热带海洋大气环境下不锈钢的腐蚀寿命评估

2022-04-25尹程辉潘吉林陈俊航白子恒李曌亮余伟冯利军肖葵

表面技术 2022年4期

尹程辉，潘吉林，陈俊航，白子恒，李曌亮，余伟，冯利军，肖葵,4

热带海洋大气环境下不锈钢的腐蚀寿命评估

尹程辉1a,1b，潘吉林2，陈俊航1a,1b，白子恒1a,1b，李曌亮1a,1b，余伟1c，冯利军3，肖葵1a,1b,4

（1.北京科技大学 a.国家材料腐蚀与防护科学数据中心 b.新材料技术研究院 c.高效轧制工程研究中心，北京 100083；2.四川成都土壤环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站，成都 610062；3.西南技术工程研究所，重庆 400039；4.海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室，辽宁鞍山 114021）

给出一种模拟万宁海洋大气环境的室内加速环境谱并对典型不锈钢材料进行寿命预测。采用失重法对4种不锈钢的耐蚀性进行宏观分析。采用X射线光电子能谱分析仪（XPS）对4种不锈钢的腐蚀产物类型进行分析。采用扫描电子显微镜（SEM）对4种不锈钢的腐蚀产物进行微观分析。采用腐蚀电化学法对4种不锈钢进行宏观电化学分析。采用灰色关联度分析法研究室内加速环境谱与万宁海洋大气环境下户外暴露试验的相关性。4种不锈钢的腐蚀失重速率都随着试验时间的增加而降低，其中430不锈钢腐蚀速率的减小程度最明显。4种不锈钢均在室内加速腐蚀试验中表现出较好的耐蚀性，耐蚀性由好到差依次为2205、316L、304、430不锈钢。XPS结果显示，304不锈钢与316L不锈钢的腐蚀产物主要为Fe2O3和Fe3O4；2205不锈钢的腐蚀产物主要包括Fe2O3以及FeOOH或FeCr2O4；430不锈钢的腐蚀产物属于典型不锈钢的腐蚀产物，主要由Fe2O3、Fe3O4和FeOOH组成。电化学分析表明，304、316L、2205不锈钢的容抗弧半径均在试验前期增大后期减小，430不锈钢的容抗弧半径随试验周期的增长不断减小。4种不锈钢的腐蚀电流密度和点蚀电位的变化趋势相同，腐蚀电流密度均为前期减小后期增大，点蚀电位不断升高，3周期后达到峰值随后降低。灰色关联度方法分析表明，室内加速试验环境谱与万宁户外暴露试验符合腐蚀动力学一致原则，并建立了腐蚀预测模型，各种不锈钢的预测模型为304=1 030.4990.761 524、316l=1 323.9810.712 401、2205=3 451.5430.858 627、430=2 813.6970.632 819。该种模拟万宁海洋大气环境的室内加速谱能够有效地模拟万宁海洋大气环境，并有效推断和评估典型不锈钢材料在海洋大气环境下的腐蚀行为和寿命。

不锈钢；海洋大气环境；室内加速腐蚀；室内外相关性

由于海洋环境复杂多变，金属尤其是钢铁在海洋环境中使用时所暴露出来的腐蚀与防护问题逐渐被重视。其中海洋大气环境下氯离子对金属的腐蚀尤为典型，腐蚀程度也较为严重[1]。同时，影响金属海洋大气腐蚀的因素十分复杂。海洋大气环境中存在的气象因素，如相对湿度、温差、温度、降水量、日照时间、降水量、含盐量等气象因素会直接影响金属材料在该环境下的腐蚀行为，相对湿度为最重要的因素[2-5]。上述因素都在不同程度上影响到了金属表面液膜的形成以及液膜下电化学反应的进行，故在研究海洋大气腐蚀行为时应当尽可能地将上述因素考虑进去。

早在1962年，美国材料与试验协会为进行材料的加速试验制定3种盐雾试验标准，其中标准中性盐雾试验虽然能对实际海洋大气环境进行模拟，但是不具备干湿交替的过程[6]。Lyon等[7]将干湿交替引入盐雾试验发现提升了试验与自然环境的相关性。schmutz等[8-9]首次使用周期浸润复合循环试验方法并将降雨情况纳入了试验因素，发现增加该因素后，能够更好地模拟材料的实际服役情况。王绍明[10]则采用周浸试验（3%NaCl）和盐雾试验对含Cr-Mo的钢进行加速试验，发现用多因子循环复合短期加速试验的结果，可以预测在长期自然环境中材料的腐蚀行为。目前国内外对于不锈钢的加速腐蚀研究很少考虑紫外光这一因素。而有研究表明[11-12]紫外光对于不锈钢的腐蚀存在一定的影响，这主要是由于紫外光使不锈钢表面的钝化膜的电子性质发生了改变，从而抑制了点蚀的发生。

近年来灰色关联度分析和灰色模型预测在腐蚀科学领域得到广泛的应用，灰色关联度分析主要是指利用多种因素发展趋势的相似或相异程度进行衡量。韩逢庆等[13]通过比较材料腐蚀数据的3种预测方法发现使用灰色关联度分析方法预测腐蚀数据是可行的且准确性较高。郝献超等[14]采用灰色关联度分析方法计算研究了不锈钢在典型地区大气腐蚀的环境影响因素，为之后的研究奠定基础。范嘉雯等[15]采用灰色关联度分析方法建立纯锌材料在万宁、西沙2种海洋大气环境下服役的耐蚀寿命预测模型，为纯锌的进一步使用提供了技术和数据支持。赵朋飞等[16]采用灰色关联度分析方法确定了室内加速腐蚀试验谱与典型岛礁大气环境的加速关系，为地面武器装备选材及结构腐蚀寿命评定提供重要依据。陈俊航等[6]使用灰色关联度分析方法建立了304不锈钢在青岛污染海洋大气环境下的腐蚀预测模型。

本文采用多因子循环复合腐蚀试验方法[17]，并将紫外光因素作为室内加速试验的一个重要模块，对304、306L、2205、430等4种典型不锈钢进行室内加速腐蚀试验，研究其腐蚀行为，并采用灰色关联度分析方法建立腐蚀寿命预测模型，在有效推断和评估典型不锈钢材料的腐蚀行为和寿命方面，以及指导典型不锈钢材料在万宁海洋大气环境下的使用方面具有非常大的意义。

1 试验

1.1 试样材料与准备

试验材料为304、306L、2205、430等4种不锈钢。上述4种不锈钢的成分如表1所示。

表1 4种不锈钢的化学成分

Tab.1 Chemical composition of four stainless steel　wt.%

用于室内加速腐蚀试验的试样尺寸为50 mm× 25 mm×3 mm。对加工后的试样进行除油清洗，而后置于干燥器皿中保存。试验前，测量试样的实际尺寸和质量用于计算腐蚀失重数据。

1.2 加速谱设计方法

万宁地区处于东经110°30′、北纬18°58附近，气候类型为热带海洋性气候。年平均降水量为1 563 mm，相对湿度为86%，年平均日照时间为2 043 h，平均温度24.6 ℃[18]。因此，本文采用多因子循环复合腐蚀试验。模拟万宁海洋大气环境下大气腐蚀试验的多因子循环复合加速试验流程如图1所示。

图1 模拟热带海洋大气环境加速试验流程

将一次“紫外照射试验+周期浸润试验”作为一个完整的试验周期，时间为192 h。参考GB/T 19746—2005《金属和合金的腐蚀盐溶液周浸试验》，周期浸润试验采用的浸润溶液为5%的NaCl溶液，溶液温度为（40±5）℃，相对湿度为95%±5%。周浸过程中采用干湿交替循环，先浸润7.5 min，再干燥22.5 min，每30 min为一次循环。共使用4组试样，每组试样均包含4种加速腐蚀试验材料，其中每种试验材料又包括4片用于失重计算和形貌观测的平行样与2片电化学试样平行样。4组试样分别进行1、2、3、4周期试验后取出进行观察与测量。

1.3 腐蚀失重分析

参照GB/T 19746—2005《金属和合金的腐蚀试样上腐蚀产物的清除》对完成试验的4种不锈钢腐蚀产物进行清除，选择10%（质量分数）的HNO3溶液为除锈液。清洗后称量，计算试样的腐蚀失重数据。

1.4 腐蚀形貌观测及腐蚀产物分析

采用 FEI Quanta 250型扫描电子显微镜对完成室内加速试验后的4种不锈钢表面所产生的腐蚀产物进行微观形貌观察与分析。同时使用Thermo Fishe公司的Sigma Probe XPS仪分析试验后试样表面产生的腐蚀产物种类。

1.5 电化学测试方法

电化学测试方法示意，如图2所示。测试在室温下进行，获得304、316L、2205、430等4种不锈钢的动态极化曲线和电化学阻抗谱数据，对其进行分析。

图2 电化学测试示意图

2 结果与讨论

2.1 腐蚀动力学特征

图3为4种不锈钢经加速腐蚀试验后的失重曲线及拟合曲线。其中，430不锈钢的质量损失最大，2205不锈钢的质量损失最小。腐蚀失重由小到大的顺序为430不锈钢<304不锈钢<316L不锈钢<2205不锈钢。

图3 4种不锈钢经加速腐蚀试验后的失重曲线及拟合曲线

通过对数据进行分析，失重与时间的关系符合幂函数规则[10-12]，见式（1）。

Δ=at(1)

式中：Δ是单位面积的腐蚀失重，g/m2；是试验时间，h；、是常数，值常作为腐蚀速率或锈层保护性好坏的参数。2是幂函数拟合相关系数。由表2可知，4种不锈钢材料失重拟合曲线的2都大于0.98，曲线拟合相关性较好。由值及整体曲线走势可以看出，在4个试验周期内，锈层对材料基体有一定的保护作用，腐蚀失重趋势逐渐减小，但不同材料情况也有一些差异。

表2 4种不锈钢经加速腐蚀试验后拟合公式（1）中的相关参数

Tab.2 The relevant parameters in formula (1) are fitted after accelerated corrosion test of four kind stainless steels

图4为4种不锈钢经加速腐蚀试验后的失重速率曲线。由图4可知，4种不锈钢的腐蚀失重速率都随着试验时间的增加而降低。其中430不锈钢腐蚀速率的减小程度最明显，这说明430不锈钢的腐蚀产物在试验后期对基体起到了较强的保护作用。该曲线也说明试样表面生成的腐蚀产物形成了保护膜，并在一定程度上阻碍了试样的腐蚀行为。

图4 4种不锈钢经加速腐蚀试验后的失重速率曲线

2.2 腐蚀形貌

从图5可以看出，304、316L和2205不锈钢在试验初期形成了针状及放射状的腐蚀产物，并且紧紧贴合在试样表面生长并发展。随着时间的延长，304不锈钢的腐蚀产物逐渐增多并相互连接，最终形成了较为致密的层片状的腐蚀产物层，同时也出现了很多分散的团簇状的腐蚀产物。随着周期变长，层片状减少，团簇状变多，产物层开始出现破碎现象。从整个试验过程来看，试样上的腐蚀产物逐渐生长增多并成膜，后期产物膜的形成和破碎同时发生，但整个过程中产物膜的空隙一直存在。316L不锈钢腐蚀产物的发展过程与304不锈钢类似，也是随着腐蚀的进行，产物形态逐渐变为层片状，但结构上更加致密完整。同304不锈钢相比，316L不锈钢的腐蚀发展速度更慢，耐蚀性优于304不锈钢。2205不锈钢腐蚀产物的发展则不同于前2种不锈钢，其针状以及放射状的腐蚀产物随着试验时间的增加仅仅是数量上的增多，其形态并没有发生改变，一直保持针状以及放射状，这说明2205不锈钢的耐蚀性要强于前2种不锈钢。而430不锈钢在试验初期就产生了团簇状的腐蚀产物，并且产物分布较为广泛，随试验继续进行，腐蚀产物增多并逐渐积累，形成了较多的产物堆积，但产物层比较疏松，拥有很多缝隙和孔洞，并没有形成致密的产物膜，对基体并不能起到很好的保护效果。不锈钢的腐蚀类型为点蚀，发生腐蚀后，蚀孔内的Fe2+向蚀孔外迁移，并与溶解氧发生反应生成Fe3+，产生的Fe3+可以在蚀孔外获得电子并发生还原反应，进而促进蚀孔生长[19-20]。同时由图5可以看出，4种不锈钢表面的腐蚀产物层的致密程度由优到劣的顺序为2205不锈钢、316L不锈钢、304不锈钢、430不锈钢，致密程度越低空隙越大，Fe3+的含量越高不锈钢表面的腐蚀不断加剧，因此从产物的形貌来看，2205不锈钢腐蚀最轻微，随后为316L不锈钢、304不锈钢，430不锈钢腐蚀最严重。

图5 4种不锈钢经不同周期室内加速试验后的腐蚀微观形貌

2.3 腐蚀产物组成特征

图6为4种不锈钢腐蚀产物的XPS图谱。XPS结果显示，304不锈钢与316L不锈钢由于腐蚀十分轻微，明显检出的有Fe2O3以及Fe3O4，并且峰强度远弱于基体Fe成分，其余可能出现的产物（例如FeOOH等）的微弱峰谱都被强大的Fe峰所掩盖而无法检出。这一结果与上文提到的形貌观测的结果相对照，反映了304不锈钢在模拟海洋环境的加速腐蚀试验中腐蚀较弱，产生的产物很少。随着试验周期的增加，检测出的腐蚀产物的主要组成没有变化，说明304不锈钢与316L不锈钢在所有4周期试验中都表现出了较强的耐蚀性。而2205不锈钢除了基体Fe成分以外，检出的腐蚀产物主要包括Fe2O3以及FeOOH或FeCr2O4。其中FeCr2O4是Cr与Fe共同形成的尖晶石型氧化物，具有复杂致密的结构，较单一氧化物具有更好的抗氧化性能，能在材料表面形成高电阻氧化膜，阻碍离子扩散，可以有效减缓基体的腐蚀。这也与2205不锈钢在试验中表现出的极强的耐蚀性相对应。随着试验周期的增加，检测出的腐蚀产物的主要组成没有变化。

图6 4种不锈钢腐蚀产物的XPS图谱

430不锈钢的腐蚀产物属于典型不锈钢的腐蚀产物，主要由Fe2O3、Fe3O4以及FeOOH组成。这一结果与进行模拟工业海洋环境试验时的结果相同。这说明430不锈钢在试验中已产生了相对较多的腐蚀产物，对比另外3种不锈钢，430不锈钢的腐蚀情况相对严重，腐蚀发展相对较快，耐蚀性能最弱，这也与之前的各项试验得出的结论相符。随着试验周期的增加，腐蚀产物的主要组成没有变化。

2.4 腐蚀电化学特征

2.4.1 交流阻抗

图7为4种不锈钢经不同周期加速腐蚀试验后的Nyquist图。Nyquist图表明4种不锈钢的阻抗谱都是由容抗弧组成的。随着试验周期的增加，304、316L、2205等3种不锈钢容抗弧的半径呈现先增大后减小的趋势。这表明随着试验的进行，材料表面锈层对材料的保护作用逐渐增强，材料的耐腐蚀能力逐渐提升，这是因为不锈钢表面产生的钝化膜在受到紫外光照射后，其半导体性能发生改变，同时在紫外光的影响下钝化膜中的Ni和Cr元素含量增加，使其钝化膜内施主/受主密度减小，膜内部结构更加均匀一致所致[21-23]。但由于Cl‒限制了钝化膜的修复作用，加速局部区域的腐蚀，并开始产生点蚀，破坏了表面膜的完整性，耐蚀能力降低[24]。430不锈钢的容抗弧半径随着试验周期的增大而不断减小。结合上文分析发现，由于430不锈钢在试验初期就已经出现了一定的腐蚀产物，但腐蚀产物较少且未将表面完全覆盖，不但没能起到保护基体的作用，还破坏了其表面生成的钝化膜，进而使基体更容易发生腐蚀。

图7 4种不锈钢经不同周期加速腐蚀试验后的Nyquist图

由于本文中4种不锈钢的钝化膜电容远小于双电层电容，并且钝化膜电阻明显大于电荷传递电阻，因此选用图8的等效电路图进行拟合[25]。

图8 4种不锈钢试验后测得的电化学阻抗谱等效电路图

拟合结果见表3。从表3中的数据可知，304、316L、2205不锈钢随着试验时间的增加，1值先增大后减小，1先减小后增大，说明电荷转移电阻在试验初期越来越大，钝化膜以及腐蚀产物对材料的保护作用逐渐增强，但后来因腐蚀开始加重，试样表面活性区域面积增大，活跃的点蚀增多，基体腐蚀有所加快。430不锈钢的1值逐渐减小，1逐渐增大，说明随试验进行材料表面钝化膜的稳定性下降，保护作用越来越弱，点蚀更容易发生。

表3 4种不锈钢交流阻抗谱的拟合结果

Tab.3 The fitting results of AC impedance spectra of four stainless steels

2.4.2 极化曲线

图9为4种不锈钢经不同周期加速腐蚀试验后的极化曲线。由图9可知，随试验周期的增加，304、316L、430等3种不锈钢的自腐蚀电位逐渐下降，2205不锈钢的自腐蚀电位先减小后稍有增大，但整体上呈现减小的趋势。这说明随着试验的进行，试样表面的腐蚀产物逐渐增多并对基体材料起到了一定的保护作用，使材料的耐蚀区域增大，腐蚀倾向降低。4种不锈钢的腐蚀电流密度均先降低后升高，说明腐蚀产物的出现一定程度上抑制了腐蚀速率的增加，保护试样腐蚀速率进一步增大，但试验后期随着较严重的点蚀出现，试样表面完整性遭到破坏，腐蚀速度有所增加。试验时间的增加使4种材料的钝化效应越来越明显，主要体现在各种材料的维钝电流密度都逐渐降低而点蚀电位越来越高，在3周期试验后达到极值，说明钝化膜随试验进行起到了更好的保护效果，这是由于紫外照射时间的增加使钝化膜更加均匀致密所致。而后续的4周期试验因产生了较严重的点蚀，破坏了钝化膜的完整性，使得维钝电流密度明显增大，点蚀电位也有所下降。综上，从极化曲线来看，4种材料表现出的耐蚀性能随试验时间的增加而不断增强，在3周期试验后达到极值，最后有所下降。

图9 4种不锈钢经不同周期加速腐蚀试验后的极化曲线

2.5 灰色关联度及腐蚀预测模型

由上文可知，304、316L、2205、430等4种不锈钢的腐蚀失重按幂函数规律进行拟合后的相关系数均在0.98以上，4种不锈钢的函数拟合性较好。同时查阅相关文献发现，不锈钢在实际海洋大气环境中的典型腐蚀产物主要包括FeOOH、Fe2O3和Fe3O4等，随着试验时间的增加，产物中的FeOOH类型会有所变化[26-30]。本文中的典型不锈钢在经过室内加速试验后，其腐蚀产物主要为FeOOH、Fe2O3和Fe3O4等，于户外实际海洋大气环境下暴露试验的结果保持一致。虽然加速试验后对产物中的FeOOH无法给出精准的结构类型区分，但不同结构的FeOOH在一定条件下可以相互转化。综上可知，户外暴露试验与本文所给出的室内加速腐蚀试验具有一定的关联性。

根据灰色关联度分析方法[31-33]计算出万宁户外暴露试验与室内加速腐蚀试验的灰色关联度。其中采用00Cr19Ni10不锈钢的万宁户外暴露试验的腐蚀数据为304不锈钢和316L不锈钢的参考对象，0000Cr18Mo2不锈钢的万宁户外暴露试验的腐蚀数据为2205不锈钢的参考对象，F179不锈钢的万宁户外暴露试验的腐蚀数据为430不锈钢的参考对象。

按照上文分别将00Cr19Ni10不锈钢、0000Cr18Mo2不锈钢、F179不锈钢的户外暴露试验数据作为参考序列0()，=1,…,4，以304、316L、2205、430等4种不锈钢的室内加速腐蚀试验中的各周期的腐蚀失重数据作为比较序列x()，=1,…,4。户外暴露试验数据对应的时间序列为1、2、3、4。室内加速腐蚀试验中数据对应的时间序列为试验周期（246、492、738、984 h）。利用灰色关联度分析法计算室内加速腐蚀试验与户外暴露试验之间的关联度。表4为不同折算周期304、316L、2205和430等4种不锈钢室内外腐蚀试验原始数据。对表4中的数值进行初值化，得到表5。按公式（2）对表5的数据进行绝对差计算，得绝对差序列见表6。

表4 不同折算周期304、316L、2205和430等4种不锈钢室内外腐蚀试验的原始数据

Tab.4 Raw data of indoor and outdoor corrosion experiments for four stainless steels including 304, 316L, 2205 and 430 with different conversion periods

表5 4种不锈钢户外暴露和室内加速腐蚀数据初值化处理结果

Tab.5 Initial treatment results of outdoor exposure and indoor accelerated corrosion data of four stainless steels

表6 304、316L、2205、430不锈钢的绝对差序列

Tab.6 304, 316L, 2205, 430 four stainless steel absolute difference sequence

304、316L、2205、430不锈钢的绝对差值中，最大值和最小值在表中进行了加重处理。按照公式（3）对表6的数据进行关联系数计算，其中一般取0.5。而关联度则按公式（4）计算，结果见表7。

结果显示，304、316L、2205、430等4种不锈钢的室内加速试验与实际户外暴露试验的灰色关联系数分别为0.734 6、0.600 4、0.646 7、0.601 8，均大于0.6。因此，本文中所采用的多因子循环复合室内加速腐蚀试验方法与万宁海洋大气环境下不锈钢的腐蚀情况进行加速试验，在腐蚀动力学上具有一致性。本文所制定的多因子循环复合室内加速试验方法可以有效地模拟实际万宁海洋大气环境下不锈钢材料的腐蚀情况，但是316L不锈钢和430不锈钢的关联度不是很高，试验还需要不断改进与完善。

表7 4种不锈钢海洋大气环境下户外暴露和室内加速腐蚀试验的关联度

Tab.7 Correlation between outdoor exposure and indoor accelerated corrosion test of four stainless steel in marine atmospheric environment

取万宁户外暴露试验腐蚀失重相同时的室内模拟加速试验时间：

Δ304=1.253 640.557 71=0.007 790.732 36(5)

Δ316l=1.253 640.557 71=0.004 510.782 86(6)

Δ2205=0.617 750.696 93=0.000 830.811 68(7)

Δ430=6.813 090.385 14=0.054 210.608 61(8)

整理后结果为：

304=1 030.4990.761 524(9)

316l=1 323.9810.712 401(10)

2205=3 451.5430.858 627(11)

430=2 813.6970.632 819(12)

式中：为室内加速腐蚀试验时间，h；为室外暴露试验时间，a。

表8是按照预测模型得到的4种不锈钢在万宁海洋大气环境中的室内加速试验时间。通过表8可有效地进行室内加速试验，推测上述4种不锈钢在万宁大气环境下的自然腐蚀情况。例如，通过本文所制定的多因子循环复合室内加速试验方法，分别对304、316L、2205和430等4种不锈钢进行1 030、1 324、3 452、2 814 h的室内加速试验等效于4种不锈钢在万宁大气环境下自然腐蚀1 a。通过本文给出的预测模型，可以在短时间内得到本文中采用的4种不锈钢在万宁长时间进行户外暴露试验的腐蚀数据，该模型对工程应用具有较大的参考价值。同时本文的研究也说明灰色关联度分析方法可以有效地预测不锈钢在某一户外环境下的腐蚀寿命，并给出腐蚀寿命预测模型。

表8 根据模型得出的4种不锈钢在万宁大气环境中的室内加速试验时间

Tab.8 The indoor acceleration time of four stainless steel in Wanning atmospheric environment according to the model

3 结论

1）试验中使用的304、316L、2205、430等4种不锈钢在模拟海洋大气环境加速腐蚀试验中均表现出较好的耐蚀性。腐蚀最严重的是430不锈钢，其次是304不锈钢，316L和2205不锈钢的腐蚀状况较轻微。试验后316L、304不锈钢的主要腐蚀产物为Fe2O3和Fe3O4，430不锈钢的主要腐蚀产物为Fe2O3、Fe3O4和FeOOH；2205不锈钢的主要腐蚀产物为Fe2O3，另外还存在FeCr2O4或FeOOH。4种不锈钢的腐蚀产物与户外暴露试验结果具有一致性。

2）试验所用4种不锈钢经室内加速腐蚀试验后，其腐蚀动力学拟合曲线均符合幂函数规律。同时相关系数2均大于0.98，值均小于1。随试验周期的增加，4种不锈钢的腐蚀失重速率均逐渐降低，其中430不锈钢最为明显。说明4种不锈钢的腐蚀产物对基体具有一定的保护作用。

3）试验所用304、316L、2205不锈钢经室内加速腐蚀试验后，容抗弧半径均在试验前期增大后期减小，430不锈钢的容抗弧半径随试验周期的增加而不断减小，4种不锈钢腐蚀电流密度和点蚀电位的变化趋势相同，其中腐蚀电流密度均为前期减小后期增大，点蚀电位不断升高，3周期后达到峰值随后降低。说明在试验初期，试样表面形成的钝化膜和腐蚀产物对基体起到一定的保护作用，但在4周期后腐蚀逐渐加重，试样表面钝化膜的完整性遭到破坏，保护作用减弱。

4）4种不锈钢多因子复合室内加速腐蚀循环试验与万宁户外暴露试验的灰色关联系数均大于0.6，说明二者符合腐蚀动力学一致原则。建立了腐蚀预测模型，各种不锈钢的预测模型分别为304= 1 030.4990.761 524、316l=1 323.9810.712 401、2205= 3 451.5430.858 627、430=2 813.6970.632 819。

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Corrosion Life Assessment of Stainless Steel in Tropical Marine Atmosphere

1a,1b,2,1a,1b,1a,1b,1a,1b,1c,3,1a,1b,4

(1. a. National Materials Corrosion and Protection Data Center, b. Institute for Advanced Materials and Technology, c. National Engineering Research Center of Advanced Rolling, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. Sichuan Chengdu Soil Environmental Material Corrosion National Observation and Research Station, Chengdu 610062, China; 3. Southwest Technology and Engineering Research Institute, Chongqing 400039, China; 4. State Key Laboratory of Metal Material for Marine Equipment and Application, Liaoning Anshan 114021, China)

This paper aimsto provide an indoor accelerated environment spectrum that simulates the marine atmosphere of Wanning and predict the life of typical stainless steel materials. The corrosion resistance of the four stainless steels was macroscopically analyzed by weight loss method, and the types of corrosion products of the four stainless steels were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and the corrosion products of the four stainless steels were analyzed by scanning electron microscopy (SEM). Microscopic analysis of the products, macroscopic electrochemical analysis of four stainless steels by corrosion electrochemical method, and grey correlation method were used to study the correlation between indoor accelerated environmental spectrum and outdoor exposure test in Wanning marine atmospheric environment. The corrosion weight loss rates of the four stainless steels all decreased with the increase of the test time. Among them, the corrosion rate of 430 stainless steel had the most obvious reduction. All four types of stainless steel showed good corrosion resistance in the accelerated indoor corrosion test. The corrosion resistance from good to poor was 2205, 316L, 304, 430 stainless steel. XPS results showed that the very slight corrosion products of 304 stainless steel and 316L stainless steel were mainly Fe2O3and Fe3O4. The corrosion products of 2205 stainless steel mainly included Fe2O3and FeOOH or FeCr2O4. The corrosion products of 430 stainless steel were the corrosion products of typical stainless steel, mainly composed of Fe2O3, Fe3O4and FeOOH composition. Electrochemical analysis showed that the capacitive arc radius of 304, 316L, and 2205 stainless steel increased in the early stage of the test and decreases in the later stage. The capacitive arc radius of 430 stainless steel decreased with the growth of the test period. The corrosion current density and pitting corrosion potential change trend of the four stainless steels were the same. The corrosion current density decreased in the early stage and increased in the later stage, and the pitting corrosion potential continues to increase, reaching a peak in the three cycles and then decreasing. Grey correlation analysis showed that the indoor accelerated test environment spectrum and Wanning outdoor exposure test conform to the principle of corrosion kinetics, and a corrosion prediction model was established. The prediction models for various stainless steels are304=1 030.4990.761 524,316l=1 323.9810.712 401,2205=3 451.5430.858 627,430=2 813.6970.632 819. The indoor acceleration spectrum that simulates Wanning's marine and atmospheric environment can effectively simulate Wanning's marine and atmospheric environment, and effectively infer and evaluate the corrosion and life of typical stainless steel materials in the marine atmosphere.

stainless steel; marine atmospheric environment; indoor accelerated corrosion; indoor and outdoor correlation

TG172

1001-3660(2022)04-0183-11

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.018

2021-01-27；

2021-08-31

2021-01-27；

2021-08-31

国家重点研发计划（2017YFB0304602）

The National High Technology Research and Development Program of China (2017YFB0304602)

尹程辉（1996—），男，硕士研究生，主要研究方向为耐候钢的腐蚀速率预测、不锈钢在海洋大气环境下的腐蚀寿命预测。

YIN Cheng-hui (1996—), Male, Postgraduate, Research focus: corrosion rate prediction of weathering steel and corrosion life prediction of stainless steel in marine atmospheric environment.

肖葵（1969—），男，博士，研究员，博士生导师，主要研究方向为金属材料大气腐蚀行为与机理研究、材料服役环境损伤机理和环境腐蚀评价、电子材料环境损伤行为与防护工艺研究、金属材料微生物腐蚀行为与机理、材料环境腐蚀数据库设计与建设。

XIAO Kui (1969—), Male, Doctor, Professor, Ph. D. supervisor, Research focus: atmospheric corrosion behavior and mechanism of metal materials, environmental damage mechanism and environmental corrosion evaluation of materials in service, research on environmental damage behavior and protection technology of electronic materials, microbial corrosion behavior and mechanism of metal materials, design and construction of material environmental corrosion database.

尹程辉, 潘吉林, 陈俊航, 等. 热带海洋大气环境下不锈钢的腐蚀寿命评估[J]. 表面技术, 2022, 51(4): 183-193.

YIN Cheng-hui, PAN Ji-lin, CHEN Jun-hang, et al. Corrosion Life Assessment of Stainless Steel in Tropical Marine Atmosphere[J]. Surface Technology, 2022, 51(4): 183-193.

责任编辑：万长清