、A3，316L分别标记B1、B2、B3，钛管TA2分别标记T1、T2、T3，S31803分表标记为C1，C2，C3。用砂轮片切割机切割，进行平头后，对试样横截面在砂轮机上打磨，然后依次在预磨机上用240#、1200#砂纸进行打磨，打磨时注意冷却。之后将试样棱边用手动打磨机的小千叶轮磨头打磨圆滑，再用白色羊毛磨头抛光。进行实验前将试样清洗吹干并称重（精确到0.0001g），计算出试样总面积。

1.2 测试方法

1.2.1 点腐蚀测试

采用标准：ASTM G48–C法。

溶液配制：称取68.72克FeCL3﹒6H2O，溶于600ml蒸馏水中再加入16ml浓盐酸。溶液的体积应保证单位面积试样表面的试验溶液量至少为5ml/cm2。

表1 S44660焊管的综合力学性能

表2 S44660焊管的主要化学成份 %

实验时间：连续72小时

实验温度：65℃

实验步骤：将配置好的溶液倒入锥形瓶中，将玻璃支架放入瓶底并放入恒温水浴锅中，在锥形瓶上盖上表面皿，加热至规定的平衡温度（65℃），在试验开始前用已检定过的温度计对温度进行校验。试验溶液达到规定温度后，将已处理好的试样放在玻璃架上（试样不能与瓶底接触），一个试验容器中放置一个试样。在整个试样阶段保持温度波动不超过±1℃。试验结束时，取出试样，用清水冲洗，用尼龙硬毛刷在流水下刷洗以去除腐蚀产物，在丙酮或乙醇中浸洗，并用吹风机吹干后称重（精确到0.0001g），计算出腐蚀率。

1.2.2 晶间腐蚀测试

采用标准：ASTM A763 –Y法。

试验设备：分析天平（精确至0.0001g）；显微镜（至少100×）。Cu片（3.2 ×19 ×38mm)

试验时间：连续120小时

溶液配制：称取72g CuSO4·5H2O，溶于400.0ml蒸馏水中再加入236.0ml浓硫酸（注意防止暴沸），溶液的体积应保证单位面积试样表面的试验溶液量至少为8ml/cm2

实验步骤：将清洗干净的铜片放入1000ml锥形瓶中，之后把配置好的溶液倒入瓶中并把已处理好的试样放入瓶中，用记号笔标记锥形瓶中液面位置（以便检查溶液的蒸发损耗。若有明显的液位变化，则用新的溶液重做），在磨砂接口处涂上硅脂，装好冷凝管，接通冷却水，缓缓加热溶液直至全部硫酸铜溶解，调节温度按钮直至溶液保持稳定沸腾状态。试验结束后，取出试样，用清水冲洗，用尼龙硬毛刷在流水下刷洗以去除腐蚀产物，在丙酮或乙醇中浸洗，并用吹风机吹干后称重（精确到0.0001g），计算出腐蚀率，并将试样在显微镜下拍照，以观察晶间腐蚀的程度。

2.结果与讨论

2.1 S44660焊管耐点腐蚀性

试验完成后，用分析天平对试样称重并计算重量损耗，具体数据见表7。

不锈钢在含有Cl-的溶液中最容易发生点腐蚀，在实际生产中不锈钢设备往往是在含有不同浓度的氯化物工艺介质中服役，而Cl-容易在不锈钢表面的局部区域聚集，使该处的电极电位减小，从而破坏该处的钝化膜，将钢的金属基体暴露出来，在不锈钢表面形成局部微电池，形成不锈钢的点蚀源。

从腐蚀率看，S44660焊管与钛管相差不大，大约只有316L、S31803的千分之一，

2.2 耐晶间腐蚀

按照ASTM A763-Y法要求进行完试验，试验前、后分别对样品进行称重。根据结果测算腐蚀数据见表8。

表3 太钢产S44660试样化学成分 %

表4 太钢产316L试样化学成分 %

表5 TA2 试样主要化学成份 %

表6 S31803试样化学成分 %

表7 各试样焊管在65℃温度时耐点腐蚀性数据

表8 试验前、后样品的腐蚀数据分析

2.3 S44660不锈钢耐蚀原因浅析

不锈钢的耐蚀性与其钝化性能及钝化膜的稳定性紧密相关，而其钝化性能除了受腐蚀介质的影响外，还主要受到合金元素及含量的影响。不锈钢的耐点腐蚀性能随合金中铬含量的增加而提高，当铬含量达到25%以上，不锈钢的点腐蚀电位明显提高，而S44660不锈钢中的铬含量在27%左右，同时由于S44660不锈钢含有3%以上的钼，钼能显著提高不锈钢的抗点腐蚀性能，研究表明，钼在铁素体不锈钢中耐点蚀的能力相当于铬的3倍，因此通常用Cr+3.3Mo的量衡量钢的耐点蚀性能，此当量值越高，钢的耐点蚀能力越强。同时钼的加入，使钢表面形成富钼的氧化膜，这种含有铬钼元素的氧化膜，具有很高的稳定性，不但在许多非氧化性强腐蚀介质中不易被溶解，而且更能有效地抑制氯离子引起的点腐蚀。另外S44660钢种加入强碳化物形成元素钛和铌，有效地抑制了晶间腐蚀倾向。此外，S44660在耐氯化物等介质的抗应力腐蚀性能明显优于奥氏体不锈钢，这是由于铁素体不锈钢的体心立方点阵晶面容易滑移，易形成网状位错结构，从而不易生成线状的蚀沟，所以难以造成穿晶破裂。还由于它容易发生交叉滑移，而不致造成粗大的滑移台阶。