18-8-0.5Ti不锈钢及3Re60双相钢在含氯化物电解质中的应力腐蚀机理研究

双相不锈钢的耐应力腐蚀性能及机理作者：张跃来源：《科学与财富》2019年第02期摘要：双相不锈钢与奥氏体不锈钢相比，它有如下的一些特点：（1）强度高，它的屈服强度约为奥氏体不锈钢的两倍。

（2）膨胀系数小，导热系数大。

（3）对晶间腐蚀不敏感。

（4）具有优良的耐应力腐蚀和耐腐蚀疲劳性能，还具有较好的耐点蚀性能。

（5）由于Cr高，Ni低，所以Cr—Ni奥氏体不锈钢便宜。

其中优良的耐应力腐蚀性能是它受到广泛应用的一个重要原因。

本文以Cr18型不锈钢为例，具体说明双相不锈钢的耐应力腐蚀性能。

关键词：双相不锈钢；腐蚀介质；耐应力腐蚀；腐蚀机理1.1 耐应力腐蚀性能关于双相不锈钢的耐应力腐蚀性能，最早是从对18—8 Ti 奥氏体不锈钢中δ铁素体相作用研究开始的。

研究指出，由于18—8钢中δ铁素体的存在而大大改善了它们的耐应力腐蚀性能。

随后，人们研究了δ铁素体相的含量对不锈钢耐应力腐蚀性能的影响。

研究结果综合表明，双相不锈钢不仅具有优良的耐应力腐蚀性能，而且还具有良好耐一般腐蚀性能，以及高强度、高韧性、低膨胀系数和良好的导热性能等。

（1）在高浓氯化物溶液中高浓氯化物常以MgCl2、NaCl溶液作为加速试验介质。

在MgCl2溶液实验中，双相钢在高应力下的破断时间是很短的；但是在低应力下，破断时间大大延长，也就是说，双相不锈钢具有较高的临界应力。

在NaCl点滴应力腐蚀实验中，同样可以看出双相不锈钢具有比18—8单相奥氏体不锈钢高得多的临界应力。

另外，在25%NaCl溶液中试验时发现即使在U形试样这样高应力水平下，18—5—Nb型双相不锈钢和25—5型双相不锈钢的耐应力腐蚀性能也要比18—8奥氏体不锈钢高得多，在此条件下，两种双相钢1000小时试验期间内均未出现应力腐蚀，而18—8不锈钢在不足20小时试验期间内就产生了断裂，这就表明，如果在酸性MgCl2溶液、恒载荷试验条件下双相不锈钢的优良的耐应力腐蚀性能表现的还不十分明显的话，那么在中性NaCl溶液中的恒应变试验条件下，双相不锈钢优良的耐应力腐蚀性能就显得十分清楚了。

氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀机理————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：?氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀机理?氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀主要使点蚀。

?机理：氯离子容易吸附在钝化膜上，把氧原子挤掉 ,然后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性路氯化物，结果在露出来的机体金属上腐蚀了一个小坑。

这些小坑被成为点蚀核。

这些氯化物容易水解,使小坑能溶液PH 值下降，使溶液成酸性，溶解了一部分氧化膜，造成多余的金属离子，为了平很腐蚀坑内的电中性，外部, 的 Cl- 离子不断向空内迁移,使空内金属又进一步水解。

如此循环,奥氏体不锈钢不断的腐蚀越来越快，并且向孔的深度方向发展，直至形成穿孔。

由于 Cl 离子是水中经常含有的物质，又是引起若干合金局部腐蚀的所谓“特性离子”（破钝剂) ，它进入缝隙或蚀孔内还会与Ｈ+生成盐酸 ,使腐蚀加速进行。

氯离子被认为是 304 不锈钢发生局部腐蚀的主要原因之一,由于氯离子半径小，穿透钝化膜的能力强 ,其电负性又很大，氯离子的存在加速了３04 不锈钢的腐蚀。

另外 ,应力的存在也加速了氯离子对 3０ 4 不锈钢的腐蚀 ,降低了 3０ 4 不锈钢抗氯离子应力腐蚀的临界浓度。

在氯离子存在的情况下，多发生的是孔蚀也叫点蚀,属于电化学腐蚀。

点腐蚀多发生在上表面生成钝化膜的金属材料上或表面有阴极性镀层的金属上，当这些膜上某点发生破坏，破坏区下的金属基体与膜未破坏区形成活化—钝化腐蚀电池 ,钝化表面为阴极，而且面积比活化区大很多 ,腐蚀就向深处发展而形成小孔。

点腐蚀发生于有特殊离子的介质中，例如不锈钢对含有卤素离子的溶液特别敏感，其作用顺序为 Cl — >Br ＞１—。

这些阴离子在合金表面不均匀吸附导致膜的不均匀破坏。

氯离子具有很强的穿透本领 ,容易穿透金属氧化层进入金属内部，破坏金属的钝态。

同时,氯离子具有很小的水合能 ,容易被吸附在金属表面，取代保护金属的氧化层中的氧,使金属受到破坏。

不锈钢的腐蚀方式与腐蚀性能⑴不锈钢的腐蚀方式简介在众多的工业用途中，不锈钢能提供令人满意的耐蚀性能。

根据使用的经验来看，除机械失效外，不锈钢的腐蚀主要表现在：不锈钢的一种严重的腐蚀形式是局部腐蚀（亦即应力腐蚀开裂，点腐蚀，晶间腐蚀，腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀）。

①应力腐蚀开裂（SCC）应力腐蚀开裂是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于裂纹的扩展而产生失效的一种形式。

应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。

发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是参与应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。

裂纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。

这个导致应力腐蚀开裂的应力值，要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。

在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹，当应力腐蚀开裂扩展至一定的深度时（此处，承受荷载的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力），则材料就按正常的裂纹（在韧性材料中，通常是通过显微缺陷的聚合）而断开。

因此，由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面，将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与显微缺陷的聚合想联系的“韧窝”区域。

通常是应力腐蚀开裂的基本条件是：弱的腐蚀介质，一定的拉应力和特定的金属材料构成的特定腐蚀系统。

下面将详细介绍这方面的内容。

a 仅当弱的腐蚀在金属表面形成不稳定的保护膜时，才可能发生应力腐蚀开裂。

实验结果表明：pH值降低将减弱奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性。

一般的结构用钢在中性pH 值和高pH值介质中，将发生不同机制的应力腐蚀开裂。

b 在一定的拉应力的应变条件下易产生腐蚀。

对Cr-Ni不锈钢的应力腐蚀开裂，应力（σ）和开裂时间（t s）关系一般认为符合1gt s=a+bσ方程，式中a，b为常数。

这表明所受应力越大，不锈钢产生应力腐蚀开裂的时间越短。

对不锈钢应力腐蚀开裂研究表明，存在产生应力腐蚀的临界应力值，常用σSCC表示。

镍与不锈钢基础知识-------镍在不锈钢中的作用镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。

在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。

普通碳钢的晶体结构称为铁素体，呈体心立方(BCC)结构，加入镍，促使晶体结构从体心立方(BCC) 结构转变为面心立方(FCC)结构，这种结构被称为奥氏体。

然而，镍并不是唯一具有此种性质的元素。

常见的奥氏体形成元素有：镍、碳、氮、锰、铜。

这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构具有重要意义。

目前，人们已经研究出很多公式来表述奥氏体形成元素的相对重要性，最著名的是下面的公式：奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%从这个等式可以看出：碳是一种较强的奥氏体形成元素，其形成奥氏体的能力是镍的30倍，但是它不能被添加到耐腐蚀的不锈钢中，因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。

氮元素形成奥氏体的能力也是镍的30倍，但是它是气体，想要不造成多孔性的问题，只能在不锈钢中添加数量有限的氮。

添加锰和铜会造成炼钢过程中耐火生命减少和焊接的问题。

从镍等式中可以看出，添加锰对于形成奥氏体并不非常有效，但是添加锰可以使更多的氮溶解到不锈钢中，而氮正是一种非常强的奥氏体形成元素。

在200系列的不锈钢中，正是用足够的锰和氮来代替镍形成100%的奥氏体结构，镍的含量越低，所需要加入的锰和氮数量就越高。

例如在201型不锈钢中，只含有4.5%的镍，同时含有0.25%的氮。

由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于7.5%的镍，所以同样可以形成100%奥氏体结构。

这也是200系列不锈钢的形成原理。

在有些不符合标准的200系列不锈钢中，由于不能加入足够数量的锰和氮，为了形成100%的奥氏体结构，人为的减少了铬的加入量，这必然导致了不锈钢抗腐蚀能力的下降。

4. 双相不锈钢（DSS）代表牌号的主要化学成分和孔蚀抗力当量值见下表双相不锈钢（DSS）代表牌号的主要化学成分和孔蚀抗力当量值5.双相钢(00CrNi5Mo3N)在海水中的耐蚀特性及阴极保护的必要性1）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）。

A.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。

B.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。

C.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。

D.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。

纯碱生产中的腐蚀性与材料的选择来源:中国化工信息网 2007年1月12日1 纯碱生产的腐蚀性浅析纯碱生产过程中的介质大致可分为以下几种：精制氨盐水，主要是饱和盐水溶液；蒸馏冷凝液，主要是游离氨和CO2的混合溶液；氨盐水、碳化取出液、母液Ⅰ、母液Ⅱ、氨母液Ⅰ、氨母液Ⅱ等溶液，它们主要是NaCl、MH4Cl、(NH)4CO3、NH4HCO3、NaHCO3等盐类的混合溶液，其CO2、Cl-含量大致相似，不同的是结合氨、游离氨、Na+含量不一样。

这些溶液它们具有一个共性，就是均为强电解质，比较有利于电化学腐蚀的进行。

由于碱厂各种溶液大部分是多元混合溶液，其腐蚀性极强，在生产实际中，由于介质、流速、浓度、温度、压力等条件不同，以及耐蚀材料种类繁多，因此，金属的腐蚀破坏类型也是多种多样的。

均匀腐蚀是纯碱工业设备最常见的腐蚀形态之一，是电化学腐蚀的基本形态，在全部暴露于介质中的表面上均匀进行，金属均匀减薄，重量逐步减轻，最后破坏；石墨化腐蚀是普通铸铁中的石墨以网络形状分布在铁素体内，在介质为盐水、矿水、土壤或极稀的酸性溶液中，发生了铁素体选择性腐蚀。

磨损腐蚀是由于腐蚀流体和金属表面的相对运动，引起金属的加速破坏现象，它是腐蚀和磨损、化学作用和机械作用共同或交替进行的结果，其腐蚀激烈程度远超过单一的腐蚀过程。

小孔和缝隙腐蚀是在金属表面上产生小孔或缝隙的一种局部的电化学腐蚀形态。

在纯碱生产中，以上几种腐蚀极为常见并且时常存在，伴随着纯碱生产全过程进行，而且腐蚀问题也越来越对生产有着极大的影响，设备的损坏，物料的损失，生产稳定性均与腐蚀问题息息相关，因此，研究和解决纯碱生产的腐蚀问题有着极其重大的意义。

钛材料、不锈钢材料、非金属材料以及各种防腐技术的引用和开发，将纯碱工业的技术发展又推向了一个新的发展高度，因此，我们在搞好纯碱生产技术的同时，也要搞好新技术、新工艺、新设备、新材料的推广使用工作，使纯碱生产设备达到真正意义上的“积极投资”。

不锈钢的腐蚀的原因及措施1、应力腐蚀不锈钢在含有氧的氯离子的腐蚀介质环境产生应力腐蚀。

应力腐蚀失效所占的比例高达45%左右。

常用的防护措施：1）合理选材,选用耐应力腐蚀材料主要有高纯奥氏体铬镍钢,高硅奥氏体铬镍钢,高铬铁素体钢和铁素体—奥氏体双相钢。

其中,以铁素体—奥氏体双相钢的抗应力腐蚀能力最好。

2）控制应力，装配时,尽量减少应力集中,并使其与介质接触部分具有最小的残余应力，防止磕碰划伤,严格遵守焊接工艺规范。

严格控制原料成分、流速、介质温度、压力、pH 值等工艺指标。

在工艺条件允许的范围内添加缓蚀剂。

铬镍不锈钢在溶解有氧的氯化物中使用时,应把氧的质量分数降低到1. 0×10 - 6以下。

实践证明,在含有氯离子质量分数为500. 0 ×10 - 6的水中,只需加入质量分数为150. 0 ×10 - 6的硝酸盐和质量分数为0. 5 ×10 - 6亚硫酸钠混合物,就可以得到良好的效果。

2、孔蚀失效小孔腐蚀一般在静止的介质中容易发生。

蚀孔通常沿着重力方向或横向方向发展,孔蚀一旦形成,即向深处自动加速。

不锈钢表面的氧化膜在含有氯离子的水溶液中便产生了溶解，结果在基底金属上生成孔径为20μm～30μm 小蚀坑,这些小蚀坑便是孔蚀核。

只要介质中含有一定量的氯离子,便可能使蚀核发展成蚀孔。

常见预防措施为在不锈钢中加入钼、氮、硅等元素或加入这些元素的同时提高铬含量。

降低氯离子在介质中的含量。

加入缓蚀剂,增加钝化膜的稳定性或有利于受损钝化膜得以再钝化。

采用外加阴极电流保护,抑制孔蚀。

3、点腐蚀由于任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，这些非金属化合物，在Cl 离子的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀，在闭塞电池的作用，坑外的Cl 离子将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移。

在不锈钢材料中，加Mo的材料比不加Mo的材料在耐点腐蚀性能方面要好，Mo含量添加的越多，耐坑点腐蚀的性能越好。

不锈钢的耐蚀性时间：2011-5-615:00:28不 锈 钢 是 铬 、镍 含 量 较 高 的 合 金 钢 。

通 常 把 耐 大 气 腐 蚀 的 合 金 钢 称 为 不锈钢，把在酸中及其它强腐蚀性介质中耐腐蚀的合金钢称为耐酸钢。

一般把上述不锈钢与耐酸钢统称为不锈耐酸钢或简称为不锈钢1)铬 13 不锈钢铬 13 不锈钢（马氏体、铁素体）的牌号对照：本钢种含铬 12~14％，约为不锈钢必需含铬的最低量（Cr＞12％）。

它可 经热处理硬化，产生带磁性的马氏体结构，所以通称马氏体不锈钢。

低碳 品种有铁素体不锈钢。

它的耐蚀性和其它不锈钢类似。

能够耐大气、水、硝酸 、碱、盐、有机酸、 有机化合物及其它氧化性环境的腐蚀；不耐非氧化性酸（硫酸、盐酸等） 的腐蚀。

在含有卤素离子的溶液中可产生孔蚀和应力腐蚀破裂。

由于它不 含镍，铬含量也较低，所以一般耐蚀性都低于铬 17 铁素体和铬 18 镍 9 奥 氏体不锈钢。

它的强度和硬度高，韧性较低，常用于同时需要耐蚀性、强度和硬度的部 件，如阀门部件、球轴承等。

一般不用作槽、管等化工设备。

2)铬 17 不锈钢 铬 17 不锈钢（铁素体）的牌号对照:铬 17 不锈钢含铬 17~27％，晶粒结构主要是带磁性的铁素体，所以通称铁 素体不锈钢。

它不能经热处理硬化，但可通过冷加工硬化。

它的耐蚀性和其它不锈钢类似，耐大气性能优良，耐硝酸和其它氧化性环 境，也耐碱、盐、水、有机酸及其它有机化合物的腐蚀。

不耐非氧化性酸 （硫酸、盐酸等）的腐蚀。

其耐蚀性优于马氏体不锈钢，低于奥氏体不锈 钢，但在耐应力腐蚀破裂方面优于奥氏体不锈钢。

主要用于耐大气腐蚀的如汽车和建筑业的各类部件、家庭用具等，也可用 于硝酸工业的设备（如贮罐）。

但因其焊接、加工性能远低于铬 18 镍 9 钢，故在化工方面的应用受到了限制。

本钢种有含钛、不含钛和低碳等几个品种，其耐蚀性基本相似，低碳含钛 的钢对晶间腐蚀有较强的抵抗力。

镍与不锈钢基础知识-------镍在不锈钢中的作用镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。

在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。

普通碳钢的晶体结构称为铁素体，呈体心立方(BCC)结构，加入镍，促使晶体结构从体心立方(BCC) 结构转变为面心立方(FCC)结构，这种结构被称为奥氏体。

然而，镍并不是唯一具有此种性质的元素。

常见的奥氏体形成元素有：镍、碳、氮、锰、铜。

这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构具有重要意义。

目前，人们已经研究出很多公式来表述奥氏体形成元素的相对重要性，最著名的是下面的公式：奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%从这个等式可以看出：碳是一种较强的奥氏体形成元素，其形成奥氏体的能力是镍的30倍，但是它不能被添加到耐腐蚀的不锈钢中，因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。

氮元素形成奥氏体的能力也是镍的30倍，但是它是气体，想要不造成多孔性的问题，只能在不锈钢中添加数量有限的氮。

添加锰和铜会造成炼钢过程中耐火生命减少和焊接的问题。

从镍等式中可以看出，添加锰对于形成奥氏体并不非常有效，但是添加锰可以使更多的氮溶解到不锈钢中，而氮正是一种非常强的奥氏体形成元素。

在200系列的不锈钢中，正是用足够的锰和氮来代替镍形成100%的奥氏体结构，镍的含量越低，所需要加入的锰和氮数量就越高。

例如在201型不锈钢中，只含有4.5%的镍，同时含有0.25%的氮。

由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于7.5%的镍，所以同样可以形成100%奥氏体结构。

这也是200系列不锈钢的形成原理。

在有些不符合标准的200系列不锈钢中，由于不能加入足够数量的锰和氮，为了形成100%的奥氏体结构，人为的减少了铬的加入量，这必然导致了不锈钢抗腐蚀能力的下降。