国产新工艺离心铸管与Inconel进口轧制管耐腐蚀性能对比研究
Inconel是早期发展的镍一铬一铁基固溶强化合金，具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能，优良的冷、热加工和焊接工艺性能，对于还原、氧化、氮化介质、十燥氯气和氯化氢气体都具有耐腐蚀性，同时，在零下、室温及高温时都具有很好的机械性能和良好的抗蠕变断裂强度。因其优良的耐腐蚀性能，Inconel进口轧制管用途广泛，包括应用于侵蚀气氛中的热电偶套管，氯乙烯单体生产，有机或无机氯化物和氟化物的生产，腐蚀性碱金属的生产和使用，特别是使用硫化物的环境中口-31等等。近年来，随着有色金属资源价格的不断上涨，在Inconel进口轧制管合金元素的基础上，对其合金成分和生产工艺进行了进一步改进，开发出了低碳和高碳型两种国产新工艺离心铸管，其价格可较Inconel进口轧制管降低30％，同时在一定环境下能保持或超过Inconel进口轧制管的耐腐蚀性能。
1实验过程
1．1材料
实验所用国产新工艺离心铸管由上海贤钢特种合金集团有限公司生产和提供。在管材上切割出直径10mm圆柱试样，边长24mm方块试样，边长10mm方块试样备用。
Inconel简介：
合金是镍－铬－铁基固溶强化合金，具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接工艺性能，在℃以下具有满意的热强性和高的塑性。合金可以通过冷加工得到强化，也可以用电阻焊、熔焊或钎焊连接。
Inconel国内外对应牌号：
Inconel供货规格：
圆钢、棒材、带材、管材、阀座、球体、法兰和锻件协商供应
Inconel化学成分：
Inconel物理性能：
Inconel在常温下合金的机械性能的MIX：
Inconel力学性能（室温）
Inconel具有以下特性：
1.具有很好的耐还原、氧化、氮化介质腐蚀的性能
2.在室温及高温时都具有很好的耐应力腐蚀开裂性能
3.具有很好的耐干燥氯气和氯化氢气体腐蚀的性能
4.在零下、室温及高温时都具有很好的机械性能
5.具有很好的抗蠕变断裂强度，推荐用在℃以上的工作环境。
Inconel的金相结构：
Inconel为面心立方晶格结构。
Inconel的耐腐蚀性：
合金对于各种腐蚀介质都具有耐腐蚀性。铬的成分使该合金在氧化条件下比镍99.2(合金)和镍99.2（合金,低碳）具有更好的耐腐蚀性。同时，较高的镍含量使合金在还原条件和碱性溶液中具有很好的耐腐蚀性，并且能有效地防止氯-铁应力腐蚀开裂。合金在乙酸、醋酸、蚁酸、硬脂酸等有机酸中具有很好的耐蚀性，在无机酸中具有中等的耐蚀性。在核反应堆中一次和二次循环使用的高纯度水中具有很优秀的耐蚀性。尤其突出的性能是能够抵抗干氯气和氯化氢的腐蚀，应用温度达℃。在高温下，退火态和固溶处理态的合金在空气中具有很好的抗氧化剥落性能和高强度。该合金也能抵抗氨气和渗氮、渗碳气氛，但是在氧化还原条件交替变化时，合金会受到部分氧化介质的腐蚀（如绿色死亡液）
Inconel工艺性能与要求：
热加工
1.热加工温度范围1℃～℃，冷却方式为水淬或快速空冷。
2.得到耐蚀性能和非常适宜的晶体结构，热加工后要进行热处理。
3.材料可以直接送入已升温的炉中。
冷加工
1.冷加工材料应为退火或固溶热处理态，合金的加工硬化率与奥氏体不锈钢接近，因此可以选择类似的加工设备。
2.在冷加工量过程中应进行中间退火。
3.在冷加工量大于5%时，则需要对工件进行固溶处理。
4.为减少材料的磨损，模具应选择合金刀具钢、硬质合金或铸钢。
Inconel焊接工艺
合金焊接性能良好，可用电弧焊、氩弧焊、电阻焊和钎焊等各种方法连接，大型或复杂的焊接结构件在熔焊后应在℃退火1h，以消除焊接应力。
Inconel零件热处理工艺
零件的热处理工艺应按相应的材料标准的热处理制度进行。薄板和带材零件的退火处理应在保护气氛中进行。
Inconel应用范围应用领域有：
1.侵蚀气氛中的热电偶套管2.氯乙烯单体生产：抗氯气、氯化氢、氧化和碳化腐蚀3.铀氧化转换为六氟化物：抗氟化氢腐蚀4.腐蚀性碱金属的生产和使用领域，特别是使用硫化物的环境5.用氯气法制二氧化钛6.有机或无机氯化物和氟化物的生产：7.核反应堆8.热处理炉中曲颈瓶及部件，尤其是在碳化和氮化气氛中9.石油化工生产中的催化再生器在℃以上的应用中推荐使用合金以获得较长的使用寿命。
1．2浸泡实验
采用全浸实验，用金相砂纸逐级打磨并抛光试样表面以去除氧化物。实验溶液中：H+，Fe3r，Cl浓度分别为0．1，0．2，1mol／L，具体实验方法依照ASTMG31，NACETM—2标准执行。浸泡实验共进行3次，分别通过肉眼观察腐蚀情况并进一步通过腐蚀失重定量判断。3次实验样品种类和实验条件如表1所示。
1．3极化曲线测试
动电位极化曲线可以方便地得出腐蚀电流密度、塔菲尔斜率、击破电位等一些参量，进而研究电极反应的反应速率大小及钝性材料的性能等HJ。本文中动电位极化曲线测量采用标准三电极体系，取封装好的10mm方块试样作为工作电极，金属铂电极为对电极，Ag／AgCl电极为参比电极，实验在室温下进行。测试仪器为EGG，MA型恒电位仪，扫描速率5mV／s，扫描电位范围为一～mV。
1．4金相制备与观察
在浸泡实验开始后的1，2，3，4min分别取出一组对比试样，使用去离子水冲洗及超声清洗去除浸泡溶液及腐蚀产物，烘干后，使用OlympusGX51型金相显微镜对试样的腐蚀形貌进行金相观察并拍摄形貌图片。
2结果与分析
2．1失重分析
三次浸泡实验后各样品腐蚀失重量及腐蚀失重比如表2所示，对表2中腐蚀失重量比较可知，随着试样尺寸和表面积的增加，腐蚀失重量增加，随着测试温度及时间的延长，腐蚀失重量增加[5娟]。测试得出的腐蚀失重比如图1所示，可以看出，在相同样品形状、浸泡温度、浸泡时间的条件下，国产新工艺离心铸管的腐蚀失重比均低于Inconel进口轧制管，较进口轧制管分别降低了16．1％，19．4％，16．2％，表现出更优越的耐腐蚀能力。
2．2极化曲线分析
极化曲线测试结果如图2所示，通过极化曲线测试，可以得到关于材料腐蚀过程的更多信息。由图2极化曲线进行拟合计算，两种材料阴极反应极化曲线过程类似且自腐蚀电位相差不大，其中，国产新工艺离心铸管自腐蚀电位为一．87mV，略高于Inconel进口轧制管腐蚀电位一．66mV。
进入阳极反应区间后，两种材料均经历腐蚀电流迅速增大的过程，之后又急速减小，钝化膜形成，阻碍后续腐蚀进一步发展。图中可以看出，国产新工艺离心铸管的钝化膜成膜电位更低，成膜用时更短，且钝化膜未形核时电流最大值远远小于Inconel进口轧制管。同时，钝化膜形成后，两种材料在电位增加的过程中，维钝电流密度均有逐渐增加的现象，但国产新工艺离心铸管的维钝电流密度始终低于Inconel进口轧制管，在电位为一0．1VAg／AgcI时，国产新工艺离心铸管维钝电流密度为5．55×10-6A／cm2，而Inconel进口轧制管维钝电流密度为7．01×10叫A／cm2。电流密度的大小可以体现腐蚀反应速率的大小，由此证明，在本文所测体系中，国产新工艺离心铸管耐腐蚀能力优于Inconel进口轧制管。对极化曲线测试前后的样品进行称重，并计算腐蚀速率，国产新工艺离心铸管和进El轧制管腐蚀速率分别为0．／zm／a和0．／_￡m／a，进一步证实了前述结论。
2．3腐蚀形貌观察
使用OlympusGX51型金相显微镜对腐蚀实验样品的腐蚀形貌进行观察，其中，国产新工艺离心铸管不同时间腐蚀形貌如图3所示，进口轧制管不同时间腐蚀形貌如图4所示。(d)4m臣编((c)3rain(d)4min图4进口轧制管腐蚀形貌(×)从图3，4中可以看出，两种材料的腐蚀均主要集中在晶界位置。国产新工艺离心铸管的腐蚀最开始主要出现在多个晶粒交叉位置，沿晶界断断续续出现，到后来范围逐渐扩大，几乎遍布所有晶界，形成连续的腐蚀网络，时间的影响主要表现在腐蚀范围加大上，腐蚀更偏向于均匀发生；而Inconel进口轧制管的腐蚀区域相对更加集中，随着时间的延长，晶界逐渐加深加宽，晶粒问渐渐失去支撑，时间的影响主要体现在腐蚀深度的增加上，腐蚀更偏向于局部发生。
3结束语
本文对国产新工艺离心铸管和Inconel进口轧制管耐腐蚀性能进行了对比研究，通过浸泡腐蚀实验，极化曲线测试和腐蚀形貌观察分析，得出以下结论：
(1)在相同样品形状、浸泡温度、浸泡时间的条件下，国产]新工艺离心铸管的腐蚀失重比均低于Inconel进口轧制管，表现出更优越的耐腐蚀能力。
(2)极化曲线研究表明，国产新工艺离心铸管的维钝电流密度始终低于Inconel进口轧制管，在电位为一0．1V吲A删时，国产新工艺离心铸管维钝电流密度为5．55×10_6A／cm2，而Inceonel进口轧制管维钝电流密度为7．01×10—6A／cm2。
(3)随着腐蚀时间的延长，国产新工艺离心铸管主要表现为腐蚀范围加大，腐蚀更偏向于均匀发生，Inconel进口轧制管主要表现为腐蚀深度加深，腐蚀更偏向于局部发生。