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雙相鋼(00CrNi5Mo3N)在海水中的耐蝕特性及陰極保護

時間: 2019-10-27 21:55:10 瀏覽次數:
由于雙相不銹鋼(00CrNi5Mo3N)的含碳量都很低的緣故,基本不發生晶間腐蝕或者腐蝕程度幾乎可以忽略。因此雙相鋼(00CrNi5Mo3N)存在較大的點蝕可能性,如果使用此材料要引起注意,需要采用
雙相鋼(00CrNi5Mo3N)在海水中的耐蝕特性及陰極保護方法介紹

一.腐蝕特性分析
 
雙相鋼(00CrNi5Mo3N)在40度以上濃海水中,金屬的五種腐蝕類型均有可能發生,包括全面腐蝕、應力腐蝕、晶間腐、蝕點腐蝕以及縫隙腐蝕。以下按腐蝕類型,說明雙相鋼(00CrNi5Mo3N)在40度以上濃海水中環境下的耐蝕能力。(說明:00CrNi5Mo3N基本與2205雙相鋼等同,以下不再說明)。
 
1. 1  全面腐蝕
 
全面腐蝕(又稱均勻腐蝕) 是指在整個合金材料表面上以比較均勻的方式所發生的腐蝕現象。就雙相不銹鋼(00CrNi5Mo3N)在此方面的應用來講,其抗全面腐蝕能力基本沒有問題。
 
1. 2  應力腐蝕
 
機械設備零件在應力(拉應力) 和腐蝕介質的聯合作用下,將出現低于材料強度極限的脆性開裂現象,導致設備和零件失效,這種現象稱為應力腐蝕開裂。雙相不銹鋼(00CrNi5Mo3N)因其含有連續穩定的鐵素體,不易發生相應腐蝕。
 
1. 3  晶間腐蝕
 
沿著材料晶粒間界先行發生的腐蝕,使晶粒之間喪失結合力的局部破壞現象,稱為晶間腐蝕。由于雙相不銹鋼(00CrNi5Mo3N)的含碳量都很低的緣故,基本不發生晶間腐蝕或者腐蝕程度幾乎可以忽略。
 
1. 4  點腐蝕
 
雙相不銹鋼2205的點腐蝕與溫度及Cl-離子濃度的關系
 
如果腐蝕僅僅集中在設備的某些特定點域,并在這些點域形成向深處發展的腐蝕小坑,而金屬的大部分表面仍保持鈍性的腐蝕現象,稱為點腐蝕。由圖1可知,僅就點腐蝕而言, 雙相不銹鋼(00CrNi5Mo3N)的點腐蝕與溫度及Cl-離子濃度存在一定相關性。一般認為:雙相鋼(00CrNi5Mo3N)則可用于較低離子濃度環境(Cl- 低于18 g/ L) ,而正常海水中Cl-濃度為19.673 g/L(參考:《海洋手冊》,郭 琨 編著,海洋出版社,1984年),用于濱海電廠的循環水泵,特別是循環水是非直排循環使用情況下,Cl-會反復被富集,其濃度大大超出普通海水中Cl-濃度19.673 g/L,同時溫度也會高于正常的自然氣候下的海水溫度。因此雙相鋼(00CrNi5Mo3N)存在較大的點蝕可能性,如果使用此材料要引起注意,需要采用陰極保護手段防腐。
 
1. 5  縫隙腐蝕
 
雙相不銹鋼(00CrNi5Mo3N)的縫隙腐蝕與溫度及Cl-離子濃度的關系
 
縫隙腐蝕是在電介質溶液中(特別是含有鹵素離子的介質) ,在金屬與金屬或非金屬表面之間狹窄的縫隙內,由于溶液的移動受到阻滯,在縫隙內溶液中氧耗竭后,氯離子即從縫生與自催化點腐蝕相類似的局部腐蝕。由于正常海水中Cl-濃度為19.673 g/L,從圖2可以看出,除SAF2507及254SMO兩種不銹鋼以外,其他各類型均有可能發生縫隙腐蝕。工程實際中,海水輸送、低壓增壓泵等設備材質經常為(00CrNi5Mo3N) 。之所以有如此選擇,是因為(00CrNi5Mo3N)是較為經濟的材質選擇(比如工程中不要采用螺紋連接、法蘭間采用非金屬墊片以阻止產生晶間縫隙) 。但不能排除其發生縫隙腐蝕的可能性。
 
因此可以得到,在31℃,Cl—離子含量在20g/L的海水中,雙相不銹鋼(00CrNi5Mo3N)采用陰極保護防護措施是必要的。
 
二.腐蝕機理分析
 
在靜態條件下,雙相不銹鋼(00CrNi5Mo3N)的陽極過程出現自鈍化現象,陽極溶解受阻,其陰極過程則受到氧的擴散控制。
 
在流動體系中,雙相不銹鋼腐蝕的陽極過程依然處于鈍化狀態,而雙相不銹鋼腐蝕的陰極過程仍然受到氧的擴散控制。隨著流速的增加,電極表面鈍化膜隨著流速的變化而溶解速度加快,鈍化膜減薄,導致陰極過程氧的傳質阻力減小,氧的擴散電流密度逐漸增大,最終造成雙相不銹鋼流動腐蝕加劇。
 
從不銹鋼耐海洋腐蝕性能PRE(耐點蝕當量)看,根據耐點蝕當量(PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N)公式對合金的適用范圍進行排序或根據ASTM G48進行臨界點蝕或縫隙腐蝕溫度試驗。PRE值越高,耐點蝕或縫隙腐蝕的性能越好(見下表)用于空氣流動的海水環境溫度的合金,通常規定PRE值一般應超過40是保險的。PRE值低的合金,如304(304L)、316、(國外2205或00CrNi5Mo3N也算進來)合金,海水中使用時一般需要電化學保護措施的。
 
表、幾種不銹鋼耐點蝕當量(PRE)排序
 
合金 PRE CCT,F°
 
304 18 <27
 
304L 18 <27
 
316 25.2 27.5
 
317 30.5 32
 
2205 33.5 55
 
2505 37.3 72.5
 
2507/合金100 41 75
 
6%Mo合金 40~45 90
 
CCT---臨界縫隙腐蝕溫度
 
三.采用陰極保護防止點腐蝕和縫隙腐蝕的原理
 
控制雙相不銹鋼(00CrNi5Mo3N)腐蝕的主要反應為陰極反應。而外加電流陰極保護系統正是針對該陰極反應,為雙相不銹鋼的氧去極化提供電子,從而達到保護的一種方法。
 
陰極保護的實施,通過鐵、鋁、鋅或電化學輔助陽極把保護對象(00CrNi5Mo3N)陰極極化到-0.6V(甘汞)或0.45V(鋅),即可有效地控制縫隙腐蝕和點腐蝕發生。
 
四. 結論
 
綜上所述,31℃,Cl—離子含量在20g/L的海水中使用雙相鋼(00CrNi5Mo3N材質作為關鍵設備生產制造的原則料確實存在安全隱患,而外加電流方法針對性強,并且應用效果顯著,因此推薦使用外加電流陰極保護方法對(00CrNi5Mo3N雙相不銹鋼進行保護。
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