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(fā)生，包括全面腐蝕、應(yīng)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(huán)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(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。就雙相不銹鋼(00CrNi5Mo3N)在此方面的應(yīng)用來講，其抗全面腐蝕能力基本沒有問題。
1. 2 應(yīng)力腐蝕
機械設(shè)備零件在應(yīng)力(拉應(yīng)力) 和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下，將出現(xiàn)低于材料強度極限的脆性開裂現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備和零件失效，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕開裂。雙相不銹鋼(00CrNi5Mo3N)因其含有連續(xù)穩(wěn)定的鐵素體，不易發(fā)生相應(yīng)腐蝕。
1. 3 晶間腐蝕
沿著材料晶粒間界先行發(fā)生的腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的局部破壞現(xiàn)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(fā)生晶間腐蝕或者腐蝕程度幾乎可以忽略。
1. 4 點腐蝕
圖1 雙相不銹鋼2205的點腐蝕與溫度及Cl-離子濃度的關(guān)系
如果腐蝕僅僅集中在設(shè)備的某些特定點域，并在這些點域形成向深處發(fā)展的腐蝕小坑，而金屬的大部分表面仍保持鈍性的腐蝕現(xiàn)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(guān)性。一般認(rèn)為：雙相鋼(00CrNi5Mo3N)則可用于較低離子濃度環(huán)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(huán)水泵，特別是循環(huán)水是非直排循環(huán)使用情況下，Cl-會反復(fù)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
圖2 雙相不銹鋼(00CrNi5Mo3N)的縫隙腐蝕與溫度及Cl-離子濃度的關(guān)系
縫隙腐蝕是在電介質(zhì)溶液中(特別是含有鹵素離子的介質(zhì)) ，在金屬與金屬或非金屬表面之間狹窄的縫隙內(nèi)，由于溶液的移動受到阻滯，在縫隙內(nèi)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(fā)生縫隙腐蝕。工程實際中，海水輸送、低壓增壓泵等設(shè)備材質(zhì)經(jīng)常為(00CrNi5Mo3N) 。之所以有如此選擇，是因為(00CrNi5Mo3N)是較為經(jīng)濟的材質(zhì)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(chǎn)生晶間縫隙) 。但不能排除其發(fā)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(tài)條件下，雙向不銹鋼(00CrNi5Mo3N)的陽極過程出現(xiàn)自鈍化現(xiàn)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(tài)，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(dǎo)致陰極過程氧的傳質(zhì)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(dāng)量）看，根據(jù)耐點蝕當(dāng)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(jù)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(huán)境溫度的合金，通常規(guī)定PRE值一般應(yīng)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(xué)保護措施的。
表、幾種不銹鋼耐點蝕當(dāng)量（PRE）排序
合金 PRE CCT，F(xiàn)°
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(yīng)為陰極反應(yīng)。而外加電流陰極保護系統(tǒng)正是針對該陰極反應(yīng)，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(xué)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(fā)生。
四. 結(jié)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(zhì)作為關(guān)鍵設(shè)備生產(chǎn)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(yīng)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。
|
