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C15不锈材料成化和化学物理性质

耐海水和氯离子介质腐蚀的高性能不锈钢C15
耐海水和氯离子介质腐蚀的高性能不锈钢C15徐增华，王东辉（上海材料研究所，上海20043 7）摘要扼要地介绍了
C15不锈钢的化学成分、 显微组织、 力学性能、耐腐蚀性能和加工性能， 为选材应用提供了判据。主题词不锈钢，
耐腐蚀性能，显微组织AnExcellentResi stantCorrosionStainlessSteelC15forSeaWatera ndChlorideMedia￥
XuZenghua；WangDonghui（Shang haiResearchInstituteofMaterials，Shanghai200 437，PRC）
Abstract：Thispaperbriefedchemicalco mposition，microstructure，mechanicalproperti es，
resistantcorrosionandworkabalitiesofstai nlesssteelC15．Thecriterionforitsapplication wasprovided
．0引言本项目是国家“七五”科技攻关项目之一，研制成功的C15不 锈钢能耐海水及各种氯离子介质腐蚀。在海
水中挂片5年半，未发现腐蚀痕迹，其耐蚀性达到了美 国著名的耐海水不锈钢AL－6x（00Cr20Ni25Mo6）的水
平，相比之下成本低，易 生产。目前已用于油田污水、海水、硫酸、磷酸、有机酸以及各种含氯离子的化工介质；
还用作人 工关节材料和承受交流电腐蚀的材料。在上述介质中，当304、316L等不锈钢不能满足设备 耐蚀性能要
求而需要用高级耐蚀合金时，则C15不锈钢是理想的选用材料。IC15钢的化学成 分、显微组织及力学性能C15钢
是在316不锈钢基础上通过提高MO含量和加入其它微量元素 而形成，主要成分（％）为；C＜0．08，St＜l．00，Mn＜1．50，Cr17。19 ．00，Nill
。13．00，M。＞5．5等。这个成分范围的确定，除成本低、易生产外， 主要考虑其耐蚀性和力学性能。因为新
钢种主要用于油田污水、海水及其他含氯离子化工介质，根 据电化学理论的研究，耐氯离子腐蚀的不锈钢，要含有
足够的铬当量（Cr％＋3．3％Mo）和 适当的铬、钥比，才能形成致密的保护性好的表面膜，具有高的耐蚀性能。
同时，Cr、Mo都是 6铁素体和a相形成元素，这两种元素含量过高，3铁素体增多，就破坏了原奥氏体组织平衡，
将 会给钢的力学性能和加工性能带来一系列不良影响。C15钢经固溶处理后，铸态显微组织为奥氏 体基体上分布
少量的8铁素体。铁素体含量根据Cr、Ni、MO等元素上下限的变化波动于4％ ～15％之间；锻态显微组织一般均是
奥氏体，偶尔由于成分波动也出现少量铁素体。C15钢的 力学性能见表卫。表1实测C15钢的力学性能2C15钢的耐
蚀性能2．回阳极极化曲线C15 钢在lmolNaCI水溶液中的阳极极化曲线见图1、图中也示出了对比钢种AL－6X、
31 6L和18－STi的阳极极化曲线。bT见C15钢和AI。－6X具有极为相似的阳极极化曲 线，在曲线开始部分，无活
化一钝化转变区，钝化区很宽，过钝化电位很高，在1000IllV 以上，标志着这两种合金在此介质中具有很高的耐蚀
性。相比之下，18－STi和316L的点 蚀击破电位低得多，钝化区也很窄，说明耐蚀性远不如C15钢。2．2钝化膜
破坏电位E。45 vC，NaCI浓度从5％增加到20％，不改变C15图1（刀5钢与对比材料＊＊－6x、3 16IM和1｝8
＊i钢在lmolNaCI溶液（pH—6．9）中的阳极极化曲线钢的E。值 （E。均在900～950mV，SCE），即不影响其
耐蚀性能。表2为lmolNaCI水溶 液中，在不同温度下C15钢的E。值。在45C以下，E。值不受温度影响；而在45
’C以上 ，E6值则发生变化，尤其在55～75C，影响最激烈，但在75C以上，下降趋势缓慢。2． 3氯化物介质
中的耐缝隙腐蚀性在30’’C的3％NaCI水溶液中对人造缝隙试样采用IV（ SCE）恒电位阳极极化预处理，使缝隙中
溶液达到稳定的酸化，并在模拟稳定酸度（加入相应C I）介质中测定阳极极化曲线，视其是否出现活化峰来判断合
金是否发生缝隙腐蚀。图2为C15 ＄和对比材料18－STi、316I一和AI。－6X钢的试验结果。316L和18－STi 钢
的阳极极化曲线一一L均出现活化峰，预示会发生缝隙腐蚀；而C15和AL－6X钢未出现活 化峰，预示不会发生缝隙
腐蚀。2．4在氯化物介质中的实验电位（E）－PH图试验采用不同P H值（0．l～11．0）的lmolCI－一浓度的缓冲
液作为试验介质，用恒电位仪测量其阳 极极化曲线，并根据曲线上的各个临界点（即：Ec。rr一腐蚀电位，E。。
一致钝电位，Et 。一过钝化电位，E。一保护电位）绘制出电位（E）－PH图，见图3。图上呈现较大的钝化区 和
免蚀区，意味着C15钢有较大的使用范围。由于过钝化电位很高，标志着该钢种具有很高的耐 点蚀能力，亦即点蚀
萌生过程不易进行；同时活化区很小，电位很低，意味着有较大的钝化膜稳定 区和闭塞腐蚀电池（OCC）内的阳极
表面，由钝化向活化转变较困难，图2耐缝隙腐蚀试验结果 且即较有效地阻止局部腐蚀的发展。此图为选材应用提供
了该钢种有关腐蚀方面的信息。2·5耐 晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀开裂试样固溶处理后按国标GB1223—75的硫酸
一硫酸铜法进行 ，试验后的试样经90”弯曲，在50倍放大镜下观察未发现裂纹，说明未出现晶间腐蚀。表3为 应力
腐蚀试验结果。新钢种抗应力腐蚀开裂性能优于316L，而低于AL－6X钢。新钢种的锻 态（C15B）和铸态（C15A
）具有相近的断裂时间，由于两者。s不同，因而实验时所加应 力也不同。2．6在海永和混合脂肪酸分姻塔内的桂
爿itwe表2在lmolNaCI水溶液中 不同温度下C15钢的E。值注：电位步进速度为50mV／smin。表3应力历蚀试验
结果（ 介质：沸腾的42％MgCI。水溶液，应力：80％a，）＄4＄MtegtaweC15钢及 对比材料在厦门海域挂片
5年半后，其腐蚀形态见表4。在混合脂肪酸分馏塔内，温度为220～ 240℃，介质是C16～C18饱和及不饱和脂肪
酸，试样挂片5个月后，结果见表5。先已办 婚塔样片试验2·7耐交流电腐蚀性能2．7．1全面腐蚀性能介质：20％
HZSO4（重量） ，温度：35C，材料：316L、C15，钢，时间：91h，交流电流：8．smA／cm‘ ，交流电压：
19V，腐蚀率：316L—0．05mm／a，C15—0．015mm／a。2 ．7．2电化学性能试样浸于30C的20％（重量
）HZSO4水溶液中，采用JH—ZB型恒 电位仪，按GB4334．9—84标准方法进行电化学测量。测量时需要在工作
电极（试样）和 辅助电极之间加入一个交流电流，这样才能测出试样在交流电作用下的电化学行为。图4为试验结
果。随交流电流的增加，腐蚀电位发生移动，活化一钝化峰增高，维钝电流增大，钝化区缩小，表 明C15钢在外加
交流电流作用下，电化学行为发生了变化，向着不利于耐蚀的方向发展。但仍可 见，每条曲线都有较广阔的钝化区，
说明C15钢在所加交流电情况下，都可进入钝化而处于钝化 状态，具有较好的耐蚀性能。如交流电流保持在smA
／cm‘以下，则仍具有最佳的耐蚀性能。 3应用实例（1）由C15钢浇铸成的6D100－150型注水泵叶图4在20％
HZSO4（ 重量）水溶液中C15钢在不同交流电作用下的阳极极化曲线1．omA／cmZ2．smA／c m‘3．10mA／
cm‘4．20mA／cm‘轮，泵注CI一含量为IX10’mg／L的油 田污水，累计开机时间在2万h以L，比18－STi钢叶轮
提高寿命8倍多。（2）某铝加工厂 的氧化着色车间，着色槽槽液为硫酸水溶液。PH—1，工作交流电压为15～17V
，峰值电流 4000～4500A，着色槽中极板为三排，面积60～65m‘。在上述工作条件下，使用3 16L不锈钢做极板
，可生产古铜色铝材800～900t；而使用C15不锈钢做极板，能生产 2100～2400t着色铝材，使用寿命为316L钢
2．5倍左右。（3）由C15钢浇铸成 的源江一48P－A6型海水循环泵叶轮，安装于海南某热电厂，已运行8年，现
仍在正常运转。 （4）通过细胞毒性试验、急性毒性试验、热源试验、股骨培养和溶血试验等，证明C15 不锈钢
符合这些测试项目的体内植入物生物相容性指标。与316L和钛合金Ti6A14V相比，C1 5钢最适宜作人工关节材料
，并于1987年作成实物植于人体作临床耐久性试验，至今仍在进行 。4C15钢的加H性能C15钢是在316钢基础上
改进而成的，具有奥氏体基不锈钢易于熔炼 、铸造、焊接和冷热加工等优点。可加工成铸件和一定形式的锻件、型
材，如棒材、板材、管材等 。可冷轧成厚度0．08mm薄带，冷拉成o10mmX0·smm的管材，为扩大C15钢的应
用范围创造了有利的条件。5结束语C15钢是高性能的耐海水和氯离子介质腐蚀的高性能不锈钢 ，性能较316L和
18－18Ti不锈钢优越，可进一步推广应用。耐海水和氯离子介质腐蚀的 高性能不锈钢C15@徐增华，王东辉$上海
材料研究所不锈钢，耐腐蚀性能，显微组织扼要地介 绍了C15不锈钢的化学成分、显微组织、力学性能、耐腐蚀性
能和加工性能，为选材应用提供了 判据。由于过钝化电位很高，标志着该钢种具有很高的耐点蚀能力，亦即点蚀萌
生过程不易进行； 同时活化区很小，电位很低，意味着有较大的钝化膜稳定区和闭塞腐蚀电池（OCC）内的阳极
表面，由钝化向活化转变较困难，图2耐缝隙腐蚀试验结果且即较有效地阻止局部腐蚀的发展。此图为选材应用提
供了该钢种有关腐蚀方面的信息。2·5耐晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀开裂试样固溶处理后按国标GB1223—75的硫
酸一硫酸铜法进行，试验后的试样经90”弯曲，在50倍

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