超級鐵素體不銹鋼S44660焊管耐蝕性能的研究

田 野 李天寶

前言

超級鐵素體不銹鋼S44660具有非常好的耐Cl-應力腐蝕、點腐蝕性能、耐晶間腐蝕和綜合力學性能，這些性能依賴于其組織結構和化學成份（見表1、表2）。長期以來，由于鐵素體不銹鋼C、N等間隙元素的存在，顯著提高了高鉻鐵素體不銹鋼的脆性轉變溫度和缺口敏感性，所以其用途有限。隨著不銹鋼精煉技術的發展，極大地降低了鐵素體不銹鋼中的C 、N等間隙元素的含量，使該類不銹鋼的一些缺點和不足得到了一定程度的克服，當超級鐵素體S44660含C+N低于400ppm，PRE值大于37時，其優異的耐蝕性能和加工、焊接性能得到充分體現。經過特殊工藝處理的S44660焊管能夠在海水環境中、在Cl-含量高的化工行業中進行長期服役。在美國等發達國家，S44660焊管已經廣泛在沿海電廠發電機組的冷凝器、海水淡化、制鹽業、含氯離子較高的化工等行業中使用，鋼管總長達到幾百萬公里。目前在上述行業中已廣泛使用S44660焊管替代鈦管、海軍黃銅管、白銅管和超級奧氏體不銹鋼管、超級雙相不銹鋼管。同時節省了大量的鎳、銅、鈦等昂貴金屬資源。目前，我國也對超級鐵素體不銹鋼S44660焊管進行生產開發。本文是對國內生產的S44660不銹鋼焊管的耐腐蝕性能、特別是對超級鐵素體不銹鋼S44660焊管的耐點蝕性能和耐晶間腐蝕性能進行的研究。

1.試驗

1.1 試樣與制備

試驗用的不銹鋼焊管的原材料為太鋼不銹鋼股份公司生產的S44660、316L，鈦管為商品材，S31803為國內某廠生廠。其主要化學成份見表3、表4、表5、表6。

從4種不同材料的焊管截取試樣,加工成Φ25×0.7×25mm,每種材料各加工3個試樣分別標記如下：

S44660分別標記A1、A2、A3，316L分別標記B1、B2、B3，鈦管TA2分別標記T1、T2、T3，S31803分表標記為C1，C2，C3。用砂輪片切割機切割，進行平頭后，對試樣橫截面在砂輪機上打磨，然后依次在預磨機上用240#、1200#砂紙進行打磨，打磨時注意冷卻。之后將試樣棱邊用手動打磨機的小千葉輪磨頭打磨圓滑，再用白色羊毛磨頭拋光。進行實驗前將試樣清洗吹干并稱重（精確到0.0001g），計算出試樣總面積。

1.2 測試方法

1.2.1 點腐蝕測試

采用標準：ASTM G48–C法。

溶液配制：稱取68.72克FeCL3﹒6H2O，溶于600ml蒸餾水中再加入16ml濃鹽酸。溶液的體積應保證單位面積試樣表面的試驗溶液量至少為5ml/cm2。

表1 S44660焊管的綜合力學性能

表2 S44660焊管的主要化學成份 %

實驗時間：連續72小時

實驗溫度：65℃

實驗步驟：將配置好的溶液倒入錐形瓶中，將玻璃支架放入瓶底并放入恒溫水浴鍋中，在錐形瓶上蓋上表面皿，加熱至規定的平衡溫度（65℃），在試驗開始前用已檢定過的溫度計對溫度進行校驗。試驗溶液達到規定溫度后，將已處理好的試樣放在玻璃架上（試樣不能與瓶底接觸），一個試驗容器中放置一個試樣。在整個試樣階段保持溫度波動不超過±1℃。試驗結束時，取出試樣，用清水沖洗，用尼龍硬毛刷在流水下刷洗以去除腐蝕產物，在丙酮或乙醇中浸洗，并用吹風機吹干后稱重（精確到0.0001g），計算出腐蝕率。

1.2.2 晶間腐蝕測試

采用標準：ASTM A763 –Y法。

試驗設備：分析天平（精確至0.0001g）；顯微鏡（至少100×）。Cu片（3.2 ×19 ×38mm)

試驗時間：連續120小時

溶液配制：稱取72g CuSO4·5H2O，溶于400.0ml蒸餾水中再加入236.0ml濃硫酸（注意防止暴沸），溶液的體積應保證單位面積試樣表面的試驗溶液量至少為8ml/cm2

實驗步驟：將清洗干凈的銅片放入1000ml錐形瓶中，之后把配置好的溶液倒入瓶中并把已處理好的試樣放入瓶中，用記號筆標記錐形瓶中液面位置（以便檢查溶液的蒸發損耗。若有明顯的液位變化，則用新的溶液重做），在磨砂接口處涂上硅脂，裝好冷凝管，接通冷卻水，緩緩加熱溶液直至全部硫酸銅溶解，調節溫度按鈕直至溶液保持穩定沸騰狀態。試驗結束后，取出試樣，用清水沖洗，用尼龍硬毛刷在流水下刷洗以去除腐蝕產物，在丙酮或乙醇中浸洗，并用吹風機吹干后稱重（精確到0.0001g），計算出腐蝕率，并將試樣在顯微鏡下拍照，以觀察晶間腐蝕的程度。

2.結果與討論

2.1 S44660焊管耐點腐蝕性

試驗完成后，用分析天平對試樣稱重并計算重量損耗，具體數據見表7。

不銹鋼在含有Cl-的溶液中最容易發生點腐蝕，在實際生產中不銹鋼設備往往是在含有不同濃度的氯化物工藝介質中服役，而Cl-容易在不銹鋼表面的局部區域聚集，使該處的電極電位減小，從而破壞該處的鈍化膜，將鋼的金屬基體暴露出來，在不銹鋼表面形成局部微電池，形成不銹鋼的點蝕源。

從腐蝕率看，S44660焊管與鈦管相差不大，大約只有316L、S31803的千分之一，

2.2 耐晶間腐蝕

按照ASTM A763-Y法要求進行完試驗，試驗前、后分別對樣品進行稱重。根據結果測算腐蝕數據見表8。

表3 太鋼產S44660試樣化學成分 %

表4 太鋼產316L試樣化學成分 %

表5 TA2 試樣主要化學成份 %

表6 S31803試樣化學成分 %

表7 各試樣焊管在65℃溫度時耐點腐蝕性數據

表8 試驗前、后樣品的腐蝕數據分析

2.3 S44660不銹鋼耐蝕原因淺析

不銹鋼的耐蝕性與其鈍化性能及鈍化膜的穩定性緊密相關，而其鈍化性能除了受腐蝕介質的影響外，還主要受到合金元素及含量的影響。不銹鋼的耐點腐蝕性能隨合金中鉻含量的增加而提高，當鉻含量達到25%以上，不銹鋼的點腐蝕電位明顯提高，而S44660不銹鋼中的鉻含量在27%左右，同時由于S44660不銹鋼含有3%以上的鉬，鉬能顯著提高不銹鋼的抗點腐蝕性能，研究表明，鉬在鐵素體不銹鋼中耐點蝕的能力相當于鉻的3倍，因此通常用Cr+3.3Mo的量衡量鋼的耐點蝕性能，此當量值越高，鋼的耐點蝕能力越強。同時鉬的加入，使鋼表面形成富鉬的氧化膜，這種含有鉻鉬元素的氧化膜，具有很高的穩定性，不但在許多非氧化性強腐蝕介質中不易被溶解，而且更能有效地抑制氯離子引起的點腐蝕。另外S44660鋼種加入強碳化物形成元素鈦和鈮，有效地抑制了晶間腐蝕傾向。此外，S44660在耐氯化物等介質的抗應力腐蝕性能明顯優于奧氏體不銹鋼，這是由于鐵素體不銹鋼的體心立方點陣晶面容易滑移，易形成網狀位錯結構，從而不易生成線狀的蝕溝，所以難以造成穿晶破裂。還由于它容易發生交叉滑移，而不致造成粗大的滑移臺階。

2.4 結論

超級鐵素體不銹鋼S44660焊管在Cl-環境中具有較好的耐蝕性，在一定條件下，可替代鈦管應用于濱海電站凝汽器、海水淡化蒸發器等介質中富含Cl-的工作環境。可以廣泛應用于電力、石油、化工、海水淡化等行業的給水加熱器、凝汽器、熱交換器中，是一種節能、環保、高效、經濟的鐵素體不銹鋼管材。

（略）