耐海水腐蝕不銹鋼國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀.docx

耐海水腐蝕不銹鋼國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀摘要1.前沿占地球表面積約71%的海洋中蘊藏著豐富的資源，開發(fā)海洋、利用海洋，讓海洋成為我們巨大財富的源泉，這已成為人們多年來努力的方向之一。我國幅員遼闊，大陸海岸線長達1.8萬公里，開發(fā)沿海經(jīng)濟對我國國民經(jīng)濟具有重大戰(zhàn)略意義。隨著人類對海洋需求的日益增長，對海洋工程技術(shù)的研究越來越重視，近年來海洋運輸、海洋軍事、海底資源探測與開發(fā)等各項技術(shù)得以迅速發(fā)展。鑒于陸地資源日益枯竭，海洋將成為礦產(chǎn)、能源和食品資源的主要供應(yīng)基地。為此，海洋開發(fā)被列為21世紀的重點目標1, 2，而耐海水腐蝕材料的開發(fā)和應(yīng)用研究又是海洋開發(fā)的基礎(chǔ)和前提。海水中含有大約3.5%的含鹽量，因此海水具有腐蝕性。此外，海洋中的某些生物污染也加速了海水的腐蝕。在海洋資源的開發(fā)和利用過程中，鋼材扮演著不可或缺的角色，如潮流發(fā)電、海水發(fā)電、海水溫差發(fā)電設(shè)備及海濱大型跨海橋梁，與海洋開發(fā)相關(guān)的海底容器，用于資源開發(fā)的各種大型海洋構(gòu)件以及造船用鋼等領(lǐng)域中均離不開鋼3。由于海洋的特定環(huán)境，對海洋工程材料有很多特殊要求，最主要的是耐海水腐蝕問題，因為許多水下設(shè)備往往由于腐蝕而報廢，其次是深海下密封殼體結(jié)構(gòu)的強度問題，這對于長期進行水下作業(yè)的設(shè)備尤為重要。目前國內(nèi)外常用的耐海水腐蝕不銹鋼大致分為四種類型。第一種是為奧氏體型不銹鋼，有較好的耐腐蝕性，但屈服強度均不大于300MPa；第二種為鐵素體型不銹鋼，但屈服強度均低于300Mpa；第三種為雙相不銹鋼，屈服強度可達到700MPa左右；第四種是為沉硬化型不銹鋼，有較高的強度，但耐蝕性能達不到要求。從提高強度確保耐蝕性的思路出發(fā)，調(diào)整鋼中合金元素，特別是時效強化元素的含量，以期獲得強度較高的耐海水腐蝕的新型不銹鋼。1現(xiàn)今海洋工程及造船工業(yè)中大量使用的鋼結(jié)構(gòu)材料大多是碳鋼和低合金 鋼。對于碳鋼和低合金鋼來說，其在海洋環(huán)境中的腐蝕類型主要有不均勻全面 腐蝕以及點蝕，而其腐蝕形貌可分為斑狀、麻點狀、蜂窩狀、坑狀、潰瘍狀腐蝕等9。所謂不均勻全面腐蝕，就是碳鋼和低合金鋼在海洋環(huán)境中不能建立鈍態(tài)， 腐蝕是在整個金屬暴露的表面上發(fā)生和發(fā)展。根據(jù)相關(guān)研究記載，其在海水中 的腐蝕過程可分為3個階段，分別是：1)表面的大氣氧化膜局部破壞而產(chǎn)生銹點；2)出現(xiàn)銹點聚集區(qū)和不腐蝕區(qū)；3)鋼表面被銹層全面覆蓋并繼續(xù)受到腐蝕。對碳鋼來說，第1階段約為lh，第2階段約為1天時間，大約經(jīng)過20-30 天時間表面可被銹層全面覆蓋。而由于冶煉過程所造成的組織結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài) 的不同，以及海生物污損、微觀合金元素富集等原因都可能引起鋼表面的腐蝕 速率不均勻，從而在碳鋼腐蝕的表面出現(xiàn)淺斑、點狀坑或是潰瘍狀腐蝕坑等各 異腐蝕形貌。而所謂點蝕，就是由于鋼表面的腐蝕速率不均勻，腐蝕后的表面出現(xiàn)淺斑、 點狀坑或是潰瘍狀腐蝕坑，習慣上就把這種腐蝕或形貌稱為鋼的點蝕，又稱孔 蝕。點蝕的一般特征表現(xiàn)在，如果與海水接觸的碳鋼、低合金表面上，陽極、 陰極的面積非常小，而這些微陽極和微陰極在表面上變幻不定地分布著，在這 種情況下，鋼遭受的是均勻全面腐蝕。然而，鋼表面的組織結(jié)構(gòu)或狀態(tài)、海生 物的污損等不同，都能使腐蝕的表面出現(xiàn)宏觀的陽極區(qū)和陰極區(qū)，從而引起鋼 的腐蝕不均勻，即發(fā)生點蝕。例如，鋼中的硫化物夾雜的電位比鋼基體正，因 此，鋼的坑蝕首先發(fā)生在硫化物周圍。而大型海生物（如牡蠣、藤壺等）的污 損，會引起鋼表面的氧濃度差異，從而產(chǎn)生氧濃差電池腐蝕。對碳鋼、低合金 鋼在海水中的點蝕發(fā)展機制，只有初步的研究，認為它與易鈍化金屬的孔蝕相 類似，形成一種閉塞電池，具有自催化效應(yīng)這一機制符合腐蝕受氧擴散控 制的情況。鋼在海水中長期浸泡，由于生物和銹層的作用，點蝕發(fā)展的控制因 素比較復(fù)雜。4551.2.1耐海水腐蝕高純度奧氏體不銹鋼的現(xiàn)狀除鉻、鉬、氮以外，鎳、硅、釩、稀土等元素也能提高奧氏體不銹鋼的耐海 水腐蝕性22。國外常用的耐海水腐蝕奧氏體不銹鋼有：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。我國研制的鋼號有：00Cr20Ni25Mo5N, 00Cr25Ni25Si2V2Nb, 0Crl7Nil7Mo7, OCrl8Nil8Si2Xt, 00Crl8Nil8Mo5N, 00Cr20Mo4.5Cu 等。實踐表明，耐海水腐蝕奧氏體不銹鋼中，鉻含量一般17-27%,鑰含量一般為 2-7%，鎳含量一般12-25%，偶而加入2%硅2%釩24】。耐海水腐蝕奧氏體不銹鋼的os般都小于300Mpa。其它耐海水腐蝕不銹鋼目前國內(nèi)外常用的耐海水腐蝕不銹鋼大致分為四種類型。第一種是為奧氏體 型不銹鋼，有較好的耐腐蝕性，但屈服強度均不大于300MPa;第二種為鐵素體型 不銹鋼，但屈服強度均低于300Mpa;第三種為雙相不銹鋼，屈服強度可達到 700MPa左右；第四種是為沉硬化型不銹鋼，有較高的強度，但耐蝕性能達不到要求。從提高強度確保耐蝕性的思路出發(fā)，調(diào)整鋼中合金元素，特別是時效強化 元素的含量，以期獲得強度較高的耐海水腐蝕的新型不銹鋼。1.2.21.2.2.1耐海水腐蝕鐵素體不銹鋼高純鐵素體不銹鋼中，分別增加或同時增加鉻、鉬含量，耐海水腐蝕性大幅 度增加25】。當鉻達30%時，孔蝕電位急劇增加，這是因為鉻增加鈍化膜的穩(wěn)定性。 當鋼中添加2%鉬可使其在鹽酸中的耐蝕性提高30倍，若添加3.5-5%Mo，則臨界 電流密度非常小，腐蝕率幾乎為零。國外常用的鋼號有：18Cr-2 Mo, 21Cr-3 Mo, 26Cr-l Mo, 28Cr-2Mo, 29Cr-4Mo, 30Cr-lMo 等。我國研制成功鋼號有 000Crl8Mo2, 000Cr26Mol 及 000Cr30Mo2, 000Crl7Mo等。鐵素體不銹鋼顯微組織中a相和x相析出，可明顯降低鋼在熱海 水中的耐蝕性。微量的鎳、銅、鈷等元素容易使鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。第二代高純鐵素體不銹鋼含少量鎳及穩(wěn)定碳化物形成元素鈦、鈮等，典型鋼 號有 lCr28Ni4Mo2Nb 等。1.2.2.2耐海水腐蝕雙相不銹鋼雙相不銹鋼是指鐵素體為40-80%的鐵素體-奧氏體型不銹鋼，其化學(xué)成份一般含有18-28%鉻及2-5%鎮(zhèn)；根據(jù)不同用途添加銀、銅、輿、氮、鈮等合金元素2627。 國外常用的鋼號有：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)等以及第二代雙相不銹鋼 2205(00Cr 22Ni5Mo8N)等。雙相不銹鋼在海水中具有良好的抗應(yīng)力腐蝕性。因為：（1)鐵素體與奧氏體兩 相組織具有較高的機械強度，難以引起粗大的滑移。（2)鐵素體對奧氏體有電化學(xué)保護作用。（3)鐵素體組織難以引起穿晶腐蝕。此外，雙相不繡鋼還具有優(yōu)良的耐 孔蝕、耐縫隙腐蝕能力。我國研制成功的鋼號有：3RE60，lCr21Ni5Ti，00Cr25Ni6Mo3N，00Cr25Ni6Mo- 3WCuN等，并且已推廣使用。1.2.2.3沉淀硬化不銹鋼國外常用鋼號有 17-4PH，17-7PH, PH15-7Mo，PH14-8Mo，A-286 等，crs 高達 800-15OOMPa,除A-286外，其它鋼號強度(時效態(tài))均可滿足用戶要求，但大部分 鋼耐蝕性差。上述某些鋼號已列入我國國標，正在推廣使用。1.2.2.4馬氏體時效不銹鋼國外已研制成功二十多個鋼號，如IN-736，Custom450及455，NASMA-164, AFC77，Ultrafort401 及 402,15-5PH, PH13-8 Mo, 16-6 PH 等，其 ab= 10001800MPa。 由于鉻含量較低(一般1015% ),鉬含量不高（一般24%)，又是馬氏體基體，所 以耐海水腐蝕性一般較AISI316差。我國已研制成功OOCrlONilO，Mo2Ti, 00Crl2Ni8Cu2NbAl, 00Crl2Ni8 Mo2NbTiA 1 以及 00Crl2Col2Ni4, Mo4Ti 等鋼號， %達 10001600MPa。不論國外或國內(nèi)研制的馬氏體時效不銹鋼，其固溶態(tài)的均達不到882MPa 用戶要求指標。過時效或欠時效處理能否使馬氏體時效鋼達到用戶要求指標已進 行過探討，并得到有實際意義的結(jié)論28】：（1)隨著固溶溫度（7801100C)升高， 00Crl5.5Ni6Mo2.5CuAl鋼的耐點蝕性提高，但巧稍有降低（2)與固溶態(tài)比較，該 鋼時效后的耐點蝕性能有不同程度下降，在450C時效具有較好的耐點蝕性能與力 學(xué)性能配合。1李家驤, 宋為順, 羅永贊. 高強耐海水腐蝕不銹鋼