双相钢(00CrNi5Mo3N)在海水中的耐蚀特性
及阴极保护的必要性
一．腐蚀特性分析
双相钢(00CrNi5Mo3N)在40度以上浓海水中，金属的五种腐蚀类型均有可能发生，包括全面腐蚀、应力腐蚀、晶间腐、蚀点腐蚀以及缝隙腐蚀。
以下按腐蚀类型，说明双相钢(00CrNi5Mo3N)在40度以上浓海水中环境下的耐蚀能力。
（说明：00CrNi5Mo3N基本与2205双相钢等同，以下不再说明）。
1. 1 全面腐蚀
全面腐蚀(又称均匀腐蚀) 是指在整个合金材料表面上以比较均匀的方式所发生的腐蚀现象。
就双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)在此方面的应用来讲，其抗全面腐蚀能力基本没有问题。
1. 2 应力腐蚀
机械设备零件在应力(拉应力) 和腐蚀介质的联合作用下，将出现低于材料强度极限的脆性开裂现象，导致设备和零件失效，这种现象称为应力腐蚀开裂。
双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)因其含有连续稳定的铁素体，不易发生相应腐蚀。
1. 3 晶间腐蚀
沿着材料晶粒间界先行发生的腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的局部破坏现象，称为晶间腐蚀。
由于双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)的含碳量都很低的缘故，基本不发生晶间腐蚀或者腐蚀程度几乎可以忽略。
1. 4 点腐蚀
图1 双相不锈钢2205的点腐蚀与温度及Cl-离子浓度的关系如果腐蚀仅仅集中在设备的某些特定点域，并在这些点域形成向深处发展的腐蚀小坑，而金属的大部分表面仍保持钝性的腐蚀现象，称为点腐蚀。
由图1可知，仅就点腐蚀而言，双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)的点腐蚀与温度及Cl-离子浓度存在一定相关性。
一般认为：双相钢(00CrNi5Mo3N)则可用于较低离子浓度环境(Cl- 低于18 g/ L) ，而正常海水中Cl-浓度为19.673 g/L(参考：《海洋手册》，郭琨编著，海洋出版社，1984年)，用于滨海电厂的循环水泵，特别是循环水是非直排循环使用情况下，Cl-会反复被富集，其浓度大大超出普通海水中Cl-浓度19.673 g/L，同时温度也会高于正常的自然气候下的海水温度。
因此双相钢(00CrNi5Mo3N)存在较大的点蚀可能性，如果使用此材料要引起注意，需要采用阴极保护手段防腐。
1. 5 缝隙腐蚀
图2 双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)的缝隙腐蚀与温度及Cl-离子浓度的关系缝隙腐蚀是在电介质溶液中(特别是含有卤素离子的介质) ，在金属与金属或非金属表面之间狭窄的缝隙内，由于溶液的移动受到阻滞，在缝隙内溶液中氧耗竭后，氯离子即从缝隙外向缝隙内迁移，又由于金属氯化物的水解自催化酸化过程，导致钝化膜的破裂，因而产生与自催化点腐蚀相类似的局部腐蚀。
由于正常海水中Cl-浓度为19.673 g/L，从图2可以看出，除SAF2507及254SMO两种不锈钢以外，其他各类型均有可能发生缝隙腐蚀。
工程实际中，海水输送、低压增压泵等设备材质经常为(00CrNi5Mo3N) 。
之所以有如此选择，是因为(00CrNi5Mo3N)是较为经济的材质选择(比如工程中不要采用螺纹连接、法兰间采用非金属垫片以阻止产生晶间缝隙) 。
但不能排除其发生缝隙腐蚀的可能性。
因此可以得到，在31℃，Cl—离子含量在20g/L的海水中，双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)采用阴极保护
防护措施是必要的。
二．腐蚀机理分析
在静态条件下，双向不锈钢(00CrNi5Mo3N)的阳极过程出现自钝化现象，阳极溶解受阻，其阴极过程则受到氧的扩散控制。
在流动体系中，双相不锈钢腐蚀的阳极过程依然处于钝化状态，而双相不锈钢腐蚀的阴极过程仍然受到氧的扩散控制。
随着流速的增加，电极表面钝化膜随着流速的变化而溶解速度加快，钝化膜减薄，导致阴极过程氧的传质阻力减小，氧的扩散电流密度逐渐增大，最终造成双相不锈钢流动腐蚀加剧。
从不锈钢耐海洋腐蚀性能PRE（耐点蚀当量）看，根据耐点蚀当量（PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N）公式对合金的适用范围进行排序或根据ASTM G48进行临界点蚀或缝隙腐蚀温度试验。
PRE值越高，耐点蚀或缝隙腐蚀的性能越好（见下表）用于空气流动的海水环境温度的合金，通常规定PRE值一般应超过40是保险的。
PRE值低的合金，如304（304L）、316、（国外2205或00CrNi5Mo3N也算进来）合金，海水中使用时一般需要电化学保护措施的。
表、几种不锈钢耐点蚀当量（PRE）排序
CCT---临界缝隙腐蚀温度
三．采用阴极保护防止点腐蚀和缝隙腐蚀的原理
控制双相不锈钢(00CrNi5Mo3N)腐蚀的主要反应为阴极反应。
而外加电流阴极保护系统正是针对该阴极反应，为双相不锈钢的氧去极化提供电子，从而达到保护的一种方法。
阴极保护的实施，通过铁、铝、锌或电化学辅助阳极把保护对象（00CrNi5Mo3N）阴
极极化到-0.6V（甘汞）
或0.45V（锌），即可有效地控制缝隙腐蚀和点腐蚀发生。
四. 结论
综上所述，31℃，Cl—离子含量在20g/L的海水中使用双相钢(00CrNi5Mo3N材质作为关键设备生产制造的原则料确实存在安全隐患，而外加电流方法针对性强，并且应用效果显著，因此推荐使用外加电流阴极保护方法对(00CrNi5Mo3N双相不锈钢进行保护。
青岛赢海防腐防污技术有限公司
2010-12-14
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