重复使用的不锈钢：经得起沧海桑田

有人说二十一世纪是海洋开发的世纪，因为不仅矿石、食品、能源甚至差不多所有的自然资源将不断由陆地转向由海岸供应，海洋将成为人类除陆地以外生产、生活以及休息的重要场所。到那时，海上采油、海上机场、海底城市、海底电缆及输油、气管线、海港技术、造船、海水淡化、海水电站、海洋化工都将需要大量综合性能良好、物美价廉的耐海水腐蚀钢，包括耐海水腐蚀不锈纲及高强度不锈钢，这是海洋开发的重要物质基础。今天，我们就要聊一聊这些耐海水腐蚀性能非常好的不锈钢，它们的成分、分类及发展现状。

在化学成分设计中，所考虑的关键问题是在保证高强度和优良耐蚀性的前提下，提高材料的塑性和韧性，即在含有铬、钼、镍等基本合金元素前提下，添加硅和矾。

不锈钢中常用的元素作用分析如下：铬是提高不锈钢耐点蚀的合金元素，铬含量一般为18％～22％；钼是提高不锈钢耐孔蚀和缝隙腐蚀最有效的合金元素，比铬的作用大3倍多，因此钢中的含钼量为3.5％～7％；镍可以提高钢在海水中的耐均匀腐蚀性，还可以改善钢的韧性，钢的镍含量考虑为15％～20％；锰的作用不在于形成奥氏体，而是降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下的奥氏体保持到常温，钢中锰含量为3％～5％；硅和钼一样具有优良的耐氯离子腐蚀的特性，随着铬－镍不锈钢中硅含量的增加，钢在氯化物溶液中的点蚀电位向正电位方向转移，钢中硅含量为0.4％～0.6％。钒是一种强碳化物形成元素，在不锈钢中起到稳定铁素体化作用，钢中钒含量为0.4％～0.6％。

国内外典型耐海水腐蚀不锈钢的牌号和成分

不锈钢在海水环境中的腐蚀类型主要有孔腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂三种。不锈钢抗局部腐蚀性能的点蚀当量PRE及缝隙腐蚀的临界温度CCT数据有对应关系，如PRE高，则CCT亦高。奥氏体不锈钢、双相不锈钢、高纯铁素体不锈钢的PRE、CCT值都比较高，所以它们都有较好的耐孔蚀、缝隙腐蚀性。当不锈钢中的合金元素以中间相形式存在时会形成Cr、Mo区，致使不锈钢耐蚀性能下降。

（1）耐海水腐蚀奥氏体不锈钢现状

除铬、钼、氮以外，镍、硅、钒、稀土等也能提高奥氏体不锈钢，耐海水腐蚀性。国外常用的耐海水腐蚀不锈钢有：AL-6×（20Cr-24Ni-6Mo），254SMo（20Cr-18Ni-6.1Mo），VEWA963（17Cr-16Ni-6.3Mo），22 Cr-12 Ni-6Mo，WSCD（17Cr-16Ni-5.5Mo），ZRK65（20Cr-25Ni-4.5Mo），20Cr-25Ni-6Mo，5Cu-N等。我国研制的钢号有：00Cr20Ni25Mo5N，00Cr25Ni25Si2V2Nb，0Cr17Ni17Mo7，0Cr18Ni18Si2Xt，00Cr18Ni18Mo5N，00Cr20Mo4.5Cu等。

实践表明，耐海水奥氏体不锈钢中，铬含量一般17~27%，钼含量一般为2%~7%，镍含量一般12~25%，偶尔加入2%硅或2%钒。耐海水腐蚀奥氏体不锈钢的σs一般都小于300MPa。虽然Nitonic系列，00Cr23Ni17Mn5Mo3NbN以及国产2Cr18Mn14Ni4.5Mo2VN及10Cr20Ni10Mo1.5WNbNXt钢的σs可达450~700MPa，但仍不能满足σs≥882MPa耐海水腐蚀高强度不锈钢研制的指标要求。

（2）耐海水腐蚀高纯度铁素体不锈钢的现状

通用铁素体不锈钢对应力腐蚀不敏感，但因塑性和工艺性能特别是焊接性较差而用途有限。高纯度铁素体不锈钢的发展，改进了上述缺点，因而能部分代替18-8不锈钢，所以使用范围日益扩大。

高纯铁素体不锈钢中，分别增加或同时增加铬、钼含量，耐海水腐蚀性大幅度增加。当铬含量达30%时，孔蚀电位急剧增加，这是因为铬增加钝化膜的稳定性。当钢中添加2%钼可使其在盐酸中的耐蚀性提高30倍，若添加3.5-5%Mo，则临界电流密度非常小，腐蚀率几乎为零。

国外常用的钢号有:18Cr-2Mo，21Cr-3Mo，26Cr-1Mo，28Cr-2Mo，29Cr-4Mo，30C-1Mo等。我国研制成功钢号有000Cr18Mo2，000Cr26Mol及000Cr30Mo2，000Cr17Mol等。

铁素体不锈钢显微组织中σ相和χ相析出，可明显降低钢在热海水中的耐蚀性微量的镍、铜、钴等元素容易使钢产生应力腐蚀裂纹。

（3）耐海水腐蚀双相不锈钢现状

双相不锈钢是指铁素体为10-80%的铁素体一奥氏体型不锈钢，其化学成份一般为18-28%铬及2-5%镍；根据不同用途添加钼、铜、钨、氮等合金元素。国外常用的钢号有：Monit(25Cr-4Ni-4Mo Ti N)，SEACuRE(26Cr-2Ni-3Mo-Ti)，Superferrit(28Cr-3.5Ni-2.5Mo-N)，0XZ21H6M2T，0X20H6M2T，3RE60(00Cr18.5Nil.7Mo2.7)，NSS-216(Cr22Ni2Mn5Mo2N、DSD5(Cr23Ni5.5Mo2.8N)， VAR-315SN(Crl8Ni9.5Si2.2Cul.5Mo0.5N，00Cr25NieMo4NbVN，7-Mo Plus(S32950)，44LW(S31200)，Ferralium255(S32550)，DP-8(S31260)等以及第二代双相不锈钢2205(00Cr22Ni5Mo3N)等。

双相不锈钢在海水中具有良好的抗应力腐蚀性。因为：(1)铁素体与奥氏体两相擎其有较高的机械强度，难以引起粗大的滑移。(2)铁素体对奥氏体有电化学保护作用。(3)铁素体组织难以引起穿晶腐蚀。此外，双相不锈钢还具有优良的耐孔蚀、耐缝隙腐蚀能力。

我国研制成功的钢号有：8RE60，1Cr21Ni5Ti，00Cr25Ni6Mo3N，00Cr25Ni6Mo3WCuN等，并且已推广使用。

（4）耐海水腐蚀高强度不锈钢的现状

1）沉淀硬化不锈钢

国外常用钢号有17-4PH，17-7PH，PH15-7Mo，PH14-8Mo，A-286等，σs高达500~1500MPa，除A-256外，其它钢号强度(时效态)均可满足用户要求，但大部分钢耐蚀性差。上述某些钢号已列入我国国标，正在推广使用。

2）马氏体时效不锈钢

国外已研制成功二十多个钢号，如IN-736，Custom450及455，NASMA-164，AFC77，Ultrafort401及402，15-5PH，PH13-8Mo，16-6PH等，其σs=2000~1800MPa。由于铬含量较低(一般10-15%)，钼含量不高(一般2-4%)，又是马氏体基体，所以耐海水腐蚀性一般较AISI316差。

我国已研制成功00Cr10Ni10Mo2Ti，00Cr-ZNi8Cu2NbAl，00Cr12Ni8Mo2NbTiAl以及00Cr12Co12Ni4Mo4Ti等钢号，σs达1000-1600MPa。

马氏体不锈钢金相组织

不论国外或国内研制的马氏体时效不锈钢，其固溶态的σs均达达不到882MPa用户要求指标。过时效或欠时效处理能否使马氏体时效钢达到用户要求指标已进行过探讨，并得到有实际意义的结论：

(1)随着固溶温度(780-1000℃)升高，00Cr15.5Ni6Mo2.5CuAl钢的耐点蚀性提高，但σs稍有降低。(2)与固溶态比较，该钢时效后的耐点蚀性能有不同程度下降，在150℃时效具有较好的耐点蚀性能与力学性能配合。

通过对不锈钢成分的分析得出不同成分的含量耐海水腐蚀不锈钢的影响，进而研究国内外耐海水腐蚀奥氏体不锈钢、耐海水腐蚀高纯度铁素体不锈钢、耐海水腐蚀双相不锈钢、耐海水腐蚀高强度不锈钢几大类不锈钢的常用类型及特点进行总结得出：对国外没有一个不锈钢能够满足国内有关海洋开发单位提出的σs>882MPa耐海水腐蚀高强度不锈钢的技术要求，所以进行新材料的开发和应用研究是十分必要的。

现有耐海水腐蚀高合金奥氏体不锈钢的耐蚀性较高，但强度低成本又高。通用奥氏体不锈钢采用相应的处理方法（TMCP法）处理可以提高强度80~120MPa，而耐蚀性(包括局部腐蚀性)与固溶处理时相当或稍高。高合金奥氏体耐海水腐蚀不锈钢经过形变热处理，有可能满足用户指标。