学术研究报告：几种典型不锈钢在船舶烟气脱硫极端环境中的耐腐蚀性能评价
作者及机构
本研究由刘祥（重庆科创职业学院智能汽车与交通学院）、林波（同单位）、宁萍（重庆交通大学航运与船舶工程学院）、闵光华与冉福霞（重庆科创职业学院）合作完成，发表于《材料热处理学报》（Transactions of Materials and Heat Treatment）2025年第46卷第12期，DOI编号10.13289/j.issn.1009-6264.2024-0591。
学术背景
随着国际海事组织（IMO）对船舶燃料硫含量限制的加强（2020年上限0.5%），海水脱硫技术成为主流解决方案。然而，脱硫装置吸收塔面临高温、酸性及侵蚀性阴离子（如HSO₃⁻）的协同腐蚀，材料选择至关重要。不锈钢因其优异的耐腐蚀性和成本优势成为首选，但不同种类不锈钢（如304 ASS、316L ASS、2507 SDSS、254SMO SASS）在极端环境中的性能差异尚缺乏系统研究。本研究旨在通过电化学、形貌及成分分析，评价上述四种不锈钢在模拟船舶烟气脱硫环境中的耐腐蚀性能，为工程选材提供依据。
研究流程与方法
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材料与溶液制备
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研究对象：304 ASS（奥氏体不锈钢）、316L ASS（低碳奥氏体不锈钢）、2507 SDSS（超级双相不锈钢）、254SMO SASS（超级奥氏体不锈钢），化学成分如表1所示。
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模拟环境：根据ASTM D1141-98配置人工海水（含NaCl、MgCl₂等），添加50 mmol/L NaHSO₃模拟脱硫产物，测试温度设定为20℃、40℃、60℃。
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电化学测试
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开路电位（OCP）：记录30分钟稳定电位，评估腐蚀倾向。
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电化学阻抗谱（EIS）：频率范围0.01 Hz–100 kHz，等效电路模型为Rs(Qf[Rf(RctQct)])，分析钝化膜电阻（Rf）与电荷转移电阻（Rct）。
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循环极化曲线：扫描速率0.5 mV/s，测定点蚀电位（Eb）和再钝化电位（Erp）。
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恒电位极化：针对不同不锈钢选择特定电位（如304 ASS为-0.3 V vs. SCE），极化30分钟后通过Mott-Schottky曲线计算钝化膜载流子密度（Nd/Na）。
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形貌与成分表征
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共聚焦激光扫描电镜（CLSM）：观察点蚀形貌，量化蚀坑尺寸。
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X射线光电子能谱（XPS）：分析钝化膜中Fe、Cr、Mo、Ni的化学价态及氧化物组成。
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主要结果
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耐腐蚀性能排序
在含NaHSO₃的人工海水中，四种不锈钢的耐腐蚀性依次为：254SMO SASS > 2507 SDSS > 316L ASS > 304 ASS。例如，60℃时254SMO的阻抗模值（|Z|₀.₀₁Hz）为1.01×10⁵ Ω·cm²，显著高于304 ASS的7.59×10³ Ω·cm²（表3）。
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温度与NaHSO₃的协同效应
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温度升高或NaHSO₃单独存在时，钝化膜电阻（Rf）下降1–2个数量级；两者共存时，腐蚀电流密度（Icorr）增大两个数量级（如304 ASS从2.37×10⁻⁷ A/cm²升至9.24×10⁻⁶ A/cm²，表4）。
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CLSM显示304 ASS在60℃下点蚀坑直径达50 μm，而254SMO SASS仅出现微米级蚀坑（图4）。
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钝化膜特性
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XPS证实钝化膜以Cr₂O₃、Fe₂O₃为主，含少量MoO₂/NiO（图6）。254SMO SASS的Cr 2p峰强度最高（结合能577.3 eV），与其高Cr含量（19.9 wt%）相关。
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Mott-Schottky分析表明，高Cr/Mo/Ni总含量降低载流子密度（254SMO的Nd为1.98×10²⁰ cm⁻³，低于304 ASS的6.97×10²⁰ cm⁻³，表5），增强钝化膜稳定性。
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结论与价值
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科学价值：揭示了Cr/Mo/Ni元素协同提升钝化膜耐蚀性的机制，明确了温度与HSO₃⁻的协同腐蚀动力学。
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工程应用：建议船舶脱硫装置优先选用2507 SDSS或254SMO SASS，尤其在高温高硫环境中。
研究亮点
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创新方法：结合EIS、Mott-Schottky与XPS多尺度分析钝化膜半导体特性。
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重要发现：首次量化了船舶脱硫环境中不锈钢的临界点蚀温度（CPT）与NaHSO₃浓度的关联性。
其他价值
研究获重庆市教委（KJQN202205401）及中国民办教育协会（CANFZG24415）项目支持，数据为后续开发新型耐蚀合金提供了基准。