四种不锈钢在含有机酸的氯化钠溶液中的孔蚀行为研究

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双相不锈钢由铁素体和奥氏体两相组成,具备两相特性,是力学性能优良且耐蚀性强的材料,广泛应用于海洋化工、石油和勘探等领域。304不锈钢为奥氏体不锈钢,耐蚀性好、价格较低,普遍应用于化工和食品加工等行业。在上述应用领域中,一些环境中会含有腐蚀性较强的甲酸或乙酸等有机酸,及一定量的易引发材料发生小孔腐蚀的氯离子,而前人关于不锈钢尤其是双相不锈钢在含有机酸的氯化钠溶液中的腐蚀行为研究很少。本文以高、中、低三种等级的双相不锈钢(2750、2205和2101)为主要研究材料,重点研究了三种双相钢在含氯的甲酸和乙酸溶液中的小孔腐蚀行为,以及有机酸浓度、温度、溶液pH值等因素对孔蚀不同阶段的影响规律,并与304奥氏体不锈钢的腐蚀行为进行对比,具有较为重要的理论意义和实践指导作用。本文采用慢速动电位极化、恒电位极化、X光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜和能谱分析(SEM/EDS)等方法研究了 2750、2205和2101三种双相钢在分别含不同浓度(0 mol/L、0.8 mol/L、1.6 mol/L和3.2 mol/L)的甲酸和乙酸的0.6 mol/L NaCl溶液中的均匀腐蚀行为和小孔腐蚀行为,以及材料发生孔蚀后的再钝化能力;并研究了不同温度(25℃、35℃和45℃)和pH值(2、4和7)对上述腐蚀行为的影响;另外也研究了 304不锈钢在含不同浓度(0 mol/L、0.8 mol/L、1.6 mol/L和3.2 mol/L)乙酸的0.6 mol/L NaCl溶液中的均匀腐蚀和孔蚀行为。得到的主要研究结果如下:(1)0.6 mol/L NaCl溶液中添加甲酸和乙酸会促进三种双相不锈钢的均匀腐蚀,随着甲酸浓度增大(0.8 mol/L、1.6 mol/L至3.2 mol/L)三种双相钢的腐蚀速率增大;乙酸浓度由0.8 mol/L增大至1.6 mol/L三种双相钢的腐蚀速率增大,而3.2 mol/L乙酸却对三种钢起钝化作用,反而使其均匀腐蚀速率降低。(2)慢速动电位极化曲线结果显示,2101双相不锈钢在中性的0.6 mol/L NaCl溶液中发生稳态小孔之前会出现明显的亚稳态孔蚀,而添加不同浓度(0.8 mol/L、1.6 mol/L和3.2 mol/L)的甲酸后2101双相钢的亚稳态孔特征峰消失,说明一定浓度的甲酸对2101钢亚稳态孔的发生具有抑制作用;而添加0.8 mol/L和1.6 mol/L的乙酸也会抑制2101钢亚稳态孔的发生,但是当乙酸浓度增加至3.2 mol/L时2101双相钢的亚稳态孔特征峰再次出现,说明少量乙酸对2101钢亚稳态孔的发生具有抑制作用,但是三种浓度下的乙酸对2101双相钢的亚稳态孔的生长过程均具有促进作用,并且增大亚稳态孔的寿命。(3)溶液温度的升高会促进三种双相不锈钢的均匀腐蚀。在三种溶液温度下,2750和2205两种双相钢的孔蚀电位Eb均相差不大,并明显高于2101双相钢的Eb值。2101双相钢在三种溶液温度下的孔蚀电位Eb和保护电位Ep的差值(Eb-Ep)都很大,2205双相钢在溶液温度由25℃升高至35℃时,Eb-Ep值开始大幅度增大,2750双相不锈钢在溶液温度由35℃升高至45℃时,Eb-Ep值开始大幅度增大,Eb-Ep值增大说明发生孔蚀后的再钝化能力变弱。温度对2101双相钢小孔腐蚀早期阶段(亚稳态孔过程)的影响则表现为,温度升高(25℃至35℃和45℃)亚稳态孔的形核数目和生长速率均增大,但小孔寿命减小,处于合适的生长速率区间内的亚稳孔易转变为稳态孔。(4)溶液pH值由7降低至4和2时,三种双相不锈钢的均匀腐蚀速率均增大。三种pH值条件下,2750和2205双相钢的孔蚀电位Eb均明显高于2101双相钢的Eb说明2750和2205双相钢比2101双相钢具有更好的耐孔蚀性能;随着pH值由4降低至2,2101双相钢的钝化区间明显变宽且孔蚀电位Eb明显升高。溶液pH值降低,2750和2205双相钢的Eb-Ep值无明显变化,而2101双相钢的Eb-Ep值有不同程度的增大。说明溶液pH值降低对2750和2205双相钢孔蚀发生后的再钝化能力影响不大,2101双相钢的再钝化能力减弱。(5)0.6 mol/L NaCl溶液中添加乙酸会使304不锈钢的均匀腐蚀速度增大。随着乙酸浓度增大,亚稳态孔蚀电位Em和孔蚀电位Eb均发生负移,亚稳态孔形核数目显著减少,亚稳态孔的尺寸增大。溶液中添加乙酸后pH值降低,导致304不锈钢表面膜层中的Cr2O3/Cr(OH)3和Fe3+/Fe2+比例均减小、膜层变薄,因此在氯离子的作用下容易产生孔蚀。乙酸根离子(Ac-)对304不锈钢的均匀腐蚀影响不大,对小孔腐蚀的影响主要是抑制亚稳态孔的形核过程,但对已形核的小孔生长起促进作用,使之较易向稳定孔转化。乙酸的作用既与其使得溶液pH值降低有关,也与乙酸根的作用相关。
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