浙江宏盛特鋼有限公司從極化試驗(yàn)和室內(nèi)間浸掛片試驗(yàn)結(jié)果來看,三種耐海水腐蝕鋼比碳鋼有更弱的點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性和更小的點(diǎn)蝕擴(kuò)展速度。同是耐海水腐蝕鋼,Ni-Cu-P鋼的點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性最強(qiáng),Cr-Cu-Ni鋼次之,Cr-Cu-P鋼最弱;而Ni-Cu-P鋼的點(diǎn)蝕擴(kuò)展速度最小,Cr-Cu-Ni和Cr-Cu-P鋼接近。由于四種試驗(yàn)用鋼的冶煉工藝相同,鋼中夾雜物的特征相似。因此,三種典型耐海水鋼的點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性和點(diǎn)蝕擴(kuò)展能力的差異主要是由鋼中合金元素的不同造成的。
由于點(diǎn)蝕誘發(fā)是鈍化膜局部破裂和修復(fù)動態(tài)作用的結(jié)果,因此,鋼的點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性不僅與鈍化膜穩(wěn)定性有關(guān),還與鋼基體的熱力學(xué)穩(wěn)定性有關(guān)。Cr是一種活性比鐵高但鈍化能力比鐵強(qiáng)得多的金屬,它的添加可提高鋼的鈍化膜穩(wěn)定性,從而增強(qiáng)了鋼的抗點(diǎn)蝕誘發(fā)能力。而Ni是一種熱力學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)的金屬,它的添加可在一定程度上提高鋼基體的熱力學(xué)穩(wěn)定性。也就是說,Ni可以提高鋼對鈍化膜的修復(fù)能力,從而降低鋼的點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性。因此,添加一定量的Cr或Ni后,鋼的點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性均有不同程度的減弱。此外,兩種含Cr的耐海水鋼的點(diǎn)蝕電位明顯比Ni-Cu-P鋼,說明Cr的添加更能有效地降低點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性。
隨著掛片時間的延長,鋼表面的銹層不斷加厚,致密的銹層有助于提高鋼的耐蝕性。但是,與耐侯鋼的腐蝕行為不同,鋼在間浸條件下鋼表面要形成的宏觀陽極和宏觀陰極區(qū),陽極區(qū)不斷擴(kuò)展,形成宏觀蝕坑。由于宏觀陰極的面積遠(yuǎn)大于宏觀陽極,且蝕坑對應(yīng)著的銹包是疏松的多孔銹層,因此,鋼表面形成的銹層實(shí)際上主要對宏觀陰極區(qū)起到保護(hù)作用。從SEM和EPMA的分析來看,兩種含Cr的耐海水鋼的內(nèi)銹層明顯比Ni-Cu-P鋼的致密。這是由于Cr能在緊靠基體的內(nèi)銹層中有明顯的富集,形成粘附性較強(qiáng)的Cr的氧化物,對銹層的裂紋和孔洞有明顯的修復(fù)作用。Ni-Cu-P鋼中Ni雖然也在內(nèi)銹層中富集,但由于鋼中的Ni含量過低,不能形成陽離子選擇性的銹層,也就不會對銹層起到明顯的作用。此外,大量的研究發(fā)現(xiàn),鋼中的Cu、P都是有助于致密銹層形成的合金元素,因此,Cr-Cu-P鋼的內(nèi)外銹層最致密。
然而,蝕坑內(nèi)基體的腐蝕速度才是決定不同鋼點(diǎn)蝕擴(kuò)展速度的主要因素。由于蝕坑內(nèi)是個閉塞區(qū),且呈酸性,孔內(nèi)金屬表面處于完全活化狀態(tài)。因此,蝕坑的擴(kuò)展速度與蝕坑內(nèi)的基體的自腐蝕電位和蝕坑外的極化電位有關(guān)。從閉塞腐蝕電池試驗(yàn)后鋼的瞬時自腐蝕電位的測定結(jié)果看,Ni-Cu-P鋼的電位比Cr-Cu-P鋼正32mV,比Cr-Cu-Ni鋼正23mV。因此,盡管Ni-Cu-P鋼的外部陰極極化電位較正,但該鋼仍能表現(xiàn)出最小的陽極擴(kuò)展電流密度。酸化的蝕坑內(nèi),Cr不僅不能促進(jìn)鋼的鈍化,反而降低鋼基體的熱力學(xué)穩(wěn)定性,從而降低蝕坑內(nèi)鋼基體的自腐蝕電位。而鋼中的Ni可提高鋼基體的熱力學(xué)穩(wěn)定性,降低基體中的鐵原子離子化的趨勢,從而提高酸化蝕坑內(nèi)鋼基體的電位。此外,根據(jù)P-H2O系的電位-pH圖,磷在閉塞區(qū)溶液酸化和一定的極化電位下會形成具有緩蝕作用的磷酸根離子,從而有助于降低鋼基體的腐蝕速度。因此,Ni-Cu-P鋼的點(diǎn)蝕擴(kuò)展速度能力最小。
試驗(yàn)結(jié)論
(1)極化試驗(yàn)的結(jié)果表明,Ni-Cu-P鋼的點(diǎn)蝕誘發(fā)敏感性最強(qiáng),Cr-Cu-Ni鋼次之,Cr-Cu-P鋼最弱。
(2)點(diǎn)蝕擴(kuò)展能力比較,Cr-Cu-Ni和Cr-Cu-P鋼的點(diǎn)蝕擴(kuò)展速度接近,而Ni-Cu-P鋼的耐點(diǎn)蝕擴(kuò)展的能力明顯強(qiáng)于兩種含Cr的耐海水鋼。
(3)三種耐海水鋼的內(nèi)銹層主要成分相近,但Cr-Cu-P的內(nèi)銹層最致密,Ni-Cu-P鋼的內(nèi)銹層有明顯的孔洞。
(4)在酸化的蝕坑內(nèi),Cr可降低鋼基體的電位,從而促進(jìn)蝕坑的擴(kuò)展;而Ni的添加則提高鋼基體的電位,從而有助于降低鋼的點(diǎn)蝕擴(kuò)展速度。