C15不锈材料成化和化学物理性质.docx

C15不锈材料成化和化学物理性质耐海水和氯离子介质腐蚀的高性能不锈钢C15 耐海水和氯离子介质腐蚀的高性能不锈钢C15徐增华，王东辉（上海材料研究所，上海20043 7）摘要扼要地介绍了C15不锈钢的化学成分、 显微组织、 力学性能、耐腐蚀性能和加工性能， 为选材应用提供了判据。主题词不锈钢，耐腐蚀性能，显微组织AnExcellentResi stantCorrosionStainlessSteelC15forSeaWatera ndChlorideMedia￥XuZenghua；WangDonghui（Shang haiResearchInstituteofMaterials，Shanghai200 437，PRC）Abstract：Thispaperbriefedchemicalco mposition，microstructure，mechanicalproperti es，resistantcorrosionandworkabalitiesofstai nlesssteelC15Thecriterionforitsapplication wasprovided0引言本项目是国家“七五”科技攻关项目之一，研制成功的C15不 锈钢能耐海水及各种氯离子介质腐蚀。在海水中挂片5年半，未发现腐蚀痕迹，其耐蚀性达到了美 国著名的耐海水不锈钢AL6x（00Cr20Ni25Mo6）的水平，相比之下成本低，易 生产。目前已用于油田污水、海水、硫酸、磷酸、有机酸以及各种含氯离子的化工介质；还用作人 工关节材料和承受交流电腐蚀的材料。在上述介质中，当304、316L等不锈钢不能满足设备 耐蚀性能要求而需要用高级耐蚀合金时，则C15不锈钢是理想的选用材料。IC15钢的化学成 分、显微组织及力学性能C15钢是在316不锈钢基础上通过提高MO含量和加入其它微量元素 而形成，主要成分（）为；C008，Stl00，Mn150，Cr17。19 00，Nill。1300，M。55等。这个成分范围的确定，除成本低、易生产外， 主要考虑其耐蚀性和力学性能。因为新钢种主要用于油田污水、海水及其他含氯离子化工介质，根 据电化学理论的研究，耐氯离子腐蚀的不锈钢，要含有足够的铬当量（Cr33Mo）和 适当的铬、钥比，才能形成致密的保护性好的表面膜，具有高的耐蚀性能。同时，Cr、Mo都是 6铁素体和a相形成元素，这两种元素含量过高，3铁素体增多，就破坏了原奥氏体组织平衡，将 会给钢的力学性能和加工性能带来一系列不良影响。C15钢经固溶处理后，铸态显微组织为奥氏 体基体上分布少量的8铁素体。铁素体含量根据Cr、Ni、MO等元素上下限的变化波动于4 15之间；锻态显微组织一般均是奥氏体，偶尔由于成分波动也出现少量铁素体。C15钢的 力学性能见表卫。表1实测C15钢的力学性能2C15钢的耐蚀性能2回阳极极化曲线C15 钢在lmolNaCI水溶液中的阳极极化曲线见图1、图中也示出了对比钢种AL6X、31 6L和18STi的阳极极化曲线。bT见C15钢和AI。6X具有极为相似的阳极极化曲 线，在曲线开始部分，无活化一钝化转变区，钝化区很宽，过钝化电位很高，在1000IllV 以上，标志着这两种合金在此介质中具有很高的耐蚀性。相比之下，18STi和316L的点 蚀击破电位低得多，钝化区也很窄，说明耐蚀性远不如C15钢。22钝化膜破坏电位E。45 vC，NaCI浓度从5增加到20，不改变C15图1（刀5钢与对比材料6x、3 16IM和18i钢在lmolNaCI溶液（pH69）中的阳极极化曲线钢的E。值 （E。均在900950mV，SCE），即不影响其耐蚀性能。表2为lmolNaCI水溶 液中，在不同温度下C15钢的E。值。在45C以下，E。值不受温度影响；而在45C以上 ，E6值则发生变化，尤其在5575C，影响最激烈，但在75C以上，下降趋势缓慢。2 3氯化物介质中的耐缝隙腐蚀性在30C的3NaCI水溶液中对人造缝隙试样采用IV（ SCE）恒电位阳极极化预处理，使缝隙中溶液达到稳定的酸化，并在模拟稳定酸度（加入相应C I）介质中测定阳极极化曲线，视其是否出现活化峰来判断合金是否发生缝隙腐蚀。图2为C15 和对比材料18STi、316I一和AI。6X钢的试验结果。316L和18STi 钢的阳极极化曲线一一L均出现活化峰，预示会发生缝隙腐蚀；而C15和AL6X钢未出现活 化峰，预示不会发生缝隙腐蚀。24在氯化物介质中的实验电位（E）PH图试验采用不同P H值（0l110）的lmolCI一浓度的缓冲液作为试验介质，用恒电位仪测量其阳 极极化曲线，并根据曲线上的各个临界点（即：Ec。rr一腐蚀电位，E。一致钝电位，Et 。一过钝化电位，E。一保护电位）绘制出电位（E）PH图，见图3。图上呈现较大的钝化区 和免蚀区，意味着C15钢有较大的使用范围。由于过钝化电位很高，标志着该钢种具有很高的耐 点蚀能力，亦即点蚀萌生过程不易进行；同时活化区很小，电位很低，意味着有较大的钝化膜稳定 区和闭塞腐蚀电池（OCC）内的阳极表面，由钝化向活化转变较困难，图2耐缝隙腐蚀试验结果 且即较有效地阻止局部腐蚀的发展。此图为选材应用提供了该钢种有关腐蚀方面的信息。25耐 晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀开裂试样固溶处理后按国标GB122375的硫酸一硫酸铜法进行 ，试验后的试样经90”弯曲，在50倍放大镜下观察未发现裂纹，说明未出现晶间腐蚀。表3为 应力腐蚀试验结果。新钢种抗应力腐蚀开裂性能优于316L，而低于AL6X钢。新钢种的锻 态（C15B）和铸态（C15A）具有相近的断裂时间，由于两者。s不同，因而实验时所加应 力也不同。26在海永和混合脂肪酸分姻塔内的桂爿itwe表2在lmolNaCI水溶液中 不同温度下C15钢的E。值注：电位步进速度为50mVsmin。表3应力历蚀试验结果（ 介质：沸腾的42MgCI。水溶液，应力：80a，）4MtegtaweC15钢及 对比材料在厦门海域挂片5年半后，其腐蚀形态见表4。在混合脂肪酸分馏塔内，温度为220 240，介质是C16C18饱和及不饱和脂肪酸，试样挂片5个月后，结果见表5。先已办 婚塔样片试验27耐交流电腐蚀性能271全面腐蚀性能介质：20HZSO4（重量） ，温度：35C，材料：316L、C15，钢，时间：91h，交流电流：8smAcm ，交流电压：19V，腐蚀率：316L005mma，C150015mma。2 72电化学性能试样浸于30C的20（重量）HZSO4水溶液中，采用JHZB型恒 电位仪，按GB4334984标准方法进行电化学测量。测量时需要在工作电极（试样）和 辅助电极之间加入一个交流电流，这样才能测出试样在交流电作用下的电化学行为。图4为试验结 果。随交流电流的增加，腐蚀电位发生移动，活化一钝化峰增高，维钝电流增大，钝化区缩小，表 明C15钢在外加交流电流作用下，电化学行为发生了变化，向着不利于耐蚀的方向发展。但仍可 见，每条曲线都有较广阔的钝化区，说明C15钢在所加交流电情况下，都可进入钝化而处于钝化 状态，具有较好的耐蚀性能。如交流电流保持在smAcm以下，则仍具有最佳的耐蚀性能。 3应用实例（1）由C15钢浇铸成的6D100150型注水泵叶图4在20HZSO4（ 重量）水溶液中C15钢在不同交流电作用下的阳极极化曲线1omAcmZ2smAc m310mAcm420mAcm轮，泵注CI一含量为IX10mgL的油 田污水，累计开机时间在2万h以L，比18STi钢叶轮提高寿命8倍多。（2）某铝加工厂 的氧化着色车间，着色槽槽液为硫酸水溶液。PH1，工作交流电压为1517V，峰值电流 40004500A，着色槽中极板为三排，面积6065m。在上述工作条件下，使用3 16L不锈钢做极板，可生产古铜色铝材800900t；而使用C15不锈钢做极板，能生产 21002400t着色铝材，使用寿命为316L钢25倍左右。（3）由C15钢浇铸成 的源江一48PA6型海水循环泵叶轮，安装于海南某热电厂，已运行8年，现仍在正常运转。 （4）通过细胞毒性试验、急性毒性试验、热源试验、股骨培养和溶血试验等，证明C15 不锈钢 符合这些测试项目的体内植入物生物相容性指标。与316L和钛合金Ti6A14V相比，C1 5钢最适宜作人工关节材料，并于1987年作成实物植于人体作临床耐久性试验，至今仍在进行 。4C15钢的加H性能C15钢是在316钢基础上改进而成的，具有奥氏体基不锈钢易于熔炼 、铸造、焊接和冷热加工等优点。可加工成铸件和一定形式的锻件、型材，如棒材、板材、管材等 。可冷轧成厚度008mm薄带，冷拉成o10mmX0smm的管材，为扩大C15钢的应 用范围创造了有利的条件。5结束语C15钢是高性能的耐海水和氯离子介质腐蚀的高性能不锈钢 ，性能较316L和1818Ti不锈钢优越，可进一步推广应用。耐海水和氯离子介质腐蚀的 高性能不锈钢C15徐增华，王东辉$上海材料研究所不锈钢，耐腐蚀性能，显微组织扼要地介 绍了C15不锈钢的化学成分、显微组织、力学性能、耐腐蚀性能和加工性能，为选材应用提供了 判据。由于过钝化电位很高，标志着该钢种具有很高的耐点蚀能力，亦即点蚀萌生过程不易