国产新工艺离心铸管与Inconel 600进口轧制管耐腐蚀性能对比研究

夏 浩， 戴玉明， 钟海彬， 李勤峰

(江苏双勤民生冶化设备制造有限公司，江苏 泰州 214536)

引 言

Inconel 600是早期发展的镍-铬-铁基固溶强化合金，具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能，优良的冷、热加工和焊接工艺性能，对于还原、氧化、氮化介质、干燥氯气和氯化氢气体都具有耐腐蚀性，同时，在零下、室温及高温时都具有很好的机械性能和良好的抗蠕变断裂强度。因其优良的耐腐蚀性能，Inconel 600进口轧制管用途广泛，包括应用于侵蚀气氛中的热电偶套管，氯乙烯单体生产，有机或无机氯化物和氟化物的生产，腐蚀性碱金属的生产和使用，特别是使用硫化物的环境中[1-3]等等。

近年来，随着有色金属资源价格的不断上涨，在Inconel 600进口轧制管合金元素的基础上，对其合金成分和生产工艺进行了进一步改进，开发出了低碳和高碳型两种国产新工艺离心铸管，其价格可较Inconel 600进口轧制管降低30%，同时在一定环境下能保持或超过Inconel 600进口轧制管的耐腐蚀性能。

1 实验过程

1.1 材 料

实验所用国产新工艺离心铸管由江苏双勤民生冶化设备制造有限公司生产和提供。在管材上切割出直径10 mm圆柱试样，边长24 mm方块试样，边长10 mm方块试样备用。

1.2 浸泡实验

采用全浸实验，用金相砂纸逐级打磨并抛光试样表面以去除氧化物。实验溶液中：H+，Fe3+，Cl-浓度分别为0.1 ，0.2 ，1 mol/L，具体实验方法依照ASTM G31，NACE TM0169-2012标准执行。浸泡实验共进行3次，分别通过肉眼观察腐蚀情况并进一步通过腐蚀失重定量判断。3次实验样品种类和实验条件如表1所示。

表1 浸泡实验方案

1.3 极化曲线测试

动电位极化曲线可以方便地得出腐蚀电流密度、塔菲尔斜率、击破电位等一些参量，进而研究电极反应的反应速率大小及钝性材料的性能等[4]。本文中动电位极化曲线测量采用标准三电极体系，取封装好的10 mm方块试样作为工作电极，金属铂电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，实验在室温下进行。测试仪器为EG&G，M273A型恒电位仪，扫描速率5 mV/s，扫描电位范围为-500～100 mV。

1.4 金相制备与观察

在浸泡实验开始后的1，2，3，4 min分别取出一组对比试样，使用去离子水冲洗及超声清洗去除浸泡溶液及腐蚀产物，烘干后，使用Olympus GX51型金相显微镜对试样的腐蚀形貌进行金相观察并拍摄形貌图片。

2 结果与分析

2.1 失重分析

三次浸泡实验后各样品腐蚀失重量及腐蚀失重比如表2所示，对表2中腐蚀失重量比较可知，随着试样尺寸和表面积的增加，腐蚀失重量增加，随着测试温度及时间的延长，腐蚀失重量增加[5-6]。测试得出的腐蚀失重比如图1所示，可以看出，在相同样品形状、浸泡温度、浸泡时间的条件下，国产新工艺离心铸管的腐蚀失重比均低于Inconel 600进口轧制管，较进口轧制管分别降低了16.1%，19.4%，16.2%，表现出更优越的耐腐蚀能力。

2.2 极化曲线分析

极化曲线测试结果如图2所示，通过极化曲线测试，可以得到关于材料腐蚀过程的更多信息。由图2极化曲线进行拟合计算，两种材料阴极反应极化曲线过程类似且自腐蚀电位相差不大，其中，国产新工艺离心铸管自腐蚀电位为-358.87 mV，略高于Inconel 600进口轧制管腐蚀电位-377.66 mV。

表2 浸泡实验各样品的腐蚀失重比

图1 浸泡实验各样品腐蚀失重比

进入阳极反应区间后，两种材料均经历腐蚀电流迅速增大的过程，之后又急速减小，钝化膜形成，阻碍后续腐蚀进一步发展。图中可以看出，国产新工艺离心铸管的钝化膜成膜电位更低，成膜用时更短，且钝化膜未形核时电流最大值远远小于Inconel 600进口轧制管。同时，钝化膜形成后，两种材料在电位增加的过程中，维钝电流密度均有逐渐增加的现象，但国产新工艺离心铸管的维钝电流密度始终低于Inconel 600进口轧制管，在电位为-0.1VAg/AgCl时，国产新工艺离心铸管维钝电流密度为5.55×10-6A/cm2，而Inconel 600进口轧制管维钝电流密度为7.01×10-6A/cm2。电流密度的大小可以体现腐蚀反应速率的大小，由此证明，在本文所测体系中，国产新工艺离心铸管耐腐蚀能力优于Inconel 600进口轧制管。

对极化曲线测试前后的样品进行称重，并计算腐蚀速率，国产新工艺离心铸管和进口轧制管腐蚀速率分别为0.006179 μm/a和0.007804 μm/a，进一步证实了前述结论。

图2 国产新工艺离心铸管和进口轧制管极化曲线

2.3 腐蚀形貌观察

使用Olympus GX51型金相显微镜对腐蚀实验样品的腐蚀形貌进行观察，其中，国产新工艺离心铸管不同时间腐蚀形貌如图3所示，进口轧制管不同时间腐蚀形貌如图4所示。

图3 国产新工艺离心铸管腐蚀形貌(×200)

图4 进口轧制管腐蚀形貌(×200)

从图3，4中可以看出，两种材料的腐蚀均主要集中在晶界位置。国产新工艺离心铸管的腐蚀最开始主要出现在多个晶粒交叉位置，沿晶界断断续续出现，到后来范围逐渐扩大，几乎遍布所有晶界，形成连续的腐蚀网络，时间的影响主要表现在腐蚀范围加大上，腐蚀更偏向于均匀发生；而Inconel 600

进口轧制管的腐蚀区域相对更加集中，随着时间的延长，晶界逐渐加深加宽，晶粒间渐渐失去支撑，时间的影响主要体现在腐蚀深度的增加上，腐蚀更偏向于局部发生。

3 结束语

本文对国产新工艺离心铸管和Inconel 600进口轧制管耐腐蚀性能进行了对比研究，通过浸泡腐蚀实验，极化曲线测试和腐蚀形貌观察分析，得出以下结论：

(1) 在相同样品形状、浸泡温度、浸泡时间的条件下，国产〗新工艺离心铸管的腐蚀失重比均低于Inconel 600进口轧制管，表现出更优越的耐腐蚀能力。

(2) 极化曲线研究表明，国产新工艺离心铸管的维钝电流密度始终低于Inconel 600进口轧制管，在电位为-0.1VAg/AgCl时，国产新工艺离心铸管维钝电流密度为5.55×10-6A/cm2，而Inconel 600进口轧制管维钝电流密度为7.01×10-6A/cm2。

(3) 随着腐蚀时间的延长，国产新工艺离心铸管主要表现为腐蚀范围加大，腐蚀更偏向于均匀发生，Inconel 600进口轧制管主要表现为腐蚀深度加深，腐蚀更偏向于局部发生。