Monel 400合金腐蚀行为的研究 蒙耐尔400力学性能

随着石油化工、 化纤技术的高速发展 ， 化工过程参数 （ 温度、 压力、 介质浓度 ） 的强化 ， 介质腐蚀性很强的场合越来越多 ， 这些因素促使具有高耐蚀性能的特殊材料逐渐广泛使用， 其中镍基耐蚀合金的应用最为广泛。 Monel 400 是 Ｎｉ－Ｃｕ 固溶体的单相奥氏体合金 ， 具有优良的耐蚀性能和中温强度， 尤其是在中高温的强酸、 强碱中表现出较好的耐蚀效果。 Monel 400用于制造压力容器将会使设备使用寿命提高 ， 非计划停车的次数减少 ，设备检修周期延长 ， 减少维修费用及停工损失 ， 减少事故的发生 ， 有利于装置的安、 稳、 长、 满、 优运行。 因此， 近年来这种合金在我国的石油化工及核工业的特殊设备制造中得到广泛的应用 。

Ｍｏｎｅｌ 铸造合金在国外已大量应用 ， 国内的应用并不多 。 鉴于 Ｍｏｎｅｌ 合金的优异性能， 我们取材为美国标准的 Ｍ －３５－１ 的化学成分 （％ ） 和力学性能的标准材质， 采用静态模拟点腐蚀实验方法， 在不同 浓度和 不同 温度时， 研究新、 旧Ｍｏｎｅｌ４００ 合金在三氯化铁溶液中的腐蚀行为， 通过对两种情况下的金相图片和能谱进行分析， 以期获得理论和实验依据。

实验材料及方法
将新、 旧 Ｍｏｎｅｌ４００ 钢制成 ２５ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍ 的试样，其中旧试样是在已服役八年的酸再生塔的内表面所取的试样，标准化学成分和力学性能如表 １ 所示。用 ２００＃ 水砂纸打磨后，经表面处理，除去表面的油污及氧化层， 螺旋测微仪测定试样尺寸，放入精度为 ０．１ｍｇ 的电子天平中称量原始重量。

将 ２ｍｌＨＣｌ 用 ４９０ｍｌ 蒸馏水稀释后加入一定量的 ＦｅＣｌ ３ ， 配成 ５００ｍｌＦｅＣｌ ３ 溶液。 然后将试样浸没在溶液中， 在数显恒温水浴锅中进行不同温度和不同浓度的点蚀试验。

服役条件下 Ｍｏｎｅｌ４００ 腐蚀速率分布
根据连续两年测厚报告， 我们得出不同高度的腐蚀速率曲线图，如图 １ 所示，发现底部壁厚减薄的速度比顶部明显加快， 尤其是在泄漏失效的前 一两年 更为 明 显 。 最 大的 腐蚀 速 率 达到 了0.64ｍｍ／ａ ， 最小也有 0.17ｍｍ／ａ ， 这远比标准的0.1ｍｍ／ａ 高出许多。

Ｃｌ－ 浓度对Ｍｏｎｅｌ４００ 耐蚀性的影响
同一温度下， 新、 旧 Ｍｏｎｅｌ ４００ 在 ６％ 、 １０％ 、１６％ 和 ２０％ 的三氯化铁溶液中的腐蚀动力学曲线如图 ２ 所示，其腐蚀速率常数如图 ２ 所示。可以看出，二者腐蚀速率曲线的变化趋势一致， 材料的腐蚀速率随着浓度的增加而增加， 但新材料的腐蚀速率较高。

温度对 Ｍｏｎｅｌ４００ 耐蚀性的影响
不同 温度下， 新、 旧 Ｍｏｎｅｌ ４００ 在 １０％ 的 三氯化铁溶液中的腐蚀动力学曲线如图 ３ 所示， 可看出新材料的腐蚀速率较高。

金相分析
图 ４ 是用 三氯化铁和盐酸的 水溶液腐蚀后新、 旧试样的金相图，经分析得出旧材质晶粒尺寸小， 金属组织较新材质均匀， 因而材质的抗腐蚀得到加强。

扫描电镜及能谱分析
由图 ５ 、 ６ 可以看出新、 旧试样的成分基本一致， 由电镜分析发现， 旧试样的晶粒尺寸较小， 新试样上晶杆内出现小孔洞， 使材料表面的组织更容易破坏， 此现象在旧试样上很少出现，由此可知在相同的实验条件下， 新试样会发生较严重的点腐蚀和电化学腐蚀 ， 所以 Ｍｏｎｅｌ ４００ 合金在服役过程中耐蚀性能不会随时间推移而退化。

结论
（ １ ） Ｍｏｎｅｌ４００ 合金的腐蚀速率随介质浓度、温度的升高而增大。
（ ２ ） 旧试样的晶粒尺寸略小， 材料表面组织更均匀，耐蚀性能更强。新试样表面出现了较多的孔洞， 造成耐蚀性能下降。 Ｍｏｎｅｌ４００ 合金的耐蚀性能不会随服役时间延长而退化； 造成酸再生塔腐蚀不均匀性不是材质问题。