低温三元熔盐中Q345R与20#碳钢应力腐蚀行为的实验研究及其在可再生能源存储中的工程应用价值

本文创新性地研究了Q345R和20#碳钢在新型低温三元熔盐（KNO3-NaNO3-Ca(NO3)2·4H2O）中400℃下的应力腐蚀行为。通过四點彎曲法模拟机械应力并结合1000小时腐蚀测试，首次系统比较了两种钢材在实际工况下的性能。研究发现应力显著加速腐蚀速率（Q345R和20#钢的年腐蚀深度分别增加102.27%和68.42%），但不改变腐蚀产物（Fe3O4和Fe2O3），为熔盐储热系统的材料选择提供了关键设计参数。

　　

Highlight

本研究揭示了应力如何成为熔盐储热系统中的"隐形催化剂"——在400℃低温三元熔盐（KNO₃-NaNO₃-Ca(NO₃)₂·4H₂O）环境中，机械应力就像给腐蚀反应装上了"加速器"。通过四點彎曲法（four-point bending）模拟实际工况应力，我们发现：

Corrosion performances

腐蚀动力学数据如同"分子级计时器"显示：当187.5MPa应力作用于Q345R时，其单位面积质量损失(m_loss)比无应力状态飙升102.27%，而20#钢在132MPa应力下增加68.42%。扫描电镜(SEM)图像中，应力样本的氧化层就像"被撕裂的地壳"，出现更多裂纹和孔洞。有趣的是，X射线衍射(XRD)检测到的腐蚀产物始终是Fe₃O₄和Fe₂O₃这对"孪生兄弟"，说明应力只是放大了原有电化学过程，并未触发新机制。

Conclusion

这些发现为熔盐储热系统材料选择提供了"腐蚀行为图谱"：1）Q345R展现出比20#钢更强的"抗应力腐蚀盔甲"；2）腐蚀速率与应力值呈"剂量依赖性"关系；3）四點彎曲法结合长期暴露的实验设计，可作为评价能源材料的"黄金标准"。该研究直接解决了低温熔盐应用中"应力-腐蚀"协同效应的知识空白，为设计更安全的储罐和管道提供了量化依据。