2205双相不锈钢硫酸露点腐蚀性能的研究.pdf

第23卷第4期
北京石油化工学院学报
Vol 23 No 4
Journal of Beijing Institute of
2015年12月
Dec,2015
P
l Technology
2205双相不锈钢硫酸露点腐蚀性能的研究
常季,陈吉,黄澳,宋见,刘元福
(辽宁石油化T大学机械工程学院,辽宁,抚顺113001)
摘要:利用实验室模拟硫酸露点腐蚀的试验方法对2205双相不锈钢的腐蚀行为进行研究,并与传
统不锈钢316L和304进行对比。结果表明,腐蚀失重的方法对3种材质的腐蚀速率由快到慢排序为
304ン>3161>2205,且2205双相钢的腐蚀深度为0.00108mm/a,接近完全耐蚀材料等级。结合SEM、
电化学工作站对3种试件的腐蚀形貌、电化学性能进行分析。2205双向钢的腐蚀表面无点蚀坑,仅存
在很少的贫(r区,同时2205双相钢的自腐蚀电流为0.5746A/cm2,明显低于316L和304不锈钢,自
腐蚀电位为一68,4mV,较316L和304不锈钢高出了近300mV,同时2205双相钢的电荷转移电阻为
2.2×104/cm2,约是316L的42倍,是304不锈钢的473倍。因此,3种材质中2205双向钢可以作为
耐硫酸露点腐蚀的首选用钢。
关键词;露点腐蚀;双向不锈钢;腐蚀速率;完全耐蚀;电化学
中图分类号:TG142
文献标志码:A
烟气硫酸露点腐蚀是石化企业普遍存在的化膜,阻碍腐蚀的发生,钝化膜的主要成分是
问题,如烟道、烟囪、脱硫装置、炼油塔热交换器Cr2O3、FeO等氧化物;而在HC溶液中,双相
等。随着煤、石油等化石能源的大量开采,燃不锈钢205的耐蚀性较差。
料中的硫质量分数越来越高,从而导致燃烧、热
2205双桶不锈钢相当于我国的
交换等设备遭受到严重腐蚀,然料中通常含有00Cr22Ni5Mo3N,含有22%Cr、5.5%Ni、
2%~3%的硫,经燃烧后烟气中约产生0.12%3.05%Mo及0.14%N的合金元素间。主要
的SO2,其中1%~2%的SO2受颗粒粉尘、金属由50%铁素体和50%的奥氏体组成,使其兼具
氧化物等的催化作用而生成SO再与烟气中的奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的双重特性,具
水分结合生成H1SO),在处于露点以下的金属有优良的综合性能。205强度是普通奥氏体
表面凝结并腐蚀金属,即所谓的硫酸露点不锈钢的2倍,疲劳强度及耐蚀性均优于奥氏
腐蚀。
体不锈钢。其韧性、耐晶间腐蚀性能和良好的
近年来,对露点腐蚀钢材的选择说法不
焊接性能亦优于铁素体不锈钢1?。
因此找到一种抗烟气硫酸露点腐蚀用钢迫在眉
为了保证设备长期安全有效运转,在考虑
睫。周梓荣等选用ND、2205、17-4PH和设备的选材方面应尽可能选择减缓设备腐蚀的
316L等不锈钢材料,在5%NaCl溶液和现场材料。为此,笔者模拟了2205双相不锈钢、
提取的工作介质中进行了60~80℃工作温度316L不锈钢、304不锈钢在硫酸露点腐蚀中腐
下的腐蚀性试验。结果表明,在5%NaC溶液蚀行为,并对3种不锈钢的腐蚀性能进行研究,
中,ND不锈钢耐蚀性能最好。张敏等对
从而为石油化工设备的选材提供依据。
2205的腐蚀性能进行研究,结果表明,在
HSO,溶液中,双相不锈钢225表面形成钝1实验材料及方法
实验选用瑞典 OUTTOKUMPU公司生产
收稿日期:2014-11-2
作者简介:常季(1989)男,硕士生研究方向为过程装备新的2205双相不锈钢,牌号为 UNS S31803,符
型材料与设备腐蚀防护,E-mail:1124300303@qq.com
合 ASTM A240-09a标准,冷轧态钢板,式样
第4期
常季等.2205双相不锈钢硫酸露点腐蚀性能的研究
11
大小为50mmX25mm×4mm,其成分如表1公司生产的316L和304不锈钢。
所示。对比材料选用山西太钢不锈钢股份有限
表1材料成分(质量分数/%)
样品
Mo
N
0.0240,001
3.120.1780.0050.21
316L0.01720.52801.36400.01600.001716.45010.210
0.046
al
304
0.040.5121.6130.0250.001718.0468、035
Bal
所有试样均用SiC水砂纸从60号逐级打算自腐蚀电流密度,测试均采用恒温水浴,温度
磨至2000号,抛光水洗后用丙酮除油,去离子为(20土1)℃。
水清洗后吹干待用。
腐蚀速率采用质量差的方法进行计算:
动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)测
(1)
试均在EG&G公司生产的 PARSTAT2273
电化学工作站上完成。采用传统的三电极体式中,W。为试样的原始质量;W,为试样表面
系,用线切割切出10mm×10mm的正方形试除去腐蚀产物后的质量;S为试样表面积,t为
样为工作电极,辅助电极使用石墨电极,参比电腐蚀时间。
极为饱和甘汞电极(SCE),文中所有电位均相
24×365
×10_Y×8.76
(2)
对于SCE而言。腐蚀介质选用5%硫酸溶液,
(100)2
测试前分别将工作电极在一0.5V下极化式中,p为材料的密度
3min以去除电极表面在空气中形成的氧化膜,
每组设置2个平行试样,放入模拟烟气腐
然后在待测溶液中静置1h达到稳态。极化曲
蚀装置,如图1所示,气体流量的体积比为
线扫描速率为0.5mV/s。EIS测试在开路电
(N2):V(CO2):V(SO2)=78:21:1,烟气
位下进行,扰动电位为10mV,扫描频率范围为
腐蚀时间为336h,腐蚀温度为100C
100kHz~50mHz。利用塔菲尔直线外推法计
出水口
冷凝管
2*气体转子流量计
4*可控热电偶
CO)2减压阀
进水口
2*加热棒
氮气减压网
硫酸70%
油密封
6*实验物件
清水
控制仪
流量计
上醉究片和水
亚硫酸钠粉末
水浴60℃
尾气处理NaOH
图1烟气腐蚀实验装
采用 FIE Quanta600FE-SEM扫描电镜观中的动电位极化曲线的对比如图2所示。
察腐蚀形貌,测试的管电压为15kV,对2205
结果表明,2205双向不锈钢的致钝电位约
316L、304在硫酸烟气露点腐蚀装置中336h后为0.1V,明显高于316L和304不锈钢的
的腐蚀形貌进行观察,扫描倍数为5000倍
0.3V。205双相钢、316L、304不锈钢极化
2实验结果
曲线的拟合值如表2所示。由表2可知,2205
双相钢的自腐蚀电流密度(Io)为
2.1电化学性能测试
0.5746A/cm2,是316L(10.58A/cm2)的近
2205、316L、304在20C、5%H2SO、溶液1/20,是304(25.27A/cm2〉不锈钢的近1/45