双相钢的耐腐蚀性能

双相钢在绝大多数标准奥氏体不锈钢应用的环境都显示出高的耐蚀性能,值得注意的是他们在某些情况下具有非常明显的优势,这是由于它们含铬量高,在氧化性酸中很有利,并且含有足够量的钼和镍,能耐中等还原性酸介质的腐蚀。双相钢相对较高的铬、钼和氮含量也使它们具有很好的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能,其双向结构在可能发生氯化物应力腐蚀断裂的环境是一个优势。如果双相钢的显微组织中含有至少25%-30%的铁元素,则其耐氯化物应力腐蚀断裂的性能远比奥氏体不锈钢304或316强。但铁元素体易发生氢脆,因此双相钢在氢有可能进入金属的环境或应用中耐蚀性不高,会发生氢脆。

耐碱腐蚀

双相钢的高含铬量和铁素体相的存在使其在碱性介质中具有良好的性能。在中等温度下,其腐蚀速度低于标准奥氏体不锈钢的腐蚀速度。

耐酸腐蚀

为了说明双相钢在强酸溶液中的耐腐蚀性,下图给出了硫酸溶液的腐蚀数据。

介质条件从低酸浓度的氧化性环境到高浓度的弱还原性环境及强还原性中等浓度范围的热溶液不等。2205和2507双相不锈钢在酸浓度最大约15%的溶液中,性能优于许多高镍奥氏体不锈钢,在酸浓度至少为40%的范围内,双相钢优于316或317不 锈钢。双相不锈钢在含氯化物或氧化性组分的硫酸溶液中也很有用。双相不锈钢的含镍量不足以耐受中等浓度硫酸溶液或盐酸的强还原性腐蚀,如果存在酸浓缩的可 能如在水管或飞溅区,则腐蚀尤其是铁素体的腐蚀就会开始并快速进展。双相不锈钢耐氧化性腐蚀的性能使它们成为硝酸和强有机酸装置优良的候选材料,下图表示在沸点温度下,50%醋酸和不同含量甲酸混合溶液中双相不锈钢和奥氏体不锈钢的腐蚀,尽管304和316不锈钢可用于室温和中等温度下的强有机酸介质,但2205和其他双相不锈钢在许多涉及高温有机酸介质的工艺中占优势,而且由于它们耐孔蚀和耐应力腐蚀,也可用于卤代烃(含卤族元素的碳氢化合物)工艺介质中。

双相钢在甲酸中的腐蚀曲线

耐孔蚀和耐缝隙腐蚀性能

讨论不锈钢的孔蚀和缝隙腐蚀的耐蚀性,引入腐蚀临界温度这一概念是有用的。在特殊的氯化物环境中,每一种不锈钢都可用一温度来描述其特征,高于此温度孔蚀开始出现,并且24小时之内可发展成肉眼可见的大小;低于此温度则在无限长的时间内不会产生孔蚀。这一温度即所谓的临界孔蚀温度(CPT)。由于孔蚀源的起点从统计学上看是无序的,又由于即使同一牌号内的或是产品内的微小变化都会使CPT改变,因此,对于不同牌号的CPT通常以一个温度范围来表示。然而,在ASTM G 150标准中介绍了一种新的研究工具,即采用电位测量法可以准确和可靠地测量出CPT,现在可以准确和可靠地测量出CPT。

缝隙腐蚀也有一个类似的临界温度,称为临界缝隙腐蚀温度(CCT)。CCT与不锈钢不同试样、氯化物环境和缝隙的形状(紧度,长度等)有关。由于缝隙的几何形状以及实际中很难再现同样缝隙的尺寸,CCT的测量数据要比CPT更分散。通常对于同样的钢和在同样的腐蚀环境中CPT往往比 CPT低15-20℃。

双相钢中的高铬、钼和氮使其在水的环境中具有非常好的耐氯化物局部腐蚀性 能。在这方面,即使是极低合金化的双相钢牌号也优于316不锈钢,一些双相钢牌号甚至跻身于高性能不锈钢的行列,由于双相钢的铬含量相对高,从而具有高耐腐蚀性而且非常经济。如下图所示,按照ASTM G48²(6%FeCl³)测定的一些不锈钢在固溶处理状态下的耐点蚀和缝隙腐蚀性能的比较。材料焊接态的临界温度要低一些。较高的临界孔蚀和缝隙腐蚀温度表明该钢对这种类型腐蚀的成核具有较大的抗力。双相钢2205的CPT 和CCT都高于316型钢。这使双相钢2205成为 有多力面用途的材料,例如用在氯化物的蒸发浓缩的环境,像在热交换器的蒸汽空间或 绝缘材料的下面。双相钢2205的CPT还表明它 可用在碱水和脱气盐水中。它还成功地用于海水中,通过高流速的海水或用其他方法来保持钢表面没有沉积物。在苛刻的海水使用条件下,如薄壁热交换器管,或表面有沉积物或有缝隙,双相钢2205在海水中则没有足够的耐缝隙腐蚀能力。然而,比双相钢2205具有更高 CCT高合金化的双相不锈钢,如超级双相不锈钢,已经在许多苛刻的海水条件下使用,它既需要钢的强度又要有耐氯化物的能力。

双相钢在临界点蚀和缝隙腐蚀温度

因为CPT是材料和特殊环境的函数,有可能进行单独组元作用的研究。采用回归分析法得出钢的成分与CPT(用ASTM G 48A 法测定)的关系式。结果显示只有铬、钼和氮对CPT有影响。关系式如下:

CPT=常数+(%Cr+3.3*%Mo+16 *%N)

式中三个元素乘以各自的回归常数之和 即通常称之为孔蚀抗力当量值(PRE)。

根据PRE的大小可以给本系列的钢种进行排队。但也不要对这关系式过分依赖,式中合金元素是按自变量来处理的,实际上并非完全如此,像元素的协同作用,如铬和钼,就被忽略。另外,此关系式只是针对理想状态的材料,没有涉及金属间相,非金属相或不恰当的热处理对耐蚀性有不利的影响。

 

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