如前一节所述,在80%高浓度硫酸发生凝缩的120~180℃的高温下,钢的钝化与提高耐蚀性有关,这是通过小若等(住友金属)的研究证明的,并给出了添加铬的依据。
他们首先研究了能恰当地反映实际设备腐蚀条件的实验室的试验方法。因为用硫酸浸泡试验或硫酸凝缩式装置得到的试验结果,与实际设备的结果是不一致的。例如,0.47%Cu-0.48%N:-0.77%Cr钢经过实际设备节气器上进行的2712h试验,结果表明腐蚀量是碳素钢的1/3,耐蚀性相当好;可是用70%~80% 硫酸在100~140℃的硫酸浸泡试验和碳素钢没有显著差别,还不能说同样的钢在硫酸凝缩式装置上的结果一定好。
小若等所考虑的在硫酸中混入活性炭进行试验的方法,是根据在锅炉低温部的金属表面上附着了大量的未燃烧炭,这些炭和活性炭同样能起氧化催化作用。用每3.3mL硫酸加入1g活性炭的80%或者85%硫酸,在110℃进行碳素钢及含有Cu-Cr-Ni系的数种低合金钢的浸泡试验,其耐蚀性的相对比率和在实际设备上的结果相当一致。
在这样的试验液中测定腐蚀电位,碳素钢在120h试验期间,保持了活性状态的电位;而低合金钢的电位却随时间上升,达到钝化状态后的电位变成稳定状态。钢发生钝化也可以用85%硫酸+锅炉附着物、Fe2(SO4)3+玻璃粉等检查出来。根据这些结果得出的结论是,在产生硫酸露点腐蚀的实际设备的钢表面上,通过大量未燃烧炭的氧化作用生成Fe3+离子,帮助了钝化。
根据他们的结果,锅炉中高温区域的硫酸露点腐蚀环境,在锅炉的启动或刚停止运转时,就变成浓度60%以下的硫酸露点腐蚀环境(第1阶段),从而出现活性状态下的腐蚀。金属的表面温度达到平衡,稍后高温高浓度硫酸的腐蚀继续进行(第2阶段),可是不久便附着未燃烧炭生成Fe3+,借助它的氧化,使低合金钢钝化,这比停留在活性状态的碳素钢表现出更优秀的耐蚀性(第3阶段)。这种状况示于图4-3.
考虑到这些阶段,小若等在研究合金元素效果的硫酸浸泡试验中使用了如下的试验条件:第1阶段,30%硫酸, 60℃,4h;第2阶段,85%硫酸, 160℃,4h;第3阶段,加了活性炭的85%硫酸(3.3 mL 硫酸+1g活性炭),在110℃通入3%SO2+1.2%H2O+空气,保持24h。有效元素因阶段不同而不同,然而认为研究重点应放在接近实际情况且时间最长的第3阶段。
关于在较高温硫酸露点腐蚀环境下的环境腐蚀特性的详细研究,上述小若等所进行的研究是最早而且是惟一的研究。结果自已完成,非常具有说服力。但是,在钝化有利的环境中,为什么不锈钢的耐蚀性不一定好,却一直没有答案。
以后,这种研究完全没有,尚未提出不同见解。