S25073超级双相不锈钢的耐腐蚀性能

S25073超级双相不锈钢

双相不锈钢具有奥氏体和铁素体晶粒的两相微观结构。这种结构使得这些材料兼具强度、延展性和耐腐蚀性等引人注目的特性。

S25073超级双相铁素体-奥氏体不锈钢非常适合在高腐蚀性环境下使用。其成分包括镍、钼、铬、氮和锰，具有出色的抗全面腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀以及 应力腐蚀开裂（SCC） 性能，并同时保持可焊性。

*屈服强度和拉伸强度更高，因此提高了压力额定值；

*与具有相同外径和压力额定值的316/316L卡套管相比，较低的壁厚允许更高的流体流量；

*可焊性；

*应用温度高达250°C；

*热导率更高/热膨胀系数低于 316SS；

*适用于酸性气体应用 （NACE MR0175/ISO 15156）；

S25073耐腐蚀性能

一般腐蚀

S25073对有机酸的腐蚀具有很强的抵抗力，例如在 10% 甲酸和 50% 乙酸中的腐蚀速率小于 0.05 毫米/年，而 ASTM 316L 的腐蚀速率高于 0.2 毫米/年。纯甲酸参见图 4。在受污染的酸中，S25073仍然具有抗性。

图 5 和图 6 显示了 S25073和各种不锈钢和镍合金在被氯化物污染的醋酸中的测试结果，氯化物实际上经常存在于工艺中。

图 4. 甲酸中的等腐蚀图。曲线表示在静止的测试溶液中的腐蚀速率为 0.1 毫米/年 (4 mpy)。

图 5. 各种合金在 80% 醋酸和 2000 ppm 氯离子中 90°C 的腐蚀率。

图 6. 各种合金在含有 200 ppm 氯离子的浓乙酸中的腐蚀速率。

S25073在有机酸（例如对苯二甲酸工厂）中的实际经验表明，该合金对此类环境具有很强的耐受性。因此，在标准奥氏体不锈钢高速腐蚀的应用中，该合金是高合金奥氏体和镍合金的一种有竞争力的替代品。

在某些浓度范围内，对无机酸的耐受性与高合金奥氏体不锈钢相当，甚至更好。图 7 至图 9 分别显示了硫酸、被 2000 ppm 氯离子污染的硫酸和盐酸的等腐蚀图。

图 7. 自然曝气硫酸中的等腐蚀图。曲线表示在静止的测试溶液中的腐蚀速率为 0.1 毫米/年 (4 mpy)。

图 8. 等腐蚀图，在含有 2000 ppm 氯离子的自然曝气硫酸中 0.1 毫米/年 (4 mpy)。

图 9. 盐酸中的等腐蚀图。曲线表示在静止的测试溶液中的腐蚀速率为 0.1 毫米/年 (4 mpy)。

点蚀和缝隙腐蚀

不锈钢的耐点蚀和缝隙腐蚀性能主要取决于铬、钼和氮的含量。制造和制造实践，例如焊接，对于实际使用中的性能也至关重要。

用于比较氯化物环境中耐点蚀性的参数是 PRE 数（等效点蚀性）。
PRE 定义为，重量百分比
PRE = %Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N

对于双相不锈钢，耐点蚀性取决于铁素体相和奥氏体相的 PRE 值，因此具有最低 PRE 值的相将限制实际的耐点蚀性。在S25073中，两个阶段的 PRE 值相等，这是通过仔细平衡元素实现的。

S25073无缝管的最小 PRE 值为42.5。这明显高于例如其他非超级双相 25Cr 型双相不锈钢的 PRE 值。例如，UNS S31260 25Cr3Mo0.2N 的最小 PRE 值为 33。

应用于不锈钢的最严重的点蚀和缝隙腐蚀测试之一是 ASTM G48，即暴露于 6% FeCl 3有和没有缝隙（分别为方法 A 和 B）。在 ASTM G48 A 测试的修改版本中，样品暴露 24 小时。当检测到凹坑以及大量重量损失 (>5 mg) 时，测试将中断。否则，温度将增加 5 °C (9 °F)，并使用相同的样品继续测试。图 11 显示了测试中的临界点蚀和缝隙温度（CPT 和 CCT）。

具有不同氯化物含量的溶液中的恒电位试验如图 11 所示。图 12 显示了酸度增加的影响。在这两种情况下，施加的电位相对于 SCE 都是 600 mV，与通常与天然未氯化海水相关的值相比，这是一个非常高的值，因此与大多数实际使用条件相比，临界温度较低。

图 10. 6% FeCl 3 中的临界点蚀和缝隙温度，24 小时（类似于 ASTM G48）。

S25073和6Mo+N的散射带说明两种合金具有相似的抗点蚀性能，并且CPT 值在图中所示的范围内。

测试在天然海水中进行，以确定施加 150 mV 相对 SCE 电位的样品的临界缝隙腐蚀温度。每 24 小时将温度升高 4°C (7 o F)，直到发生缝隙腐蚀。结果如下表所示。

在这些测试中，还确定了在 15-50°C (59-122°F) 和 150 mV 相对于 SCE 的施加电位下引发的缝隙腐蚀攻击的传播速率。发现S25073的这些值比 6Mo+N 合金低 10 倍左右。

图 11. 不同浓度氯化钠下的临界点蚀温度 (CPT)，从 3% 到 25%（在 +600 mV SCE 下用 600 砂纸打磨表面的恒电位测定）。

图 12. 3% NaCl 中的临界点蚀温度 (CPT)，具有不同的 pH 值（在 +600 mV SCE 下用 600 砂纸研磨表面的恒电位测定）。

S25073在氧化氯化物溶液中的耐腐蚀性通过在“绿色死亡”溶液（1% FeCl 3 + 1% CuCl 2 +11% H 2 SO 4 + 1.2% HCl ）中确定的临界点蚀温度 (CPT) 来说明）和“黄色死亡”溶液（0.1% Fe 2 (SO 4 ) 3 + 4% NaCl + 0.01 M HCl）。下表显示了这些溶液中不同合金的 CPT 值。很明显，S25073的值与镍合金UNS N06625的值处于同一水平。测试表明，与用作烟气脱硫系统中再热器管的合金等级具有良好的相关性。

在不同的测试溶液中确定的临界点蚀温度 (CPT)。

应力腐蚀开裂

S25073具有出色的抗氯化物应力腐蚀开裂 (SCC) 能力。

图 13 说明了S25073在高温氯化物溶液中的 SCC 抗性。在高达 1000 ppm Cl - /300°C 和 10000 ppm Cl - /250°C 时没有出现 SCC 迹象。

S25073 U 型弯曲试样在热盐水（108°C、226°F、25% NaCl）中暴露 1000 小时后未出现开裂。
S25073在 40% CaCl 2 中在 100 °C (210 °F) 和 pH = 6.5 条件下的阈值应力高于母材和焊接接头（使用 Sandvik 25.10.4 进行 TIG 焊接）拉伸强度的 90%。 L 或 MMA 与 Sandvik 25.10.4.LR 焊接）。

图 14 显示了在 40% CaCl 2 中在 100 °C (210 °F) 酸化至 pH = 1.5 的条件下的测试结果。将标准测试溶液酸化至 pH = 1.5 会降低 SAF 2205™ 的阈值应力，但不会降低S25073的阈值应力。这适用于母材和焊接接头。

S25073母材和焊接接头在沸点 45% MgCl 2、155°C (311°F) (ASTM G36) 中的阈值应力大约为保证强度的 50%。

图 13. 含氧（约 8 ppm）中性氯化物溶液中的 SCC 抗性。测试时间1000小时。施加的应力等于测试温度下的屈服强度。

图 14. 在 40% CaCl 2、pH= 1.5、100 °C (210°F) 和充气测试溶液中恒定负载的 SCC 测试结果。

图 15. 室温下 NACE 溶液中的恒定负载 SCC 测试 (NACE TM 0177)。

图 15 显示了室温下 NACE TM0177 测试溶液 A（5% 氯化钠和 0.5% 乙酸，硫化氢饱和）中的 SCC 测试结果。无论施加的应力如何，S25073都没有出现开裂。

在含有硫化氢和氯化物的水溶液中，在低于 60 °C (140 °F) 的温度下，不锈钢也会发生应力腐蚀开裂。这种溶液的腐蚀性受酸度和氯化物含量的影响。与普通氯化物引起的应力腐蚀开裂的情况形成直接对比，铁素体不锈钢比奥氏体钢对这种应力腐蚀开裂更敏感。

根据 ISO 15156/NACE MR 0175 溶液退火和快速冷却锻造S25073适用于温度高达 450 °F (232 °C) 的石油和天然气生产中的酸性环境，如果硫化氢分压不超过 3 psi (0.20 bar)。

根据 NACE MR0103，S25073的最大硬度为 32 HRC，经过固溶退火和快速冷却，适用于酸性石油精炼。