904L和254SMO超级奥氏体不锈钢在高氯酸性环境中的点蚀行为研究

摘要

钢铁工业中高炉煤气冷凝水为氯离子含量非常高的酸性溶液，对管道材料耐蚀性要求较高，目前冷凝管道上的316L不锈钢难以达到服役要求，在较短服役期内就出现腐蚀穿孔现象，因此考虑采用超级奥氏体不锈钢替代316L不锈钢。超级奥氏体不锈钢含有大量的Cr、Ni、Mo元素，具有优异的耐腐蚀性能，是针对工业生产中一些苛刻的工况条件开发出来的，成为替代常用奥氏体不锈钢的首选材料。
　　本文以904L和254SMO超级奥氏体不锈钢为研究对象，模拟钢铁企业高氯酸性冷凝水为腐蚀介质，采用电化学技术，如动电位极化，交流阻抗谱，恒电位极化以及Mott-Schottky曲线等对比研究两种超级奥氏体不锈钢在模拟环境中的临界点蚀温度，并研究了两种钢材在不同温度、Cl-浓度及pH值的模拟环境中的耐点蚀规律;采用金相显微镜及体视显微镜观察两种超级奥氏体不锈钢表面的点蚀密度及最大点蚀深度。所得的主要结论如下:
　　(1)随着温度升高，两种超级奥氏体不锈钢在模拟溶液中的点蚀电位Eb和保护电位Ep降低，钝化膜电阻减小，钝化膜稳定性变差。动电位极化和电化学阻抗结果表明，温度低于45℃时，254SMO的耐点蚀性能与904L相当;温度高于45℃时，254SMO的耐点蚀性能优于904L。恒电位极化结果表明，904L和254SMO在模拟溶液中的临界点蚀温度分别为48.7℃和71.2℃。
　　(2)随着Cl-浓度增大，两种超级奥氏体不锈钢在模拟溶液中的点蚀电位Eb和保护电位Ep降低，阻抗值减小，稳态电流密度Iss增大，钝化膜稳定性和自修复能力降低。Mott-Schottky实验结果表明，随着Cl-浓度增大，钝化膜的施主密度ND和平带电位Efb增大，钝化膜空位增多，致密度下降。随着Cl-浓度增大，化学浸泡后两种钢材表面的点蚀密度、最大点蚀坑深度均增加，其中904L的最大点蚀深度与Cl-浓度呈二次函数关系，254SMO的最大点蚀深度与Cl-浓度呈线性关系。对比研究发现，Cl-浓度对904L点蚀敏感性影响较大，Cl-浓度大于78500mg/L时，904L耐点蚀性能明显下降，达到了发生点蚀的临界Cl-浓度;而254SMO始终保持良好的耐点蚀性能。
　　(3)随着pH降低，两种超级奥氏体不锈钢在模拟溶液中的点蚀电位Eb和保护电位电位Ep降低，阻抗值减小，稳态电流密度Iss增大，点蚀孕育期缩短。Mott-Schottky实验结果表明，随着pH降低，钝化膜施主密度ND和平带电位Efb增大，钝化膜电阻降低。随着pH降低，浸泡后两种钢材表面腐蚀加重，点蚀坑密度、点蚀坑深度均增大。904L和254SMO的最大点蚀深度与pH均呈线性关系，但pH变化对904L的点蚀深度影响更明显。对比研究发现，pH对904L点蚀敏感性影响较大，当模拟液pH＜6.00时，904L腐蚀倾向性明显增加，达到了发生点蚀的临界酸度。而254SMO仅在模拟液酸性增加至pH=3.00时，钝化膜出现局部溶解，但未出现稳态点蚀，耐点蚀性能无明显降低。
　　(4)综合分析认为，904L和254SMO超级奥氏体不锈钢在冷凝水环境中是否发生点蚀很大程度取决于腐蚀介质的变化。在高温、高氯或低pH冷凝水环境条件下，904L面临点蚀的威胁;相对而言，254SMO在此环境下点蚀敏感性变化不明显，发生点蚀的可能性较低。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 超级奥氏体不锈钢概述

1．2．1 超级奥氏体不锈钢的成分构成及相组成

1．2．2 超级奥氏体不锈钢的主要性能

1．2．3 超级奥氏体不锈钢的发展

1．2．4 超级奥氏体不锈钢的应用领域

1．3 超级奥氏体不锈钢点蚀概述

1．3．1 点蚀形貌

1．3．2 点蚀萌生和形成机理

1．3．3 点蚀的影响因素

1．4 点蚀的研究方法

1．4．1 化学浸泡法

1．4．2 动电位极化法

1．4．3 恒电位极化法

1．4．4 交流阻抗法

1．4．5 电化学噪声法

1．4．6 Mott-Schottky曲线

1．4．7 光电化学法

1．5 国内外研究状况

1．6 本课题研究的内容及意义

第二章 实验材料与方法

2．1 实验材料与仪器

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．2 实验材料与试样制备

2．2．1 浸泡试样制备

2．2．2 电化学试样制备

2．3 实验介质成分

2．4 实验方法

2．4．1 化学浸泡实验

2．4．2 电化学实验

2．4．3 微观形貌分析

第三章 温度对904L和254SMO超级奥氏体不锈钢点蚀行为的影响

3．1 温度对极化行为的影响

3．2 温度对电化学阻抗的影响

3．3 恒电位法测定临界点蚀温度

3．4 本章小结

第四章 氯离子浓度对904L和254SMO超级奥氏体不锈钢点蚀行为的影响

4．1 氯离子浓度对极化行为的影响

4．2 氯离子浓度对电化学阻抗的影响

4．3 氯离子浓度对点蚀孕育期的影响

4．4 氯离子浓度对钝化膜半导体性质的影响

4．5 氯离子浓度对表面腐蚀形貌的影响

4．6 氯离子浓度对点蚀深度的影响

4．7 本章小结

第五章 pH对904L和254SMO超级奥氏体不锈钢点蚀行为的影响

5．1 pH对极化行为的影响

5．2 pH对电化学阻抗的影响

5．3 pH对点蚀敏感性的影响

5．4 pH对钝化膜半导体性质的影响

5．5 pH对表面点蚀形貌的影响

5．6 pH对点蚀深度的影响

5．7 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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