科技新进展：不锈钢耐蚀性调控关键技术及工程应用

一、研究的背景与问题

以不锈钢为代表的耐蚀金属材料由于其优异的耐腐蚀性能，兼具良好的耐高温性、力学性能等。在海洋、石油化工、交通运输等多个领域中得到了广泛的应用。基于系统研究多种类型不锈钢材料环境腐蚀理论和钝化膜稳定性技术成果，提出了基于环境失效机理的不锈钢耐蚀性能显微组织调控新理论，探索不锈钢服役失效过程中环境因素对合金元素、夹杂物、组织结构以及晶体特性的协同作用规律，并把以上规律与冶炼、轧制、热处理和酸洗等生产工艺密切结合，实现不锈钢力学性能、组织均匀性和耐蚀性的同步提升。

二、解决问题的思路与技术方案

1、基于耐蚀金属在自然环境、海洋工程、石化加氢等多种环境中的腐蚀行为和腐蚀机理，揭示盐度、温度、湿度、酸碱度、氢含量等环境参量变化与材料的活化转变、钝化膜结构、腐蚀诱发的关联。提出高熵态钝化膜成分并阐释钝化膜内结晶水与其稳定性的作用规律。

2、实现了钝化膜破裂/金属离子析出的原位化学—电化学表征，从电化学角度解析钝化膜与侵蚀性离子的交互作用机制。建立了微环境-耐蚀性调控新理论，获得了表面蚀坑内微环境的动态酸化与耐蚀合金腐蚀-钝化耦合机理的新认识。

3、揭示了微纳米尺度组织因素对耐蚀材料钝化膜稳定性规律、局部腐蚀起源的影响机理，建立了化学成分-显微组织-钝化膜环境稳定性-耐蚀性调控新理论。首次利用钝化膜稳定性和腐蚀大数据规律设计和制备出高强韧耐多种环境腐蚀的新型合金材料。

三、主要创新性成果

1、基于耐蚀金属在自然环境、石油化工、海洋工程等环境中的腐蚀行为和腐蚀机理，揭示盐度、温度、湿度、酸碱度、氢含量等环境参量变化与材料的钝/活化转变、钝化膜结构、腐蚀诱发的关联。首次提出高熵合金的钝化膜结构并阐释钝化膜内结晶水与其稳定性的作用规律。

2、通过对多种类型不锈钢的晶粒度、晶体特征、析出相等变化对轧制缺陷及其耐蚀性的影响机制研究，掌握了不锈钢的显微组织结构变化对轧制裂纹、耐蚀行为的影响规律，构造了不锈钢材料的“组织结构—耐腐蚀性能”协同控制的关键技术。

3、完成了30余种不同成分的不锈钢材料累计2280件试样在我国大气、海洋、石油化工、建筑等环境下长期的挂片试验和数据积累。通过对以上不锈钢环境腐蚀大数据进行建模分析，获得了不锈钢在我国典型大气、海洋、石化等环境中的腐蚀速率规律与模型，结合不锈钢腐蚀数据挖掘分析，结合室内加速腐蚀试验新技术，获得了不同介质环境中合金元素对不锈钢耐蚀性的影响规律。采用微区电化学评价技术研究不锈钢中夹杂物、钝化膜薄弱处诱发腐蚀的微观机制，建立了微区电化学腐蚀评价技术。在此基础上发展了基于不锈钢钝化膜半导体特性的合金化调控以及基于夹杂物控制的成分纯净化和耐蚀性调控方法。

四、应用情况与效果

项目发表SCI/EI论文226篇，他引总数4546次，出版专著2部；牵头制定国家标准2项、行业标准10项，参与制定国家标准1项。

图1 通过本项目热轧工艺改进后双相不锈钢卷边裂大幅度减少

2项成果被鉴定为国际先进成果，1项被国外同行评价为世界领先；获得国家发明专利12项；培养博士生10名；获国际奖项2项；实现了具备优良耐蚀性能的超纯铁素体不锈钢、超级奥氏体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢等高品质不锈钢的稳定化大批量生产；新型不锈钢材料应用在核电、海洋工程等国家重要工程与装备以及汽车、建筑、重工业等领域。系列化的高品质不锈钢近三年销售量达到54万吨，新增销售额65亿元，利润超4亿元，产生了巨大的经济效益和社会效益。

信息来源：北京科技大学