316和317不锈钢耐氯离子腐蚀能力浅析

3 1 6 、 3 1 7不锈钢耐氯离子腐蚀能力浅析 卢日时， 李刚 （哈尔滨汽轮机厂辅机工程有限公司， 哈尔滨 150090 ） 1引言 奥氏体不锈钢常被使用于电厂、 炼厂、 化工厂和造纸 厂等， 其具有良好的冷、 热加工性， 低温性， 焊接性及无磁 性等特点， 对于氧化性酸、 稀碱液、 大部分有机酸、 无机 盐、 大气和水蒸汽等具有良好的耐蚀性。然而， 用于冷却 水系统的 316、 317 等奥氏体不锈钢并非真正的“不锈” ， 该系列不锈钢也会被腐蚀、 穿孔甚至断裂， 这些现象均与 不锈钢周围的氯离子有关。但由于其腐蚀机理尚不完全 明确， 影响因素较为复杂， 因此对于冷却水中可避免不锈 钢腐蚀的氯离子浓度限值并不明确。本文结合近年来的 工作，探讨了影响 316、 317 不锈钢耐氯离子腐蚀性能的 因素， 为尽量避免和消除腐蚀做参考。 2Cl-对奥氏体不锈钢的腐蚀机理 对于奥氏体不锈钢的腐蚀问题，已有大量的文献报 道1，2， 在含 Cl-的介质中的腐蚀机理也有很多研究3-5， 不 锈钢的耐蚀性与其表面钝化膜性能密切相关，而氯离子 是破坏不锈钢钝化膜的最重要的侵蚀性离子， 分析 Cl-对 不锈钢腐蚀主要有以下几类： 2.1孔蚀 所有金属材料都含有不同程度的非金属夹杂物， 如 硫化物、 氧化物等， 金属材料表面的非金属化合物， 在 Cl- 的腐蚀作用下将会很快变为坑点腐蚀形态。而坑点一旦 形成， 由于闭塞电池的作用， 坑外的 Cl-将向坑内不断迁 移， 而坑内带正电荷的金属离子则会向坑外迁移， 从而形 成电化学腐蚀。 2002 年 M.P.Ryan 等6提出了与 MnS 包裹 体相关的氯离子对不锈钢的腐蚀机理。 对于合金含量较低且不含钼的不锈钢材料，表面虽 然具有比较致密的氧化膜， 但由于 Cl-的作用很容易发生 坑点腐蚀， 进而导致应力腐蚀。 在不锈钢材料中， 含 Mo 的 材料比不含 Mo 的材料耐点腐蚀性能好，因 Mo 含量越 多， 耐坑点腐蚀的性能越好， 当钢中的 Mo 含量3%时， 就可以达到完全阻止 Cl-向材料基体渗透的效果。 Ni 在奥氏体不锈钢中的主要作用是形成并稳定奥氏 体， 使钢获得完全奥氏体组织， 在提高材料韧性的同时可 以提高钢的抗氧化腐蚀能力，但一般的奥氏体钢中的 Ni 并不能在有 Cl-腐蚀的环境中起到抗点腐蚀的作用。 2.2缝隙腐蚀 缝隙腐蚀与坑点腐蚀机理非常相似，同样是由于氯 离子的迁移和氯化物的水解造成，在局部区域形成酸性 环境， 从而致使合金被破坏。 这类腐蚀一般发生在法兰垫 片、 搭接缝、 螺栓螺帽的缝隙， 以及换热管与管板孔的缝 隙部位， 通常缝隙腐蚀就出现在几微米宽的窄豁缝中， 例 如在冷却水系统中，不锈钢板式和框式换热器常发生缝 隙腐蚀。总的来说， 与孔蚀相比， 缝隙腐蚀对氯离子的限 度更为严格， 因为更窄的缝隙会使腐蚀产物的浓度更高， pH 也就更低。 2.3应力腐蚀 Cl-的应力腐蚀对奥氏体不锈钢破坏性极大，影响奥 氏体不锈钢应力腐蚀的重要因素有工作温度， 周围介质， 非金属夹杂物的形态、 大小和分布以及加工应力等， 应力 的产生破坏了金属内部稳定的组织，使得晶粒在应力的 作用下沿应力方向发生位错而形成滑移台阶，这些滑移 台阶的形成增加了吸附和渗透 Cl-的可能性。 3316、 317 不锈钢中外牌号及化学成分 为了分析 316、 317 各牌号不锈钢耐氯离子腐蚀能 力， 中外牌号对比及各钢号化学成分如表 1、 2 所示。 4316、 317 不锈钢各牌号抗氯离子腐蚀特性比较 根据表 3、 4 中 316、 317 各牌号不锈钢化学成分可以 看出， 317 各牌号不锈钢中的铬和钼含量较 316 各牌号 不锈钢大， 根据氯离子对不锈钢的腐蚀机理， 钼含量超过 3%时， 可以充分阻止 Cl-向材料基体渗透。 根据 火力发电厂凝汽器管选材导则 中关于常用不 锈钢凝汽器管适用水质的参考标准， 316、 316L 不锈钢的 耐氯离子腐蚀极限浓度值为 1000mg/L （ppm ） ； 317、 317L 不锈钢的耐氯离子腐蚀极限浓度值为 5000mg/L （ppm ） 。 美国合成氨工业确定氯离子浓度为 500mg/L 是避免 316 不锈钢发生孔蚀和应力腐蚀开裂的合理限度，其他各行 业也有自己非官方的耐氯离子限度。 根据 腐蚀数据与选 材手册 一书中提出， 316、 317 不锈钢在氯离子环境中的 腐蚀速率跟温度有关， 温度越高腐蚀速率越高。 摘要：奥氏体不锈钢虽然耐大多数介质的腐蚀， 但对氯离子腐蚀却比较敏感， 文中通过比较 3 1 6 、 3 1 7不锈钢不同牌 号化学成分的不同， 以氯离子对金属材料的腐蚀机理为基础， 参照国内外不同行业标准对奥氏体不锈钢耐氯离子浓度 的规定， 利用耐点腐蚀能力指数公式， 得出 3 1 6 、 3 1 7 各牌号不锈钢耐氯离子腐蚀能力的差异。 关键词：奥氏体不锈钢； 腐蚀； 氯离子 中图分类号： TG142.71文献标识码： B文章编号： 10022333 （2013 ） 06024603 解决方案 SOLUTION工艺/工装/模具/ 诊断 / 检测 /维修/改造 机械工程师2013 年第 6 期 246 由于工作条件是含有 氯离子的环境，所以很容 易造成点腐蚀和缝隙腐蚀 （统称为局部腐蚀） ，而铬 和钼含量的提高有助于增 强不锈钢抗局部腐蚀的能 力。铬、 钼和氮对抵抗局部 腐蚀能力的综合影响， 经常 用经验公式 WS 来表示7： WS （PRE-N ）=Cr%+ 3.3Mo%+16N% 式中的 WS 值被称为耐点腐蚀能力指数。 316、 317 不锈钢各牌号耐 点腐蚀能力比较如表 5。 根据表 5 所示， 316、 317 不 锈钢各牌号耐点腐蚀能力与钢 中氮含量关系较大， 316N 和 316LN 较其他 316 各牌号钢耐 点 腐 蚀 能 力 大 ， 317LMG和 317LMNG较其他 317 各牌号耐 点腐蚀能力大；其次影响不锈 钢耐氯离子腐蚀能力的是钼含 量和铬含量。因此在有氯离子 存在的环境中对不锈钢进行选 材时， 首先需考虑其铬、 钼和氮 的含量，其次应根据环境温度 的不同选择适当的材料。 5结论 （1 ）奥氏体不锈钢主要依 靠一层超薄的氧化铬钝化膜抵 抗氯离子腐蚀，当材料中因贫 铬或其他因素导致钝化膜破裂 时，奥氏体不锈钢就会发生孔 蚀、 缝隙腐蚀、 应力腐蚀开裂等 局部腐蚀现象。 （2 ）奥氏体不锈钢钼含量 大于 3%时， 可以完全阻止Cl-向 材料基体内渗透，即可以免于 腐蚀。而 317 系列不锈钢中钼 含量均大于 3%。 （3 ） 316、 317 不锈钢在氯离 子环境中的腐蚀速率跟温度有 关， 温度越高腐蚀速率越高。 （4 ）在有氯离子存在的环 境中对不锈钢进行选材时， 首 先需考虑其铬、 钼和氮的含量， 其次应根据环境温度的不同选 择适当的材料。 参考文献 1 肖纪美.腐蚀与防护全书： 应力 作用下的金属腐蚀 应力腐蚀 氢致开裂 腐蚀疲劳 磨耗腐蚀 M .北京： 化学工业出版社， 1990. 2 肖纪美.不锈钢的金属学问题 M .北京： 冶金工业出版社， 1983. 3 王荣光， 魏云， 张清廉， 等.奥氏体不锈钢 SUS316 及 SUS316L 在含 Cl-的饱和 H2S 水溶液中的应力腐蚀行为研究 J .中国腐 蚀与防护学报， 2000,20 （1 ） ： 47-53. 4 卢志明， 何正炎， 高增梁.316L 不锈钢应力腐蚀敏感性指数计算 与回归分析 J .浙江工业大学学报， 2007， 35 （2 ） ： 198-200. 5 董绍平， 袁军国， 方德明， 等.316L 钢在含 H2S、 Cl-水溶液中的慢 应变速率腐蚀试验研究 J .化工机械， 2001， 28 （2 ） ： 79-81. 6 RYAN M P，WILLIAM D E，Chater R J. Why Stainless Steel Corrodes J .Nature， 2002， 415 （6873 ） ： 770-774. 种 类 奥 氏 体 型 钢 中国 （GB ） 旧牌号 0Cr17Ni12Mo2 - 0Cr18Ni12Mo3Ti 00Cr17Ni14Mo2 0Cr17Ni12Mo2N 00Cr17Ni13Mo2N 0Cr18Ni12Mo2Cu2 00Cr18Ni14Mo2Cu2 新牌号 06Cr17Ni12Mo2 - 06Cr17Ni12Mo2Ti 022Cr17Ni12Mo2 06Cr17Ni12Mo2N 022Cr17Ni13Mo2N 06Cr18Ni12Mo2Cu2 022Cr18Ni14Mo2Cu2 日本 （JIS ） SUS316 - SUS316Ti SUS316L SUS316N SUS316LN SUS316J1 SUS316J1L 美国 AISI/ASTM 316 316H 316Ti 316L 316N 316LN - - UNS S31600 S31609 S31635 S31603 S31651 S31653 - - 英国 （BS ） 316S16 - 316S12 - 316S61 - - 国际标准 （ISO ） 20,20a - 19,19a - - - - 种 类 奥 氏 体 型 钢 中国 （GB ） 旧牌号 0Cr19Ni13Mo3 00Cr17Ni14Mo2N - - 00Cr19Ni13Mo3 0Cr18Ni16Mo5 新牌号 06Cr19Ni13Mo3 - - - 022Cr19Ni13Mo3 - 日本 （JIS ） SUS317 - - - SUS317L SUS317J1 美国 AISI/ASTM 317 317LMG 317LMNG 317LNG 317L - UNS S31700 S31725 S31726 S31753 S31703 - 英国 （BS ） 317S16 - - - 317S12 - 国际标准 （ISO ） 25 - - - 24 - 钢号 316 316H 316Ti 316L 316N 316LN 316J1 316J1L 化学成分/% C 0.08 0.04-0.10 0.08 0.030 0.08 0.030 0.08 0.030 Cr 16.00-18.50 16.00-18.00 16.00-19.00 16.00-18.00 16.00-18.00 16.00-18.50 17.00-19.00 17.00-19.00 Ni 10.00-14.00 10.00-14.00 11.00-14.00 12.00-15.00 10.00-14.00 10.50-14.50 10.00-14.50 12.00-16.00 Mn 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 P 0.035 0.04 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 0.035 S 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 Mo 2.00-3.00 2.00-3.00 1.80-2.50 2.00-3.00 2.00-3.00 2.00-3.00 1.20-2.75 1.20-2.75 Si 1.00 0.75 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 Cu - - - - - - 1.00-2.50 1.00-2.50 N - - - - 0.10-0.22 0.12-0.22 - - 其他 - - Ti5*C%-0.70 - - - - - 钢号 317 317L 317J1 317LMG 317LMNG 317LNG 化学成分/% C 0.12 0.08 0.040 0.03 0.03 0.03 Cr 18.00-20.00 18.00-20.00 16.00-19.00 18.00-20.00 17.00-20.00 18.00-20.00 Ni 11.00-15.00 11.00-15.00 15.00-17.00 13.50-17.50 13.50-17.50 11.00-15.00 Mn 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 P 0.035 0.035 0.035 0.045 0.045 0.045 S 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 Mo 3.00-4.00 3.00-4.00 4.00-6.00 4.00-5.00 4.00-5.00 3.00-4.00 Si 1.00 1.00 1.00 0.75 0.75 0.75 Cu - - - - - - N - - - 0.20 0.10-0.20 0.10-0.22 其他 - - - - - - 表 1不锈钢 316 中外牌号对照表 表 2不锈钢 317 中外牌号对照表 表 3不锈钢 316 各牌号化学成分对照表 表 4不锈钢 317 各牌号化学成分对照表 表 5316、 317 不锈钢各牌号 耐点腐蚀能力指数 钢号 316Ti 316H 316L 316J1 316J1L 316 316N 316LN WS 27.25 27.9 27.9 28.08 28.08 28.4 31.42 31.92 钢号 317 317L 317LNG 317J1 317LMG 317LMNG WS 33.2 33.2 36.72 38.8 39.7 39.7 247 机械工程师2013 年第 6 期 解决方案 SOLUTION 工艺/工装/模具/ 诊断 / 检测 /维修/改造 ! !7JARGELIUS -PCTTERSSON R F. Application of the Pitting ResistanceEquivalentConcepttoSomeHighlyAlloyed Austenitic Stainless Steels J .Corrosion， 1998 （2 ） ： 162-168. （编辑 明涛 ） 作者简介： 卢日时 （1979- ） ， 男， 工程师， 主要从事汽轮机辅机产品、 换 热设备的设计与研发工作。 收稿日期： 20 1 3 - 0 3 - 1 4 基金项目： 国家重大科技专项课题 （2 0 0 9 Z X 0 4 0 0 2 - 0 5 1 ） ! 曲轴旋风车床拐径支承装置的设计与应用 吴明昭， 高强 （齐重数控装备股份有限公司， 黑龙江 齐齐哈尔 161005 ） 1引言 由于数控曲轴旋风车床的切削方式为刀具旋转、 工件 固定， 因此在切削过程中必须保证整个工件稳定， 尤其是 工件在靠近刀具部分的稳定性， 否则加工精度就会受到影 响。 由于曲轴工件的形状比较特殊， 不易牢固卡持， 因而在 切削过程中其稳定性更加难以保证。众所周知， 曲轴是大 型船舶的核心传动部件， 其精度对一艘船舶性能、 噪音有 着直接的影响， 因此， 为了彻底解决曲轴加工过程中工件 稳定性的问题， 我们对国外机床进行了考察调研， 通过总 结分析， 发现曲轴在加工过程中， 拐径的两侧有不同的支 承装置，有这种装置 的曲轴车床加工精度 都相对稳定。 为此， 根 据我厂开发的曲轴车 床的结构特点，设计 了两组支拐装置， 并 成功地解决了曲轴车 削不稳定的难题。 2设计原理 图 1 为曲轴示意图，支拐装置从动作上可分为两种， 即： 支承座的左、 右滑动机构和支承座的上、 下升降机构。支 承座的左、 右滑动机构包括支承座、 滑座和上斜铁， 上斜铁为 “T” 形， 支承座固定在梯形滑座的顶端， 滑座的座底镶嵌在 上斜铁顶面的滑槽中， 座顶面由压板压紧， 滑座通过滚针 轴承可在滑槽内左、 右方向上滑动； 支承座的上、 下升降机 构包括上斜铁和下斜铁， 上斜铁下部带有升降柱， 升降柱 和下斜铁设置在旋风刀架上的升降槽中， 升降柱与下斜铁 之间通过倾斜面滑动配合， 上斜铁作上、 下向移动， 下斜铁 左右移动。上述移动的控制机构为调整丝杆， 操作方头安 装在二者之间的齿轮组件上， 调整丝杆固定在下斜铁一侧。 3工作原理 如图 2， 左、 右滑动机构由支承座 1、 滑座 2 和上斜铁 3 构成， 上斜铁 3 为 “T” 形结构， 支承座 1 固定在梯形的滑 座 2 上， 滑座 2 的座底镶嵌在上斜铁 3 顶面的滑槽 4 中， 座顶面由压板 5 压紧，滑座 2 通过滚针轴承在滑槽 4 内 左、 右向滑动。 支承座的上、 下升降机构包括上斜铁 3 和下斜铁 6， 上 斜铁 3 下部带有升降柱 7，升降柱 7 和下斜铁 6 设置在升 降槽中， 升降柱 7 与下斜铁 6 通过二者之间的倾斜配合面 8 滑动配合， 上斜铁 3 作上、 下向移动， 下斜铁 6 左右移动。 上述移