國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管與Inconel 600進(jìn)口軋制管耐腐蝕性能對(duì)比研究

夏 浩， 戴玉明， 鐘海彬， 李勤峰

(江蘇雙勤民生冶化設(shè)備制造有限公司，江蘇 泰州 214536)

引 言

Inconel 600是早期發(fā)展的鎳-鉻-鐵基固溶強(qiáng)化合金，具有良好的耐高溫腐蝕和抗氧化性能，優(yōu)良的冷、熱加工和焊接工藝性能，對(duì)于還原、氧化、氮化介質(zhì)、干燥氯氣和氯化氫氣體都具有耐腐蝕性，同時(shí)，在零下、室溫及高溫時(shí)都具有很好的機(jī)械性能和良好的抗蠕變斷裂強(qiáng)度。因其優(yōu)良的耐腐蝕性能，Inconel 600進(jìn)口軋制管用途廣泛，包括應(yīng)用于侵蝕氣氛中的熱電偶套管，氯乙烯單體生產(chǎn)，有機(jī)或無機(jī)氯化物和氟化物的生產(chǎn)，腐蝕性堿金屬的生產(chǎn)和使用，特別是使用硫化物的環(huán)境中[1-3]等等。

近年來，隨著有色金屬資源價(jià)格的不斷上漲，在Inconel 600進(jìn)口軋制管合金元素的基礎(chǔ)上，對(duì)其合金成分和生產(chǎn)工藝進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)，開發(fā)出了低碳和高碳型兩種國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管，其價(jià)格可較Inconel 600進(jìn)口軋制管降低30%，同時(shí)在一定環(huán)境下能保持或超過Inconel 600進(jìn)口軋制管的耐腐蝕性能。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 材 料

實(shí)驗(yàn)所用國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管由江蘇雙勤民生冶化設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)和提供。在管材上切割出直徑10 mm圓柱試樣，邊長(zhǎng)24 mm方塊試樣，邊長(zhǎng)10 mm方塊試樣備用。

1.2 浸泡實(shí)驗(yàn)

采用全浸實(shí)驗(yàn)，用金相砂紙逐級(jí)打磨并拋光試樣表面以去除氧化物。實(shí)驗(yàn)溶液中：H+，F(xiàn)e3+，Cl-濃度分別為0.1 ，0.2 ，1 mol/L，具體實(shí)驗(yàn)方法依照ASTM G31，NACE TM0169-2012標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。浸泡實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行3次，分別通過肉眼觀察腐蝕情況并進(jìn)一步通過腐蝕失重定量判斷。3次實(shí)驗(yàn)樣品種類和實(shí)驗(yàn)條件如表1所示。

表1 浸泡實(shí)驗(yàn)方案

1.3 極化曲線測(cè)試

動(dòng)電位極化曲線可以方便地得出腐蝕電流密度、塔菲爾斜率、擊破電位等一些參量，進(jìn)而研究電極反應(yīng)的反應(yīng)速率大小及鈍性材料的性能等[4]。本文中動(dòng)電位極化曲線測(cè)量采用標(biāo)準(zhǔn)三電極體系，取封裝好的10 mm方塊試樣作為工作電極，金屬鉑電極為對(duì)電極，Ag/AgCl電極為參比電極，實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。測(cè)試儀器為EG&G，M273A型恒電位儀，掃描速率5 mV/s，掃描電位范圍為-500～100 mV。

1.4 金相制備與觀察

在浸泡實(shí)驗(yàn)開始后的1，2，3，4 min分別取出一組對(duì)比試樣，使用去離子水沖洗及超聲清洗去除浸泡溶液及腐蝕產(chǎn)物，烘干后，使用Olympus GX51型金相顯微鏡對(duì)試樣的腐蝕形貌進(jìn)行金相觀察并拍攝形貌圖片。

2 結(jié)果與分析

2.1 失重分析

三次浸泡實(shí)驗(yàn)后各樣品腐蝕失重量及腐蝕失重比如表2所示，對(duì)表2中腐蝕失重量比較可知，隨著試樣尺寸和表面積的增加，腐蝕失重量增加，隨著測(cè)試溫度及時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕失重量增加[5-6]。測(cè)試得出的腐蝕失重比如圖1所示，可以看出，在相同樣品形狀、浸泡溫度、浸泡時(shí)間的條件下，國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管的腐蝕失重比均低于Inconel 600進(jìn)口軋制管，較進(jìn)口軋制管分別降低了16.1%，19.4%，16.2%，表現(xiàn)出更優(yōu)越的耐腐蝕能力。

2.2 極化曲線分析

極化曲線測(cè)試結(jié)果如圖2所示，通過極化曲線測(cè)試，可以得到關(guān)于材料腐蝕過程的更多信息。由圖2極化曲線進(jìn)行擬合計(jì)算，兩種材料陰極反應(yīng)極化曲線過程類似且自腐蝕電位相差不大，其中，國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管自腐蝕電位為-358.87 mV，略高于Inconel 600進(jìn)口軋制管腐蝕電位-377.66 mV。

表2 浸泡實(shí)驗(yàn)各樣品的腐蝕失重比

圖1 浸泡實(shí)驗(yàn)各樣品腐蝕失重比

進(jìn)入陽極反應(yīng)區(qū)間后，兩種材料均經(jīng)歷腐蝕電流迅速增大的過程，之后又急速減小，鈍化膜形成，阻礙后續(xù)腐蝕進(jìn)一步發(fā)展。圖中可以看出，國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管的鈍化膜成膜電位更低，成膜用時(shí)更短，且鈍化膜未形核時(shí)電流最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Inconel 600進(jìn)口軋制管。同時(shí)，鈍化膜形成后，兩種材料在電位增加的過程中，維鈍電流密度均有逐漸增加的現(xiàn)象，但國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管的維鈍電流密度始終低于Inconel 600進(jìn)口軋制管，在電位為-0.1VAg/AgCl時(shí)，國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管維鈍電流密度為5.55×10-6A/cm2，而Inconel 600進(jìn)口軋制管維鈍電流密度為7.01×10-6A/cm2。電流密度的大小可以體現(xiàn)腐蝕反應(yīng)速率的大小，由此證明，在本文所測(cè)體系中，國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管耐腐蝕能力優(yōu)于Inconel 600進(jìn)口軋制管。

對(duì)極化曲線測(cè)試前后的樣品進(jìn)行稱重，并計(jì)算腐蝕速率，國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管和進(jìn)口軋制管腐蝕速率分別為0.006179 μm/a和0.007804 μm/a，進(jìn)一步證實(shí)了前述結(jié)論。

圖2 國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管和進(jìn)口軋制管極化曲線

2.3 腐蝕形貌觀察

使用Olympus GX51型金相顯微鏡對(duì)腐蝕實(shí)驗(yàn)樣品的腐蝕形貌進(jìn)行觀察，其中，國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管不同時(shí)間腐蝕形貌如圖3所示，進(jìn)口軋制管不同時(shí)間腐蝕形貌如圖4所示。

圖3 國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管腐蝕形貌(×200)

圖4 進(jìn)口軋制管腐蝕形貌(×200)

從圖3，4中可以看出，兩種材料的腐蝕均主要集中在晶界位置。國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管的腐蝕最開始主要出現(xiàn)在多個(gè)晶粒交叉位置，沿晶界斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)，到后來范圍逐漸擴(kuò)大，幾乎遍布所有晶界，形成連續(xù)的腐蝕網(wǎng)絡(luò)，時(shí)間的影響主要表現(xiàn)在腐蝕范圍加大上，腐蝕更偏向于均勻發(fā)生；而Inconel 600

進(jìn)口軋制管的腐蝕區(qū)域相對(duì)更加集中，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，晶界逐漸加深加寬，晶粒間漸漸失去支撐，時(shí)間的影響主要體現(xiàn)在腐蝕深度的增加上，腐蝕更偏向于局部發(fā)生。

3 結(jié)束語

本文對(duì)國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管和Inconel 600進(jìn)口軋制管耐腐蝕性能進(jìn)行了對(duì)比研究，通過浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)，極化曲線測(cè)試和腐蝕形貌觀察分析，得出以下結(jié)論：

(1) 在相同樣品形狀、浸泡溫度、浸泡時(shí)間的條件下，國(guó)產(chǎn)〗新工藝離心鑄管的腐蝕失重比均低于Inconel 600進(jìn)口軋制管，表現(xiàn)出更優(yōu)越的耐腐蝕能力。

(2) 極化曲線研究表明，國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管的維鈍電流密度始終低于Inconel 600進(jìn)口軋制管，在電位為-0.1VAg/AgCl時(shí)，國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管維鈍電流密度為5.55×10-6A/cm2，而Inconel 600進(jìn)口軋制管維鈍電流密度為7.01×10-6A/cm2。

(3) 隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn)新工藝離心鑄管主要表現(xiàn)為腐蝕范圍加大，腐蝕更偏向于均勻發(fā)生，Inconel 600進(jìn)口軋制管主要表現(xiàn)為腐蝕深度加深，腐蝕更偏向于局部發(fā)生。