朱金阳等：高温高压环境下不同浓度KBr溶液对13Cr不锈钢的腐蚀行为影响 .627· 位极化测试前首先利用恒电位极化法在-1.0V (sAg/AgCl)下极化l0min以去除试样表面的氧化 膜，动电位极化曲线测试扫速为0.333mV·s-1,扫描 范围从-0.25V(相对开路电位)开始，电流达到 500μA终止 2结果与讨论 2.1平均腐蚀速率和最大局部腐蚀速率 图1高温高压腐蚀模拟试验装置 经过7d的高温高压溴盐溶液腐蚀环境暴露， Fig.I Autoclave used in corrosion simulation tests under high tem- 普通13Cr和超级13Cr两种不锈钢材料在不同浓度 perature and pressure 溴盐溶液中的腐蚀速率如图3.参考NACE PR- 07751]中对材料耐蚀性能的评价标准，就平均腐蚀 速率来看（如图3(a)),普通13Cr和超级13Cr两种 材料均表现出较好的耐蚀性能，尤其超级13Cr在三 种浓度溴盐溶液环境下的平均腐蚀速率均不超过 图2试验所用的条形挂片试样 0.025mma-1,属于轻度腐蚀，相比来看，普通13Cr Fig.2 Experimental sample used in corrosion simulation tests 的平均腐蚀速率较高，但也仅处于中度腐蚀范围以 表2三种不同浓度的溴盐溶液成分 内.另一方面，随着溴盐浓度的提高，普通13Cr的 Table 2 Chemical compositions of three test solutions with different 平均腐蚀速率明显升高，在1.10g·cm3KBr溶液中 concentrations 即达到中度腐蚀，而超级13Cr平均腐蚀速率随着溴 溶液密度/ 配置1L溴盐溶液 盐浓度的升高上升十分缓慢，在三种溴盐浓度下均 (g.cm-3) KBr质量/g 去离子水体积/L 处于轻度腐蚀范围.这说明相比普通13Cr,超级 1.01 10 1 13Cr对溴盐溶液具有更强的耐受能力，且对溴盐浓 1.10 100 度的敏感性较低. 1.40 400 为了进一步分析两种材料在不同溴盐溶液中局 部腐蚀性能的差异，图3(b)给出了普通13Cr和超 式中：C:为均匀腐蚀速率，mm·al;W为试样腐蚀 级13Cr两种不锈钢材料在不同浓度溴盐溶液中的 前原始质量，g:W为试样酸洗后质量，g:t为腐蚀模 最大局部腐蚀速率的变化图.可以看出，虽然两种 拟实验周期，h;p为金属材料密度，g·cm-3;S为试 材料的平均腐蚀速率较低，但最大局部腐蚀速率仍 样暴露面积，cm2 然较高，两种材料均达到严重腐蚀或极严重腐蚀，且 1.3电化学测试 随着溴盐浓度的提升，两种材料的局部腐蚀速率均 电化学测试采用传统三电极体系，其中辅助电 出现了较为明显的升高.这说明不论是对于普通 极为铂电极，耐高温型Ag/AgC1电极为参比电极， 13Cr还是超级13Cr,其局部腐蚀行为对溴盐溶液浓 工作电极为普通13Cr和超级13Cr方形片状试样， 度均具有较高的敏感性 试样尺寸10mm×10mm×3mm.电化学试样采用 2.2宏观腐蚀形貌 环氧树脂进行密封，仅被测试面暴露于电解质之中， 图4给出了普通13Cr不锈钢在不同浓度溴盐 暴露面积10mm×10mm.试验前工作电极需用去 溶液中腐蚀7d后酸洗前和酸洗后的宏观腐蚀形 离子水清洗，酒精、丙酮除油，冷风吹干.电解质采 貌.可以看出，在1.01gcm-3和1.10gcm-3两种质 用与如表2所示的三种不同浓度溴盐溶液，试验前 量浓度下，试样表面并无明显的变化，酸洗后试样仍 同样采用高纯N,进行除氧处理，且在试验过程中N2 光亮如初，划痕清晰可见，而在1.40g·cm-3下试样 持续通入，以保持无氧状态.电化学测试在常压环 表面则明显变黑，酸洗后试样表面整体呈灰色，光亮 境下进行，温度90℃，电化学工作站采用Gamry 度明显下降.图5给出了超级13C在三种不同溴 Reference6OO型电化学工作站测试系统. 盐浓度下酸洗前后的宏观形貌图，整体腐蚀情况与 需要说明的是，由于13Cr不锈钢在空气中极易 普通13Cr类似，在较低浓度下试样表面光亮如初， 形成一层极薄的高保护性氧化膜，因此在进行动电 而在1.40g·cm3高质量浓度下试样表面也明显变朱金阳等: 高温高压环境下不同浓度 KBr 溶液对 13Cr 不锈钢的腐蚀行为影响 图 1 高温高压腐蚀模拟试验装置 Fig. 1 Autoclave used in corrosion simulation tests under high tem鄄 perature and pressure 图 2 试验所用的条形挂片试样 Fig. 2 Experimental sample used in corrosion simulation tests 表 2 三种不同浓度的溴盐溶液成分 Table 2 Chemical compositions of three test solutions with different concentrations 溶液密度/ (g·cm - 3 ) 配置 1 L 溴盐溶液 KBr 质量/ g 去离子水体积/ L 1郾 01 10 1 1郾 10 100 1 1郾 40 400 1 式中:Ci为均匀腐蚀速率,mm·a - 1 ;W0i 为试样腐蚀 前原始质量,g;W1i为试样酸洗后质量,g;t 为腐蚀模 拟实验周期,h;籽 为金属材料密度,g·cm - 3 ;S 为试 样暴露面积,cm 2 . 1郾 3 电化学测试 电化学测试采用传统三电极体系,其中辅助电 极为铂电极,耐高温型 Ag / AgCl 电极为参比电极, 工作电极为普通 13Cr 和超级 13Cr 方形片状试样, 试样尺寸 10 mm 伊 10 mm 伊 3 mm. 电化学试样采用 环氧树脂进行密封,仅被测试面暴露于电解质之中, 暴露面积 10 mm 伊 10 mm. 试验前工作电极需用去 离子水清洗,酒精、丙酮除油,冷风吹干. 电解质采 用与如表 2 所示的三种不同浓度溴盐溶液,试验前 同样采用高纯 N2进行除氧处理,且在试验过程中 N2 持续通入,以保持无氧状态. 电化学测试在常压环 境下进行,温度 90 益 ,电化学工作站采用 Gamry Reference 600 型电化学工作站测试系统. 需要说明的是,由于 13Cr 不锈钢在空气中极易 形成一层极薄的高保护性氧化膜,因此在进行动电 位极化测试前首先利用恒电位极化法在 - 1郾 0 V (vs Ag / AgCl)下极化 10 min 以去除试样表面的氧化 膜,动电位极化曲线测试扫速为0郾 333 mV·s - 1 ,扫描 范围从 - 0郾 25 V(相对开路电位) 开始,电流达到 500 滋A终止. 2 结果与讨论 2郾 1 平均腐蚀速率和最大局部腐蚀速率 经过 7 d 的高温高压溴盐溶液腐蚀环境暴露, 普通 13Cr 和超级 13Cr 两种不锈钢材料在不同浓度 溴盐溶液中的腐蚀速率如图 3. 参考 NACE PR鄄 0775 [15]中对材料耐蚀性能的评价标准,就平均腐蚀 速率来看(如图 3(a)),普通 13Cr 和超级 13Cr 两种 材料均表现出较好的耐蚀性能,尤其超级 13Cr 在三 种浓度溴盐溶液环境下的平均腐蚀速率均不超过 0郾 025 mm·a - 1 ,属于轻度腐蚀,相比来看,普通 13Cr 的平均腐蚀速率较高,但也仅处于中度腐蚀范围以 内. 另一方面,随着溴盐浓度的提高,普通 13Cr 的 平均腐蚀速率明显升高,在 1郾 10 g·cm - 3KBr 溶液中 即达到中度腐蚀,而超级 13Cr 平均腐蚀速率随着溴 盐浓度的升高上升十分缓慢,在三种溴盐浓度下均 处于轻度腐蚀范围. 这说明相比普通 13Cr,超级 13Cr 对溴盐溶液具有更强的耐受能力,且对溴盐浓 度的敏感性较低. 为了进一步分析两种材料在不同溴盐溶液中局 部腐蚀性能的差异,图 3(b)给出了普通 13Cr 和超 级 13Cr 两种不锈钢材料在不同浓度溴盐溶液中的 最大局部腐蚀速率的变化图. 可以看出,虽然两种 材料的平均腐蚀速率较低,但最大局部腐蚀速率仍 然较高,两种材料均达到严重腐蚀或极严重腐蚀,且 随着溴盐浓度的提升,两种材料的局部腐蚀速率均 出现了较为明显的升高. 这说明不论是对于普通 13Cr 还是超级 13Cr,其局部腐蚀行为对溴盐溶液浓 度均具有较高的敏感性. 2郾 2 宏观腐蚀形貌 图 4 给出了普通 13Cr 不锈钢在不同浓度溴盐 溶液中腐蚀 7 d 后酸洗前和酸洗后的宏观腐蚀形 貌. 可以看出,在1郾 01 g·cm - 3和1郾 10 g·cm - 3两种质 量浓度下,试样表面并无明显的变化,酸洗后试样仍 光亮如初,划痕清晰可见,而在 1郾 40 g·cm - 3下试样 表面则明显变黑,酸洗后试样表面整体呈灰色,光亮 度明显下降. 图 5 给出了超级 13Cr 在三种不同溴 盐浓度下酸洗前后的宏观形貌图,整体腐蚀情况与 普通 13Cr 类似,在较低浓度下试样表面光亮如初, 而在 1郾 40 g·cm - 3高质量浓度下试样表面也明显变 ·627·