耐氯化物和其它卤离子水溶液

1. 点蚀和缝隙腐蚀

在高性能不锈钢开发的诸多商业和技术上的决定因素中，最有效的因素莫过于需要在腐蚀性的氯化物介质中具有良好耐点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀断裂的钢种。因此，高性能不锈钢总的来说比标准不锈钢耐氯化物腐蚀的性能更好。这一良好性能的获得是由于采用了合金元素铬、钼以及氮，所有这些元素在提高耐点蚀和缝隙腐蚀能力方面都非常有效，并且采用高镍和氮来提高耐应力腐蚀断裂性能。

不锈钢由于钝化膜的局部损坏，被阴极钝化区包围的阳极腐蚀点有局部的发展，而发生了点蚀和缝隙腐蚀。缝隙腐蚀从定义看，表面上要存在沉积物、垫圈或其他能形成缝隙的物质来引发腐蚀。换句话说，这两种形式的腐蚀本质是相同的。因此，除了由于缝隙有助于引发腐蚀，耐缝隙腐蚀能力常常低于耐点蚀能力外，就这些腐蚀形式而言，各类不锈钢的行为是相似的。因为大多数工程结构含有缝隙，因此从工程角度看，缝隙腐蚀更为重要。下面的讨论将强调缝隙腐蚀，其总的趋势也适用于点蚀。

 在影响缝隙腐蚀敏感性的可变因素方面，所有不锈钢有相似的表现，并且高性能不锈钢也不例外。在加工过程和处于缝隙腐蚀危险中的设备的运行过程中所应当遵循的预防措施和方法，对于高性能不锈钢来说更加严格，因为所处的介质腐蚀性常常更强。保持表面洁净，例如焊后表面氧化物的除去，是在高氯化物含量的酸或强氧化性介质中获得满意的焊接性能的基本要求。促使不锈钢发生缝隙腐蚀的一般介质因素包括：高氯化物浓度、强酸性（低pH）、高温、高溶解氧浓度以及任何提高腐蚀电位的介质成分如氧化性金属离子和溶解氯气。考察任何不锈钢钢种是否适用于特定的环境时，所有这些因素都必须考虑到。

2. 不锈钢钢种的评定

由于涉及许多可变因素，因此为 “局部耐腐蚀性” 而评定任何一种不锈钢都是困难的。出于这个原因，最好是考虑仅适用于具体试验条件下的评定。然而进行定量的评价以便作出一般性的比较以及进行材料适用性的初始评估也是很有帮助的。三氯化铁试验方法已广泛用于开发高性能不锈钢；因此，广泛用于不锈钢钢种间的相对比较。

试验通常按照ASTM标准试验方法G 48或MTI-2所描述的方法进行，这两种方法使用的介质都是10%的三氯化铁（FeCl3·6H2O）溶于蒸馏水中（6% 的FeCl3）。它根据清洁表面的点蚀或人造缝隙的腐蚀得出数据，试验产生的结果定义了 “临界点蚀温度” 或 “临界缝隙腐蚀温度”。当从这些试验中整理数据时，需要考虑许多重要因素。其中之一就是试验本身的可变性，大约有2.5℃的标准偏差。因此，当对各钢种进行比较时，临界温度的微小差异（≤5℃）常常没有什么重要意义。另一个重要因素是三氯化铁是强氧化性的，它在不锈钢上产生了相对于甘汞电极大约为600mV的腐蚀电位。这个数值远高于不锈钢在许多天然介质如冷却水中的电位值。因此，三氯化铁介质是强腐蚀性的，并且试验结果不能直接转化为天然介质中的结果。

三氯化铁试验是这样进行的，将试样温度逐渐升高，升温间隔为2.5℃，直到在一段时间间隔内，常常人为指定为24小时，开始发生点蚀或缝隙腐蚀。临界点蚀温度（CPT）或临界缝隙腐蚀温度（CCT）被定义为腐蚀发生时的最小温度。图45给出了代表性不锈钢在10%三氯化铁溶液中的直观数据，它显示某些临界温度比标准不锈钢经常处于的工作温度低得多，因而说明了试验的苛刻程度。由于这个原因，不能用它作为设定设备使用温度范围的基础。数据还表明，存在缝隙时，腐蚀发生的可能性较大，因为临界缝隙腐蚀温度CCT总是低于临界点蚀温度CPT。

正如图45的数据显示， 高性能不锈钢在这一试验中的性能表现远远胜于标准304和316不锈钢。 一些钢种的性能接近耐蚀镍基合金。 不同钢种之间性能差别很大， 主要由于铬、 钼和氮合金化的差异。 不锈钢的成分与临界腐蚀温度之间的关系已推导出许多公式， 最常用的公式给出了耐点蚀当量值（PRE）， 例如， PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N,其中这些元素在不锈钢中的百分比以重量百分比表示。

PRE数值与几种临界温度指数之间的典型相关关系（图46）表明了，铬、钼和氮合金元素对耐点蚀性能的强烈影响。NaCl溶液的CPT曲线比FeCl3溶液的CPT曲线高，也说明了不同的试验方法将给出不同的临界温度。ASTM标准试验方法G 150采用一种常被称作Avesta 槽的设备在1M的NaCl溶液中测定CPT。这种电蚀的试验方法与三氯化铁溶液试验方法相比，是一种不太苛刻的方法，因为氯化钠溶液的自然pH值接近中性，而强氧化性的三氯化铁溶液pH值约为1.6。

 另外一种测定和评价这些合金的方法是采用2%KMnO4-2%NaCl试验，它模拟强氧化性的含氯化锰的冷却水介质。Streicher24使用这种试验表明在90℃下不发生点蚀的合金能够耐苛刻的热交换器应用中的腐蚀。

较新的评价耐局部腐蚀性能的试验方法，根据缝隙内溶液的化学成分和缝隙宽度，给出腐蚀开始发生的定量预测。表23和图47列出的一些典型的试验结果表明，在腐蚀开始发生之前，与较低合金化的不锈钢钢种相比，含钼4.5%和6%的高性能奥氏体不锈钢能够在缝隙内强得多的酸性和氯化物浓度下发挥作用。同样，这些类型不锈钢能够耐更细小缝隙的腐蚀。这个研究结果对于具有非常严密缝隙的系统如螺纹连接和压缩式接头特别重要。

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