双相不锈钢在真空浓缩海水中的点蚀行为研究

Metallic components of seawater desalination evaporators need higher and higher service performance to meet and promote the rapid development of seawater desalination industry. This project focuses on the duplex stainless steels for using in the evaporator components such as shell and internal parts of low temperature-multi effect distillation (LT-MED). Through setting up the concentrated seawater corrosion systems under vacuum conditions, this project will carry out the following basic researches: Make an analogous instrument of vacuum corrosion environments in LT-MED; Investigate the initiation and growth of pitting corrosion during the long-term immersion processes; Clarify the kinetic process of pitting corrosion, growth behavior of pits and electrochemical corrosion mechanisms under the influence of key parameters such as vacuum pressure and boiling condition, alloying elements (such as Mo, Ni and Cr), dissolved oxygen content, and concentration ratio and temperature of seawater; Study the statistical distribution of pit depth and discuss the growth pattern and lifetime prediction method of pitting corrosion on duplex stainless steels in the vacuated and concentrated seawater environments. The results obtained are going to enrich the knowledge of corrosion of metallic materials such as stainless steels in both vacuum and boiling environments and provide scientific basis for applying and developing duplex stainless steels for seawater desalination instruments such LT-MED evaporators as well as the seawater desalination techniques.

海水淡化蒸发器对其金属构件的服役性能不断提出更高要求，以适应并促进我国海水淡化产业的快速发展。本课题针对低温多效海水淡化蒸发器壳体及内件用双相不锈钢，拟建立真空浓缩海水腐蚀体系，重点研究长期浸泡过程中点蚀的诱发与生长行为，阐明真空压力及沸腾、合金元素(主要是Mo、Ni和Cr)、氧含量、海水温度与浓缩度等关键因素对腐蚀动力学过程及蚀坑生长的作用规律与电化学机理，同时研究蚀坑深度的分布特征，探索真空条件下浓缩海水中双相不锈钢点蚀的生长规律与寿命预测方法。本课题研究结果将丰富不锈钢等金属材料在真空及沸腾环境中的基本腐蚀理论，为低温多效蒸发器等海水淡化装置用双相不锈钢以及海水淡化工艺技术的应用与发展提供科学依据。

海水淡化是解决我国沿海地区淡水严重短缺的重要途径之一，其中低温多效蒸馏(LT-MED)方法近年来发展迅速。由于其不锈钢部件与浓缩热海水直接接触，不可避免地会发生以点蚀为主的局部腐蚀问题。鉴于此，本课题建立了真空热浓缩海水腐蚀模拟试验装置，并以常用的2205双相不锈钢为基础，主要研究了真空条件下热浓海水中腐蚀的电化学行为及蚀坑生长演变过程，探讨了关键环节参数及不锈钢敏化度对热浓缩海水腐蚀的电化学作用机制。研究获得了如下重要结果：1)真空及沸腾降低钝化膜保护性能并促进形成稳定点蚀的电化学机理，点蚀电位随压力降低而线性下降，溶液真空剧烈沸腾时钝化膜的缺陷和Cl-含量均增加、点蚀电位明显负移。2)真空沸腾促进点蚀诱发而抑制蚀坑生长的电化学机制，10000多小时的浸泡过程中，与空气环境相比，真空沸腾环境下的点蚀诱导期较短，但蚀坑生长阻力较大。3) 点蚀和缝隙腐蚀随时间的演变行为，缝隙腐蚀的诱发时间明显比点蚀的更短，但腐蚀发展均为电荷转移和扩散过程混合控制。4)溶解氧对电化学腐蚀的影响，溶解氧会加速阴极反应、促进形成钝化膜、抑制Cl-侵入钝化膜而使点蚀电位升高。5)海水浓缩度对浸泡腐蚀的影响，海水浓缩度升高会缩短点蚀诱发时间、促进形成盐膜而抑制氧还原反应。6)温度与点蚀性能的关系，典型浓缩海水中55ºC以上会发生稳定点蚀，且点蚀电位和再钝化电位均随温度升高而下降。7) 敏化及焊接对点蚀的作用规律，贫Cr区会成为发生点蚀的薄弱点，且点蚀电位与敏化度的对数呈线性递减关系。8)合金元素对电化学腐蚀行为的影响，Cr和N含量较高时不锈钢的点蚀倾向降低。9)氧化皮的动态酸洗行为，与静态相比，动态下气泡的剥离作用减弱、电解除鳞速率较低。这些研究结果加深了对真空溶液环境中不锈钢构件腐蚀问题的科学认识，并为不锈钢在LT-MED等装备上的应用与发展提供了科学依据与模拟评估方法。