新型无磁高强度A10不锈钢的耐海水腐蚀性能

李玉稳,黄春波,高余顺,薛 春,刘新桥

(1. 中国船舶重工集团公司 第七○四研究所,上海 200031;2. 上海材料研究所 上海市工程材料应用与评价重点实验室，上海 200437)



新型无磁高强度A10不锈钢的耐海水腐蚀性能

李玉稳1,黄春波2,高余顺2,薛 春2,刘新桥2

(1. 中国船舶重工集团公司 第七○四研究所,上海 200031;2. 上海材料研究所 上海市工程材料应用与评价重点实验室，上海 200437)

通过盐雾试验、海水浸泡试验、实际海域挂片试验及应力腐蚀试验结合表面形貌观察和显微组织分析，研究了新型无磁高强度A10不锈钢及其对比材料917钢的耐海水腐蚀性能。结果表明：A10不锈钢在海水中全面腐蚀速率低,腐蚀试样表面光亮、无锈、无点腐蚀、无裂纹；而在相同条件下，917钢锈蚀严重。A10不锈钢在海水中的耐蚀性远优于917钢的，且具有优良的抗应力腐蚀开裂性能。

A10不锈钢;917钢;耐海水腐蚀性能

造船工业是我国重点支柱产业之一。特种舰船的船体需采用无磁或低磁材料。目前，国外大多采用玻璃钢或高强度低磁钢来制造低磁船体。高强度低磁钢的抗冲击性能优于玻璃钢，无脆性转变温度，而且低磁钢的高温强度高，不会象玻璃钢那样在高温下熔化和燃烧，可以满足大吨位舰艇的技术要求。

国内，长期以来采用从前苏联引进的低磁钢917钢(45Mn17Al3)制造低磁船体。该钢合金含量低，机械加工性能和焊接工艺性能差，且在海水或海洋气氛环境中腐蚀严重。

本项目组开发的新型无磁高强度A10不锈钢，具有磁性低(相对磁导率小于1.005)、强度高(抗拉强度大于800MPa、屈服强度大于470MPa)、耐海水腐蚀性能优异等优点。该新钢种不仅可适用特种舰船的船体建造，还可推广作为一种功能材料，用于机电、IT、电子产品、低磁性材料模具等。本工作主要研究了A10不锈钢耐海水腐蚀性能，其磁性能和力学性能将另行讨论。

1　试验

试验用A10不锈钢(以下称A10钢)的化学成分(质量分数/%)为：C0.098，Si0.36，Mn12.8，Cr16.2，Ni2.6，Mo0.62，N0.24，Fe余。917钢化学成分(质量分数/%)为：C0.45，Si0.62，Mn17.3，Al2.8，Fe余。A10钢和917钢在1 050 ℃进行固溶处理。

根据不同试验的要求，将A10钢和917钢分别加工成不同尺寸的试样。试验前，用金相砂纸对所有试样表面进行逐级打磨,使其表面粗糙度为0.2μm，并用无水乙醇清洗除油、干燥。

盐雾试验按GB/T10125-1997《人造气氛中的腐蚀试验-盐雾试验》进行。试样为φ20mm×5mm的圆片，试验温度为(35±2) ℃，用质量分数5%、pH6.5～7.2的NaCl溶液对3个试样进行96h连续喷雾。

海水浸泡试验采用3个尺寸为25mm×35mm×3mm试样，试验温度为(35±2) ℃，试验介质为取自洋山东海的天然海水，试验周期60d，隔30d换水一次。

实际海域海水挂片试验按GB/T5776-2005在厦门海域常温试验条件下(全浸和潮差)进行。试样尺寸为10mm×100mm×200mm，全浸和潮差挂片试样各3个,挂片试验周期为287d。

应力腐蚀开裂(SCC)试验采用四点弯曲恒形变法，试样尺寸为5mm×9mm×110mm。试样通过支架加载，支架和紧固螺栓用GH132高温合金加工制成。预加应力为0.8倍的屈服强度(380MPa),试验温度为(35±2) ℃；试验介质为取自洋山东海的天然海水；试验周期为1 000h，隔500h换水一次。

海水浸泡和实际海域挂片试验结束后，观察试样表面形貌；分别用FA1004N电子天平和ALH-1.5电子称量浸泡和挂片试样腐蚀前后的质量，并根据式(1)计算试样的质量损失率。用LEICA-DMLM型光学显微镜观察SCC试样中间变形部位的显微组织。

(1)

式中：δ为质量损失率；m0为试验前试样的质量；m1为试验后试样的质量。

2　结果与讨论

2.1盐雾试验

由图1可见，经96h的盐雾试验后，917钢表面全面腐蚀，形成较厚的腐蚀膜；而A10钢表面光亮，无点蚀，仅在小于0.1%表面上出现少量微小锈点。可见，A10钢在NaCl溶液中的耐蚀性远优于917钢的。

2.2海水浸泡试验

试验结果表明，917钢在海水中浸泡不到1d就开始生锈。由图2可见，在海水中浸泡60d后，917钢表面全面腐蚀, 有红色的腐蚀膜及腐蚀坑；而A10钢浸泡60d后，表面依然光亮，没有锈蚀发生。经称量可知，A10钢的质量几乎不变，其质量损失率仅为0.04%，远小于917钢的(0.43%)。

2.3实际海域挂片试验

在厦门海域常温条件下，海水挂片试验287d后，A10钢和917钢表面形貌见图3。由图3可见，在全浸、潮差条件下，经挂片试验287d后，A10钢表面均光亮，无点腐蚀；在全浸条件下，A10钢固定孔周围发生微小缝隙腐蚀，其质量损失率为1.84%；而潮差条件下，A10钢质量几乎无损失。在全浸、潮差条件下，经挂片试验287d后，917钢整个

表面形成较厚的腐蚀膜，出现大而多的腐蚀坑，其在全浸和潮差条件下的质量损失率分别为3.31%和4.54%。挂片试验结果表明，A10钢在实际海域的耐海水腐蚀性能优于917钢的。

2.4SCC试验

由图4可见，经SCC试验后，A10钢表面光亮，无锈蚀、无SCC裂纹。由图5可见，变形最大的中间部位，其组织为奥氏体且晶界无析出物，没有SCC裂纹。由此可见，A10钢在海水中具有优良的抗SCC性能。

2.5分析与讨论

A10不锈钢的组织为单一奥氏体，即使经过SCC试验，在变形最大的中间部位的晶界处无析出或偏析，避免了由晶界偏析导致的各种腐蚀。A10钢中铬的质量分数大于13%，表面会形成一层具有耐腐性的钝化膜。另外，该钢中的钼是耐点蚀元素，钝化系数高，能扩大钝化范围[1]。镍是形成奥氏体和稳定奥氏体的最佳元素，对提高钢的耐蚀性、力学性能和热加工性均有积极的作用。氮能增加再钝化能力，强化铬、钼元素的耐蚀性，抑制铬、钼过钝化溶解，提高金属材料的耐点蚀和耐应力腐蚀的能力[1-3]。由于钝化元素铬、钼、镍、氮的协同作用，使A10钢表面形成了耐蚀性较好的钝化膜，所以A10钢的耐海水全面腐蚀、抗SCC性能都较好。

在厦门实际海域的挂片试验中，全浸条件下A10钢板固定孔周围发生微小缝隙腐蚀。这可能是由于钢板与螺栓垫片间有缝隙，在全浸条件下，缝隙内溶液相对静止，加上微生物覆盖等原因，使缝隙内溶液中氯离子含量增加、氧含量降低，溶液发生酸化，最终导致缝隙腐蚀。

3　结论

(1) 经盐雾试验(35 ℃、5%NaCl溶液)、东海海水浸泡试验以及厦门实际海域挂片试验，新型无磁高强度A10不锈钢表面光亮、无锈点、无点腐蚀、无全面腐蚀腐蚀发生；而在相同条件下，917钢锈蚀严重。A10不锈钢在海水中的耐海水全面腐蚀的性能远优于917钢的。

(2)A10不锈钢SCC试样在35 ℃的东海海水中浸泡1 000h后，试样表面光亮，无锈蚀、无SCC裂纹。变形最大的中间部位组织仍为奥氏体，且晶界无析出物。因此，A10钢在海水中具有优良的抗SCC性能。

[1]朱长春,陈志强,钟志兴. 耐海水无磁不锈钢的研究[J]. 2003,25(1):4-7.

[2]刘海定，王东哲，魏捍东，等. 高氮奥氏体不锈钢的研究进展[J]. 特殊钢，2009，30(4):45-48.

[3]崔大伟，曲选辉，李科. 高氮低镍奥氏体不锈钢的研究进展[J]. 材料导报，2005，19(12):64-67.

CorrosionResistanceofANewNon-magnetic&HighStrengthStainlessSteelA10inSeaWater

LIYu-wen1,HUANGChun-bo2,GAOYu-shun2,XUEChun2,LIUXin-qiao2

(1.No. 704ResearchInstituteofChinaShipbuildingIndustryCorporation,Shanghai200031,China;2.ShanghaiKeyLaboratoryofEngineeringMaterialsApplicationandEvaluation,ShanghaiResearchInstituteofMaterials,Shanghai200437,China)

Thecorrosionresistanceinseawaterofanewnon-magnetic&highstrengthstainlesssteelA10andcontrastivesteel917wasinvestigatedbymeansofsaltspraytest,soakingtest,couponcorrosiontestandstresscorrosioncrackingtestincombinationwithobservationofsurfacemorphologyandanalysisofmicrostructure.ResultsshowthatthegeneralcorrosionrateofstainlesssteelA10inseawaterwaslowsothatthesurfacesofspecimenswereglossywithoutrusts,pitsandcracks.Inthesameconditions,steel917corrodedseverely.Thus,thecorrosionresistanceofA10steelwasbetterthanthatof917steelinseawater.TheresistancetostresscorrosioncrackingofsteelA10wasgoodinseawateralso.

stainlesssteelA10;steel917;corrosionresistanceinseawater

10.11973/fsyfh-201606005

2015-10-22

上海市应用技术开发专项项目(06-001)

李玉稳(1982-)，工程师，硕士，从事船舶设备设计研究，02164718118，liyuwenli@126.com

TG172.5

A

1005-748X(2016)06-0458-03