发布日期：2025-12-25 20:17:41
引言
随着全球航运业的快速发展，船舶烟气排放导致的环境污染问题逐渐引起重视。为了应对船舶烟气造成的环境问题，国际海事组织 (IMO) 陆续出台多项法规，限制船舶燃料中的硫含量，甚至在 2020 年 1 月 1 日正式生效更为严格的 0.5% 硫含量上限的规定，这极大程度地推动船舶烟气脱硫装置的发展。目前，大多数的船舶烟气脱硫装置采用海水脱硫技术，即将弱碱性的海水引入脱硫装置中，利用天然海水吸收烟气中的SO2，再经过氧化和中和后排入海洋，此项技术具有无固体废物、低成本和无环境污染等优点 [1-3]。船舶烟气脱硫装置主要由吸收塔、喷淋系统、洗涤液处理系统、氧化系统和排放系统组成。吸收塔是脱硫装置的核心部件，喷淋海水吸收烟气中的SO2生成NaHSO3，同时降低烟气温度 [4-6]，因此吸收塔面临着高温、酸性和侵蚀性阴离子的共同作用，服役条件苛刻，极易遭受腐蚀问题。选择合适的耐腐蚀性能材料对于保证船舶烟气脱硫装置长期稳定运行至关重要。
在船舶烟气脱硫极端环境中，不锈钢的耐腐蚀性能依赖于表层钝化膜的屏蔽作用和再修复能力。然而，高温、高湿度、酸性条件和侵蚀性阴离子的存在会对上述 4 种不锈钢的耐腐蚀性能和钝化性能产生不同程度的破坏作用。因此，本文研究了 4 种不锈钢在船舶烟气脱硫极端环境中的耐腐蚀性能和钝化性能，并基于研究结果提出适用于船舶烟气脱硫装置的材料选择建议，为相关工业领域提供实际参考和数据支撑。
在众多耐腐蚀性能材料中，不锈钢因其优异的耐腐蚀性能、出色的冷热加工性能和相对较低的成本，成为船舶烟气脱硫装置的首选材料。然而，不锈钢种类繁多，不同类型的不锈钢的耐腐蚀性能差异显著。在吸收塔等极端苛刻环境中，不锈钢不仅需要抵抗酸性和侵蚀性阴离子的腐蚀，还需要能够在高温高湿度条件下正常工作，这对不锈钢材料的选择提出更高要求。目前，市场上主流的不锈钢种类包括 304 ASS、316L ASS、2507 SDSS 和 254SMO SASS，相关的研究主要集中在冷 / 热加工引起的微观组织变化 [7-11]、服役环境 [12-16] 和侵蚀性离子 [17-20] 对它们耐腐蚀性能的影响，而针对上述 4 种不锈钢在船舶烟气脱硫极端环境下的耐腐蚀性能和相关评价的研究鲜有报道。
1、实验材料和方法
1.1 实验材料
实验材料为 304 ASS、316L ASS、2507 SDSS 和 254SMO SASS，规格为 10 mm×2 mm×10 mm，化学成分如表 1 所示。实验使用的化学试剂包括NaHSO3、NaCl、MgCl2、Na2SO4、CaCl2、KCl、NaHCO3，均为分析纯级别。根据 ASTM D1141-98 (2013)《替代海水制备的标准规程》配置人工海水，化学成分如表 2 所示。
表 1 4 种不锈钢的化学成分 (质量分数，%)
| Steel | C | Cr | Mo | Ni | N | Si | P | S | Mn | Cu | Fe |
| 304 ASS | 0.08 | 19.5 | - | 9.8 | 0.05 | 0.8 | 0.040 | 0.030 | 1.5 | - | Bal. |
| 316L ASS | 0.05 | 16.7 | 2.1 | 10.8 | - | 0.6 | 0.027 | 0.006 | 1.7 | - | Bal. |
| 2507 SDSS | 0.03 | 25.6 | 4.3 | 7.2 | 0.27 | 0.8 | 0.035 | 0.020 | 1.0 | 0.5 | Bal. |
| 254SMO SASS | 0.02 | 19.9 | 1.1 | 18.2 | 0.20 | 0.7 | 0.030 | 0.010 | 1.2 | 0.7 | Bal. |
表 2 人工海水的化学成分
| 成分 | 含量 | 成分 | 含量 |
| NaCl | 24.53 g/L | KCl | 0.72 g/L |
| MgCl2 | 5.20 g/L | NaHCO3 | 0.20 g/L |
| Na2SO4 | 4.09 g/L | CaCl2 | 1.16 g/L |
1.2 电化学测试
使用电化学工作站 (CS310M, Corrtest) 进行电化学测试，测试体系为三电极体系，不锈钢作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂片电极为对电极。为模拟船舶烟气脱硫装置吸收塔极端环境，测试溶液为含有 50 mmol/L 的NaHSO3的人工海水，测试温度分别为 20、40 和 60 ℃。开路电位的记录时间为 30 min。电化学阻抗的偏置电位为 0 V (vs. OCP)，扰动电位为 10 mV，频率扫描范围为 0.01 Hz~100 kHz。循环极化曲线从 - 0.4 V (vs. OCP) 向阳极方向扫描，当阳极电流密度大于1mA/cm2时反向扫描，反向扫描电流密度小于 0 mA/cm² 时停止，扫描速率为 0.5 mV/s。根据循环极化曲线的分析结果，对于 304 ASS 和 316L ASS，分别选择 - 0.3 V 和 0 V (vs. SCE) 为恒电位极化电位，对于 2507 SDSS 和 254SMO SASS，选择 0.25 V (vs. SCE) 为恒电位极化电位，极化时间均为 30 min。恒电位极化前，先在 - 1 V (vs. SCE) 恒电位极化 5 min 以去除不锈钢在空气中生成的钝化膜。恒电位极化后，测试 Mott-Schottky 曲线，电位扫描范围为 - 0.5 V~1 V (vs. SCE)，固定频率为 1 kHz，扫描速率为 10 mV/s。
1.3 观察与表征
循环极化测试后，使用无水乙醇和去离子水清洗不锈钢并吹干。使用共聚焦激光扫描电镜 (CLSM, VK-X250) 观察腐蚀形貌并拍照。使用 X 射线衍射仪 (XRD, SmartLab SE) 测定 4 种不锈钢的物相，光源为Cu−Kα射线，扫描角度范围为 10°~90°，扫描速度为 2°/min。使用 X 射线光电子能谱仪 (XPS, K-Alɑ) 测定 4 种不锈钢恒电位极化生成的钝化膜的化学成分和元素价态，光源为 Mg-Kα 射线，加速电压为 12 kV，工作电流为 20 mA，以污染碳 C1s 结合能 (284.80 eV) 校正光谱峰位。
2、实验结果与讨论
2.1 4 种不锈钢的物相
图 1 是 4 种不锈钢的 XRD 图谱。如图 1 所示，衍射角2θ为 43.30°、50.43° 和 74.13° 的特征峰对应于奥氏体相，而衍射角2θ为 64.93° 和 82.13° 的特征峰对应于铁素体相 [9,21-22]，这表明 304 ASS、316L ASS 和 254SMO SASS 均为单相奥氏体不锈钢，而 2507 SDSS 为双相铁素体 / 奥氏体不锈钢，无其余析出相、夹杂相和金属间相。
2.2 耐腐蚀性能
图 2 是 4 种不锈钢在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中的电化学阻抗。如图 2 (a1)、2 (a2)、2 (b1) 和 2 (b2) 所示，304 ASS 和 316L ASS 的 Nyquist 图均为容抗弧，Bode 图中的相位角在中低频区间均存在两个波峰，随着温度的升高或NaHSO3的加入，阻抗半径和低频模值∣Z∣0.01Hz减小，而两者同时存在时阻抗半径和低频模值∣Z∣0.01Hz进一步减小。类似地，如图 2 (c1)、2 (c2)、2 (d1) 和 2 (d2) 所示，2507 SDSS 和 254SMO SASS 的 Nyquist 图均为容抗弧，并且 Bode 图中的相位角在中低频区域也存在两个波峰，温度的升高和NaHSO3的加入均分别导致阻抗半径和低频模值∣Z∣0.01Hz减小，而两者同时存在时阻抗半径和低频模值∣Z∣0.01Hz进一步减小。对比 4 种不锈钢在相同测试条件下的阻抗模值∣Z∣0.01Hz，从大到小依次为 254SMO SASS、2507 SDSS、316L ASS 和 304 ASS，这表明 4 种不锈钢的耐腐蚀性能从高到低依次为：254SMO SASS、2507 SDSS、316L ASS 和 304 ASS。
通常，不锈钢在空气中自然生成厚度为数个 nm 的钝化膜，该钝化膜的电化学阻抗的模拟等效电路采用Rs(Qf(Rf(RctQct)))型 [23-24]。该等效电路中，Rs是溶液电阻 (Ω⋅cm2)；Qf和Qct是钝化膜和蚀孔的常相位角元件 (Ω−1⋅cm−2⋅s−n)；Rf和Rct是钝化膜和蚀孔的电荷转移电阻 (Ω⋅cm2)。常相位角元件 Q 用于替代理想电容 C，其阻抗表达式如式 (1) 所示：
式中，j 为虚数单位 (j2=−1)；Y 为常相位角元件 Q 的导纳模量 (Ω−1⋅cm−2⋅s−n)；ω为角频率 (rad/s)；n 为弥散系数 (0.5 电化学阻抗的拟合结果如表 3 所示。可以看出，随着温度的升高和NaHSO3的加入，304 ASS 的钝化膜和蚀孔的电荷转移电阻Rf和Rct下降两个数量级，而 316L ASS 的钝化膜和蚀孔的电荷转移电阻Rf和Rct仅下降一个数量级，这表明 316L ASS 的耐腐蚀性能高于 304 ASS。还可以看出，随着温度的升高和NaHSO3的加入，2507 SDSS 和 254SMO SASS 的钝化膜和蚀孔的电荷转移电阻Rf和Rct均下降一个数量级，但 254SMO SASS 的钝化膜和蚀孔的电荷转移电阻Rf和Rct始终大于 2507 SDSS，这表明 254SMO SASS 的耐腐蚀性能高于 2507 SDSS。在相同的测试溶液中，钝化膜和蚀孔的电荷转移电阻Rf和Rct从大到小依次为：254SMO SASS、2507 SDSS、316L ASS 和 304 ASS，这表明 254SMO SASS 和 2507 SDSS 的耐腐蚀性能均高于 304 ASS 和 316L ASS。 表 3 4 种不锈钢在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中的电化学阻抗拟合参数 注：AS 为 artificial seawater 的简称。 图 3 是 4 种不锈钢在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中的开路电位和循环极化曲线。如图 3 (a1)、3 (b1)、3 (c1) 和 3 (d1) 所示，随着温度的升高，4 种不锈钢在含有NaHSO3的人工海水中的开路电位均负移，而在相同温度的溶液中，NaHSO3的加入也导致开路电位负移，这表明温度的升高或NaHSO3的加入均会增大 4 种不锈钢的腐蚀倾向性。如图 3 (a2) 和 3 (b2) 所示，随着温度的升高和NaHSO3的加入，304 ASS 和 316L ASS 在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中的循环极化曲线整体向右下方移动，钝化区间的电流密度增大，滞后环面积增大，这表明 304 ASS 和 316L ASS 在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中的耐腐蚀性能和再钝化能力较差。如图 3 (c2) 和 3 (d2) 所示，随着温度的升高和NaHSO3的加入，2507 SDSS 和 254SMO SASS 的循环极化曲线也整体向右下方移动，钝化区间的电流密度略微增大，但未出现明显的滞后环，这表明 2507 SDSS 和 254SMO SASS 在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中的耐腐蚀性能和再钝化能力较好。 表 4 为 4 种不锈钢在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中的自腐蚀电位Ecorr、腐蚀电流密度Icorr、点蚀电位Eb和再钝化电位Erp。从表 4 可以看出，对于 304 ASS 和 316L ASS，随着温度的升高和NaHSO3的加入，自腐蚀电位Ecorr先负移后正移再负移，在 40 ℃时达到最正值，而点蚀电位Eb负移，腐蚀电流密度Icorr增大，这表明温度和NaHSO3对 304 ASS 和 316L ASS 具有协同腐蚀作用。而对于 2507 SDSS 和 254SMO SASS，随着温度的升高和NaHSO3的加入，自腐蚀电位Ecorr、点蚀电位Eb和再钝化电位Erp均负移，腐蚀电流密度Icorr增大两个数量级，这表明温度和NaHSO3对 2507 SDSS 和 254SMO SASS 具有协同腐蚀作用，但 2507 SDSS 和 254SMO SASS 仍然能保持良好的再钝化性能。在相同测试条件下，相较于 304 ASS 和 316L ASS，2507 SDSS 和 254SMO SASS 的腐蚀电流密度Icorr更小，点蚀击穿电位Eb和再钝化电位Erp更正，这表明 254SMO SASS 和 2507 SDSS 的耐腐蚀性能均高于 304 ASS 和 316L ASS。 表 4 4 种不锈钢在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中的自腐蚀电位Ecorr、腐蚀电流密度Icorr、点蚀电位Eb和再钝化电位Erp 图 4 是 4 种不锈钢在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中循环极化后的腐蚀形貌。如图 4 整体所示，4 种不锈钢在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中发生的腐蚀类型均为点蚀，点蚀孔洞尺寸从大到小依次为：304 ASS、316L ASS、2507 SDSS、254SMO SASS，这一趋势与 4 种不锈钢的电化学阻抗和循环极化曲线的变化趋势恰好相反。如图 4 (a1)、4 (a2)、4 (a3)、4 (a4)、4 (b1)、4 (b2)、4 (b3) 和 4 (b4) 所示，304 ASS 和 316L ASS 在人工海水中的点蚀形貌为典型的花边盖子状点蚀坑，而随着温度的升高和NaHSO3的加入，点蚀坑直径和深度增大，点蚀坑边缘清晰，这表明温度和NaHSO3协同促进点蚀的发生，并且 316L ASS 的耐腐蚀性能高于 304 ASS。如图 4 (c1)、4 (c2)、4 (c3)、4 (c4)、4 (d1)、4 (d2)、4 (d3) 和 4 (d4) 所示，2507 SDSS 和 254SMO SASS 在人工海水中的点蚀孔尺寸和深度极小，而在含有NaHSO3的人工海水中，随着温度的升高，点蚀孔尺寸和深度略微增大，但未出现大面积的大尺寸、大深度的点蚀坑，这表明 2507 SDSS 和 254SMO SASS 在此环境下的耐腐蚀性能较好。因此，腐蚀形貌观察结果表明：在不同温度的含有NaHSO3的人工海水中，304 ASS 和 316L ASS 发生严重的点蚀现象，而 2507 SDSS 和 254SMO SASS 仅发生微弱的点蚀，进一步验证了 2507 SDSS 和 254SMO SASS 的优异耐腐蚀性能。 2.3 钝化性能 由 2.2 节的实验结果可知，在烟气脱硫极端环境下，温度的升高和NaHSO3的加入协同降低 304 ASS、316L ASS、2507 SDSS 和 254SMO SASS 的耐腐蚀性能和钝化性能。本小节采用恒电位极化进一步探讨温度的升高和NaHSO3的加入对 4 种不锈钢钝化膜性能的影响。图 5 为 4 种不锈钢在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中恒电位极化的i−t曲线和钝化膜的 Mott-Schottky 曲线。如图 5 (a1) 所示，在 20 ℃的人工海水中，304 ASS 在 - 0.3 V (vs. SCE) 极化 1800 s 的i−t曲线先快速下降后缓慢下降，但当极化时间为 325 s 时，电流密度 i 由正变负，这表明 304 ASS 从阳极极化转变为阴极极化 [25]。如图 5 (a1) 和 5 (b1) 所示，在不同温度的含有NaHSO3的人工海水中，304 ASS 和 316L ASS 分别在 - 0.3 V (vs. SCE) 和 0 V (vs. SCE) 极化 1800 s 的i−t曲线均呈现先快速下降后缓慢下降的变化规律，这表明钝化膜在持续形成。相较于在人工海水中，304 ASS 和 316L ASS 在含有NaHSO3的人工海水中极化 1800 s 的电流密度 i 更大，并且随着温度的升高，在相同极化时间下的电流密度 i 更大，这表明温度的升高和NaHSO3的加入协同阻碍钝化膜的持续形成。如图 5 (a2) 和 5 (b2) 所示，304 ASS 和 316L ASS 恒电位极化生成的钝化膜的 Mott-Schottky 曲线在 - 0.5~1.0 V (vs. SCE) 区间呈现倒 “V” 型，这表明其钝化膜在不同电位下具有 N 型和 P 型半导体响应特性。 对 Mott-Schottky 曲线的线性部分拟合并通过式 (2) 和式 (3) 计算得到施主浓度ND和受主浓度NA： 式中：C 是空间电荷层电容 (F−2⋅cm4)；ND是施主浓度 (cm−3)；NA是受主浓度 (cm−3)；ε 是相对介电常数，取 15.6 [26]；ε0是真空介电常数 (F/m)，8.86×10⁻¹²；e 是电子的电荷量 (C)，1.6×10⁻¹⁹；Es是施加电位 (V)；Efb是平带电位 (V)；kB是玻尔兹曼常数 (J/K)，1.38×10⁻²³；T 是开式温度 (K)[27]。 表 5 为 4 种不锈钢在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中恒电位极化生成的钝化膜的施主浓度ND和受主浓度NA。如表 5 所示，随着温度的升高和NaHSO3的加入，304 ASS 和 316L ASS 的施主浓度ND和受主浓度NA均增大，但 304 ASS 的增幅大于 316L ASS，这表明温度的升高和NaHSO3的加入均降低钝化膜的耐腐蚀性能，316L ASS 的钝化性能高于 304 ASS。类似地，如图 5 (c1) 和 5 (d1) 所示，2507 SDSS 和 254SMO SASS 在 0.25 V (vs. SCE) 极化 1800 s 的i−t曲线先快速下降后缓慢下降，随着温度的升高，电流密度 i 的波动程度加大。相较于在人工海水中，2507 SDSS 和 254SMO SASS 在含有NaHSO3的人工海水中极化 1800 s 的电流密度 i 更大，随着温度的升高，在相同极化时间下的电流密度 i 更大，这也表明温度的升高和NaHSO3的加入协同阻碍钝化膜的形成。如图 5 (c2) 和 5 (d2) 所示，2507 SDSS 和 254SMO SASS 恒电位极化生成的钝化膜的 Mott-Schottky 曲线在 0.5~1.0 V (vs. SCE) 区间也呈现倒 “V” 型，这表明其钝化膜在不同电位下也具有 N 型和 P 型半导体响应特性。如表 5 所示，随着温度的升高和NaHSO3的加入，2507 SDSS 和 254SMO SASS 的施主浓度ND和受主浓度NA增大，但 254SMO SASS 的增幅小于 2507 SDSS，这也表明温度的升高和NaHSO3的加入降低钝化膜的耐腐蚀性能，并且 254SMO SASS 的钝化性能高于 2507 SDSS。 综合比较 4 种不锈钢在相同的测试溶液中，304 ASS 和 316L ASS 在极化时间为 1800 s 的电流密度 i 更大，施主浓度ND和受主浓度NA的增幅更大，这表明 304 ASS 和 316L ASS 的钝化性能均低于 254SMO SASS 和 2507 SDSS。 表 5 4 种不锈钢在不同温度下的含有NaHSO3的人工海水中恒电位极化生成的钝化膜的施主浓度ND和受主浓度NA 以 4 种不锈钢在 60 ℃的含有 50 mmol/L NaHSO3的人工海水中恒电位极化生成的钝化膜为例，采用 X 射线光电子能谱仪分析钝化膜的化学成分和元素价态。如图 6 (a) 所示，4 种不锈钢钝化膜中的 Fe 元素均以Fe0、Fe2+和Fe3+的形式存在，结合能为 706.67 和 707.52 eV 的特征峰对应于Fe0，结合能为 711.50 和 724.30 eV 的特征峰对应于Fe2+2p3/2(FeO)和Fe2+2p1/2(FeO)，而结合能为 713.85 和 727.96 eV 的特征峰对应于Fe3+2p3/2(Fe2O3)和 Fe3+2p1/2 (Fe2 O3 )。如图 6 (b) 所示，4 种不锈钢钝化膜中的 Cr 元素均以Cr0和Cr3+的形式存在，结合能为 574.37 eV 的特征峰对应于Cr02p3/2 ，结合能为 577.30 eV 的特征峰对应于Cr3+2p3/2 (Cr(OH)3 )，而结合能为 576.22、577.23、578.01、579.01 和 579.42 eV 的特征峰均对应于Cr3+2p3/2 (Cr2 O3 )。如图 6 (c) 所示，304 ASS 的 Mo 3d 精细谱中无明显的衍射特征峰，这与 304 ASS 的化学成分对应一致，316L ASS、2507 SDSS 和 254SMO SASS 的钝化膜中的 Mo 元素均以Mo0、Mo4+和Mo6+存在，结合能为 227.70 和 230.75 eV 的特征峰对应于Mo03d5/2 和Mo03d3/2 ，结合能为 229.41 和 232.46 eV 的特征峰对应于Mo4+3d5/2 (MoO2 )和 Mo4+3d3/2 (MoO2 )，而结合能为 232.86 和 236.21 eV 的特征峰对应于Mo6+3d5/2 (MoO3 )和Mo6+3d3/2 (MoO3 )。如图 6 (d) 所示，4 种不锈钢钝化膜中的 Ni 元素均以Ni0和Ni2+的形式存在，结合能为 852.79 和 869.70 eV 的特征峰对应于Ni02p3/2 和Ni02p1/2 ，结合能为 853.60 和 870.90 eV 的特征峰对应于Ni2+2p3/2 (NiO)和Ni2+2p1/2 (NiO)，而结合能为 855.60 和 872.90 eV 的特征峰对应于Ni2+2p3/2 (Ni(OH)2 )和Ni2+2p1/2 (Ni(OH)2 )。如图 6 (e) 所示，4 种不锈钢钝化膜中的 O 元素均以O2−的形式存在，结合能为 530.30、531.80 和 533.60 eV 的特征峰对应于氧化物的晶格氧、表面吸附的羟基氧和水分子氧 [28]。如图 6 (f) 所示，4 种不锈钢钝化膜中的 S 元素均以S4+和S6+的形式存在，结合能为 166.85 和 167.97 eV 的特征峰对应于S4+2p3/2 (Na2 SO3 )和S4+2p1/2 (Na2 SO3 )，结合能为 168.59 和 169.85 eV 的特征峰对应于金属硫酸盐的S6+2p3/2 和S6+2p1/2 ，这表明 4 种不锈钢的钝化膜中均存在金属硫酸盐的掺杂。 因此，上述分析结果表明：4 种不锈钢在 60 ℃的含有 50 mmol/L 的NaHSO3的人工海水中恒电位极化生成的钝化膜均以 Fe、Cr、Mo 和 Ni 的氧化物和氢氧化物为主，但还存在少量的金属硫酸盐。 2.4 讨论 由 2.2 节和 2.3 节的实验结果可知，4 种不锈钢在船舶烟气脱硫极端环境中的耐腐蚀性能和钝化性能从高到低依次为：254SMO SASS、2507 SDSS、316L ASS 和 304 ASS，这与 4 种不锈钢的化学成分种类和含量直接相关。不锈钢的耐腐蚀性能和钝化性能主要依赖于钝化膜的屏蔽性能和再修复能力，由合金成分和微观组织所决定。由 2.1 节可知，4 种不锈钢的 XRD 图谱中均只有奥氏体相或铁素体相的特征峰，无析出相、夹杂相和金属间相的特征峰。因此，4 种不锈钢在船舶烟气脱硫极端环境中的耐腐蚀性能和钝化性能仅由其合金成分决定。 对于不锈钢而言，Cr 元素是不锈钢钝化膜的核心元素，Cr 元素含量越高，钝化膜的致密性和再修复能力越强；Mo 元素是提升钝化膜在高氯环境中的抗点蚀能力的关键因素，Mo 元素含量越高，钝化膜的抗点蚀性能越强；而 Ni 元素是维持钝化膜在酸性和还原性环境中稳定性的主要因素，Ni 元素含量越高，钝化膜的均匀性越强 [29]。如图 6 整体所示，在 4 种不锈钢中，254SMO SASS 的 Ni 2p 精细谱的衍射强度最高，而 2507 SDSS 的 Cr 2p 和 Mo 3d 精细谱的衍射强度最高，这与 4 种不锈钢化学成分对应一致。因此，4 种不锈钢中的 Cr、Mo 和 Ni 元素总含量越高，钝化膜的耐腐蚀性能和钝化性能越强。 由 2.2 节和 2.3 节的实验结果可知，4 种不锈钢在船舶烟气脱硫极端环境中面临着温度和NaHSO3的协同腐蚀作用，单一的温度升高和NaHSO3的加入均降低 4 种不锈钢的耐腐蚀性能和钝化性能。一方面，不锈钢的耐腐蚀性能和钝化性能随着海水温度的升高而降低。临界点蚀温度 (CPT) 表征不锈钢在不同温度的海水中发生点蚀的临界温度。对于 304 ASS、316L ASS、2507 SDSS 和 254SMO SASS，临界温度分别在 30~35 ℃、50~60 ℃、60~70 ℃和 70~80 ℃[30-32]。因此，在相同的NaHSO3的浓度下，随着温度的升高，上述 4 种不锈钢的耐腐蚀性能和钝化性能依次为 254SMO SASS、2507 SDSS、316L ASS 和 304 ASS。另一方面，当含有SO2的烟气经过吸收塔时，SO2溶解于海水中生成H2SO3，H2SO3迅速电离生成HSO3−、SO32−和H+，溶液酸化，pH 值从约 8.2 下降至 5~6，溶解氧进一步将SO32−氧化生成SO42−，如式 (4) 至式 (7) 所示： 因此，吸收塔中喷淋海水的酸化降低 4 种不锈钢的耐腐蚀性能和钝化性能。而 4 种不锈钢表面钝化膜局部破裂形成的金属离子与喷淋海水中的SO42−结合生成金属硫酸盐，增大钝化膜的掺杂浓度，如式 (8) 至式 (9) 所示： 如图 6 (f) 所示，在 4 种不锈钢中，2507 SDSS 和 254SMO SASS 的 S 2p 精细谱的衍射强度最低。因此，在相同的温度下，随着NaHSO3浓度的增大，4 种不锈钢的耐腐蚀性能和钝化性能从高到低依次为：254SMO SASS、2507 SDSS、316L ASS 和 304 ASS。当温度的升高和NaHSO3的加入同时存在时，钝化膜的破坏程度进一步增大，耐腐蚀性能和钝化性能进一步下降。 综上所述，上述 4 种不锈钢的耐腐蚀性能和钝化性能与其化学成分密切相关，Cr、Mo 和 Ni 元素的总含量越高，耐腐蚀性能和钝化性能越强。在船舶烟气脱硫极端环境下，304 ASS 和 316L ASS 发生严重的腐蚀现象，而 2507 SDSS 和 254SMO SASS 仅发生轻微的腐蚀现象。因此，在实际烟气脱硫装置建造中，应着重考虑采用 2507 SDSS 和 254SMO SASS，以确保设备服役的长期稳定性和安全性。 3、结论 (1) 在船舶烟气脱硫极端环境中，单一的温度升高或NaHSO3的加入均会降低 304 ASS、316L ASS、2507 SDSS 和 254SMO SASS 的耐腐蚀性能和钝化性能，而当温度的升高和NaHSO3的加入同时存在时，耐腐蚀性能和钝化性能进一步下降。 (2) 在船舶烟气脱硫极端环境中，4 种不锈钢的耐腐蚀性能和钝化性能从高到低依次为 254SMO SASS、2507 SDSS、316L ASS 和 304 ASS，不锈钢中的 Cr、Mo 和 Ni 元素的总含量越高，耐腐蚀性能和钝化性能越强；实际建造烟气脱硫装置时，应重点考虑采用 254SMO SASS 和 2507 SDSS。 参考文献 [1] 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Steel
Test solution
Temperature / ℃
Rs/(Ω⋅cm2)
Rf/(Ω⋅cm2)
Yf/(Ω−1⋅cm−2⋅s−n)
nf
Rct/(Ω⋅cm2)
Yct/(Ω−1⋅cm−2⋅s−n)
nct
304 ASS
AS
20
9.23
6.06×10⁴
1.99×10⁻⁵
0.78
6.09×10⁵
5.98×10⁻⁶
0.86
AS+NaHSO₃
20
7.65
7.52×10³
8.62×10⁻⁵
0.82
8.33×10⁴
1.05×10⁻⁵
0.79
AS+NaHSO₃
40
6.12
2.79×10³
1.29×10⁻⁴
0.80
1.94×10⁴
3.77×10⁻⁵
0.85
AS+NaHSO₃
60
4.57
8.47×10²
8.11×10⁻⁴
0.81
7.59×10³
9.17×10⁻⁵
0.88
316L ASS
AS
20
8.52
1.28×10⁴
2.76×10⁻⁵
0.86
5.42×10⁵
8.81×10⁻⁶
0.83
AS+NaHSO₃
20
8.51
8.24×10³
7.15×10⁻⁵
0.85
1.16×10⁵
9.17×10⁻⁶
0.73
AS+NaHSO₃
40
7.68
5.01×10³
1.58×10⁻⁴
0.87
5.43×10⁴
2.57×10⁻⁵
0.90
AS+NaHSO₃
60
6.89
1.44×10³
6.84×10⁻⁴
0.92
3.64×10⁴
6.76×10⁻⁵
0.75
2507 SDSS
AS
20
21.81
2.31×10⁶
2.48×10⁻⁵
0.87
9.51×10⁵
3.41×10⁻⁵
0.76
AS+NaHSO₃
20
20.73
1.26×10⁶
2.96×10⁻⁵
0.88
1.28×10⁵
5.49×10⁻⁵
0.90
AS+NaHSO₃
40
18.62
5.96×10⁵
7.18×10⁻⁵
0.80
7.65×10⁴
2.11×10⁻⁴
0.83
AS+NaHSO₃
60
16.14
3.52×10⁵
9.05×10⁻⁵
0.72
5.34×10⁴
4.35×10⁻⁴
0.84
254SMO SASS
AS
20
30.12
7.25×10⁶
7.30×10⁻⁶
0.76
1.05×10⁶
7.33×10⁻⁶
0.73
AS+NaHSO₃
20
26.39
3.46×10⁶
1.08×10⁻⁵
0.89
8.74×10⁵
2.56×10⁻⁵
0.76
AS+NaHSO₃
40
20.66
7.99×10⁵
3.12×10⁻⁵
0.93
2.04×10⁵
1.69×10⁻⁴
0.83
AS+NaHSO₃
60
15.98
4.12×10⁵
5.87×10⁻⁵
0.88
1.12×10⁵
3.26×10⁻⁴
0.81
Steel
Test solution
Temperature / ℃
Ecorr/V
Icorr/(A⋅cm−2)
Eb/V
Erp/V
304 ASS
AS
20
-0.17
2.37×10⁻⁷
0.18
-
AS+NaHSO₃
20
-0.45
2.69×10⁻⁶
-0.10
-0.35
AS+NaHSO₃
40
-0.35
7.52×10⁻⁶
-0.15
-
AS+NaHSO₃
60
-0.56
9.24×10⁻⁶
-0.16
-0.49
316L ASS
AS
20
-0.15
1.02×10⁻⁷
0.36
-
AS+NaHSO₃
20
-0.36
2.16×10⁻⁷
0.29
-0.30
AS+NaHSO₃
40
-0.20
3.78×10⁻⁷
0.20
-
AS+NaHSO₃
60
-0.24
5.29×10⁻⁷
0.11
-
2507 SDSS
AS
20
-0.17
1.74×10⁻⁷
1.02
0.98
AS+NaHSO₃
20
-0.37
4.77×10⁻⁶
0.74
0.93
AS+NaHSO₃
40
-0.44
7.25×10⁻⁶
0.67
0.89
AS+NaHSO₃
60
-0.49
1.15×10⁻⁵
0.53
0.66
254SMO SASS
AS
20
-0.16
9.02×10⁻⁸
1.05
1.03
AS+NaHSO₃
20
-0.17
2.01×10⁻⁷
0.58
0.95
AS+NaHSO₃
40
-0.25
6.01×10⁻⁷
0.54
0.83
AS+NaHSO₃
60
-0.52
8.97×10⁻⁶
0.47
0.77
Steel
Test solution
Temperature / ℃
Donor density / cm−3
Acceptor density / cm−3
304 ASS
AS
20
-
-
AS+NaHSO₃
20
6.97×10²⁰
3.49×10²⁰
AS+NaHSO₃
40
1.13×10²¹
3.94×10²⁰
AS+NaHSO₃
60
1.35×10²¹
8.64×10²⁰
316L ASS
AS
20
4.19×10²⁰
2.37×10²⁰
AS+NaHSO₃
20
7.59×10²⁰
2.96×10²⁰
AS+NaHSO₃
40
8.03×10²⁰
5.12×10²⁰
AS+NaHSO₃
60
9.32×10²⁰
6.03×10²⁰
2507 SDSS
AS
20
2.45×10²⁰
2.34×10²⁰
AS+NaHSO₃
20
3.84×10²⁰
2.89×10²⁰
AS+NaHSO₃
40
4.42×10²⁰
3.93×10²⁰
AS+NaHSO₃
60
6.20×10²⁰
5.61×10²⁰
254SMO SASS
AS
20
1.98×10²⁰
2.21×10²⁰
AS+NaHSO₃
20
2.08×10²⁰
3.03×10²⁰
AS+NaHSO₃
40
3.06×10²⁰
3.72×10²⁰
AS+NaHSO₃
60
4.87×10²⁰
4.92×10²⁰
