Ni、Si和Al對09MnNb鋼在海水中耐蝕性的影響

劉雯，黃桂橋

（青島鋼研納克檢測防護技術(shù)有限公司 鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，青島 266071）

引言

耐海水腐蝕鋼是隨著海洋開發(fā)的需要而開發(fā)的一類低合金鋼。耐海水腐蝕鋼的研發(fā)高潮在上世紀60～70年代[1]，但對耐海水腐蝕鋼的研發(fā)一直沒有停止[2-10]。進入21世紀以來，耐海水腐蝕鋼的研發(fā)及其腐蝕行為研究仍受到研究者的重視[7-14]。上世紀60年代美國鋼鐵公司開發(fā)了在飛濺區(qū)耐蝕性優(yōu)秀的耐海水腐蝕鋼Mariner，屬Ni-Cu-P系[1]，之后，日、法和中等國家都研制成功了一系列的耐海水腐蝕鋼，這些鋼幾乎都是含Cr低合金鋼，包括Cr-Al、Cr-Cu、Cr-Mo-Al、Cr-Cu-Mo等系列[1-9]。長期暴露試驗表明，與碳鋼的耐蝕性相比，含Cr低合金鋼（包括耐海水腐蝕鋼）在海水全浸區(qū)短期暴露的耐蝕性好，但長期暴露的耐蝕性變差，即發(fā)生“耐蝕性逆轉(zhuǎn)”[15-18]；在潮汐區(qū)其耐蝕性比碳鋼差[18,19]；在飛濺區(qū)其耐蝕性有提高，但提高不大[18,20]。因此，為滿足海洋開發(fā)的需要，有待研發(fā)新合金系、耐蝕性更好的高耐海水腐蝕鋼。

09MnNb（0.9Mn～0.05Nb）是我國上世紀70年代開發(fā)的船板鋼，因其有較好的耐海水腐蝕性[21,22]，在耐海水腐蝕鋼研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域是知名牌號。在我國3個海域的腐蝕試驗結(jié)果[23]表明，09MnNb在飛濺區(qū)、潮汐區(qū)和全浸區(qū)的耐蝕性都還不夠高，不是高耐海水腐蝕鋼。在09MnNb的基礎(chǔ)上添加耐蝕合金元素（除Cr以外），研究添加元素的影響，以便大幅度提高09MnNb在海水中的耐蝕性，對探索、研發(fā)高耐海水腐蝕鋼有重要價值和意義。

本文報告了在09MnNb基礎(chǔ)上添加Ni、Si和Al 的鋼在海水飛濺區(qū)、潮汐區(qū)和全浸區(qū)暴露1年的腐蝕結(jié)果，討論了添加Ni、Si和Al對09MnNb鋼在飛濺區(qū)、潮汐區(qū)和全浸區(qū)耐蝕性的影響。

表1 鋼的化學成分 wt %

1 試驗

試驗材料為9種鋼，其中8種試驗鋼，編號1～8。試驗鋼的設(shè)計成分是在0.9Mn～0.05Nb基礎(chǔ)上復(fù)合添加2.3 %或0.8 %Ni、0.8 %Si和0.7 %Al。09 MnNb是對比鋼。鋼的化學成分見表1，試樣尺寸100 mm×60 mm×（4～6）mm，表面磨光，粗糙度Ra為1.6 μm。

試樣投放在鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所海水腐蝕試驗場。試驗場位于青島小麥島，即北緯36 °03 ′，東經(jīng)120 °25 ′。此處潮汐為正規(guī)半日潮，平均潮差2.7 m。試驗場海水環(huán)境因素平均值：溫度13.7 ℃，鹽度31.5，pH 8.2，溶解氧濃度8.4 ml·L-1，流速0.05 m·s-1。試驗場平均氣溫12.3 ℃。

試驗前，用丙酮去除試樣的油污，稱重，量尺寸。飛濺區(qū)試樣用塑料套固定在建于海邊礁石的試驗架上。試樣暴露在平均高潮位以上0.5～1.2 m之間。全浸區(qū)和潮汐區(qū)試樣用塑料隔套固定在試驗架上。全浸區(qū)試樣處于平均低潮位以下0.2～1.2 m。潮汐區(qū)試樣處于平均潮位線 ±0.2 m之間。試驗時間1年。試驗結(jié)束后，取下試樣，清洗腐蝕產(chǎn)物，稱重，計算腐蝕速率。試驗方法符合GB 5776-2005。

表2 鋼在各海水腐蝕區(qū)暴露1 a的腐蝕結(jié)果

2 結(jié)果和討論

9種鋼在海水中暴露1a（1年），整個表面均被腐蝕產(chǎn)物覆蓋，腐蝕類型為不均勻全面腐蝕。表2是試驗的9種鋼在3種海水條件下暴露1a的腐蝕速率和相對于09MnNb的耐蝕率。鋼的相對于09MnNb的耐蝕率=（09MnNb的腐蝕速率/該鋼的腐蝕速率）·100 %。

2.1 飛濺區(qū)

8種試驗鋼在海水飛濺區(qū)暴露1a的腐蝕速率在0.201～ 0.325 mm/a之間，相對于09 MnNb的耐蝕率為99～ 160 %。鋼的耐蝕性顯示了較大的差別。含2.3 %Ni的1～4號鋼相對于09 MnNb的耐蝕率為138～160 %。耐蝕性比09 MnNb有大幅度（38 %以上）提高。這表明0.9Mn-2.3Ni-0.05Nb鋼在飛濺區(qū)有優(yōu)良的耐蝕性。5號、6號和8號鋼的耐蝕性與09MnNb接近，7號鋼的耐蝕性好于09MnNb。對試驗鋼的腐蝕結(jié)果分析得出，在0.9Mn～0.05Nb鋼中，添加2.3 %Ni能顯著提高鋼在海水飛濺區(qū)的耐蝕性；在添加2.3 %Ni后，復(fù)合添加Si或/和Al對在飛濺區(qū)的耐蝕性的影響效果不明確；在添加0.8 %Ni后，復(fù)合添加Si使鋼的耐蝕性有較小提高，復(fù)合添加Al降低鋼在飛濺區(qū)的耐蝕性。

2.2 潮汐區(qū)

8種試驗鋼在海水潮汐區(qū)暴露1a，腐蝕速率在0.238～0.318 mm/a之間，相對于09MnNb的耐蝕率在86～106 %之間。可以看出，試驗鋼在海水潮汐區(qū)的耐蝕性與09MnNb差別不大。2號、5號、6號鋼的耐蝕性比09MnNb略差，其他鋼的耐蝕性與09MnNb基本相同。

由腐蝕結(jié)果得出，添加Ni或Si對09MnNb鋼在潮汐區(qū)的耐蝕性影響很?。惶砑覣l使09MnNb鋼在海水潮汐區(qū)的耐蝕性略有降低，即添加Al對09MnNb鋼在海水潮汐區(qū)的耐蝕性有害。

2.3 全浸區(qū)

試驗鋼在海水全浸區(qū)暴露1a的腐蝕速率在0.099～1.77 mm/a。試驗鋼的耐蝕性有較大差別。4號、8號的耐蝕性與09MnNb接近，其他鋼的耐蝕性好于09MnNb。其中1號和5號的耐蝕性最好，兩者相對于09MnNb的耐蝕率分別為172 %和167 %。這表明0.9Mn-0.8Si-0.7Al-0.05Nb鋼在海水全浸區(qū)有優(yōu)良的耐蝕性。

由試驗鋼的腐蝕結(jié)果看出，在09MnNb鋼中，添加Ni、Si或Al都能提高鋼在全浸區(qū)的耐蝕性，Si、Al對耐蝕性的影響效果大于Ni。在含0.7 %Al的鋼中增加Si，或在含0.8 %Si的鋼中增加Al，能顯著提高鋼在海水中的耐蝕性，即同時增加Si和Al對提高鋼的耐蝕性有更好的效果，使耐蝕性顯著提高。

3 結(jié)論

試驗鋼在現(xiàn)場海水中暴露1年的腐蝕結(jié)果表明：

添加2.3 %Ni能顯著提高09MnNb鋼在海水飛濺區(qū)的耐蝕性。

添加Ni或Si對09MnNb鋼在潮汐區(qū)的耐蝕性影響很小；添加Al對09MnNb鋼在海水潮汐區(qū)的耐蝕性有害。

添加Ni、Si或Al能提高09MnNb鋼在全浸區(qū)的耐蝕性；同時添加Si和Al能顯著提高在海水全浸區(qū)的耐蝕性。