热交换器用双相不锈钢腐蚀行为研究
摘 要摘 要 热交换器是人们日常生活和工业生产中常用的一种设备，它经常在高温、高压、含有各种腐蚀介质的环境中使用。因此热交换器的腐蚀十分严重,相较于普通的单相不锈钢而言，用双相不锈钢来制造的热交换器的耐腐蚀性能会好很多。 本文通过对2205双相钢进行热处理（分别固溶1000℃、1050℃、1100℃。1150℃、1200℃）。再对它用电化学工作站进行测试，实验的环境分别是：温度：常温、35℃、50℃、75℃；介质：3.5%NaCl、3.5%NaCl+0.005MNa2S、3.5%NaCl+0.05MNa2S。通过它测试们在不同条件下的极化曲线和交流阻抗谱来进行实验分析，然后再对不同温度的试样之间进行电化学噪声的测试。结果表明：随温度的升高，试样的耐腐蚀性能降低，随硫离子的浓度升高，试样的耐腐蚀性能逐渐变差。由电化学噪声可知：不同温度的同种试样间存在电偶腐蚀，且温差越大腐蚀越严重。关键词：2205双相钢；固溶处理；硫离子；极化曲线；电化学阻抗谱目 录
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.1.1 双相钢的介绍 1
1.1.2 双相钢的发展 1
1.1.3 双相钢的分类 2
1.1.4 双相钢的性能 2
1.2 双相钢在热交换器中的应用 4
1.2.1 热交换器 4
1.2.2 不锈钢热交换器 4
1.2.3 热交换器的腐蚀 4
1.2.4 不锈钢的腐蚀 4
1.2.5 腐蚀的危害 7
1.3 2205双相钢性能介绍 8
1.3.1 2205双相钢的化学成份 8
1.3.2 2205双相钢的物理和机械性能 8
1.3.4 2205双相钢的耐腐蚀性能 8
1.3.5 双相钢与单相不锈钢性能比较 9
1.4 研究的目的及意义、研究内容 10
1.4.1 研究的目的及意义 10
1.4.2 研究内容 10
第二章 实验内容 12
2.1 实验材料与仪器 12
2.2 实验原理 12
2.2.1 极化曲线 12
2
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腐蚀性能 8
1.3.5 双相钢与单相不锈钢性能比较 9
1.4 研究的目的及意义、研究内容 10
1.4.1 研究的目的及意义 10
1.4.2 研究内容 10
第二章 实验内容 12
2.1 实验材料与仪器 12
2.2 实验原理 12
2.2.1 极化曲线 12
2.2.2 交流阻抗 13
2.3 实验步骤 14
2.3.1 热处理 14
2.3.2 试样的预处理 14
2.3.3 电化学实验 14
第三章 结果与讨论 15
3.1 极化曲线图（动电位极化扫描结果） 15
3.1.1 极化曲线及拟合结果 15
3.1.2 极化曲线结果分析 29
3.2 交流阻抗谱 30
3.2.1 交流阻抗数据及拟合 30
3.2.2 交流阻抗的结论分析 42
3.3 电化学噪声的结论与分析 43
结 论 45
致 谢 46
参考文献 47
第一章 绪 论
1.1 引言
1.1.1 双相钢的介绍
双相钢是一种在它的固溶组织里同时有铁素体与奥氏体相，它的两种相的成分是相差不多的，就算是比例较少的一相也至少有30%。
双相钢兼具铁素体和奥氏体不锈钢的特点，通过调整双相钢中的化学组成、比例和热处理方法，能融合奥氏体和铁素体之间的优点。这种性能使双相钢比单一的不锈钢种更能符合人们的使用要求。因此，双相钢迅速发展，在二十世纪八十年代就被人们作为了和马氏体、奥氏体和铁素体型不锈钢同一级别的材料[1]。
1.1.2 双相钢的发展
双相不锈钢的研究和开发源自上世纪30年代，国际上最初的专利是由法国在1935年代所获得，到今天为止已经经过了三代的开发和完善[2]。第一阶段，双相钢用SAF2304作为典型代表，没有钼的低合金型的双相钢其主要成分是：23% Cr，4%Ni，0.1%N，此类钢种有一定的抗蚀能力，而它的PRE（耐点蚀当量）相对很低，并不可以在腐蚀情况如此严重的条件下使用;第二阶段，双相钢用SAF2205作为代表，主要是：22%Cr，5%Ni，0.17%N，PRE值较高，抗腐蚀能力比第一阶段高得多，基本能满足平时使用，因此，大多数情况下是最具有经济效益的双相钢；第三阶段，是在二十世纪八十年代研发出来的超级双相钢，它用SAF2507、Zeron100作为典型代表的一个成熟的钢类，其主要成分是：25% Cr，6~7% Ni，3~4% Mo，0.2~0.3% N，此类钢种的PRE值可以达到40，有很高的抗点蚀和抗氯化物的应力腐蚀的能力，大部分用在含有H2S或者Cl等特别苛刻的腐蚀环境里[3]。
我国主要研究含氮钢，并有了一定的成效。到现在为止已经有了5个钢类的系列牌号，可是唯有低铬的钢类加入了国标，大部分都是按企标生产。现在我们的双相钢的研究进度仅仅相当于其他国家的第二阶段的的技术高度，其中的氮的成分在0．2％以下。
1.1.3 双相钢的分类
从合金含量分：低合金、中合金、高合金及超级双相钢型
从元素量分：一类是Cr一Ni系双相不锈钢,另一类是Cr—Ni—Mn双相不锈钢
Cr一Ni系：含少量碳，较高的铬和较低的镍
Cr—Ni—Mn系：含较低的镍和较高的氮[4]
表11 常见的双相钢和奥氏体不锈钢的主要组成
Table 11 the main components of duplex steel and austenitic stainless steel
国际钢
种牌号
Avesta Sheffield
钢种牌号
典型化学成份
PRE值
金相组织
EN
ASTM
188
17112L
SKR4
SNR4
904L
碳
氮
铬
镍
钼
其他
18.3
24.6
29.3
32.6
35.8
奥氏体
1.4301
1.4404
1.4429
1.4434
1.4529
304
316L
316LN
S31753
N08904
0.04
0.02
0.02
0.02
0.01
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.1.1 双相钢的介绍 1
1.1.2 双相钢的发展 1
1.1.3 双相钢的分类 2
1.1.4 双相钢的性能 2
1.2 双相钢在热交换器中的应用 4
1.2.1 热交换器 4
1.2.2 不锈钢热交换器 4
1.2.3 热交换器的腐蚀 4
1.2.4 不锈钢的腐蚀 4
1.2.5 腐蚀的危害 7
1.3 2205双相钢性能介绍 8
1.3.1 2205双相钢的化学成份 8
1.3.2 2205双相钢的物理和机械性能 8
1.3.4 2205双相钢的耐腐蚀性能 8
1.3.5 双相钢与单相不锈钢性能比较 9
1.4 研究的目的及意义、研究内容 10
1.4.1 研究的目的及意义 10
1.4.2 研究内容 10
第二章 实验内容 12
2.1 实验材料与仪器 12
2.2 实验原理 12
2.2.1 极化曲线 12
2
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腐蚀性能 8
1.3.5 双相钢与单相不锈钢性能比较 9
1.4 研究的目的及意义、研究内容 10
1.4.1 研究的目的及意义 10
1.4.2 研究内容 10
第二章 实验内容 12
2.1 实验材料与仪器 12
2.2 实验原理 12
2.2.1 极化曲线 12
2.2.2 交流阻抗 13
2.3 实验步骤 14
2.3.1 热处理 14
2.3.2 试样的预处理 14
2.3.3 电化学实验 14
第三章 结果与讨论 15
3.1 极化曲线图（动电位极化扫描结果） 15
3.1.1 极化曲线及拟合结果 15
3.1.2 极化曲线结果分析 29
3.2 交流阻抗谱 30
3.2.1 交流阻抗数据及拟合 30
3.2.2 交流阻抗的结论分析 42
3.3 电化学噪声的结论与分析 43
结 论 45
致 谢 46
参考文献 47
第一章 绪 论
1.1 引言
1.1.1 双相钢的介绍
双相钢是一种在它的固溶组织里同时有铁素体与奥氏体相，它的两种相的成分是相差不多的，就算是比例较少的一相也至少有30%。
双相钢兼具铁素体和奥氏体不锈钢的特点，通过调整双相钢中的化学组成、比例和热处理方法，能融合奥氏体和铁素体之间的优点。这种性能使双相钢比单一的不锈钢种更能符合人们的使用要求。因此，双相钢迅速发展，在二十世纪八十年代就被人们作为了和马氏体、奥氏体和铁素体型不锈钢同一级别的材料[1]。
1.1.2 双相钢的发展
双相不锈钢的研究和开发源自上世纪30年代，国际上最初的专利是由法国在1935年代所获得，到今天为止已经经过了三代的开发和完善[2]。第一阶段，双相钢用SAF2304作为典型代表，没有钼的低合金型的双相钢其主要成分是：23% Cr，4%Ni，0.1%N，此类钢种有一定的抗蚀能力，而它的PRE（耐点蚀当量）相对很低，并不可以在腐蚀情况如此严重的条件下使用;第二阶段，双相钢用SAF2205作为代表，主要是：22%Cr，5%Ni，0.17%N，PRE值较高，抗腐蚀能力比第一阶段高得多，基本能满足平时使用，因此，大多数情况下是最具有经济效益的双相钢；第三阶段，是在二十世纪八十年代研发出来的超级双相钢，它用SAF2507、Zeron100作为典型代表的一个成熟的钢类，其主要成分是：25% Cr，6~7% Ni，3~4% Mo，0.2~0.3% N，此类钢种的PRE值可以达到40，有很高的抗点蚀和抗氯化物的应力腐蚀的能力，大部分用在含有H2S或者Cl等特别苛刻的腐蚀环境里[3]。
我国主要研究含氮钢，并有了一定的成效。到现在为止已经有了5个钢类的系列牌号，可是唯有低铬的钢类加入了国标，大部分都是按企标生产。现在我们的双相钢的研究进度仅仅相当于其他国家的第二阶段的的技术高度，其中的氮的成分在0．2％以下。
1.1.3 双相钢的分类
从合金含量分：低合金、中合金、高合金及超级双相钢型
从元素量分：一类是Cr一Ni系双相不锈钢,另一类是Cr—Ni—Mn双相不锈钢
Cr一Ni系：含少量碳，较高的铬和较低的镍
Cr—Ni—Mn系：含较低的镍和较高的氮[4]
表11 常见的双相钢和奥氏体不锈钢的主要组成
Table 11 the main components of duplex steel and austenitic stainless steel
国际钢
种牌号
Avesta Sheffield
钢种牌号
典型化学成份
PRE值
金相组织
EN
ASTM
188
17112L
SKR4
SNR4
904L
碳
氮
铬
镍
钼
其他
18.3
24.6
29.3
32.6
35.8
奥氏体
1.4301
1.4404
1.4429
1.4434
1.4529
304
316L
316LN
S31753
N08904
0.04
0.02
0.02
0.02
0.01
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