耐海水腐蚀不锈钢国内发展现状.docx

耐海水腐蚀不锈钢国内发展现状摘要1.前沿占地球表面积约71%的海洋中蕴藏着丰富的资源，开发海洋、利用海洋，让海洋成为我们巨大财富的源泉，这已成为人们多年来努力的方向之一。我国幅员辽阔，大陆海岸线长达1.8万公里，开发沿海经济对我国国民经济具有重大战略意义。随着人类对海洋需求的日益增长，对海洋工程技术的研究越来越重视，近年来海洋运输、海洋军事、海底资源探测与开发等各项技术得以迅速发展。鉴于陆地资源日益枯竭，海洋将成为矿产、能源和食品资源的主要供应基地。为此，海洋开发被列为21世纪的重点目标1, 2，而耐海水腐蚀材料的开发和应用研究又是海洋开发的基础和前提。海水中含有大约3.5%的含盐量，因此海水具有腐蚀性。此外，海洋中的某些生物污染也加速了海水的腐蚀。在海洋资源的开发和利用过程中，钢材扮演着不可或缺的角色，如潮流发电、海水发电、海水温差发电设备及海滨大型跨海桥梁，与海洋开发相关的海底容器，用于资源开发的各种大型海洋构件以及造船用钢等领域中均离不开钢3。由于海洋的特定环境，对海洋工程材料有很多特殊要求，最主要的是耐海水腐蚀问题，因为许多水下设备往往由于腐蚀而报废，其次是深海下密封壳体结构的强度问题，这对于长期进行水下作业的设备尤为重要。目前国内外常用的耐海水腐蚀不锈钢大致分为四种类型。第一种是为奥氏体型不锈钢，有较好的耐腐蚀性，但屈服强度均不大于300MPa；第二种为铁素体型不锈钢，但屈服强度均低于300Mpa；第三种为双相不锈钢，屈服强度可达到700MPa左右；第四种是为沉硬化型不锈钢，有较高的强度，但耐蚀性能达不到要求。从提高强度确保耐蚀性的思路出发，调整钢中合金元素，特别是时效强化元素的含量，以期获得强度较高的耐海水腐蚀的新型不锈钢。1现今海洋工程及造船工业中大量使用的钢结构材料大多是碳钢和低合金 钢。对于碳钢和低合金钢来说，其在海洋环境中的腐蚀类型主要有不均匀全面 腐蚀以及点蚀，而其腐蚀形貌可分为斑状、麻点状、蜂窝状、坑状、溃疡状腐蚀等9。所谓不均匀全面腐蚀，就是碳钢和低合金钢在海洋环境中不能建立钝态， 腐蚀是在整个金属暴露的表面上发生和发展。根据相关研究记载，其在海水中 的腐蚀过程可分为3个阶段，分别是：1)表面的大气氧化膜局部破坏而产生锈点；2)出现锈点聚集区和不腐蚀区；3)钢表面被锈层全面覆盖并继续受到腐蚀。对碳钢来说，第1阶段约为lh，第2阶段约为1天时间，大约经过20-30 天时间表面可被锈层全面覆盖。而由于冶炼过程所造成的组织结构和表面状态 的不同，以及海生物污损、微观合金元素富集等原因都可能引起钢表面的腐蚀 速率不均匀，从而在碳钢腐蚀的表面出现浅斑、点状坑或是溃疡状腐蚀坑等各 异腐蚀形貌。而所谓点蚀，就是由于钢表面的腐蚀速率不均匀，腐蚀后的表面出现浅斑、 点状坑或是溃疡状腐蚀坑，习惯上就把这种腐蚀或形貌称为钢的点蚀，又称孔 蚀。点蚀的一般特征表现在，如果与海水接触的碳钢、低合金表面上，阳极、 阴极的面积非常小，而这些微阳极和微阴极在表面上变幻不定地分布着，在这 种情况下，钢遭受的是均匀全面腐蚀。然而，钢表面的组织结构或状态、海生 物的污损等不同，都能使腐蚀的表面出现宏观的阳极区和阴极区，从而引起钢 的腐蚀不均匀，即发生点蚀。例如，钢中的硫化物夹杂的电位比钢基体正，因 此，钢的坑蚀首先发生在硫化物周围。而大型海生物（如牡蛎、藤壶等）的污 损，会引起钢表面的氧浓度差异，从而产生氧浓差电池腐蚀。对碳钢、低合金 钢在海水中的点蚀发展机制，只有初步的研究，认为它与易钝化金属的孔蚀相 类似，形成一种闭塞电池，具有自催化效应这一机制符合腐蚀受氧扩散控 制的情况。钢在海水中长期浸泡，由于生物和锈层的作用，点蚀发展的控制因 素比较复杂。4551.2.1耐海水腐蚀高纯度奥氏体不锈钢的现状除铬、钼、氮以外，镍、硅、钒、稀土等元素也能提高奥氏体不锈钢的耐海 水腐蚀性22。国外常用的耐海水腐蚀奥氏体不锈钢有：AL-6x(20Cr-24Ni-6Mo)，254Smo (20Cr-18Ni-6.1Mo), VEWA963(17Cr-16Ni-6.3Mo) 22Cr-12Ni-6M, WSCD (17Cr-16Ni- 5.5Mo), 2RK65(20Cr-25Ni-4.5Mo), 904L(20Cr-25Ni-4.5Mo), Sallicro28(27Cr - 31Ni -3.5Mo-lCu), 20Cr-25Ni.6Mo-1.5Cu-N23等。我国研制的钢号有：00Cr20Ni25Mo5N, 00Cr25Ni25Si2V2Nb, 0Crl7Nil7Mo7, OCrl8Nil8Si2Xt, 00Crl8Nil8Mo5N, 00Cr20Mo4.5Cu 等。实践表明，耐海水腐蚀奥氏体不锈钢中，铬含量一般17-27%,钥含量一般为 2-7%，镍含量一般12-25%，偶而加入2%硅2%钒24】。耐海水腐蚀奥氏体不锈钢的os般都小于300Mpa。其它耐海水腐蚀不锈钢目前国内外常用的耐海水腐蚀不锈钢大致分为四种类型。第一种是为奥氏体 型不锈钢，有较好的耐腐蚀性，但屈服强度均不大于300MPa;第二种为铁素体型 不锈钢，但屈服强度均低于300Mpa;第三种为双相不锈钢，屈服强度可达到 700MPa左右；第四种是为沉硬化型不锈钢，有较高的强度，但耐蚀性能达不到要求。从提高强度确保耐蚀性的思路出发，调整钢中合金元素，特别是时效强化 元素的含量，以期获得强度较高的耐海水腐蚀的新型不锈钢。1.2.21.2.2.1耐海水腐蚀铁素体不锈钢高纯铁素体不锈钢中，分别增加或同时增加铬、钼含量，耐海水腐蚀性大幅 度增加25】。当铬达30%时，孔蚀电位急剧增加，这是因为铬增加钝化膜的稳定性。 当钢中添加2%钼可使其在盐酸中的耐蚀性提高30倍，若添加3.5-5%Mo，则临界 电流密度非常小，腐蚀率几乎为零。国外常用的钢号有：18Cr-2 Mo, 21Cr-3 Mo, 26Cr-l Mo, 28Cr-2Mo, 29Cr-4Mo, 30Cr-lMo 等。我国研制成功钢号有 000Crl8Mo2, 000Cr26Mol 及 000Cr30Mo2, 000Crl7Mo等。铁素体不锈钢显微组织中a相和x相析出，可明显降低钢在热海 水中的耐蚀性。微量的镍、铜、钴等元素容易使钢产生应力腐蚀裂纹。第二代高纯铁素体不锈钢含少量镍及稳定碳化物形成元素钛、铌等，典型钢 号有 lCr28Ni4Mo2Nb 等。1.2.2.2耐海水腐蚀双相不锈钢双相不锈钢是指铁素体为40-80%的铁素体-奥氏体型不锈钢，其化学成份一般含有18-28%铬及2-5%镇；根据不同用途添加银、铜、舆、氮、铌等合金元素2627。 国外常用的钢号有：Monit(25Cr-4Ni-4Mo+Ti+N ), SEA CuRE (26Cr-2Ni-3 Mo-Ti)， Superferrit(28Cr-3.5Ni-2.5Mo-N), 0X21H6M2T，0X20H6MII2T, 3RE60(00Crl8.5 Ni4.7Mo2.7),NSS-216 (Cr22Ni2Mn5Mo2N、DSD5 (Cr23Ni5.5Mo2.8N ), VAR-315SN (Crl8Ni9.5Si2.2Cu ,5Mo0.5N / 00Cr25Ni6Mo4NbVN，7-MoPlus (S32950)，44LW (S31200),Ferralium 255(S32550),DP-3(S31260)等以及第二代双相不锈钢 2205(00Cr 22Ni5Mo8N)等。双相不锈钢在海水中具有良好的抗应力腐蚀性。因为：（1)铁素体与奥氏体两 相组织具有较高的机械强度，难以引起粗大的滑移。（2)铁素体对奥氏体有电化学保护作用。（3)铁素体组织难以引起穿晶腐蚀。此外，双相不绣钢还具有优良的耐 孔蚀、耐缝隙腐蚀能力。我国研制成功的钢号有：3RE60，lCr21Ni5Ti，00Cr25Ni6Mo3N，00Cr25Ni6Mo- 3WCuN等，并且已推广使用。1.2.2.3沉淀硬化不锈钢国外常用钢号有 17-4PH，17-7PH, PH15-7Mo，PH14-8Mo，A-286 等，crs 高达 800-15OOMPa,除A-286外，其它钢号强度(时效态)均可满足用户要求，但大部分 钢耐蚀性差。上述某些钢号已列入我国国标，正在推广使用。1.2.2.4马氏体时效不锈钢国外已研制成功二十多个钢号，如IN-736，Custom450及455，NASMA-164, AFC77，Ultrafort401 及 402,15-5PH, PH13-8 Mo, 16-6 PH 等，其 ab= 10001800MPa。 由于铬含量较低(一般1015% ),钼含量不高（一般24%)，又是马氏体基体，所 以耐海水腐蚀性一般较AISI316差。我国已研制成功OOCrlONilO，Mo2Ti, 00Crl2Ni8Cu2NbAl, 00Crl2Ni8 Mo2NbTiA 1 以及 00Crl2Col2Ni4, Mo4Ti 等钢号， %达 10001600MPa。不论国外或国内研制的马氏体时效不锈钢，其固溶态的均达不到882MPa 用户要求指标。过时效或欠时效处理能否使马氏体时效钢达到用户要求指标已进 行过探讨，并得到有实际意义的结论28】：（1)随着固溶温度（7801100C)升高， 00Crl5.5Ni6Mo2.5CuAl钢的耐点蚀性提高，但巧稍有降低（2)与固溶态比较，该 钢时效后的耐点蚀性能有不同程度下降，在450C时效具有较好的耐点蚀性能与力 学性能配合。1李家骧, 宋为顺, 罗永赞. 高强耐海水腐蚀不锈钢