316L和2205不锈钢腐蚀性能对比

王 斌，傅 海，孙彦青，郭江涛，魏 帆，朱 烨

（西安向阳航天材料股份有限公司，西安710025）

0 引 言

316L 奥氏体不锈钢和2205 双相不锈钢因其具有较好的耐腐蚀性能，目前在石油天然气行业使用较为广泛，但是两种材料由于成分和组织的不同，在相同腐蚀环境下的腐蚀行为还存在一定的差别。本研究针对两种不锈钢的腐蚀特点，对两种材料在相同工况下的腐蚀行为进行研究。

1 试验方案

1.1 工况条件及化学成分

对比腐蚀试验选用的工况条件见表1，两种不锈钢的化学成分见表2。

表1 对比腐蚀试验选用的工况条件

表2 两种不锈钢的化学成分

1.2 试验项目

（1）按照GB/T 17897―2016 《金属和合金的腐蚀不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》 B 法（6% FeCl3+0.05 mol/L HCl）进行对比试验，测试时间分别5 h、 14.5 h、 24 h。采用指针式刻度盘深度指示器或聚焦显微镜，用于测定麻点或裂口腐蚀的深度。

（2）按照JB/T 7901―2001 《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》 在除氧体系环境下进行对比试验 （具体条件见表1）。分别采用600#、800#、 1200#砂纸将试样逐级打磨消除机加工刀痕，此后清洗、 除油、 冷风吹干后测量尺寸并称重，然后将试样相互绝缘安装在特制的试验架上，放入高压釜内介质中，试验结束后将试样表面用蒸馏水（必要时可采用除膜液）去除腐蚀产物、 无水酒精除水烘干后，用BS124S 电子天平称重，并依据公式（1）计算其腐蚀速率。

式中：R——腐蚀速率，mm/a；

M——试验前的试样质量，g；

M1——试验后的试样质量，g；

S——试样总面积，cm2；

T——试验时间，h；

D——材料密度，kg/m3。

（3）按照GB/T 15970.7 《金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第7 部分：慢应变速率试验》 在除氧体系环境下进行慢应变速率试验（具体条件见表1）。

2 试验方法和结果

2.1 点蚀试验

采用2205 和316L 不锈钢，分别加工相应的试样，满足总表面积大于10 cm2，按照GB/T 17897―2016 《金属和合金的腐蚀不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》 B 法 （6% FeCl3+0.05 mol/L HCl）进行测试，测试时间分别为5 h、 14.5 h、24 h，温度和实际工况对应提高到60 ℃。试验结果见表3～表5，点蚀形貌如图1～图3 所示。

表3 316L 和2205 不锈钢浸泡5 h 的点蚀试验结果

表4 316L 和2205 不锈钢浸泡14.5 h 的点蚀试验结果

表5 316L 和2205 不锈钢浸泡24 h 的点蚀试验结果

图1 316L 和2205 不锈钢浸泡5 h 后的点蚀形貌

图2 316L 和2205 不锈钢浸泡14.5 h 后的点蚀形貌

图3 316L 和2205 不锈钢浸泡24 h 后的点蚀形貌

用平均腐蚀速率来表示不同浸泡时间的点蚀程度，如图4 所示，在5～24 h 内，随着时间的延长，其点蚀程度先增加，而后下降，就点蚀程度而言，316L 的耐点蚀性能比2205 不锈钢差，其点蚀平均速率大约是2205 不锈钢的5 倍，而在24 h 后则达到6 倍左右，这表明316L 不锈钢的平均腐蚀速率虽然在后续有所下降，但下降的程度不及2205 不锈钢，这主要是2205 不锈钢中添加了抗点蚀元素Mo 及N。

图4 两种不锈钢的点蚀速率与时间的关系

2.2 浸泡均匀试验

采用与点蚀试验同尺寸的试样，按照JB/T 7901—2001 《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》 标准在除氧体系环境下进行浸泡均匀试验 （具体条件见表1），试验结果见表6。316L 和2205 不锈钢浸泡168 h 后的宏观形貌如图5 所示，微观形貌如图6 所示。从表6 和图5 可以看出，2205 和316L 均出现了点蚀，虽然点蚀相对较少，316L 的点蚀程度稍微重于2205 不锈钢。

表6 316L 和2205 不锈钢浸泡168 h 时的试验结果

2.3 应力腐蚀试验

图5 316L 和2205 不锈钢浸泡168 h 后的宏观形貌

对两种不锈钢进行相应的切割和机加工，制成115 mm×15 mm×3 mm 试样，按照GB/T 15970.7 《金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验第7部分：慢应变速率试验》 在除氧体系环境下进行慢应变速率试验 （具体条件见表1），空气中的慢拉伸速率为3.5×10-4mm/s，溶液中的慢拉伸速率为1×10-4mm/s。试验步骤为：先通N2除氧1.5 h，同时升温到60 ℃，添加H2S 气体0.01 MPa，通入CO2气体1.0 MPa，稳定后再通入N2实现总压20 MPa，试验结果见表7，应力－应变曲线如图7 所示。试验结果显示，316L 和2205 不锈钢在此环境下的应力腐蚀敏感性很低，或者时间累积效果尚未得到充分的体现。从表7可以看出，空气环境下的伸长率不及溶液环境中的伸长率，主要原因是应变速率不同造成的，但对抗拉强度的影响很小。

表7 316L 和2205 不锈钢应力腐蚀试验结果

图6 2205 和316L 在浸泡168 h 后的微观形貌

图7 316L 和2205 不锈钢应力腐蚀试验应力－应变曲线

3 结 论

（1）5～24 h 点蚀试验中，316L 的平均腐蚀速率约为2205 不锈钢的5 倍，在24 h 后达到6 倍，两者的点蚀速率呈加速态势，316L 不锈钢的加速大于2205 不锈钢。

（2）168 h 的均匀腐蚀测试试验表明，2205不锈钢的耐腐蚀性能优于316L 不锈钢，且两类不锈钢均出现了轻微的点蚀现象，316L 相对严重一些。

（3）在服役环境下的应力腐蚀试验表明，这两种不锈钢具有很优秀的耐应力腐蚀开裂性能，但是因腐蚀评价采用的快速评价方法—慢应变速率试验，所以环境元素被弱化了。

（4）综合试验结果表明，316L 和2205 不锈钢在所选环境中均存在点蚀风险，因此从风险控制角度出发，2205 不锈钢具有较316L 不锈钢优秀的耐点蚀性能，因而在3 个试验中均呈现出优于316L 的腐蚀性能。尽管在快速应力腐蚀评价中，两者均呈现出非常优异的耐应力腐蚀性能，但是如果时间再度增加，一旦点蚀形成，则应力腐蚀的敏感性会增加。