于明飞等：高温浓硫酸中氟离子掺入对不锈钢耐蚀性能的影响 883 题已有大量研究，但大多局限于低温浓硫酸中不 酸中耐蚀性的影响 锈钢腐蚀行为的研究以及CIˉ对不锈钢耐蚀性能的 1 实验材料和方法 影响，而针对高温浓硫酸(120℃)以及F·对不锈钢 耐蚀性的影响鲜有研究.众所周知，硫酸在100℃以 3种不锈钢的成分通过TASMAN全谱直读电火花 上时腐蚀性会异常强烈，而无水氟化氢生产过程中 光谱仪测得如表1所示.由表可知，904L的碳含量低 硫酸的温度常常会达到这个温度，此时腐蚀的机理 于0.2%，而铬和镍的含量较高，由此可见904L属于 也会较低温有所不同，故针对不锈钢在含F·的高温 超低碳高合金不锈钢，2507和904L相比，镍含量较 浓硫酸中腐蚀形貌和耐蚀性能的研究具有十分重要 低，而氮含量较高，属于节镍型超级双相不锈钢.304 的意义 属于典型的188型奥氏体不锈钢.3种材料的组织利 本文以无水氟化氢工业化生产中换热器的选材问 用王水腐蚀如图1所示.304不锈钢基体的金相组织 题为背景研究奥氏体不锈钢304，超级双相不锈钢 主要为等轴奥氏体晶粒并有一定数量的孪晶存在： 2507以及超级奥氏体不锈钢904L3种典型的不锈钢 904L不锈钢的显微组织形貌也为等轴奥氏体晶粒，与 在120℃，89%的高温浓硫酸溶液以及含6%（质量分 304相比其晶粒较大：2507的显微组织形貌主要为灰 数)NF的高温浓硫酸中的腐蚀形貌和耐蚀性能，寻找 白色的奥氏体和深灰色的铁素体双相组织呈条带状平 耐蚀性较好的材料并探究氟离子对不锈钢在高温浓硫 行分布 表1实验用不锈钢的主要化学成分（质量分数） Table 1 Main chemical composition of stainless steel used in the experiment % 试样 C Si Mn Ni C Mo Cu 904L 0.016 0.292 1.470 0.027 <0.15 24.080 19.68 4.293 0.084 1.273 2507 0.016 0.267 3.855 0.019 <0.15 6.953 24.86 3.855 0.282 0.108 304 0.070 0.421 0.844 0.030 <0.15 8.481 18.18 0.261 0.062 0.479 (b) 1004m 100m 100m 图13种材料的金相照片.(a)304:(b)904L:(c)2507 Fig.1 Photomicrographs of the three materials:(a)304:(b)904L:(e)2507 高温浸泡实验主要依据GB10124一88《金属材 硫酸溶解而导致电极与溶液接触面积增大以及产生强 料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》进行实验.模拟换 烈的缝隙腐蚀等问题.故本实验自行设计了一套电解 热器接触的腐蚀介质为质量分数98%的分析纯硫酸 池如图2所示，考虑到溶液中的氟离子会对玻璃具有 和氟化钠以及蒸馏水配制，高温挂片试样用线切割机 切成尺寸30mm×20mm×5mm,6个面用水砂纸从 150打磨至2000°，抛光水洗后用丙酮除油，去离子水 清洗后吹干待用.挂片试样钻3mm的孔，用聚四氟 乙烯线将试样悬挂于高温反应釜里浸泡，温度用恒温 油浴锅控制在120℃，实验周期为168h.采用SU- PRA40型高分辨热场发射扫描电子显微镜(SEM)观 察模拟挂片试样表面的腐蚀形貌，能谱分析(EDS)得 出试样表面腐蚀产物以及基体的元素含量. 传统的电化学试样封装过程中要用到环氧树脂， 图2电化学电解池 而高温浓硫酸具有很强烈的腐蚀性，环氧树脂会被浓 Fig.2 Electrochemical cell于明飞等: 高温浓硫酸中氟离子掺入对不锈钢耐蚀性能的影响 题已有大量研究［1--4］，但大多局限于低温浓硫酸中不 锈钢腐蚀行为的研究以及 Cl － 对不锈钢耐蚀性能的 影响，而针对高温浓硫酸( 120 ℃ ) 以及 F － 对不锈钢 耐蚀性的影响鲜有研究． 众所周知，硫酸在 100 ℃ 以 上时腐蚀性会异常强烈，而无水氟化氢生产过程中 硫酸的温度常常会达到这个温度，此时腐蚀的机理 也会较低温有所不同，故针对不锈钢在含 F － 的高温 浓硫酸中腐蚀形貌和耐蚀性能的研究具有十分重要 的意义． 本文以无水氟化氢工业化生产中换热器的选材问 题为背景 研 究 奥 氏 体 不 锈 钢 304，超 级 双 相 不 锈 钢 2507 以及超级奥氏体不锈钢 904L 3 种典型的不锈钢 在 120 ℃，89% 的高温浓硫酸溶液以及含 6% ( 质量分 数) NaF 的高温浓硫酸中的腐蚀形貌和耐蚀性能，寻找 耐蚀性较好的材料并探究氟离子对不锈钢在高温浓硫 酸中耐蚀性的影响． 1 实验材料和方法 3 种不锈钢的成分通过 TASMAN 全谱直读电火花 光谱仪测得如表 1 所示． 由表可知，904L 的碳含量低 于 0. 2% ，而铬和镍的含量较高，由此可见 904L 属于 超低碳高合金不锈钢，2507 和 904L 相比，镍含量较 低，而氮含量较高，属于节镍型超级双相不锈钢． 304 属于典型的 18--8 型奥氏体不锈钢． 3 种材料的组织利 用王水腐蚀如图 1 所示． 304 不锈钢基体的金相组织 主要为等轴奥氏体晶粒并有一定数量的孪晶存在; 904L 不锈钢的显微组织形貌也为等轴奥氏体晶粒，与 304 相比其晶粒较大; 2507 的显微组织形貌主要为灰 白色的奥氏体和深灰色的铁素体双相组织呈条带状平 行分布． 表 1 实验用不锈钢的主要化学成分( 质量分数) Table 1 Main chemical composition of stainless steel used in the experiment % 试样 C Si Mn P S Ni Cr Mo N Cu 904L 0. 016 0. 292 1. 470 0. 027 ＜ 0. 15 24. 080 19. 68 4. 293 0. 084 1. 273 2507 0. 016 0. 267 3. 855 0. 019 ＜ 0. 15 6. 953 24. 86 3. 855 0. 282 0. 108 304 0. 070 0. 421 0. 844 0. 030 ＜ 0. 15 8. 481 18. 18 0. 261 0. 062 0. 479 图 1 3 种材料的金相照片． ( a) 304; ( b) 904L; ( c) 2507 Fig． 1 Photomicrographs of the three materials: ( a) 304; ( b) 904L; ( c) 2507 高温浸泡实验主要依据 GB 10124 ― 88《金属材 料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》进行实验． 模拟换 热器接触的腐蚀介质为质量分数 98% 的分析纯硫酸 和氟化钠以及蒸馏水配制，高温挂片试样用线切割机 切成尺寸 30 mm × 20 mm × 5 mm，6 个面用水砂纸从 150# 打磨至 2000# ，抛光水洗后用丙酮除油，去离子水 清洗后吹干待用． 挂片试样钻 3 mm 的孔，用聚四氟 乙烯线将试样悬挂于高温反应釜里浸泡，温度用恒温 油浴锅 控 制 在 120 ℃，实 验 周 期 为 168 h． 采 用 SU￾PＲA40 型高分辨热场发射扫描电子显微镜( SEM) 观 察模拟挂片试样表面的腐蚀形貌，能谱分析( EDS) 得 出试样表面腐蚀产物以及基体的元素含量． 传统的电化学试样封装过程中要用到环氧树脂， 而高温浓硫酸具有很强烈的腐蚀性，环氧树脂会被浓 硫酸溶解而导致电极与溶液接触面积增大以及产生强 图 2 电化学电解池 Fig． 2 Electrochemical cell 烈的缝隙腐蚀等问题． 故本实验自行设计了一套电解 池如图 2 所示，考虑到溶液中的氟离子会对玻璃具有 · 388 ·