ND、2205、17-4PH和316L不锈钢材料的腐蚀行为

周梓荣，肖鑫

（1.中南大学资源与安全学院，湖南 长沙 410012；2.湖南工程学院化学化工学院，湖南 湘潭 411104）

【腐蚀防护】

ND、2205、17-4PH和316L不锈钢材料的腐蚀行为

周梓荣1,*，肖鑫2

（1.中南大学资源与安全学院，湖南 长沙 410012；2.湖南工程学院化学化工学院，湖南 湘潭 411104）

针对含少量杂质的稀硫酸在高温环境下的强腐蚀性，选了ND、2205、17-4PH和316L等不锈钢材料，在5% NaCl溶液和现场提取的工作介质中进行了60 ～ 80 °C工作温度下的腐蚀性试验。结果表明，在5% NaCl溶液中，ND不锈钢耐蚀性能最好；在工作介质中，17-4PH不锈钢的耐蚀性最好。

不锈钢；腐蚀行为；稀硫酸；耐蚀性

1 前言

随着近代化学工业的迅速发展，稀硫酸的用途不断扩展，用量与日俱增。稀硫酸对材料的腐蚀性比浓硫酸强，而高温的稀硫酸对材料的腐蚀性更强[1-3]。因此，人们对高温稀硫酸容器材料提出了更高耐腐蚀、耐磨损的要求。为此，国内外开发了许多相应的材料，如 VHB904，Carpenter20Cb3，incoloy825，K合金，SANDVIK SX，Lewmet系列合金等[4-7]。但某化工公司某产品的原材料为16% ～ 18%的稀硫酸，工作温度60 ～ 80 °C，其中含有少量的苯甘氨酸、苯甘氨酸–樟脑磺酸盐和浓度较低的铁离子。离心机是其主要的生产设备。在生产过程中，尽管设备生产厂家使用过许多耐蚀材料，但离心机的使用寿命非常短(有时甚至只有一两个月)。为了寻找适合的离心机耐蚀材料，本文根据硫酸的腐蚀原理，选用了国内外几种不锈钢材料进行耐蚀性试验。

2 硫酸腐蚀机理及耐蚀材料选择

2. 1 硫酸对碳钢的腐蚀原理

碳钢在硫酸中发生的腐蚀过程是典型的电化学腐蚀。其化学反应式表述如下：

金属材料的本质、表面状态及金属阴极相杂质、pH、温度都会影响到金属的氢去极化腐蚀。

2. 2 硫酸腐蚀的特点

在一定温度下，稀硫酸对碳钢的腐蚀速率随其浓度的提高而增强，达到一定浓度后，腐蚀速率随浓度的提高而急剧下降。同一浓度的硫酸随着温度的升高，腐蚀性会大大增强。值得注意的是，硫酸的腐蚀性除与浓度和温度有关外，酸中的杂质对腐蚀有很大的影响。本试验主要是针对杂质和温度对材料腐蚀速度的影响，研究其腐蚀行为，以解决离心机材料的选材问题。

2. 3 试验材料的选择

即使在较低的温度下，稀硫酸的腐蚀性也很大，容器用材料的耐腐蚀性要求高。316L是耐稀硫酸腐蚀的常用材料。笔者根据国内外文献介绍的研究成果和资料，选取了以下4种不锈钢材料作为试验用材(由离心机生产厂家和使用单位提供)：ND，2205，17-4PH，316L。表1为这4种不锈钢材料的化学成分。

3 试验

3. 1 腐蚀介质和工作温度

(1) 标准腐蚀溶液：5%标准氯化钠溶液。

表1 试验用不锈钢材料的化学成分Table 1 Chemical compositions of tested stainless steel materials

(2) 稀硫酸介质(从生产现场取样)，其中硫酸的质量分数为16% ～ 18%，苯甘氨酸和苯甘氨酸–樟脑磺酸盐的质量分数0.5% ～ 1.0%，铁离子浓度≤10 mg/L。

(3) 工作温度：60 ～ 80 °C。

3. 2 试验方法

采用线性极化法，电位扫描速率为 0.2 mV/s，电解质溶液为5%氯化钠溶液，辅助电极为Pt电极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，试样为研究电极(露出面积为1 cm2)。先测定研究电极的自然腐蚀电位，10 min后待自然腐蚀电位稳定，开始恒电流极化测定。

测量循环伏安曲线时，电位扫描速率为2 mV/s。

3. 3 试验材料的制备

将试验材料加工成φ 20 mm × 10 mm的试样，表面抛光至Ra0.8，每种材料加工成4个试样。

4 结果与分析

在60 ～ 80 °C的温度下，4种不锈钢试样在5% NaCl溶液和稀硫酸工作介质中的腐蚀循环伏安曲线分别见图1a和1b。从图1a得知，在60 ～ 80 °C的5% NaCl溶液中，ND不锈钢的阴极极化曲线明显向低电流密度方向移动，这证明在5% NaCl溶液中，其整个电化学反应被抑制，试样的腐蚀电流密度最小，故 ND不锈钢的耐腐蚀性能最好，其次是316L不锈钢和2205不锈钢，17-4PH不锈钢的耐盐水腐蚀性能最差。从图1b得知，在60 ～ 80 °C下，17-4PH不锈钢试样在给定工作介质中的阴极极化曲线向低电流密度方向移动，这说明其腐蚀电流密度减少，耐腐蚀性最好，其次是316L不锈钢和2205不锈钢试样，ND不锈钢试样在工作介质中的耐蚀性能最差。

图1 不锈钢试样在5% NaCl溶液和稀硫酸工作介质中的循环伏安曲线Figure 1 Cyclic voltammograms for stainless steel samples in 5% NaCl solution and the working media of dilute sulfuric acid

5 结论

在60 ～ 80 °C的温度下， ND、2205、17-4PH、316L等4种不锈钢试样在含少量(0.5% ～ 1.0%)苯甘氨酸和苯甘氨酸–樟脑磺酸盐杂质的硫酸溶液(质量分数为16% ～ 18%)及5% NaCl溶液中的腐蚀试验发现，ND不锈钢在 5% NaCl标准溶液中的耐蚀性能最好，17-4PH不锈钢在稀硫酸工作介质中的耐蚀性能最好。

[1] 元少昀. 硫酸储罐的选材，设计和防腐[J]. 化工设备与管道, 2005 (3): 52-54.

[2] HOPP A, 王爱群. 硫酸厂的腐蚀防护[J]. 硫酸工业, 2002 (4): 10-12.

[3] 张中和. 2205不锈钢的点腐蚀试验研究[J]. 机械制造及自动化, 2004 (6): 57-58.

[4] 刘晓东. FS-1耐硫酸不锈钢的研究与应用[J]. 腐蚀科学与防护技术, 1998 (5): 140-156.

[5] 顾国亮, 杨文忠. ND钢、316L、20碳钢在硫酸介质中的腐蚀行为[J]. 腐蚀与防护, 2005, 26 (8): 336-337.

[6] 闫丽静, 董俊华. 铁在 H2S的硫酸溶液中的腐蚀机理研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 1998, 18 (4): 269-275.

[7] 曾楚南. 腐蚀电化学[M]. 北京: 化学工业出版社, 1987.

[ 编辑：韦凤仙 ]

Corrosion behavior of stainless steel materials of ND, 2205, 17-4PH and 316L //

ZHOU Zi-rong*, XIAO Xin

Aim at the strong corrosion of dilute sulfuric acid containing a small amount of impurity at high temperature, the corrosion tests were completed by choosing ND, 2205, 17-4PH and 316L stainless steel materials in 5% NaCl solution and working media picking-up from scene at working temperature of 60-80 °C. The results showed that the corrosion resistance of ND stainless steel is the best in 5% NaCl solution, and the 17-4PH stainless steel has the best corrosion resistance in the working medium.

stainless steel; corrosion behavior; dilute sulfuric acid; corrosion resistance

School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410012, China

TG172.63

A

1004 – 227X (2010) 08 – 0035 – 02

2010–04–15

周梓荣（1963–），男，湖南湘潭人，博士，教授，主要研究方向为机电一体化技术与工程材料。

作者联系方式：(E-mail) hnxtzzr@sina.com。