耐氯化物和其它鹵離子水溶液

1. 點蝕和縫隙腐蝕

在高性能不銹鋼開發的諸多商業和技術上的決定因素中，最有效的因素莫過于需要在腐蝕性的氯化物介質中具有良好耐點蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕斷裂的鋼種。因此，高性能不銹鋼總的來說比標準不銹鋼耐氯化物腐蝕的性能更好。這一良好性能的獲得是由于采用了合金元素鉻、鉬以及氮，所有這些元素在提高耐點蝕和縫隙腐蝕能力方面都非常有效，并且采用高鎳和氮來提高耐應力腐蝕斷裂性能。

不銹鋼由于鈍化膜的局部損壞，被陰極鈍化區包圍的陽極腐蝕點有局部的發展，而發生了點蝕和縫隙腐蝕。縫隙腐蝕從定義看，表面上要存在沉積物、墊圈或其他能形成縫隙的物質來引發腐蝕。換句話說，這兩種形式的腐蝕本質是相同的。因此，除了由于縫隙有助于引發腐蝕，耐縫隙腐蝕能力常常低于耐點蝕能力外，就這些腐蝕形式而言，各類不銹鋼的行為是相似的。因為大多數工程結構含有縫隙，因此從工程角度看，縫隙腐蝕更為重要。下面的討論將強調縫隙腐蝕，其總的趨勢也適用于點蝕。

 在影響縫隙腐蝕敏感性的可變因素方面，所有不銹鋼有相似的表現，并且高性能不銹鋼也不例外。在加工過程和處于縫隙腐蝕危險中的設備的運行過程中所應當遵循的預防措施和方法，對于高性能不銹鋼來說更加嚴格，因為所處的介質腐蝕性常常更強。保持表面潔凈，例如焊后表面氧化物的除去，是在高氯化物含量的酸或強氧化性介質中獲得滿意的焊接性能的基本要求。促使不銹鋼發生縫隙腐蝕的一般介質因素包括：高氯化物濃度、強酸性（低pH）、高溫、高溶解氧濃度以及任何提高腐蝕電位的介質成分如氧化性金屬離子和溶解氯氣。考察任何不銹鋼鋼種是否適用于特定的環境時，所有這些因素都必須考慮到。

2. 不銹鋼鋼種的評定

由于涉及許多可變因素，因此為 “局部耐腐蝕性” 而評定任何一種不銹鋼都是困難的。出于這個原因，最好是考慮僅適用于具體試驗條件下的評定。然而進行定量的評價以便作出一般性的比較以及進行材料適用性的初始評估也是很有幫助的。三氯化鐵試驗方法已廣泛用于開發高性能不銹鋼；因此，廣泛用于不銹鋼鋼種間的相對比較。

試驗通常按照ASTM標準試驗方法G 48或MTI-2所描述的方法進行，這兩種方法使用的介質都是10%的三氯化鐵（FeCl3·6H2O）溶于蒸餾水中（6% 的FeCl3）。它根據清潔表面的點蝕或人造縫隙的腐蝕得出數據，試驗產生的結果定義了 “臨界點蝕溫度” 或 “臨界縫隙腐蝕溫度”。當從這些試驗中整理數據時，需要考慮許多重要因素。其中之一就是試驗本身的可變性，大約有2.5℃的標準偏差。因此，當對各鋼種進行比較時，臨界溫度的微小差異（≤5℃）常常沒有什么重要意義。另一個重要因素是三氯化鐵是強氧化性的，它在不銹鋼上產生了相對于甘汞電極大約為600mV的腐蝕電位。這個數值遠高于不銹鋼在許多天然介質如冷卻水中的電位值。因此，三氯化鐵介質是強腐蝕性的，并且試驗結果不能直接轉化為天然介質中的結果。

三氯化鐵試驗是這樣進行的，將試樣溫度逐漸升高，升溫間隔為2.5℃，直到在一段時間間隔內，常常人為指定為24小時，開始發生點蝕或縫隙腐蝕。臨界點蝕溫度（CPT）或臨界縫隙腐蝕溫度（CCT）被定義為腐蝕發生時的最小溫度。圖45給出了代表性不銹鋼在10%三氯化鐵溶液中的直觀數據，它顯示某些臨界溫度比標準不銹鋼經常處于的工作溫度低得多，因而說明了試驗的苛刻程度。由于這個原因，不能用它作為設定設備使用溫度范圍的基礎。數據還表明，存在縫隙時，腐蝕發生的可能性較大，因為臨界縫隙腐蝕溫度CCT總是低于臨界點蝕溫度CPT。

正如圖45的數據顯示， 高性能不銹鋼在這一試驗中的性能表現遠遠勝于標準304和316不銹鋼。 一些鋼種的性能接近耐蝕鎳基合金。 不同鋼種之間性能差別很大， 主要由于鉻、 鉬和氮合金化的差異。 不銹鋼的成分與臨界腐蝕溫度之間的關系已推導出許多公式， 最常用的公式給出了耐點蝕當量值（PRE）， 例如， PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N,其中這些元素在不銹鋼中的百分比以重量百分比表示。

PRE數值與幾種臨界溫度指數之間的典型相關關系（圖46）表明了，鉻、鉬和氮合金元素對耐點蝕性能的強烈影響。NaCl溶液的CPT曲線比FeCl3溶液的CPT曲線高，也說明了不同的試驗方法將給出不同的臨界溫度。ASTM標準試驗方法G 150采用一種常被稱作Avesta 槽的設備在1M的NaCl溶液中測定CPT。這種電蝕的試驗方法與三氯化鐵溶液試驗方法相比，是一種不太苛刻的方法，因為氯化鈉溶液的自然pH值接近中性，而強氧化性的三氯化鐵溶液pH值約為1.6。

 另外一種測定和評價這些合金的方法是采用2%KMnO4-2%NaCl試驗，它模擬強氧化性的含氯化錳的冷卻水介質。Streicher24使用這種試驗表明在90℃下不發生點蝕的合金能夠耐苛刻的熱交換器應用中的腐蝕。

較新的評價耐局部腐蝕性能的試驗方法，根據縫隙內溶液的化學成分和縫隙寬度，給出腐蝕開始發生的定量預測。表23和圖47列出的一些典型的試驗結果表明，在腐蝕開始發生之前，與較低合金化的不銹鋼鋼種相比，含鉬4.5%和6%的高性能奧氏體不銹鋼能夠在縫隙內強得多的酸性和氯化物濃度下發揮作用。同樣，這些類型不銹鋼能夠耐更細小縫隙的腐蝕。這個研究結果對于具有非常嚴密縫隙的系統如螺紋連接和壓縮式接頭特別重要。

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