ND、2205、17-4PH和316L不銹鋼材料的腐蝕行為

周梓榮，肖鑫

（1.中南大學(xué)資源與安全學(xué)院，湖南 長沙 410012；2.湖南工程學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，湖南 湘潭 411104）

【腐蝕防護(hù)】

ND、2205、17-4PH和316L不銹鋼材料的腐蝕行為

周梓榮1,*，肖鑫2

（1.中南大學(xué)資源與安全學(xué)院，湖南 長沙 410012；2.湖南工程學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，湖南 湘潭 411104）

針對含少量雜質(zhì)的稀硫酸在高溫環(huán)境下的強(qiáng)腐蝕性，選了ND、2205、17-4PH和316L等不銹鋼材料，在5% NaCl溶液和現(xiàn)場提取的工作介質(zhì)中進(jìn)行了60 ～ 80 °C工作溫度下的腐蝕性試驗(yàn)。結(jié)果表明，在5% NaCl溶液中，ND不銹鋼耐蝕性能最好；在工作介質(zhì)中，17-4PH不銹鋼的耐蝕性最好。

不銹鋼；腐蝕行為；稀硫酸；耐蝕性

1 前言

隨著近代化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，稀硫酸的用途不斷擴(kuò)展，用量與日俱增。稀硫酸對材料的腐蝕性比濃硫酸強(qiáng)，而高溫的稀硫酸對材料的腐蝕性更強(qiáng)[1-3]。因此，人們對高溫稀硫酸容器材料提出了更高耐腐蝕、耐磨損的要求。為此，國內(nèi)外開發(fā)了許多相應(yīng)的材料，如 VHB904，Carpenter20Cb3，incoloy825，K合金，SANDVIK SX，Lewmet系列合金等[4-7]。但某化工公司某產(chǎn)品的原材料為16% ～ 18%的稀硫酸，工作溫度60 ～ 80 °C，其中含有少量的苯甘氨酸、苯甘氨酸–樟腦磺酸鹽和濃度較低的鐵離子。離心機(jī)是其主要的生產(chǎn)設(shè)備。在生產(chǎn)過程中，盡管設(shè)備生產(chǎn)廠家使用過許多耐蝕材料，但離心機(jī)的使用壽命非常短(有時(shí)甚至只有一兩個(gè)月)。為了尋找適合的離心機(jī)耐蝕材料，本文根據(jù)硫酸的腐蝕原理，選用了國內(nèi)外幾種不銹鋼材料進(jìn)行耐蝕性試驗(yàn)。

2 硫酸腐蝕機(jī)理及耐蝕材料選擇

2. 1 硫酸對碳鋼的腐蝕原理

碳鋼在硫酸中發(fā)生的腐蝕過程是典型的電化學(xué)腐蝕。其化學(xué)反應(yīng)式表述如下：

金屬材料的本質(zhì)、表面狀態(tài)及金屬陰極相雜質(zhì)、pH、溫度都會(huì)影響到金屬的氫去極化腐蝕。

2. 2 硫酸腐蝕的特點(diǎn)

在一定溫度下，稀硫酸對碳鋼的腐蝕速率隨其濃度的提高而增強(qiáng)，達(dá)到一定濃度后，腐蝕速率隨濃度的提高而急劇下降。同一濃度的硫酸隨著溫度的升高，腐蝕性會(huì)大大增強(qiáng)。值得注意的是，硫酸的腐蝕性除與濃度和溫度有關(guān)外，酸中的雜質(zhì)對腐蝕有很大的影響。本試驗(yàn)主要是針對雜質(zhì)和溫度對材料腐蝕速度的影響，研究其腐蝕行為，以解決離心機(jī)材料的選材問題。

2. 3 試驗(yàn)材料的選擇

即使在較低的溫度下，稀硫酸的腐蝕性也很大，容器用材料的耐腐蝕性要求高。316L是耐稀硫酸腐蝕的常用材料。筆者根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)介紹的研究成果和資料，選取了以下4種不銹鋼材料作為試驗(yàn)用材(由離心機(jī)生產(chǎn)廠家和使用單位提供)：ND，2205，17-4PH，316L。表1為這4種不銹鋼材料的化學(xué)成分。

3 試驗(yàn)

3. 1 腐蝕介質(zhì)和工作溫度

(1) 標(biāo)準(zhǔn)腐蝕溶液：5%標(biāo)準(zhǔn)氯化鈉溶液。

表1 試驗(yàn)用不銹鋼材料的化學(xué)成分Table 1 Chemical compositions of tested stainless steel materials

(2) 稀硫酸介質(zhì)(從生產(chǎn)現(xiàn)場取樣)，其中硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16% ～ 18%，苯甘氨酸和苯甘氨酸–樟腦磺酸鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5% ～ 1.0%，鐵離子濃度≤10 mg/L。

(3) 工作溫度：60 ～ 80 °C。

3. 2 試驗(yàn)方法

采用線性極化法，電位掃描速率為 0.2 mV/s，電解質(zhì)溶液為5%氯化鈉溶液，輔助電極為Pt電極，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，試樣為研究電極(露出面積為1 cm2)。先測定研究電極的自然腐蝕電位，10 min后待自然腐蝕電位穩(wěn)定，開始恒電流極化測定。

測量循環(huán)伏安曲線時(shí)，電位掃描速率為2 mV/s。

3. 3 試驗(yàn)材料的制備

將試驗(yàn)材料加工成φ 20 mm × 10 mm的試樣，表面拋光至Ra0.8，每種材料加工成4個(gè)試樣。

4 結(jié)果與分析

在60 ～ 80 °C的溫度下，4種不銹鋼試樣在5% NaCl溶液和稀硫酸工作介質(zhì)中的腐蝕循環(huán)伏安曲線分別見圖1a和1b。從圖1a得知，在60 ～ 80 °C的5% NaCl溶液中，ND不銹鋼的陰極極化曲線明顯向低電流密度方向移動(dòng)，這證明在5% NaCl溶液中，其整個(gè)電化學(xué)反應(yīng)被抑制，試樣的腐蝕電流密度最小，故 ND不銹鋼的耐腐蝕性能最好，其次是316L不銹鋼和2205不銹鋼，17-4PH不銹鋼的耐鹽水腐蝕性能最差。從圖1b得知，在60 ～ 80 °C下，17-4PH不銹鋼試樣在給定工作介質(zhì)中的陰極極化曲線向低電流密度方向移動(dòng)，這說明其腐蝕電流密度減少，耐腐蝕性最好，其次是316L不銹鋼和2205不銹鋼試樣，ND不銹鋼試樣在工作介質(zhì)中的耐蝕性能最差。

圖1 不銹鋼試樣在5% NaCl溶液和稀硫酸工作介質(zhì)中的循環(huán)伏安曲線Figure 1 Cyclic voltammograms for stainless steel samples in 5% NaCl solution and the working media of dilute sulfuric acid

5 結(jié)論

在60 ～ 80 °C的溫度下， ND、2205、17-4PH、316L等4種不銹鋼試樣在含少量(0.5% ～ 1.0%)苯甘氨酸和苯甘氨酸–樟腦磺酸鹽雜質(zhì)的硫酸溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16% ～ 18%)及5% NaCl溶液中的腐蝕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ND不銹鋼在 5% NaCl標(biāo)準(zhǔn)溶液中的耐蝕性能最好，17-4PH不銹鋼在稀硫酸工作介質(zhì)中的耐蝕性能最好。

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[ 編輯：韋鳳仙 ]

Corrosion behavior of stainless steel materials of ND, 2205, 17-4PH and 316L //

ZHOU Zi-rong*, XIAO Xin

Aim at the strong corrosion of dilute sulfuric acid containing a small amount of impurity at high temperature, the corrosion tests were completed by choosing ND, 2205, 17-4PH and 316L stainless steel materials in 5% NaCl solution and working media picking-up from scene at working temperature of 60-80 °C. The results showed that the corrosion resistance of ND stainless steel is the best in 5% NaCl solution, and the 17-4PH stainless steel has the best corrosion resistance in the working medium.

stainless steel; corrosion behavior; dilute sulfuric acid; corrosion resistance

School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410012, China

TG172.63

A

1004 – 227X (2010) 08 – 0035 – 02

2010–04–15

周梓榮（1963–），男，湖南湘潭人，博士，教授，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)與工程材料。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) hnxtzzr@sina.com。