海水流速对经抛光和钝化表面处理的2205不锈钢点蚀的影响

doi:10.11902/1005.4537.2023.208

海水流速对经抛光和钝化表面处理的2205不锈钢点蚀的影响

邢少华¹, 彭文山^,¹, 钱峣¹^,², 李相波¹, 马力¹, 张大磊³

1.中国船舶集团有限公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护全国重点实验室青岛 266237

2.青岛市即墨区工业和信息化局青岛 266205

3.中国石油大学(华东)材料科学与工程学院青岛 266580

Effect of Seawater Flow Velocity on Pitting Corrosion of 2205 Stainless Steel with Different Surface Treatments

XING Shaohua¹, PENG Wenshan^,¹, QIAN Yao¹^,², LI Xiangbo¹, MA Li¹, ZHANG Dalei³

1. National Key Laboratory of Marine Corrosion and Protection, Luoyang Ship Material Research Institute, Qingdao 266237, China

2. Qingdao Jimo District Bureau of Industry and Information Technology, Qingdao 266205, China

3. School of Materials Science and Engineering, China University of Petroleum(East China), Qingdao 266580, China

通讯作者: 彭文山，E-mail:pengwenshan1386@126.com，研究方向为海洋环境腐蚀、多相流冲蚀及腐蚀/冲蚀仿真

收稿日期: 2023-06-30 修回日期: 2023-08-08

Corresponding authors: PENG Wenshan, E-mail:pengwenshan1386@126.com

Received: 2023-06-30 Revised: 2023-08-08

作者简介 About authors

邢少华，男，1981年生，博士，高级工程师

摘要

采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱以及Mott-Schottky曲线等电化学测试方法研究了2205不锈钢管路材料在流动海水中的耐点蚀性能，并对测试后的试样进行了腐蚀形貌观察。结果表明，抛光状态和钝化状态下，试样表面均出现了明显的点蚀形貌，点蚀电位在0.9~1.2 V之间。在静态环境中材料的耐点蚀性要强于流动海水中；随着流速上升，材料的耐点蚀性并未发生明显变化，但表面钝化膜在流动海水中失去了再钝化能力。2205不锈钢表面钝化膜呈现n型和p型两种半导体特征，说明不锈钢表面钝化膜呈现双层结构，主要由外层Fe的氧化物和内层Cr的氧化物组成。钝化处理后试样的耐点蚀性能有所上升，但钝化膜的半导体性质未发生明显变化。海水冲刷使得不锈钢耐点蚀性能下降，不同表面处理的2205不锈钢在海水冲刷下表面钝化膜特性差异导致不锈钢点蚀敏感性不同。

关键词： 2205不锈钢 ; 海水管路 ; 冲刷腐蚀 ; 电化学 ; 点蚀 ; 钝化膜

Abstract

2205 stainless steel is commonly used in pipeline systems. In the presence of flowing seawater the failure of passivation film on tubing can easily lead to accidents such as pipeline leakage. Therefore, it is of great significance to acquire the impact of flowing seawater on the pitting corrosion behavior of 2205 stainless steel with different surface treatments. Hence, 2205 stainless steel was firstly subjected to polish-treatment and passivation-treatment respectively, and then the pitting behavior of which in flowing seawater was assessed by means of electrochemical testing methods such as potentiodynamic polarization curve, electrochemical impedance spectroscopy, and Mott-Schottky curve as well as characterization of their morphology variation with corrosion process. It was found that there were obvious pits formed on the surface of either the polished or passivated steel, with pitting potentials ranging from 0.9 V to 1.2 V. The pitting resistance of the steel is higher in static seawater rather than in flowing seawater, but as the flow rate increases, the pitting resistance of the steel does not change significantly, however, the surface passivation film loses its re-passivation ability in flowing seawater. The passivation film on the surface of 2205 stainless steel exhibits two semiconductor characteristics: n-type and p-type, indicating that the passivation film presents a double-layer structure, mainly composed of oxides of Fe (outer portion) and Cr (inner portion). After passivation treatment, the pitting corrosion resistance of the steel increased, but the semiconductor properties of the passivation film did not show significant changes. The flowing seawater could reduce the pitting corrosion resistance of the steel, but the difference in the surface passivation film characteristics of the steel pre-treated by two methods could result in different sensitivity to pitting corrosion of the 2205 stainless steel in flowing seawaters.

Keywords： 2205 stainless steel ; seawater pipeline ; erosion corrosion ; electrochemistry ; pitting corrosion ; passivation film

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本文引用格式

邢少华, 彭文山, 钱峣, 李相波, 马力, 张大磊. 海水流速对经抛光和钝化表面处理的2205不锈钢点蚀的影响. 中国腐蚀与防护学报[J], 2024, 44(3): 658-668 DOI:10.11902/1005.4537.2023.208

XING Shaohua, PENG Wenshan, QIAN Yao, LI Xiangbo, MA Li, ZHANG Dalei. Effect of Seawater Flow Velocity on Pitting Corrosion of 2205 Stainless Steel with Different Surface Treatments. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2024, 44(3): 658-668 DOI:10.11902/1005.4537.2023.208

不锈钢中Cr、Ni含量较高，具有耐空气、水以及蒸汽等腐蚀的特征^[1]。由于其良好的力学性能以及不锈性的特征，被广泛应用于厨房用品、家用电器，在航空航天、深海勘探以及石油化工等高精尖技术方面，不锈钢也有着突出的贡献^[2~5]。随着我国海洋战略的实施，不锈钢被广泛应用于海洋工程的各个领域，成为海洋设备建造的主要材料之一。

不锈钢在冲刷环境中，由于流动介质的影响，经常会出现点蚀等局部腐蚀现象，对装备的正常使用造成严重影响。近年来，不锈钢的点蚀行为引起了国内外学者的广泛关注^[6~13]。关于不锈钢点蚀的形成机理，钝化膜穿透模型、吸附模型以及局部钝化膜破裂模型受到学者的广泛认可^[14~17]。有大量学者对不锈钢在流动海水中的点蚀现象进行了研究，樊学华等^[18]通过电化学测试和表面腐蚀形貌观察的方法，研究了316L奥氏体不锈钢的点蚀和再钝化行为，结果显示不锈钢中的Cr、Mo等元素会和介质中的氧离子、氢氧根等反应生成化合物，由于Cr和Mo属于耐蚀性元素，其氧化物和氢氧化物对不锈钢表面形成的钝化膜具有良好的修复功能，当电位降低时，材料表面钝化膜发生再钝化，提升了材料的耐蚀性。张斌等^[19]通过失重试验和电化学测试研究了304不锈钢在人工海水环境中的腐蚀行为，控制海水温度分别为30、40、60℃，并调整海水流速分别为3、5、8 m/s，结果表明随着海水流速增加，304不锈钢的耐蚀性逐渐下降，材料表面有点蚀和晶界腐蚀出现，冲刷后发现Fe、Cr、Ni等元素的氧化物共同组成了不锈钢表面的钝化膜。邓永生和黄桂桥^[20]通过暴露和冲刷实验对7种不锈钢在静态和含砂流动海水中的腐蚀行为进行了研究，结果显示，ZG0Cr13Ni4Mo等含Cr、Mo量较少的不锈钢在流动海水中发生了严重的局部腐蚀，主要包含孔蚀、斑蚀、沟槽腐蚀和隧道腐蚀，而含Cr，Mo量较高的铸造不锈钢(ZG0Cr17Ni12Mo2等)具有较好的耐蚀性，且不锈钢在流动海水中的腐蚀速率高于静态海水中，说明了环境越复杂，不锈钢的腐蚀程度越重。因此对不锈钢在流动海水中的点蚀敏感性进行研究是很有必要的。

目前海水管路常用材料为铜镍合金，在海水流动环境中易发生冲刷腐蚀^[21]，导致腐蚀穿孔。双相不锈钢在海水环境中表面可形成耐蚀钝化膜，具有保护基体的作用，与铜合金相比，具有突出的耐流动海水冲刷腐蚀性能^[22]，因此双相不锈钢在海水管路中应用具有较为广阔的前景。不锈钢表面状态影响局部腐蚀的萌生与发展，对于其耐腐蚀性具有重要影响^[23]，但是目前对于2205不锈钢钝性金属在不同流速海水管路中的点蚀机理以及表面膜层的半导体特性缺乏深入研究，探究清楚2205钝性金属在流动海水冲刷复杂工况下的点蚀机理有助于海水管路使用过程中的局部腐蚀防控，对提高海洋装备的安全性有着积极的意义。

1 实验方法

2205不锈钢的化学成分(质量分数，%)为：Fe 66.96，Cr 21.84，Ni 5.73，Mo 3.19，Si 0.35，Mn 1.03，V 0.13，Co 0.17，Cu 0.13。冲刷实验通过自主研究设计的海水管路综合模拟平台进行。该平台包含多个模块，可以模拟海水管路在多个流速下连续冲刷的实际工况。对于本实验，主要应用到管路综合模拟平台的以下功能：(1)海水流速控制功能，(2)电化学测试功能，(3)冲刷环境信息监测功能。

采用线切割的方法将实验所用试样加工成高度为20 mm的圆环状，为了研究不同初始表面状态对管路材料在流动海水中耐蚀性的影响，对2205不锈钢初始试样分别进行抛光和钝化处理。实验采用三电极体系，将2205不锈钢试样作为工作电极、钛基贵金属氧化物阳极作为辅助电极、Ag/AgCl作为参比电极。通过阀门控制管路中海水流速分别为0、1、2、3、4和5 m/s，采用CS353便携式电化学工作站对4种待测材料进行电化学测试。动电位极化曲线测试可以获得不锈钢局部腐蚀电位的相关信息、电化学阻抗谱(EIS)测试可以获得试样表面钝化膜的稳定性，Mott-Schottky曲线测试可以获得表面钝化膜的半导体特性。采用Ultra55场发射型扫描电子显微镜(SEM)观察试样表面的微观形貌，并采用自带的能谱分析仪(EDS)分析腐蚀产物组成。采用HIROX KH-8700三维视频显微镜观察除锈后试样的表面形貌，并测量点蚀深度。

2 2205不锈钢在流动海水中的点蚀行为研究

2.1 极化曲线

两种表面状态下2205不锈钢的动电位极化曲线如图1所示。无论是在静态条件中还是在流动状态下，极化曲线呈相似特征，说明2205不锈钢在动态条件下腐蚀机理大致相同，随着电位的升高，有明显的钝化区出现，当电位升高到0.9~1.2 V区间时，腐蚀电流急剧增长，极化曲线出现突变点，表明材料表面钝化膜被击穿，点蚀开始萌生，电位继续升高，有短暂的再钝化现象出现，极化曲线总体呈钝化-活化-再钝化的趋势。

图1

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图1 抛光和钝化处理的2205不锈钢在不同流速海水中的动电位极化曲线

Fig.1 Potentiodynamic polarization curves of 2205 stainless steel in seawater with different flow rates: (a) polishing surface, (b) passivation surface

由图1可知，钝化后的2205不锈钢维钝电流密度明显大于抛光态2205不锈钢维钝电流密度。依据GB/T 17899-1999推荐的点蚀电流密度，对于抛光后的试样，选择电流密度为10 μA/cm²时的电位为2205不锈钢的点蚀电位E_b，对于钝化后的试样，选择电流密度为100 μA/cm²时的电位为2205不锈钢的E_b。各流速下的E_b如图2所示，抛光处理试样点蚀保护电位约为0.95 V，而钝化处理下点蚀保护电位上升到约1.03 V。冲刷状态下材料的E_b比起静态条件下发生了明显的负移，说明在流动状态下2205不锈钢更易发生点蚀，这可能是因为在流动海水中Cl^-的传质速度增加，小尺寸的Cl^-容易进入钝化膜中的氧空位并诱发自催化作用，导致钝化膜上产生多个阳离子空位，当大量的阳离子空位产生之后，金属与钝化膜之间的区域就会产生一层空洞区，从而导致了钝化膜的破裂和点蚀的萌生^[24]。随着流速增大，点蚀电位总体呈下降趋势，但下降幅度很小，说明流速从1 m/s升高到5 m/s对材料的耐点蚀性能影响不大，这是由于随着流速的增大，海水中O^2-的传质速度也会上升，导致材料表面形成一层致密的氧化膜，随着流速的增加，剪切力也会增大，但剪切力对形成的致密氧化膜破坏程度有限。

图2

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图2 抛光和钝化处理的2205不锈钢的点蚀电位和流速的关系

Fig.2 Relationships between pitting potential and flow rate for 2205 stainless steel samples pretreated by polishing and passivation

在静态条件下，2205不锈钢回扫曲线和阳极曲线相交于一点，该点即为点蚀保护电位E_p，E_p和相应的滞后环E_b-E_p大小如表1所示。相比抛光处理后的试样，钝化处理后试样钝化膜的再钝化能力更强。

表1 静态海水环境中2205不锈钢点蚀保护电位和滞后环大小

Table 1 Pitting protection potential and hysteresis ring size for 2205 stainless steel in static seawater

Surface state	E_p / V	E_b-E_p
Polishing	0.919	0.168
Passivation	1.016	0.182

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图3是两种初始表面状态的2205不锈钢在静态和动态环境下的极化曲线。通过对比能够看出，两种表面状态下2205不锈钢的腐蚀机理相似，均出现了钝化-活化-再钝化的转变过程，钝化前后极化曲线的自腐蚀电位变化不大，腐蚀倾向未有明显变化。在静态环境中，钝化处理后试样极化曲线的腐蚀电流变大；在动态环境中，对两种初始表面状态下的2205不锈钢进行极化曲线测试，能够看出，阴极极化区间和阳极极化初期，钝化处理后试样的腐蚀电流小，但在进入钝化区后，钝化处理后试样的腐蚀电流变大，这可能是由于钝化后试样表面的钝化膜不平整，凹凸不平的表面改变了海水的流动状态，产生了局部紊流，加速了对试样表面钝化膜的破坏。

图3

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图3 经抛光和钝化处理的2205不锈钢在流动海水中的极化曲线

Fig.3 Polarization curves of polished and passivated 2205 stainless steel samples in seawater with the flow rates of 0 m/s (a), 1 m/s (b), 2 m/s (c), 3 m/s (d), 4 m/s (e) and 5 m/s (f)

2.2 电化学阻抗谱

图4为不同流速海水中抛光处理2205不锈钢的EIS图。从Nyquist图中能够看出，静态环境中和不同流速中2205不锈钢的容抗弧直径并未发生明显变化，说明对于2205不锈钢，5 m/s以内的流速对材料表面的整体腐蚀影响较小，这可能是由于2205不锈钢表面产生了一层较厚的钝化膜，5 m/s以内的流速所提供的剪切应力不足以将这层致密的氧化膜剥落。从Bode图中可以看出，在静态和动态环境中阻抗都呈单个时间常数，表明在5 m/s流速内2205不锈钢试样表面整体钝化性能完好。

图4

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图4 不同流速海水中抛光处理2205不锈钢的电化学阻抗谱图

Fig.4 Nyquist (a), impedance module (b) and phase angle (c) plots of polished 2205 stainless steel in seawater with different flow rates

用图5所示等效电路对阻抗谱数据进行拟合，得到的结果如表2所示。从表中可以看出，流速的变化对电荷转移电阻R_t影响较小，进一步说明了2205不锈钢的钝化膜在流动海水体系中较为稳定。

图5

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图5 不锈钢试样的EIS拟合等效电路

Fig.5 Equivalent circuit for fitting EIS of stainless steel sample

表2 流动海水下抛光处理2205不锈钢电化学阻抗谱拟合数据

Table 2 Fitting data of EIS of polished 2205 stainless steel in seawater with different flowing rates

V / m·s^-1	n	R_t / Ω·cm²
0	0.92	3.90 × 10⁶
1	0.92	3.70 × 10⁶
2	0.92	3.67 × 10⁶
3	0.92	3.88 × 10⁶
4	0.92	4.01 × 10⁶
5	0.92	3.77 × 10⁶

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对不同流速下的钝化处理2205不锈钢进行EIS测试，拟合前后的EIS图如图6所示，从Nyquist图中能够看出，和抛光处理的试样相似，不同流速下的容抗弧直径也没有明显变化，说明5 m/s以内流速的变化对钝化处理后试样的整体耐蚀性能并没有显著影响，这是由于钝化处理后试样表面也存在一层致密的氧化膜，5 m/s以内流速所提供的表面剪切力不足以对该层氧化膜造成明显的破坏。从Bode图中可以看出，在静态和动态环境中阻抗都呈单个时间常数，表明在5 m/s流速内2205试样表面整体钝化性能完好。

图6

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图6 不同海水流速下钝化处理2205不锈钢的电化学阻抗谱

Fig.6 Nyquist (a), impedance module (b) and phase angle (c) plots of passivated 2205 stainless steel in seawater with different flow rates

用图5所示等效电路对阻抗数据进行拟合，得到的结果如表3所示，能够看出不同流速下的电荷转移电阻R_t 差异很小，进一步证明了2205不锈钢在流动海水中整体的耐蚀性优异。

表3 流动海水下钝化处理2205不锈钢电化学阻抗谱拟合数据

Table 3 Fitting data of EIS of passivated 2205 stainless steel in seawater with different flow rates

V / m·s^-1	n	R_t / Ω·cm²
0	0.93	4.08 × 10⁶
1	0.93	3.82 × 10⁶
2	0.93	3.52 × 10⁶
3	0.93	4.05 × 10⁶
4	0.93	4.09 × 10⁶
5	0.93	3.71 × 10⁶

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2.3 Mott-Schottky曲线

对不同流速下的抛光和钝化状态2205不锈钢进行M-S曲线测试，表面钝化膜的结果如图7所示。能够看出在不同流速下材料的M-S曲线的变化趋势基本相似，且随着电位的变化，2205不锈钢的钝化膜表现为p型半导体特征和n型半导体特征交叉出现，双相不锈钢的钝化膜主要由外层的Fe氧化物和内层的Cr氧化物组成，斜率为正时，钝化膜内主要由Fe的二价、三价氧化物组成，Fe的氧化物呈n型半导体特征；斜率为负时，钝化膜主要由Cr的三价氧化物组成，Cr的氧化物呈p型半导体特征。

图7

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图7 两种表面状态2205不锈钢在不同流速海水中的Mott-Schottky曲线

Fig.7 Mott-Schottky curves of polished (a) and passivated (b) 2205 stainless steel samples in flowing seawater

两种表面状态下测得的M-S曲线均可以根据斜率变化分为5个区域，在区域I、区域III和区域V中，M-S曲线斜率为负，钝化膜表现为p型半导体特征；在区域II和区域IV中，M-S曲线斜率为正，钝化膜表现为n型半导体特征。

钝化膜的半导体特征主要是由钝化膜中不同的主导缺陷造成的，当钝化膜中存在氧空位和阳离子间隙时，钝化膜表现出n型半导体特征，当钝化膜中存在大量阳离子空位时，钝化膜则表现为p型半导体特征。随着电位的升高，钝化膜的主导缺陷随着膜层组成成分的变化而改变，导致钝化膜特征在n型半导体和p型半导体间交替变化。钝化膜的半导体特性可以用Mott-Schottky方程来表示^[25]：

n型半导体：

\frac{1}{C^{2}} = \frac{2}{ε ε_{0} e N_{D}} (E - E_{f_{b}} - \frac{k T}{e})

(1)

P型半导体：

\frac{1}{C^{2}} = \frac{2}{ε ε_{0} e N_{A}} (E - E_{f_{b}} - \frac{k T}{e})

(2)

式中， $ε_{0}$ 为真空电容率， $ε$ 为钝化膜在室温下的介电常数，N_D为施主密度，N_A为受主密度， $E_{f_{b}}$ 为平带电位，k为Boltzmann常数，T为温度，e为电子电量(取值1.6 × 10^-19 C)。在进行分析时，假定测量的电容对应于空间电荷层的电容，结合上式利用M-S曲线中的C^-2和电位E直线的斜率可求得N_D或N_A^[26]。

由式(1)和(2)计算出两种初始表面状态下的2205不锈钢在各流速下的N_D和N_A，结果如图8所示。

图8

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图8 两种表面状态2205不锈钢在不同流速海水中的受主密度和施主密度对比

Fig.8 Comparison of acceptor and donor densities of polished (a) and passivated (b) 2205 stainless steel samples in flowing seawater

有研究^[27]表明，不锈钢表面的钝化膜中存在很多点缺陷，这些点缺陷会随着电场的作用而发生运动，从而使钝化膜发生溶解。施主密度和决定这些点缺陷数量的载流子数量有关，施主密度越大，载流子的数量就越多，导致点缺陷增多，使钝化膜更易发生点蚀。而受主密度越大，点蚀电位就越小，相应的点蚀就越难以发生。能够看出，在静态海水中，两种表面状态下试样的施主密度和受主密度均为最小，此时钝化膜最为致密，点蚀倾向最小。对于抛光处理后的试样，在流动海水中，钝化膜的受主密度和施主密度总体呈上升趋势，说明随着流速的上升，材料表面钝化膜对基体的保护性能逐渐下降，点蚀敏感性有所上升。对于钝化处理后的试样，在流动海水中钝化膜的施主密度和受主密度总体呈先下降后上升的趋势，表现出的规律为3 m/s流速时N_A和N_D的值最小，在该流速下材料耐蚀性最好。

3 腐蚀形貌观察与成分分析

3.1 三维形貌

在不同流速的海水中对2205不锈钢试样进行极化曲线测试，所加电位超过点蚀电位后，试样表面钝化膜被击穿，有点蚀坑在试样表面产生，抛光处理后的2205不锈钢在不同流速海水中的点蚀形貌如图9所示。从图中可以看出，抛光处理试样的表面较为平整，流速从0 m/s增加到5 m/s的过程中，点蚀坑深度依次为16、24、27和30 μm。在流动的海水中，蚀坑的深度比静态条件下有明显的增长，说明静态环境中材料表面的点蚀敏感性较低，不易发生点蚀。随着流速的上升，点蚀坑深度呈小幅增长趋势，说明流速的变化对2205不锈钢点蚀的生长影响有限。

图9

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图9 抛光处理试样在不同流速海水中点蚀坑的三维形貌

Fig.9 Three-dimensional morphologies of pitting pits of polished samples in seawater with the flow rates of 0 m/s (a), 1 m/s (b), 3 m/s (c) and 5 m/s (d)

对钝化处理后的2205不锈钢在不同流速海水中的点蚀坑进行三维形貌观察和点蚀坑深度测量，结果如图10所示。钝化处理后的试样表面呈凹凸不平状，在不同流速下的点蚀坑深度依次为21、40、36和42 μm。与抛光后的试样相同，动态环境中形成的点蚀坑明显深于静态环境中，说明在流动的海水中2205不锈钢的钝化膜更易被击穿，点蚀更容易产生。随着流速的增加，点蚀坑的深度呈先下降后增加的趋势，5 m/s流速中点蚀坑最深，但变化幅度较小，说明流速的变化对钝化处理后的2205不锈钢的点蚀敏感性影响不明显。由于图9和10为施加至点蚀电位阳极极化后的腐蚀形貌，而钝化后不锈钢点蚀电位大于抛光态不锈钢，阳极过电位更大。因此，相同流速条件下，钝化后不锈钢点蚀深度大于抛光态不锈钢点蚀深度。

图10

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图10 钝化处理试样在不同流速海水中点蚀坑的三维形貌

Fig.10 Three-dimensional morphologies of pitting pits of pre-passivated samples in seawater with the flow rates of 0 m/s (a), 1 m/s (b), 3 m/s (c) and 5 m/s (d)

3.2 腐蚀产物形貌与成分分析

抛光处理2205不锈钢在不同流速下的点蚀坑形貌如图11所示。在极化反应后，各流速下的试样表面均出现了明显的点蚀坑，蚀坑形状较为均匀，且能观察到蚀坑底部。在静态海水中，材料表面的点蚀坑最小，随着流速从1 m/s上升到5 m/s，点蚀坑的大小并未发生明显变化，说明在5 m/s以内流速的海水冲刷下，2205不锈钢的抗点蚀性能并未发生较大的变化。对图中拍摄区域进行EDS成分测试，结果如表4所示。

图11

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图11 抛光2205不锈钢试样在不同流速海水中点蚀坑的SEM形貌

Fig.11 SEM morphologies of pitting pits of polished 2205 stainless steel in seawater with the flow rates of 0 m/s (a), 1 m/s (b), 3 m/s (c) and 5 m/s (d)

表4 抛光处理2205不锈钢试样在不同流速海水中腐蚀表面元素组成 (atomic fraction / %)

Table 4 Elemental compositions of the surfaces of polished 2205 stainless steel samples after corrosion in flowing seawater

V / m·s^-1	Si	S	Ni	Fe	Cr	Mn
0	1.02	1.39	23.37	65.10	23.37	1.53
1	0.98	-	4.69	59.41	21.95	1.27
3	0.88	1.34	4.90	61.12	22.60	1.51
5	1.10	1.17	5.00	58.38	20.93	1.48

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如表4所示，静态海水中材料表面Ni和Cr的含量均高于流动海水中。而在不同流速中，材料表面的Ni、Cr含量差异不大，Cr和Ni均可以和O^2-和OH^-形成使钝化膜更加稳定的氧化物和氢氧化物，是影响不锈钢点蚀形核的主要合金元素^[28,29]，说明了流动海水冲刷下流速的变化未对材料表面钝化膜的耐点蚀性能造成明显影响。

钝化处理2205不锈钢在不同流速下的点蚀坑形貌如图12所示。能够看出，极化反应后钝化试样的表面呈龟裂状，有明显的点蚀坑出现，说明材料表面出现了晶间腐蚀和点蚀。和抛光后的试样相似，2205不锈钢在静态海水中产生的点蚀坑更小，而在流动的海水中，随着流速的增加，点蚀坑大小并未发生明显变化，该规律与点蚀电位所表现出的规律一致。对图中拍摄区域进行元素含量分析，结果如表5所示。

图12

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图12 钝化2205不锈钢试样在不同流速海水中点蚀坑的SEM形貌

Fig.12 SEM morphologies of pitting pits of pre-passivated 2205 stainless steel in seawater with the flow rates of 0 m/s (a), 1 m/s (b), 3 m/s (c) and 5 m/s (d)

表5 钝化处理2205不锈钢试样在不同流速海水中腐蚀表面元素组成 (atomic fraction / %)

Table 5 Elemental compositions of the surfaces of passivated 2205 stainless steel samples after corrosion in flowing seawater

V / m·s^-1	Si	S	Ni	Fe	Cr	Mn	Mo
0	0.75	-	4.43	58.70	18.84	1.23	1.38
1	1.18	0.92	4.27	55.50	17.92	0.95	1.20
3	0.63	-	4.02	57.14	18.02	1.21	1.27
5	0.58	-	4.26	56.68	17.40	0.79	1.26

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由表5可以看出，在静态环境中，试样表面的耐蚀性元素含量较高，耐蚀性能更加优秀，而流动海水环境中的试样，在1、3和5 m/s流速下材料表面的耐蚀性元素含量差异不大。

4 结论

(1) 两种表面处理状态下的2205不锈钢在海水中极化测试后，试样表面出现明显的点蚀形貌，点蚀电位在0.9~1.2 V之间，在静态环境中材料的耐点蚀性要强于流动海水中，但随着流速上升，材料的耐点蚀性并未发生明显变化。2205不锈钢的表面钝化膜在流动海水中失去了再钝化能力。

(2) 2205不锈钢表面钝化膜均呈现n型和p型两种半导体特征，说明不锈钢表面钝化膜呈现双层结构，主要由外层Fe的氧化物和内层Cr的氧化物组成。

(3) 对于2205不锈钢，不同流速下钝化处理后试样的耐点蚀性能有所上升，抛光处理试样点蚀保护电位约为0.95 V，而钝化处理下点蚀保护电位上升到约1.03 V，但钝化膜的半导体性质未发生明显变化。

参考文献

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被引期刊影响因子

[1]

Yang

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Corrosion behavior of Ni, Cr-containning corrosion resistant steel in high temperature and high Cl^- environment

[J]. Corros. Prot., 2022, 43(4): 13