不同环境下不锈钢腐蚀类型及研究现状
陈 博1 郝 喆1 白慧文1 赵英娜2
【摘 要】不锈钢因其良好的抗腐蚀及抗氧化特性广泛应用于生产生活中，但是不锈钢在应用过程中因苛刻的环境条件影响了不锈钢的防护性能。本文综述了不同环境中各种不锈钢腐蚀行为及腐蚀机理，分别对高温环境下、含硫条件下、高温高压 CO2以及海水环境中各种类型不锈钢应用的研究现状进行了阐述，并对今后不锈钢抗腐蚀的防护措施进行了展望。 【期刊名称】全面腐蚀控制 【年(卷),期】2014(000)007 【总页数】5
【关键词】不锈钢 腐蚀类型 不同环境
0 引言
自不锈钢问世以来，其良好的抗腐蚀及抗氧化性受到重视，并被应用于越来越广的领域。为适应不同领域的要求，不同性能的不锈钢钢种被不断的研发，包括消耗量最大的奥氏体不锈钢，以及随后的含氮不锈钢，超级铁素体不锈钢，超级奥氏体不锈钢，超级马氏体不锈钢，Mn-N系不锈钢及抗菌不锈钢等[1]。不同种类的不锈钢以其自身的特性被选用在不同的环境条件下，以达到其特有的抗腐蚀性能，然而由于工作环境愈加恶劣，不锈钢的腐蚀不可避免的发生。本文基于大量文献综述了几种不锈钢材料常见腐蚀类型及其研究现状，并简要介绍了几种抗腐蚀措施，以期对不锈钢腐蚀方面的问题做一个简要概括。
1 不同环境条件下不锈钢腐蚀的研究
1.1 不锈钢在高温条件下的腐蚀
1.1.1 高温空气
由于近年来镍供不应求，铁素体不锈钢逐步代替较为昂贵的奥氏体不锈钢成为某些高温领域中的主流用钢[2]。张寿禄[3]等人对AISI430铁素体不锈钢在大气环境下的高温氧化腐蚀现象进行了研究。实验发现不同温度下（950℃、1000℃、1050℃）氧化增重速率的变化趋势差别明显：950℃下的氧化增重速率明显低于其余两个温度下的氧化增重；1000℃及以上温度下的增重可分为缓慢氧化，快速氧化和稳定三个阶段。实验分析认为氧化初期形成的氧化铬与其后形成的锰铬尖晶石形成氧化层减缓腐蚀发生，随温度或氧化时间的增加，氧化铁突破氧化层并不断向外扩散，导致内部腐蚀加剧。 1.1.2 高温高压水蒸气
在高温水蒸气条件下，不锈钢的应用主要包括锅炉内壁用钢等，其腐蚀的相似之处在于水蒸气的存在导致不锈钢的表面产生多层疏松的氧化膜，一般分为内、外双层。郭立峰[4]对锅炉管材用钢18-8奥氏体不锈钢在高温高压水蒸气条件下的氧化的研究表明在该条件下，该不锈钢具有明显的超温现象，即高温引起不锈钢中成分偏析，导致钢中出现孔洞和裂纹，引起脆性增加，降低管材性能；形成内、外两层氧化层，反应方程式如下：
生成物Fe3O4、Fe2O3为外氧化层的主要成分，当氧化层厚度达到一定程度时，内外氧化层应变及能承受的断裂极限强度不同，导致裂纹及断裂，引起氧化层剥离。结晶粒度也在一定程度上影响该不锈钢抗水蒸汽氧化能力，主要影响各氧化层的成分。用作烧制高温石墨的410S不锈钢坩埚通过工业煤气的燃烧而受热[5]，使不锈钢同时受到高温和水蒸气氧化的影响，形成以点蚀为主的腐蚀特性。研究表明，410S不锈钢在该条件下，氧化层具有内外两层，且内、
外层之间存在一分离缝隙，引起外层剥落，且缝隙与形成的孔洞一并为氧气和水蒸气进入基体提供通道。坩埚上部离热源较近，较中、下部腐蚀情况更为严重，分层现象更为明显。在分别对430、304不锈钢进行高温腐蚀实验后，发现奥氏体不锈钢腐蚀表面产物以混合氧化产物组成的尖晶石FeCr2O4为主，而铁素体钢则以铁的氧化物为主要成分；煤气成分CH4、H2等燃烧后形成水蒸气催化加速氧化层剥离基体。当氧化气氛中氧含量低[6]，外层观察不到Fe2O3锈层。
对于水蒸气在金属腐蚀过程中的作用，由于检测水平的限制，暂时没有明确的理论。比较有说服力的理论是YAMAUCHI A[7]等人提出在存在水蒸汽的条件下，Cr的初期氧化会发生异常，氧化速率将比不含水蒸气条件下提高一个数量级；水蒸气是氧化膜分层的主要原因，外腐蚀层的疏松状态使水蒸气得以进一步腐蚀内层；水分解出氢与氧化层反应再次生成水侵入氧化层—基体界面处，氧化基体中的Fe等元素[8,9]。 1.2 不锈钢在含硫条件下的腐蚀
于兴胜[10]等人研究了超低碳马氏体不锈钢135、双相不锈钢318、双相不锈钢2205在H2S环境下应力腐蚀现象。腐蚀用溶液成分见表1。实验表明，2205钢在含H2S条件下的性能更优；溶液中加入CO2，会降低抗H2S应力开裂性能；不同的热处理方式也会影响材料的抗H2S应力腐蚀性能。
常压塔顶油气冷凝冷却器通过冷却水和油气的热交换来降低油气温度[11]，冷凝器进口附近的冷凝管由于受到油气中的Cl-和H2S的腐蚀，使钢产生Cl-和H2S的应力腐蚀，导致脆性断裂。加工进口原油用蒸馏装置经“一脱四注”后，原油仍含有一定量的盐及含硫化合物。发生如下反应：
不同环境下不锈钢腐蚀类型及研究现状
