2024年4月10日发(作者：浦丽芳)
第36卷第6期
腐蚀与防护
V01．36 No．6
2015年6月 CORROSION&PROTECTION
June
2015
DOI：10．1
1973／fSyfh-201506006
2205双相不锈钢在硫酸中的腐蚀性能
赵天字，陈吉，孙彦伟，陈晓明。许志显
(辽宁石油化工大学机械工程学院，抚顺113001)
摘要：采用腐蚀浸泡失重方法结合动电位极化曲线和电化学阻抗谱，研究了不同温度下2205双相不锈钢在不
同 浓度H。S04溶液中的耐蚀性，并与传统的20R钢和316L不锈钢作对比。结果表明，三种材质的耐蚀能力由
强到弱 排序为：2205>>316I。>20R；硫酸浓度和温度对腐蚀速率的影响由强到弱排序都为：
20R>316I。>2205。在T≤ 40。C，2205双相不锈钢的腐蚀深度为0 mm／a，耐蚀性等级为1级，评定为完全耐蚀；
当温度增加至60℃且硫酸浓度 为30％时，其腐蚀速率显著增加，腐蚀深度为27．026 mm／a，耐蚀性等级为10级，
评定为不耐蚀。高铬含量可以降 低不锈钢材料的钝化电位，另一方面可以增强不锈钢表面钝化膜的修复能力，
可能是2205双相不锈钢比316L和 20R更耐蚀的本质原因。
关键词：双相不锈钢；硫酸；耐蚀性；电化学；腐蚀失重
中图分类号：TGl72．6 文献标志码：A 文章编号：1005—748X(2015)06—0535—05
Corrosion Resistance of 2205
Duplex
Stainless Steel iU Sulfuric Acid Solutions
ZHA()Tian-yu，CHEN
Ji，SUN
Yan—wei，Chen
Xiao—ming，XU
Zhi—xian
(Department
of
Mechanical
Engineering，Liaoning
Shihua
Uniersity，Fushun
113001，China)
Abstract：The
corrosion resistance
of
2205
duplex
SS in
H2
S04
was
investigated
and
compared
with the
conventional
316I。SS and 20R steel
by
the conventional
weight
loss method
together
with the measurement of
potentiodynamic
polarization
curves
and
electrochemical
impedance spectroscopy．The
results showed
that
the order of corrosion
resistance
to
H2 S04 from
high
to
weak was
2205>>316I。>20R；the
orders of influence of
H2 S04
concentration and
temperature
from
high
to
low was
20R：>316I。>2205．As
T≤40。C，the
corrosion
velocity
of 2205
duplex
SS was
zero，indicating
non-corrosion in
Hz
S()4 for 2205
duplex
SS with
a
corrosion evaluation of level 1．As the
temperature
increased
tO
60℃and the concentration of
H2
S()4 was
up
to
30％，the
corrosion
velocity
of 2205
duplex
SS increased
tO a
greatly
27．026
mm／a，indicating
obvious corrosion in
H2
S()4
for 2205
duplex
SS with corrosion evaluation of
level 10．The
higher
content
of Cr in 2205
duplex
SS was contributed
tO
the much enhanced corrosion resistance
because it
can
reduce the
passivation potential
and enhance the
ability
to
damage repairing
of
passivation
film
Key words：duplex
stainless
steel；sulfuric acid；corrosion
resistance；electrochemistry；corrosion weight
loss
由于燃煤或原油中含有硫元素，在燃烧或炼油
生产带来隐患[2川]。据报道，用普通碳钢制成的
设
过程中易产生二氧化硫，在催化剂的作用下可进一 备，国内腐蚀穿孔的最短时间为12
d[7]。
步氧化成
三氧化硫。干的三氧化硫对设备几乎不发
关于“硫酸露点”腐蚀，国内外进行了广泛的研
生腐蚀；但当它与烟气中的水蒸气结合形成硫酸蒸
究，包括腐蚀机理[8叫o]及防护措施等[1卜挖]。一
般
汽时，却大大提高了烟气的露点，易于在装置的低温
认为，露点腐蚀程度不仅取决于燃料油中的硫含量，
部位发生浓缩凝结，与受
热面作用形成硫酸亚铁，具
还受到二氧化硫向三氧化硫转换效率有关。日本的
有
严重的腐蚀性。这种现象被称为高温烟气硫酸露
松岛研[8]
温
根据Taylor气液平衡关系得出了露点
点腐蚀[1]，具有腐蚀速率快，面积广等特点，给安全
度与硫酸浓度的关系，发现表面凝结的硫酸浓度和
温度直接决定材料的腐蚀速率。国内目前大多数都
收稿日期：
2014—06—30
采用工艺防腐蚀措施，但对易发生露点腐蚀部位进
基金项目：辽宁省自然科学基金项目
(201202127)
行材料升级仍是解决“硫酸露点”腐蚀的有效手段。
通信作者：陈吉
(1974一)，教授，博士，从事材料表面改性技
双相不锈钢，既具有奥氏体不锈钢的优良加工性能，
术研究，
，jchen_I。su@qq．corn
又具有铁素体不锈钢的高强度、耐氯化物应力腐蚀
万方数据
赵天宇等：2205双相不锈钢在硫酸中的腐蚀性能
和耐点蚀的能力，具有很大的应用前景[13叫6|。研
究
双相不锈钢材料在硫酸溶液中的耐蚀性具有现实意
1试验
义。本工作选用2205双相不锈钢，利用常规的腐蚀 试验材料选用瑞典0UTOKUMPU公司生
产 失重方法和电化学方法分别测量了其在不同温度、
的2205双相不锈钢，牌号为UNS
S31803，符合
不同浓度硫酸溶液中的腐蚀性能，并与传统的316L
ASTM
A240—09a标准，冷轧态
钢板，厚度为 不锈钢和20R压力容器用钢对比，期望能为炼油设
4
mm，对比材料选用太钢316L
和首钢20R冷轧钢
备的材质升级提供一定的数据积累。
板。三种材料的化学成分见表
1。
表1材料成分表
Tab．1
Chemical
composition
of the materials
Vo
将试样用SiC水砂纸逐级打磨至2
000号，抛
u。一业型姜塑×10一巡(2)
叫。
“7
光水洗后用丙酮除油，去离子
(100)2D
“P
水清洗后吹干待用。
相组织观察的试样选用配比为铁氰化钾：氢
氧化钠：去离子水一12
g：40 g：100
mL的浸蚀
原始金
式中：|D为材料的密度。
2结果与讨论
剂进行表面浸蚀，吹干后使用
图1为2205双相不锈钢的原始金相组织照
高像素Leica金相显
微镜观察。
片。
由图1可见，2205双相不锈钢由白色的奥氏体和
黑
动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)测试均
比值
作站上完成。采用传统的三电极体系，用线切割切
约为46：
54。
出10
mmXl0
mm的正方形试样为工作电极，石
墨
色的铁素体构成，具有明显的轧制织构。基于多张
照片的图像衬度统计分析，奥氏体和铁素体的
在EG&G公司生产的PARSTAT 2273电化学工
为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，文
中所有电位均相对于SCE。腐蚀介质选用5％
和
lo％硫酸。测试前，分别将工作电极在～0．5
V下
极化3 min以去除电极表面在空气中形
成的氧化 膜，然后在待测溶液中静置1 h达到稳
态。极化曲
线扫描速率为0．5 mV／s。EIS测试
在开路电位下
进行，扰动电位为10
mV，测试频率范围为50
mHz～
100
kHz。所有测试均采用恒温水浴，温度为
图l
2205
(200×)
舣相不锈铡的腺始金相组织照片
(20-0．5)℃。
Fig．1
The
metallographic image
of the raw 2205
duplex
浸泡失重试验标准选用JB／T
7901—1999((金
stainless steel
属材料实验室均匀
腐蚀全浸实验方法》。试验水浴
图2为20℃时2205双相不锈钢、20R和
316L
温度为20℃，40℃和60℃，硫酸体积分数分别为
不锈钢在10％硫酸溶液中的极化曲线，曲
线通过
5％、10％、20％和30％。每组3个平行试样，试样
Powersuite软件拟合，结果列
mlTl×25 mm×4
mm。试样
于表2。由
腐蚀速率u
在20℃、10％硫酸溶液中，
万方数据
表2可见， 尺寸为50
2205双相不锈钢的自腐
和腐蚀深度u。的计算分别见公式(1)和(2)：
蚀电流密度为0．398
赵天宇等：2205双相不锈钢在硫酸中的腐蚀性能
弧，而316L不锈钢和20R钢的阻抗谱均为一完
整 的半圆容抗弧。在低频部分，三种材料的阻抗
谱均
为一射线。采用图3(a)中的R，(QfRr)等效电路通
>
＼
o
过Zsimpwin软件进行拟合，其中，R。代表溶液电
阻，Rf和Qf分别代表电荷转移电阻和电容。
2205 双相钢的Rf值为2．4×104
Q·cm2，约是
316L的
37倍，20R钢3
333倍。电荷转移电阻越
小，电荷转
移阻力越小，腐蚀反应的速度越快。阻抗谱结果表
图2 20℃时2205双相钢、20R、316L不锈钢在10％
明，当前浓度和温度中，耐蚀能力由强到弱的排序为：
硫酸中的极化曲线
2205>>316L>20R，这与极化曲线的结果是一致的。
Fig．2
Polarization of 2205
duplex
stainless steel，
表3是2205双相钢在不同温度、不同浓度硫酸
20R steel and 316L stainless steel in
at
20℃
10％H2
S04
溶液中的腐蚀失重数据与计算得到的腐蚀速率。当
表2 2205双相钢、20R、316L不锈钢极化曲线
温度低于40℃、浓度低于20％，试样的腐蚀速率为
的拟合值
零，耐蚀性评定为1级，即不腐蚀。当温度为60℃、
Tab．2
Polarization
fitting
results of 2205
duplex
且硫酸体积浓度为30％时，试样的腐蚀速率显著增
stainless steel，20R steel and 316L stainless steel
加至27．026
mm／a，耐蚀性评定为10级，即不耐
蚀。
部分试样腐蚀速率为负，可能是由于样品腐蚀产物
未清除干净引起的试验误差，该数据被舍弃。图
4
是2205双相不锈钢在不同浓度、不同温度的硫
酸中 浸泡168
h后试样表面及侧面宏观腐蚀形
貌。温度
图3是20℃时2205双相钢、20R、316L不锈钢
为60℃且硫酸体积浓度为30％时，浸泡试样
的表
在10％硫酸中的电化学阻抗谱。由图3可见，在高
面产生明显蚀坑且金属变薄，而其他试样
表面均无
频部分，2205双相钢的阻抗谱为一不完整的容抗
明显变化，仍呈现很强的金属光泽。
Z’／(kf2．锄2) Z’／(n．锄2) z’／(n·锄2)
(a)2205 (b)316L (c)20R
图3 20℃时2205双相钢、20R、316L不锈钢在lO％硫酸中的电化学阻抗谱和等效电路
of the
Nyquist plots
and the
equivalent
circuit model for 2205
duplex
stainless steel，20R steel
and
Fig．3 Comparison
316L stainless steel in
10％H2S04
20℃
图5为温度对2205双相钢、20R和316L不锈
锈钢在60℃溶液腐蚀速率的影响。由图6可
见，硫
钢在30％硫酸溶液中腐蚀速率的影响。由图5可
酸浓度对三种材质腐蚀速度的影响排序
为：20R>
见，三种材质的耐蚀能力排序为：20R<316L< 316L>2205。三种材料的年腐蚀深度
都随硫酸浓 2205，温度对三种材质腐蚀速度的影响排序为： 度的增加而增加，其中20R的年腐蚀
深度随硫酸浓
20R>316L>2205。当温度为60℃时，2205试样 度变化最显著。当硫酸体积浓度从5％增加至
时，20R的年腐蚀深度从104．509
30％
的腐蚀速率为27．026
mm／a，约为316L的20．24％
18
mm／a增至
(131．099
1 668．356
mm／a。，在20％
ram／a)，20R的1．59％(1
668．356
ram／a)。
万方数据
硫酸溶液中，2205双相
图6为硫酸浓度对2205双相钢、20R、316L不
不锈钢的年腐蚀深度为0mm
curves
curve
at
赵天宇等：2205双相不锈钢在硫酸中的腐蚀忭能
表3
2205双相钢浸泡试验腐蚀失重数据与计算
的腐蚀速率
T
ab．3 The corrosion
rates
and the corrosion
weight
loss d
of 2205
duplex
stainless steel
immersed
in
H2 S04
solutions
37．569
37．569
0
0
37．513
37．513
0 0
i
38．136
勰勰”
m猫似
37．624
∞
趵
38．235
蚀性；当硫酸体积浓度从5％增至30％时，年腐蚀
深
度增至27．026 mm／a，仅为20R的1．59％。316L
电
不锈钢在低温下不与硫酸反应，但是当硫酸体积浓
稳定 度从5％增加至30％时，随线比2205双相不锈钢更
知，20R钢
加陡峭，年腐蚀深度从0增加到131．099
差；2205双相
约是2205双相不锈钢的5倍。
的1．36倍，其耐蚀
万方数据
(a)20℃，10％
(b)20℃，10％ (c)60℃，30％
图4
2205双相不锈钢在不同温度、浓度的硫酸中浸
泡
168
h的试样表面及侧面的宏观腐蚀形貌
Fig．4
The surface
and
side
macro-morphology
of 2205
duplex
stainless steel immersed
in
Hz
S04
of different
concentrations
at
different
temperatures
for 168 h
丁／℃
图5温度对2205双相钢、20R、316L不锈钢在30％
硫酸 溶液中腐蚀速率的影响
Fig．5
The variation
of corrosion
depth
with
leaching
temperature
for 2205
duplex
stainless steel，20R steel
and
316L stainless
steel
in
30％sulfuric
acid solution
0 10
2U
30
Concentration of
suiImlc acid／％
图6硫酸浓度对2205双相钢、20R、316L在60℃溶液中
率的影响
Fig．6
The variation of the corrosion
depth
with the
concentration of sulfuric acid for 2205
duplex
stainless
steel，20R
steel and
316L stainless steel
at
60℃
铬元素一方面可以降低不锈钢材料的钝化
位，使其更易钝化，另一方面可以保持钝化膜的
性，并增强钝化膜的修复能力。由表1可
mm／a，大
不含铬元素，其在硫酸中的耐蚀性最
不锈钢的铬含量是316L不锈钢
腐蚀速
赵天宇等：2205双相不锈钢在硫酸中的腐蚀性能
性较316L不锈钢显著增强。铬元素含量的差别可
[71郑文龙，俞亚鹏．耐硫酸露点腐蚀用钢ND钢性能
及
能是其耐蚀性差别的本质原因。根据文献[16]，2205
使用情况l-J]．石油化工腐蚀与防护，1997，14(2)：
19—
双相不锈钢中的两相Q／y比例约为1，也会显著提
21．
高它的耐蚀性。
3结论
通过腐蚀浸泡失重方法结合动电位极化曲线和
电化学阻抗谱，研究了不同温度下2205双相不锈钢
在硫酸溶液中的耐蚀性，并与传统的20R钢和316L
不锈钢对比，得到如下结论：
(1)三种材质的耐蚀能力排序为：20R<316L
钢
<2205。硫酸体积浓度对三种材质腐蚀速度的影响
为：20R>316L>2205。温度对三种材质腐蚀
速度的影响排序为：20R>3
16L>2205。
(2)在T≤40：C，2205双相不锈钢的腐蚀深
度
为0 mm／a，耐蚀性等级为1级，评定为完全耐蚀；当
温度增加至60。C且硫酸体积浓度为30％时，其腐
蚀速率显著增加，腐蚀深度为27．026 mm／a，耐蚀
8IVANAN—
性等级为10级，评定为不耐蚀。
(3)高铬含量一方面可以降低不锈钢材料的钝
化电位，另一方面可以增强不锈钢表面钝化膜的修
复能力，这可能是2205双相不锈钢比316L和20R
更耐蚀的本质原因。
参考文献：
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《
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l及时发送电子期刊。地址：上海市邯郸路
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≮65556775—311；联系人：王敏。 §
2024年4月10日发(作者：浦丽芳)
第36卷第6期
腐蚀与防护
V01．36 No．6
2015年6月 CORROSION&PROTECTION
June
2015
DOI：10．1
1973／fSyfh-201506006
2205双相不锈钢在硫酸中的腐蚀性能
赵天字，陈吉，孙彦伟，陈晓明。许志显
(辽宁石油化工大学机械工程学院，抚顺113001)
摘要：采用腐蚀浸泡失重方法结合动电位极化曲线和电化学阻抗谱，研究了不同温度下2205双相不锈钢在不
同 浓度H。S04溶液中的耐蚀性，并与传统的20R钢和316L不锈钢作对比。结果表明，三种材质的耐蚀能力由
强到弱 排序为：2205>>316I。>20R；硫酸浓度和温度对腐蚀速率的影响由强到弱排序都为：
20R>316I。>2205。在T≤ 40。C，2205双相不锈钢的腐蚀深度为0 mm／a，耐蚀性等级为1级，评定为完全耐蚀；
当温度增加至60℃且硫酸浓度 为30％时，其腐蚀速率显著增加，腐蚀深度为27．026 mm／a，耐蚀性等级为10级，
评定为不耐蚀。高铬含量可以降 低不锈钢材料的钝化电位，另一方面可以增强不锈钢表面钝化膜的修复能力，
可能是2205双相不锈钢比316L和 20R更耐蚀的本质原因。
关键词：双相不锈钢；硫酸；耐蚀性；电化学；腐蚀失重
中图分类号：TGl72．6 文献标志码：A 文章编号：1005—748X(2015)06—0535—05
Corrosion Resistance of 2205
Duplex
Stainless Steel iU Sulfuric Acid Solutions
ZHA()Tian-yu，CHEN
Ji，SUN
Yan—wei，Chen
Xiao—ming，XU
Zhi—xian
(Department
of
Mechanical
Engineering，Liaoning
Shihua
Uniersity，Fushun
113001，China)
Abstract：The
corrosion resistance
of
2205
duplex
SS in
H2
S04
was
investigated
and
compared
with the
conventional
316I。SS and 20R steel
by
the conventional
weight
loss method
together
with the measurement of
potentiodynamic
polarization
curves
and
electrochemical
impedance spectroscopy．The
results showed
that
the order of corrosion
resistance
to
H2 S04 from
high
to
weak was
2205>>316I。>20R；the
orders of influence of
H2 S04
concentration and
temperature
from
high
to
low was
20R：>316I。>2205．As
T≤40。C，the
corrosion
velocity
of 2205
duplex
SS was
zero，indicating
non-corrosion in
Hz
S()4 for 2205
duplex
SS with
a
corrosion evaluation of level 1．As the
temperature
increased
tO
60℃and the concentration of
H2
S()4 was
up
to
30％，the
corrosion
velocity
of 2205
duplex
SS increased
tO a
greatly
27．026
mm／a，indicating
obvious corrosion in
H2
S()4
for 2205
duplex
SS with corrosion evaluation of
level 10．The
higher
content
of Cr in 2205
duplex
SS was contributed
tO
the much enhanced corrosion resistance
because it
can
reduce the
passivation potential
and enhance the
ability
to
damage repairing
of
passivation
film
Key words：duplex
stainless
steel；sulfuric acid；corrosion
resistance；electrochemistry；corrosion weight
loss
由于燃煤或原油中含有硫元素，在燃烧或炼油
生产带来隐患[2川]。据报道，用普通碳钢制成的
设
过程中易产生二氧化硫，在催化剂的作用下可进一 备，国内腐蚀穿孔的最短时间为12
d[7]。
步氧化成
三氧化硫。干的三氧化硫对设备几乎不发
关于“硫酸露点”腐蚀，国内外进行了广泛的研
生腐蚀；但当它与烟气中的水蒸气结合形成硫酸蒸
究，包括腐蚀机理[8叫o]及防护措施等[1卜挖]。一
般
汽时，却大大提高了烟气的露点，易于在装置的低温
认为，露点腐蚀程度不仅取决于燃料油中的硫含量，
部位发生浓缩凝结，与受
热面作用形成硫酸亚铁，具
还受到二氧化硫向三氧化硫转换效率有关。日本的
有
严重的腐蚀性。这种现象被称为高温烟气硫酸露
松岛研[8]
温
根据Taylor气液平衡关系得出了露点
点腐蚀[1]，具有腐蚀速率快，面积广等特点，给安全
度与硫酸浓度的关系，发现表面凝结的硫酸浓度和
温度直接决定材料的腐蚀速率。国内目前大多数都
收稿日期：
2014—06—30
采用工艺防腐蚀措施，但对易发生露点腐蚀部位进
基金项目：辽宁省自然科学基金项目
(201202127)
行材料升级仍是解决“硫酸露点”腐蚀的有效手段。
通信作者：陈吉
(1974一)，教授，博士，从事材料表面改性技
双相不锈钢，既具有奥氏体不锈钢的优良加工性能，
术研究，
，jchen_I。su@qq．corn
又具有铁素体不锈钢的高强度、耐氯化物应力腐蚀
万方数据
赵天宇等：2205双相不锈钢在硫酸中的腐蚀性能
和耐点蚀的能力，具有很大的应用前景[13叫6|。研
究
双相不锈钢材料在硫酸溶液中的耐蚀性具有现实意
1试验
义。本工作选用2205双相不锈钢，利用常规的腐蚀 试验材料选用瑞典0UTOKUMPU公司生
产 失重方法和电化学方法分别测量了其在不同温度、
的2205双相不锈钢，牌号为UNS
S31803，符合
不同浓度硫酸溶液中的腐蚀性能，并与传统的316L
ASTM
A240—09a标准，冷轧态
钢板，厚度为 不锈钢和20R压力容器用钢对比，期望能为炼油设
4
mm，对比材料选用太钢316L
和首钢20R冷轧钢
备的材质升级提供一定的数据积累。
板。三种材料的化学成分见表
1。
表1材料成分表
Tab．1
Chemical
composition
of the materials
Vo
将试样用SiC水砂纸逐级打磨至2
000号，抛
u。一业型姜塑×10一巡(2)
叫。
“7
光水洗后用丙酮除油，去离子
(100)2D
“P
水清洗后吹干待用。
相组织观察的试样选用配比为铁氰化钾：氢
氧化钠：去离子水一12
g：40 g：100
mL的浸蚀
原始金
式中：|D为材料的密度。
2结果与讨论
剂进行表面浸蚀，吹干后使用
图1为2205双相不锈钢的原始金相组织照
高像素Leica金相显
微镜观察。
片。
由图1可见，2205双相不锈钢由白色的奥氏体和
黑
动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)测试均
比值
作站上完成。采用传统的三电极体系，用线切割切
约为46：
54。
出10
mmXl0
mm的正方形试样为工作电极，石
墨
色的铁素体构成，具有明显的轧制织构。基于多张
照片的图像衬度统计分析，奥氏体和铁素体的
在EG&G公司生产的PARSTAT 2273电化学工
为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，文
中所有电位均相对于SCE。腐蚀介质选用5％
和
lo％硫酸。测试前，分别将工作电极在～0．5
V下
极化3 min以去除电极表面在空气中形
成的氧化 膜，然后在待测溶液中静置1 h达到稳
态。极化曲
线扫描速率为0．5 mV／s。EIS测试
在开路电位下
进行，扰动电位为10
mV，测试频率范围为50
mHz～
100
kHz。所有测试均采用恒温水浴，温度为
图l
2205
(200×)
舣相不锈铡的腺始金相组织照片
(20-0．5)℃。
Fig．1
The
metallographic image
of the raw 2205
duplex
浸泡失重试验标准选用JB／T
7901—1999((金
stainless steel
属材料实验室均匀
腐蚀全浸实验方法》。试验水浴
图2为20℃时2205双相不锈钢、20R和
316L
温度为20℃，40℃和60℃，硫酸体积分数分别为
不锈钢在10％硫酸溶液中的极化曲线，曲
线通过
5％、10％、20％和30％。每组3个平行试样，试样
Powersuite软件拟合，结果列
mlTl×25 mm×4
mm。试样
于表2。由
腐蚀速率u
在20℃、10％硫酸溶液中，
万方数据
表2可见， 尺寸为50
2205双相不锈钢的自腐
和腐蚀深度u。的计算分别见公式(1)和(2)：
蚀电流密度为0．398
赵天宇等：2205双相不锈钢在硫酸中的腐蚀性能
弧，而316L不锈钢和20R钢的阻抗谱均为一完
整 的半圆容抗弧。在低频部分，三种材料的阻抗
谱均
为一射线。采用图3(a)中的R，(QfRr)等效电路通
>
＼
o
过Zsimpwin软件进行拟合，其中，R。代表溶液电
阻，Rf和Qf分别代表电荷转移电阻和电容。
2205 双相钢的Rf值为2．4×104
Q·cm2，约是
316L的
37倍，20R钢3
333倍。电荷转移电阻越
小，电荷转
移阻力越小，腐蚀反应的速度越快。阻抗谱结果表
图2 20℃时2205双相钢、20R、316L不锈钢在10％
明，当前浓度和温度中，耐蚀能力由强到弱的排序为：
硫酸中的极化曲线
2205>>316L>20R，这与极化曲线的结果是一致的。
Fig．2
Polarization of 2205
duplex
stainless steel，
表3是2205双相钢在不同温度、不同浓度硫酸
20R steel and 316L stainless steel in
at
20℃
10％H2
S04
溶液中的腐蚀失重数据与计算得到的腐蚀速率。当
表2 2205双相钢、20R、316L不锈钢极化曲线
温度低于40℃、浓度低于20％，试样的腐蚀速率为
的拟合值
零，耐蚀性评定为1级，即不腐蚀。当温度为60℃、
Tab．2
Polarization
fitting
results of 2205
duplex
且硫酸体积浓度为30％时，试样的腐蚀速率显著增
stainless steel，20R steel and 316L stainless steel
加至27．026
mm／a，耐蚀性评定为10级，即不耐
蚀。
部分试样腐蚀速率为负，可能是由于样品腐蚀产物
未清除干净引起的试验误差，该数据被舍弃。图
4
是2205双相不锈钢在不同浓度、不同温度的硫
酸中 浸泡168
h后试样表面及侧面宏观腐蚀形
貌。温度
图3是20℃时2205双相钢、20R、316L不锈钢
为60℃且硫酸体积浓度为30％时，浸泡试样
的表
在10％硫酸中的电化学阻抗谱。由图3可见，在高
面产生明显蚀坑且金属变薄，而其他试样
表面均无
频部分，2205双相钢的阻抗谱为一不完整的容抗
明显变化，仍呈现很强的金属光泽。
Z’／(kf2．锄2) Z’／(n．锄2) z’／(n·锄2)
(a)2205 (b)316L (c)20R
图3 20℃时2205双相钢、20R、316L不锈钢在lO％硫酸中的电化学阻抗谱和等效电路
of the
Nyquist plots
and the
equivalent
circuit model for 2205
duplex
stainless steel，20R steel
and
Fig．3 Comparison
316L stainless steel in
10％H2S04
20℃
图5为温度对2205双相钢、20R和316L不锈
锈钢在60℃溶液腐蚀速率的影响。由图6可
见，硫
钢在30％硫酸溶液中腐蚀速率的影响。由图5可
酸浓度对三种材质腐蚀速度的影响排序
为：20R>
见，三种材质的耐蚀能力排序为：20R<316L< 316L>2205。三种材料的年腐蚀深度
都随硫酸浓 2205，温度对三种材质腐蚀速度的影响排序为： 度的增加而增加，其中20R的年腐蚀
深度随硫酸浓
20R>316L>2205。当温度为60℃时，2205试样 度变化最显著。当硫酸体积浓度从5％增加至
时，20R的年腐蚀深度从104．509
30％
的腐蚀速率为27．026
mm／a，约为316L的20．24％
18
mm／a增至
(131．099
1 668．356
mm／a。，在20％
ram／a)，20R的1．59％(1
668．356
ram／a)。
万方数据
硫酸溶液中，2205双相
图6为硫酸浓度对2205双相钢、20R、316L不
不锈钢的年腐蚀深度为0mm
curves
curve
at
赵天宇等：2205双相不锈钢在硫酸中的腐蚀忭能
表3
2205双相钢浸泡试验腐蚀失重数据与计算
的腐蚀速率
T
ab．3 The corrosion
rates
and the corrosion
weight
loss d
of 2205
duplex
stainless steel
immersed
in
H2 S04
solutions
37．569
37．569
0
0
37．513
37．513
0 0
i
38．136
勰勰”
m猫似
37．624
∞
趵
38．235
蚀性；当硫酸体积浓度从5％增至30％时，年腐蚀
深
度增至27．026 mm／a，仅为20R的1．59％。316L
电
不锈钢在低温下不与硫酸反应，但是当硫酸体积浓
稳定 度从5％增加至30％时，随线比2205双相不锈钢更
知，20R钢
加陡峭，年腐蚀深度从0增加到131．099
差；2205双相
约是2205双相不锈钢的5倍。
的1．36倍，其耐蚀
万方数据
(a)20℃，10％
(b)20℃，10％ (c)60℃，30％
图4
2205双相不锈钢在不同温度、浓度的硫酸中浸
泡
168
h的试样表面及侧面的宏观腐蚀形貌
Fig．4
The surface
and
side
macro-morphology
of 2205
duplex
stainless steel immersed
in
Hz
S04
of different
concentrations
at
different
temperatures
for 168 h
丁／℃
图5温度对2205双相钢、20R、316L不锈钢在30％
硫酸 溶液中腐蚀速率的影响
Fig．5
The variation
of corrosion
depth
with
leaching
temperature
for 2205
duplex
stainless steel，20R steel
and
316L stainless
steel
in
30％sulfuric
acid solution
0 10
2U
30
Concentration of
suiImlc acid／％
图6硫酸浓度对2205双相钢、20R、316L在60℃溶液中
率的影响
Fig．6
The variation of the corrosion
depth
with the
concentration of sulfuric acid for 2205
duplex
stainless
steel，20R
steel and
316L stainless steel
at
60℃
铬元素一方面可以降低不锈钢材料的钝化
位，使其更易钝化，另一方面可以保持钝化膜的
性，并增强钝化膜的修复能力。由表1可
mm／a，大
不含铬元素，其在硫酸中的耐蚀性最
不锈钢的铬含量是316L不锈钢
腐蚀速
赵天宇等：2205双相不锈钢在硫酸中的腐蚀性能
性较316L不锈钢显著增强。铬元素含量的差别可
[71郑文龙，俞亚鹏．耐硫酸露点腐蚀用钢ND钢性能
及
能是其耐蚀性差别的本质原因。根据文献[16]，2205
使用情况l-J]．石油化工腐蚀与防护，1997，14(2)：
19—
双相不锈钢中的两相Q／y比例约为1，也会显著提
21．
高它的耐蚀性。
3结论
通过腐蚀浸泡失重方法结合动电位极化曲线和
电化学阻抗谱，研究了不同温度下2205双相不锈钢
在硫酸溶液中的耐蚀性，并与传统的20R钢和316L
不锈钢对比，得到如下结论：
(1)三种材质的耐蚀能力排序为：20R<316L
钢
<2205。硫酸体积浓度对三种材质腐蚀速度的影响
为：20R>316L>2205。温度对三种材质腐蚀
速度的影响排序为：20R>3
16L>2205。
(2)在T≤40：C，2205双相不锈钢的腐蚀深
度
为0 mm／a，耐蚀性等级为1级，评定为完全耐蚀；当
温度增加至60。C且硫酸体积浓度为30％时，其腐
蚀速率显著增加，腐蚀深度为27．026 mm／a，耐蚀
8IVANAN—
性等级为10级，评定为不耐蚀。
(3)高铬含量一方面可以降低不锈钢材料的钝
化电位，另一方面可以增强不锈钢表面钝化膜的修
复能力，这可能是2205双相不锈钢比316L和20R
更耐蚀的本质原因。
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