乙二醇冷却液中316L和304不锈钢的腐蚀行为研究*

(武汉工程大学 机电工程学院，湖北 武汉 430205)

轮船上的冷却系统是保障整个轮船正常航行的关键系统。以实船系统(管路、连接件、阀件、泵壳、叶轮和传感器等)相同的材质，模拟实船总管流速，搭建小型试验管网腐蚀性能测试平台，考察了乙二醇冷却液对管网的腐蚀情况及冷却液混合物成分、形态的变化，研究了304和316L不锈钢管路在不同温度和压力下的乙二醇冷却液中的腐蚀行为。

1 试验部分

1.1 试验材料和仪器

管网腐蚀性能测试平台主要由循环泵、定压补液装置、分液器、集液器、测试支路(4条)以及相关测试仪表和调节设备构成。管网腐蚀性能测试平台运行流程示意见图1。平台部件包括：泵、测试管件、调节阀、排气阀、流量计、温度计和取液装置等。

该腐蚀性能测试平台共有4条支路，泵、截止阀、温度计、分液器、集液器与流量调节部件布置在主流路上，调节阀布置在各并联支路的两端，测试管件布置在各并联支路的中间位置。测试器件主要有裂纹检测仪、相关化学分析仪器及设备。

1.2 试验方法

采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)、清洁度检测系统(JOMESA HFD)、扫描电镜(SEM)表面分析以及油品颜色变化分析等手段，对冷却系统中304不锈钢、316L不锈钢在不同温度和压力下的冷却液中的腐蚀情况进行研究[1]。依据对照原则，分4组不同工况进行试验。冷却系统中冷却液的流速为2 m/s，温度分别设定为25 ℃和50 ℃，压力分别设定为4 MPa和8 MPa。把两种材料分别放在4种工况下进行研究和测试，具体工况条件见表1。

2 试验结果与讨论

2.1 腐蚀速率分析

金属的腐蚀情况主要由其腐蚀速率来判断，腐蚀速率的大小决定了不锈钢管在冷却系统中的使用寿命[2]。304不锈钢的密度为7.93 g/cm3，316L不锈钢的密度为8.03 g/cm3，一般用年平均腐蚀深度来表征其腐蚀速率。计算公式如下：

式中：VL——腐蚀速率，mm/a；

m1——腐蚀前金属质量，g；

m2——腐蚀后金属质量，g；

ρ——金属密度，g/cm3；

T——腐蚀时间，h；

S——腐蚀试片面积，cm2。

试验测得的两种不锈钢在冷却液中的腐蚀速率如图2所示。

图1 管网腐蚀性能测试平台流程示意

表1 4种不同的工况条件

图2 304和316L在不同工况下的腐蚀速率

由图2可以看出，随着温度和压力的升高，304不锈钢材料的腐蚀速率均增大，但总体腐蚀速率很低。316L不锈钢在4种工况下的腐蚀速率变化不大，且均小于304不锈钢的腐蚀速率。

2.2 试验管件内壁腐蚀状况检测

为了更好地了解不锈钢管在冷却系统的腐蚀情况，对工况4条件下腐蚀前后的316L试验管件内壁表面形貌进行了SEM观察分析，结果如图3所示。从图3可以看出，316L不锈钢挂片在腐蚀前后表面形态发生了一些变化， 腐蚀后颜色变深，加工痕迹变浅[3]。

2.3 冷却液混合物成分检测

取工况4下316L不锈钢材料腐蚀后的冷却液，使用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定腐蚀产物中溶液部分的金属离子质量分数，结果如图4所示。

图4 冷却液中的金属离子质量分数

使用孔径5 μm滤膜直接进行样品过滤，滤膜烘干后，用清洁度检测系统(JOMESA HFD)分析滤膜上的颗粒物，测量腐蚀产物中沉淀部分粒径≥40 μm和≥80 μm的颗粒物数量，结果如图5所示。

图5 腐蚀产物中沉淀部分颗粒物含量

由图4可以看出，随着试验的进行，溶液中Fe，Cr和Ni元素的质量分数逐渐上升，但是总体含量很低，说明316L不锈钢在冷却液中发生腐蚀，但腐蚀轻微。由图5可知，在试验进行到2个月后，冷却液混合物中颗粒物数量显著上升，但是随着试验继续进行，冷却液混合物中颗粒物数量未见明显增多，这是因为不锈钢发生了钝化反应，所以腐蚀速率进一步降低，说明316L不锈钢管有很好的耐腐蚀性[4]。

2.4 冷却液颜色分析

冷却液颜色的变化既反应了金属的腐蚀情况,同时也反映了不锈钢对冷却液性能的影响。图6是不同工况下两种不锈钢腐蚀后的冷却液样品照片。从左到右依次为:304不锈钢在工况1下腐蚀后的冷却液，304不锈钢在工况2下腐蚀后的冷却液，316L不锈钢在工况1下腐蚀后的冷却液，316L不锈钢在工况2下腐蚀后的冷却液。

图6 不同工况下腐蚀后的冷却液颜色

从图6可以看出，冷却液在4种工况下观察皆为均匀橙黄色，有轻微浑浊,与冷却液初始状态相差甚微,说明不锈钢在该系统中产生的腐蚀对冷却液性能的影响很小。

2.5 台架的整体腐蚀情况

试验完毕后，拆开检查试验测试平台的阀件、垫片、焊接区域等各部位腐蚀情况，结果表明，这些部位并未发现明显腐蚀。

3 结 论

(1)在冷却系统中，冷却液会对304不锈钢产生一定的腐蚀，随着温度的升高和压力的增大，304不锈钢的腐蚀速率均增大，但总体腐蚀速率较低。

(2)不锈钢在腐蚀过程中会发生钝化反应从而降低腐蚀速率，同时，不锈钢的腐蚀属于轻微腐蚀，对冷却系统中冷却液的影响很小。

(3)在该系统中，316L不锈钢的耐腐蚀性和稳定性明显优于304不锈钢。