Ni、Si和Al对09MnNb钢在海水中耐蚀性的影响

刘雯，黄桂桥

（青岛钢研纳克检测防护技术有限公司 钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所，青岛 266071）

引言

耐海水腐蚀钢是随着海洋开发的需要而开发的一类低合金钢。耐海水腐蚀钢的研发高潮在上世纪60～70年代[1]，但对耐海水腐蚀钢的研发一直没有停止[2-10]。进入21世纪以来，耐海水腐蚀钢的研发及其腐蚀行为研究仍受到研究者的重视[7-14]。上世纪60年代美国钢铁公司开发了在飞溅区耐蚀性优秀的耐海水腐蚀钢Mariner，属Ni-Cu-P系[1]，之后，日、法和中等国家都研制成功了一系列的耐海水腐蚀钢，这些钢几乎都是含Cr低合金钢，包括Cr-Al、Cr-Cu、Cr-Mo-Al、Cr-Cu-Mo等系列[1-9]。长期暴露试验表明，与碳钢的耐蚀性相比，含Cr低合金钢（包括耐海水腐蚀钢）在海水全浸区短期暴露的耐蚀性好，但长期暴露的耐蚀性变差，即发生“耐蚀性逆转”[15-18]；在潮汐区其耐蚀性比碳钢差[18,19]；在飞溅区其耐蚀性有提高，但提高不大[18,20]。因此，为满足海洋开发的需要，有待研发新合金系、耐蚀性更好的高耐海水腐蚀钢。

09MnNb（0.9Mn～0.05Nb）是我国上世纪70年代开发的船板钢，因其有较好的耐海水腐蚀性[21,22]，在耐海水腐蚀钢研发和应用领域是知名牌号。在我国3个海域的腐蚀试验结果[23]表明，09MnNb在飞溅区、潮汐区和全浸区的耐蚀性都还不够高，不是高耐海水腐蚀钢。在09MnNb的基础上添加耐蚀合金元素（除Cr以外），研究添加元素的影响，以便大幅度提高09MnNb在海水中的耐蚀性，对探索、研发高耐海水腐蚀钢有重要价值和意义。

本文报告了在09MnNb基础上添加Ni、Si和Al 的钢在海水飞溅区、潮汐区和全浸区暴露1年的腐蚀结果，讨论了添加Ni、Si和Al对09MnNb钢在飞溅区、潮汐区和全浸区耐蚀性的影响。

表1 钢的化学成分 wt %

1 试验

试验材料为9种钢，其中8种试验钢，编号1～8。试验钢的设计成分是在0.9Mn～0.05Nb基础上复合添加2.3 %或0.8 %Ni、0.8 %Si和0.7 %Al。09 MnNb是对比钢。钢的化学成分见表1，试样尺寸100 mm×60 mm×（4～6）mm，表面磨光，粗糙度Ra为1.6 μm。

试样投放在钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所海水腐蚀试验场。试验场位于青岛小麦岛，即北纬36 °03 ′，东经120 °25 ′。此处潮汐为正规半日潮，平均潮差2.7 m。试验场海水环境因素平均值：温度13.7 ℃，盐度31.5，pH 8.2，溶解氧浓度8.4 ml·L-1，流速0.05 m·s-1。试验场平均气温12.3 ℃。

试验前，用丙酮去除试样的油污，称重，量尺寸。飞溅区试样用塑料套固定在建于海边礁石的试验架上。试样暴露在平均高潮位以上0.5～1.2 m之间。全浸区和潮汐区试样用塑料隔套固定在试验架上。全浸区试样处于平均低潮位以下0.2～1.2 m。潮汐区试样处于平均潮位线 ±0.2 m之间。试验时间1年。试验结束后，取下试样，清洗腐蚀产物，称重，计算腐蚀速率。试验方法符合GB 5776-2005。

表2 钢在各海水腐蚀区暴露1 a的腐蚀结果

2 结果和讨论

9种钢在海水中暴露1a（1年），整个表面均被腐蚀产物覆盖，腐蚀类型为不均匀全面腐蚀。表2是试验的9种钢在3种海水条件下暴露1a的腐蚀速率和相对于09MnNb的耐蚀率。钢的相对于09MnNb的耐蚀率=（09MnNb的腐蚀速率/该钢的腐蚀速率）·100 %。

2.1 飞溅区

8种试验钢在海水飞溅区暴露1a的腐蚀速率在0.201～ 0.325 mm/a之间，相对于09 MnNb的耐蚀率为99～ 160 %。钢的耐蚀性显示了较大的差别。含2.3 %Ni的1～4号钢相对于09 MnNb的耐蚀率为138～160 %。耐蚀性比09 MnNb有大幅度（38 %以上）提高。这表明0.9Mn-2.3Ni-0.05Nb钢在飞溅区有优良的耐蚀性。5号、6号和8号钢的耐蚀性与09MnNb接近，7号钢的耐蚀性好于09MnNb。对试验钢的腐蚀结果分析得出，在0.9Mn～0.05Nb钢中，添加2.3 %Ni能显著提高钢在海水飞溅区的耐蚀性；在添加2.3 %Ni后，复合添加Si或/和Al对在飞溅区的耐蚀性的影响效果不明确；在添加0.8 %Ni后，复合添加Si使钢的耐蚀性有较小提高，复合添加Al降低钢在飞溅区的耐蚀性。

2.2 潮汐区

8种试验钢在海水潮汐区暴露1a，腐蚀速率在0.238～0.318 mm/a之间，相对于09MnNb的耐蚀率在86～106 %之间。可以看出，试验钢在海水潮汐区的耐蚀性与09MnNb差别不大。2号、5号、6号钢的耐蚀性比09MnNb略差，其他钢的耐蚀性与09MnNb基本相同。

由腐蚀结果得出，添加Ni或Si对09MnNb钢在潮汐区的耐蚀性影响很小；添加Al使09MnNb钢在海水潮汐区的耐蚀性略有降低，即添加Al对09MnNb钢在海水潮汐区的耐蚀性有害。

2.3 全浸区

试验钢在海水全浸区暴露1a的腐蚀速率在0.099～1.77 mm/a。试验钢的耐蚀性有较大差别。4号、8号的耐蚀性与09MnNb接近，其他钢的耐蚀性好于09MnNb。其中1号和5号的耐蚀性最好，两者相对于09MnNb的耐蚀率分别为172 %和167 %。这表明0.9Mn-0.8Si-0.7Al-0.05Nb钢在海水全浸区有优良的耐蚀性。

由试验钢的腐蚀结果看出，在09MnNb钢中，添加Ni、Si或Al都能提高钢在全浸区的耐蚀性，Si、Al对耐蚀性的影响效果大于Ni。在含0.7 %Al的钢中增加Si，或在含0.8 %Si的钢中增加Al，能显著提高钢在海水中的耐蚀性，即同时增加Si和Al对提高钢的耐蚀性有更好的效果，使耐蚀性显著提高。

3 结论

试验钢在现场海水中暴露1年的腐蚀结果表明：

添加2.3 %Ni能显著提高09MnNb钢在海水飞溅区的耐蚀性。

添加Ni或Si对09MnNb钢在潮汐区的耐蚀性影响很小；添加Al对09MnNb钢在海水潮汐区的耐蚀性有害。

添加Ni、Si或Al能提高09MnNb钢在全浸区的耐蚀性；同时添加Si和Al能显著提高在海水全浸区的耐蚀性。