氯離子腐蝕及不銹鋼知識(shí)

1、氯離子腐蝕及不銹鋼知識(shí)氯離子對(duì)熱力機(jī)組的腐蝕危害極大，其腐蝕表現(xiàn)形 式主要是破壞金屬表面的鈍化膜，進(jìn)而向金屬晶格里面 滲透，引起金屬表面性質(zhì)的變化.本文分析了氯離子對(duì) 金屬腐蝕的機(jī)理，并針對(duì)熱力系統(tǒng)內(nèi)部氯離子的來源，提出了相應(yīng)的解決措施.嶺澳核電站循環(huán)水過濾系統(tǒng)316L不銹鋼管道點(diǎn)腐蝕的 理論分析Analysis of Pitting Corrosions on 316L Stainless Steel Pipes ofCirculation Water Filtering System in Ling 擾？ o Nuclear Power Station 簡隆新1 ,時(shí)建華2（1.中廣核工程

2、有限公司，廣東深圳518124;2 .大亞灣核電運(yùn)營管理有限公司，廣東 深圳518124） 簡單介紹了循環(huán)水旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)反沖洗系統(tǒng)及316L不銹鋼管道的使用情況，分析了 316L不銹鋼的抗腐蝕性。詳 細(xì)介紹了點(diǎn)腐蝕形成的機(jī)理和影響因素，分析了 316L 不銹鋼點(diǎn)腐蝕的情況，提出了對(duì)反沖洗管道可采取的 防護(hù)措施。316L不銹鋼；管道；點(diǎn)腐蝕Abstract: This paper gives a general introduction to the rotating drum filter back flushing system and the usage of 316L stainless s

3、teel pipes. It also analyses the characteristic of anti-corrosion of 316L stainless steel.At the same time, it gives a detailed introduction to the mechanism of forming pitting corrosion and the factors affecting its formation. The analysis of the pitting phenomena and suggestion for the pipe materi

4、al selection are also discussed in this paper.Key words: 316L Stainless steel; Pipe; Pitting corrosion1循環(huán)水旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)反沖洗系統(tǒng)簡介循環(huán)水過濾系統(tǒng)（CFI）的主要設(shè)備是旋轉(zhuǎn)海水濾 網(wǎng)，在其運(yùn)行中要不斷清除濾出的污物，通過反沖洗 系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。反沖洗的水源與主循環(huán)水一樣引自旋轉(zhuǎn) 濾網(wǎng)后 的海水水室，后經(jīng)兩級(jí)泵加壓和中間過濾輸至 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的特定部位沖洗污物，設(shè)計(jì)流速2.3m/s。反沖洗海水管道設(shè)計(jì)采用公稱直徑150mm （壁厚 7.11mm）的316L不銹鋼管。輸送的海水含氯量為 17g/L,摩爾濃

5、度為 0.48mol/L,為防止回路中海生物 滋生，注入次氯酸鈉溶液，使循環(huán)水入口次氯酸鈉的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1X10-6。2 316L不銹鋼管道的使用情況CFI系統(tǒng)于2000-05-17完成安裝交付調(diào)試，進(jìn)行 單體調(diào)試及系統(tǒng)試運(yùn)。2001年4月，1號(hào)機(jī)組管道首 次出現(xiàn)泄漏，泄漏部位位于管道豎直段與水平段彎頭焊口處，泄漏點(diǎn)表現(xiàn)為穿透性孔，孔的直徑很小，但 肉眼可見，管道內(nèi)壁腐蝕處呈擴(kuò)展?fàn)詈稚P跡，判斷 為典型的不銹鋼點(diǎn)腐蝕。當(dāng)時(shí)的處理措施是切除泄漏 的管段，更換同材質(zhì)的新管段，并在新管段底部增加 了一個(gè)疏水閥，目的是在管道停運(yùn)期間排空管內(nèi)積水 以防止腐蝕的再次發(fā)生。但在 2001年9月，1號(hào)機(jī)管

6、 道 又發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。2001年10月電廠決定將所有反沖洗 管道更換為碳鋼襯膠管道。改造后運(yùn)行至今未發(fā)生泄 漏。3 316L不銹鋼的抗腐蝕性分析316L不銹鋼屬300系列Fe-Cr-Ni合金奧氏體不銹 鋼，由于銘、銀含量高，是最耐腐蝕的不銹鋼之一， 并具有很好的機(jī)械性能。字母"L'表 示低碳(碳含量被控制在0.03%以下)，以避免在臨界溫度范圍(430 900C)內(nèi)碳化銘的晶界沉淀，在焊后提供特別好的耐蝕 性。但316L不銹鋼抗氯離子點(diǎn)腐蝕的能力較差。4不銹鋼的點(diǎn)腐蝕機(jī)理在金屬表面局部地方出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小 孔，其余表面不腐蝕或腐蝕很輕微，這種形態(tài)成為小 孔腐蝕，簡稱點(diǎn)蝕。金

7、屬腐蝕按機(jī)理分為化學(xué)腐蝕和 電化學(xué)腐蝕。 點(diǎn)腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕中的局部腐蝕。 一種點(diǎn)蝕是由局部充氣電池產(chǎn)生，類似于金屬的縫隙 腐蝕。另一種更常見的點(diǎn)蝕發(fā)生在有鈍化表現(xiàn)或被高 耐蝕性氧化物覆蓋的金屬上。4.1 電化學(xué)腐蝕的基本原理通過原電池原理可以更好地說明電化學(xué)腐蝕機(jī)理。當(dāng)2種活潑性不同的金屬（如銅和鋅）浸入電解 質(zhì)溶液，2種金屬間將產(chǎn)生電位差，用導(dǎo)線連接將會(huì)有 電流通過， 在此過程中活潑金屬（鋅）將被消耗掉， 也就是被電化學(xué)腐蝕。不同于化學(xué)腐蝕（如金屬在空 氣中的氧化，鋅在酸溶液中的析氫），電化學(xué)腐蝕一定 有電流產(chǎn)生，并且電流量的大小直接與腐蝕物的生成 量相 關(guān)，即電流密度越大腐蝕速度越快。

8、各種金屬在電解質(zhì)溶液中的活潑程度可用其標(biāo)準(zhǔn)電極 電位表示，即金屬與含有單位活度（活度與濃度正相 關(guān)，在濃度小于10-3mol/L時(shí)認(rèn)為兩者值相同）的金屬 離子，在溫度298K （25C）,氣體分壓1.01MPa下的 平衡電極電位。標(biāo)準(zhǔn)電極電位越低，金屬或合金越活潑，在與高 電位金屬組成電偶對(duì)時(shí)更易被腐蝕。由此可見，決定 金屬標(biāo)準(zhǔn)電極電位的因素除了金屬的本質(zhì)外還有：溶 液金屬離子 活度（濃度）、溫度、氣體分壓。另外一 個(gè)重要影響因素是金屬表面覆蓋著的薄膜。除了金、 柏等極少數(shù)貴金屬外，絕大多數(shù)金屬在空氣中或水中 可以形成具有一定保護(hù)作用的氧化膜，否則大部分金 屬在自然界就無法存在。金屬表面膜的性

9、質(zhì)對(duì)其腐蝕 發(fā)生及腐蝕速度都有著重要影響。4.2 不銹鋼的耐腐蝕原理不銹鋼的重要因素在于其保護(hù)性氧化膜是自愈性 的（例如它不象選擇性氧化而形成的那些保護(hù)性薄 膜），致使這些材料能夠進(jìn)行加工而不失去抗氧化性。 合金必須含有足夠量的銘以形成基本上由 Cr2O3組成 的表皮，以便當(dāng)薄膜弄破時(shí)有足夠數(shù)目的銘（Cr3+）陽離 子重新形成薄膜。如果銘的比例低于完全保護(hù)所需要 的比例，銘就溶解在鐵表面形成的氧化物中而無法形 成有效保護(hù)膜。起完全保護(hù)作用所需的銘的比例取決 于使用條件。在水溶液中，需要 12%的銘產(chǎn)生自鈍化 作用形成包含大量Cr2O3的很薄的保護(hù)膜。在氣態(tài)氧 化條件下，低于1000 c時(shí)，12

10、%的銘有很好的抗氧化 性，在高于1000c時(shí)，17%的銘也有很好的抗氧化性。 當(dāng)金屬含銘量不夠或某些原因造成不銹鋼晶界出現(xiàn)貧銘區(qū)的時(shí)候，就不能形成有效的保護(hù)性膜。4.3 氯離子對(duì)不銹鋼鈍化膜的破壞處于鈍態(tài)的金屬仍有一定的反應(yīng)能力，即鈍化膜 的溶解和修復(fù)（再鈍化）處于動(dòng)平衡狀態(tài)。當(dāng)介質(zhì)中 含有活性陰離子（常見的如氯離子）時(shí)，平衡便受到 破壞，溶解占優(yōu)勢。其原因是氯離子能優(yōu)先地有選擇 地吸附在鈍化膜上，把氧原子排擠掉，然后和鈍化膜 中的陽離子結(jié)合成可溶性氯化物，結(jié)果在新露出的基 底金屬的特定點(diǎn)上 生成小蝕坑（孔徑多在20 30 ”m）,這些小蝕坑稱為孔蝕核，亦可理解為蝕孔生成 的活性中心。氯離子的

11、存在對(duì)不銹鋼的鈍態(tài)起到直接 的破環(huán)作用。圖1表征了金屬鈍化區(qū)隨氯離子濃度增 大而減小。A-不存在氯離子；B-低濃度氯離子；C-高濃度氯離子 圖1對(duì)于呈現(xiàn)出鈍化性的金屬，氯離子對(duì)陽極極化曲 線的作用2圖1是對(duì)含不同濃度氯離子溶液中的不銹鋼試樣 采取恒電位法測量的電位與電流關(guān)系曲線，從中看出 陽極電位達(dá)到一定值，電流密度突然變小，表示開始 形 成穩(wěn)定的鈍化膜，其電阻比較高，并在一定的電位 區(qū)域（鈍化區(qū)）內(nèi)保持。圖中顯示，隨著氯離子濃度 的升高，其臨界電流密度增加，初級(jí)鈍化電位也升高， 并縮小了鈍化區(qū)范圍。對(duì)這種特性的解釋是在鈍化電 位區(qū)域內(nèi)，氯離子與氧化性物質(zhì)競爭，并且進(jìn)入薄膜 之中，因此產(chǎn)生晶格

12、缺陷，降低了氧化物的電阻率。 因此在有氯離 子存在的環(huán)境下，既不容易產(chǎn)生鈍化， 也不容易維持鈍化。在局部鈍化膜破壞的同時(shí)其余的保護(hù)膜保持完 好，這使得點(diǎn)蝕的條件得以實(shí)現(xiàn)和加強(qiáng)。根據(jù)電化學(xué) 產(chǎn)生機(jī)理，處于活化態(tài)的不銹鋼較之鈍化態(tài)的不銹鋼 其 電極電位要高許多，電解質(zhì)溶液就滿足了電化學(xué)腐 蝕的熱力學(xué)條件，活化態(tài)不銹鋼成為陽極，鈍化態(tài)不 銹鋼作為陰極。腐蝕點(diǎn)只涉及到一小部分金屬，其余 的表面是 一個(gè)大的陰極面積。在電化學(xué)反應(yīng)中，陰極 反應(yīng)和陽極反應(yīng)是以相同速度進(jìn)行的，因此集中到陽 極腐蝕點(diǎn)上的腐蝕速度非常顯著，有明顯的穿透作用， 這樣形成了點(diǎn)腐蝕。4.4 點(diǎn)腐蝕形成的過程點(diǎn)蝕首先從亞穩(wěn)態(tài)孔蝕行為開始

13、。不銹鋼表面的 各種缺陷如表面硫化物夾雜、晶界碳化物沉積、表面 溝槽處等地方，鈍化膜首先遭到破壞露出基層金屬出 現(xiàn) 小蝕孔（孔徑多在2030" m）,這就是亞穩(wěn)態(tài)孔核, 成為點(diǎn)腐蝕生成的活性中心。蝕核形成后，相當(dāng)一部 分點(diǎn)仍可能再鈍化，若再鈍化阻力小，蝕核就不再長大。當(dāng)受到促進(jìn)因素影響，蝕核繼續(xù)長大至一定臨界 尺寸時(shí)（一般孔徑大于 30以m）,金屬表面出現(xiàn)宏觀可 見的蝕孔，這個(gè)特定點(diǎn)成為孔蝕源。蝕孔一旦形成則 加 速生長，現(xiàn)以不銹鋼在充氣的含氯離子的介質(zhì)中的 腐蝕過程為例說明，見圖2。4圖2不銹鋼在充氣的含氯離子的介質(zhì)中的孔蝕過程蝕孔內(nèi)金屬表面處于活態(tài)，電位較負(fù)；蝕孔外金 屬表面處于

14、鈍態(tài)，電位較正，于是孔內(nèi)和孔外構(gòu)成了 一個(gè)活態(tài)鈍態(tài)微電偶腐蝕電池，電池具有大陰極 小陽極的面積比結(jié)構(gòu)，陽極電流密度很大，蝕孔 加深很快?？淄饨饘俦砻嫱瑫r(shí)受到陰極保護(hù)，可繼續(xù) 維持鈍態(tài)?？變?nèi)主要發(fā)生陽極溶解反應(yīng)：Fe- Fe2+2eCr7Cr3+3eNi 7Ni2+2e孔外在中性或弱堿性條件下發(fā)生的主要反應(yīng)：1/2 O2+H2O+2 e - 2OH-由圖可見，陰、陽極彼此分離，二次腐蝕產(chǎn)物將 在孔口形成，沒有多大保護(hù)作用?？變?nèi)介質(zhì)相對(duì)孔外 介質(zhì)呈滯流狀態(tài)，溶解的金屬陽離子不易往外擴(kuò)散， 溶解氧亦不 易擴(kuò)散進(jìn)來。由于孔內(nèi)金屬陽離子濃度的 增加，帶負(fù)電的氯離子向孔內(nèi)遷移以維持電中性，在孔內(nèi)形成金屬氯

15、化物(如 FeCl2等)的濃縮溶液，這 種富集氯離子的溶液可使孔內(nèi)金屬表面繼續(xù)維持活 性。又由于氯化物水解等原因，孔內(nèi)介質(zhì)酸度增加， 使陽極溶解速度進(jìn)一步加快，加上受重力的作用，蝕 孔加速向深處發(fā)展。隨著腐蝕的進(jìn)行，孔口介質(zhì)的pH值逐漸升高,中的可溶性鹽如 Ca(HCO3)2將轉(zhuǎn)化為CaCO3沉淀， 結(jié)果銹層與垢層一起在孔口沉積形成一個(gè)閉塞電池，這樣就使孔內(nèi)外物質(zhì)交換更困難，從而使孔內(nèi)金屬氯 化物更加濃縮，最終蝕孔的高速深化可把金屬斷面蝕 穿。這種由閉塞電池引起孔內(nèi)酸化從而加速腐蝕的作用稱為自催化酸化作用產(chǎn)生腐蝕反應(yīng)的金屬表面的微環(huán)境情況非常重 要，在這樣的表面上形成的局部腐蝕環(huán)境與名義上的

16、大環(huán)境有很大不同。點(diǎn)腐蝕的產(chǎn)生正是在一個(gè)與周圍 環(huán)境不同并且逐步惡化的微環(huán)境下進(jìn)行的。5影響點(diǎn)腐蝕的因素金屬或合金的性質(zhì)、表面狀況、介質(zhì)的性質(zhì)、pH值、溫度、流速和時(shí)間等，都是影響點(diǎn)腐蝕的主要因 素。不銹鋼性質(zhì)的影響因素包括：組分、雜質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)、鈍化膜。組分、雜質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)決定著其耐腐蝕性。比如 不銹鋼中加入鋁和鈦可有效防止碳化銘的形成，從而 提高晶界抗腐蝕能力。適量的鋁和銘聯(lián)合作用可在氯 化物存在的情況下有效穩(wěn)定鈍化膜。許多晶界腐蝕是由熱處理引起的：不銹鋼在焊接等過 程中加熱到一定溫度之后而產(chǎn)生碳化銘在晶界上的沉 積，因此，緊靠近碳化銘的區(qū)域就消耗掉了銘，從而相對(duì)于晶內(nèi)的銘更為活潑。如果存

17、在水溶液條件，就 形成了以裸露的銘為陽極，以不銹鋼為陰極的原電池。 大的陰極面積產(chǎn)生了陽極控制，因而腐蝕作用很嚴(yán)重， 導(dǎo)致晶間破裂或點(diǎn)蝕。這稱之為 焊接接頭晶間腐蝕”, 這種鋼稱之為活化處理”的鋼。采用低碳的奧氏體不 銹鋼可以減輕這個(gè)問題。鈍化膜是保護(hù)不銹鋼的主要屏障，但另一方面具 有鈍化特性的金屬或合金，鈍化能力越強(qiáng)則對(duì)孔蝕的 敏感性越高，不銹鋼較碳鋼易發(fā)生點(diǎn)腐蝕就是這個(gè)道 理?？孜g的發(fā)生和介質(zhì)中含有活性陰離子或氧化性陽離子 有很大關(guān)系。大多數(shù)的孔蝕事例都是在含有氯離子或 氯化物介質(zhì)中發(fā)生的。實(shí)驗(yàn)表明，在陽極極化條件 下, 介質(zhì)中只要含有氯離子便可使金屬發(fā)生孔蝕。所以氯 離子又稱為孔蝕的激發(fā)

18、劑”，而且隨著介質(zhì)中氯離子濃度的增加，孔蝕電位下降，使孔蝕容易發(fā)生，而后 又容易加速進(jìn)行。不銹鋼孔蝕電位與氯離子活度間的 關(guān)系：0 b =0.0881g a-GH 0.108 (V) 4其中，$ b為不銹鋼孔蝕臨界電位，a G1為氯離子 活度。實(shí)驗(yàn)證明5,隨著溶液pH值的降低，腐蝕速度 逐漸增加，并且在pH值相同時(shí)，含不同氯離子的模擬 溶液的腐蝕速度相差不大，這說明溶液的pH值 對(duì)腐蝕起著決定性的作用。對(duì)18-8不銹鋼的點(diǎn)蝕研究發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)閉塞區(qū)內(nèi)的pH值低于1.3時(shí)，腐蝕速度急劇增大， 這是由于發(fā)生了從鈍化態(tài)向活化態(tài)的突變。由于腐蝕速度與溶液的pH值呈對(duì)數(shù)關(guān)系，因此pH值的微小變 化都會(huì)對(duì)腐蝕

19、速度帶來明顯的影響。閉塞區(qū)內(nèi)除了亞鐵離子的水解造成溶液pH值下降外，還由于離子強(qiáng)度的增加，使得氫離子的活度系 數(shù)增大而降低pH值。通過實(shí)驗(yàn)可知，隨著氯離子濃度 的升高，溶液pH值線性下降。5介質(zhì)溫度升高使值明顯降低，使孔蝕加速。介質(zhì)處于靜止?fàn)顟B(tài)金屬的孔蝕速度比介質(zhì)處于流 動(dòng)狀態(tài)時(shí)為大。介質(zhì)的流速對(duì)減緩孔蝕起雙重作用， 加大流速一方面有利于溶解氧向金屬表面的輸送，使 鈍化膜容易形成；另一方面可以減少沉積物在金屬表面的沉積機(jī)會(huì)，從而減少發(fā)生孔蝕的機(jī)會(huì)。點(diǎn)蝕發(fā)生的誘導(dǎo)期一般從幾個(gè)月到一年不等，視 具體情況不同。6 316L不銹鋼管道的點(diǎn)腐蝕情況分析對(duì)照上述影響，不銹鋼孔蝕的主要因素，對(duì)嶺澳 一期CF

20、I系統(tǒng)反沖洗管道的點(diǎn)蝕傾向或加速點(diǎn)蝕的因 素分析如下。6.1 材質(zhì)316L不銹鋼本身具有很好的抗氧化性，并且由于 控制了碳的含量，減少了焊后碳化銘的晶界沉淀，在 焊后提供了較好的耐蝕性。但 316L不銹鋼在氯化物 環(huán)境中，對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂最為敏感，不具備耐氯離子 腐蝕的功能。已經(jīng)證明將不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別，如 316L 型不銹鋼用于海水系統(tǒng)是不成功的1。另外，在焊接 熱影響區(qū)仍然存在焊后晶界貧銘發(fā)生的可能性，并且 由于條件所限，現(xiàn)場焊后無法對(duì)焊縫內(nèi)表面做酸洗鈍 化處理，其保護(hù)膜相對(duì)較差，加之焊后表面不平整度 增加，這些都為孔蝕核的形成提供了條件。6.2 介質(zhì)輸送介質(zhì)為0.48mol/L氯離子濃度的海

21、水，其對(duì)不 銹鋼腐蝕的影響是顯著的，一方面是破壞鈍化膜，另一方面是不斷富集的氯離子直接降低pH值。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1X10-6的次氯酸鈉，對(duì)氯離子含量的提升可 忽略不計(jì)。但次氯酸鈉的存在，對(duì)提高介質(zhì)含氧量， 加快陰極去極化起到了促進(jìn)作用，因此加快了點(diǎn)蝕速 度。6.3 溫度和pH值中洗環(huán)境溫度和海水整體的pH值變化不大，對(duì)反7管道點(diǎn)蝕的影響很小。6.4 流速管道內(nèi)海水在試運(yùn)期間長期處于滯流狀態(tài)，為點(diǎn) 蝕的形成提供了充分的條件。在正常運(yùn)行期間，管道 內(nèi)海水設(shè)計(jì)流速在2.3m/s,由于水流沖刷，初步形成 的亞穩(wěn)態(tài)孔核中很難形成閉塞電池的條件，孔蝕進(jìn)一 步發(fā)展的條件 氯離子富集”、酸性增加”和孔內(nèi) 不銹

22、 鋼活化態(tài)”等都難以保持。但在長期停運(yùn)狀態(tài) 下, 些閉塞電池條件都得以實(shí)現(xiàn)，為孔蝕的快速發(fā)展提供 了良好條件。綜上所述，材質(zhì)不耐氯離子腐蝕、介質(zhì)含氯離子 和長期滯流的狀態(tài)這幾項(xiàng)因素共同影響，促成了嶺澳 一期CFI反沖洗管道的點(diǎn)腐蝕。7對(duì)反沖洗管道可采取的防護(hù)措施通過分析影響點(diǎn)蝕的因素可以看出，材質(zhì)、介質(zhì)、流速和時(shí)間是造成反沖洗管道 316L不銹鋼點(diǎn)蝕的主要 因素。介質(zhì)是無法改變的，長期滯流現(xiàn)象的存在也是 無法避免的。在對(duì)反沖洗管道泄漏的處理和改造中， 曾經(jīng)加裝了疏水管線，但沒有實(shí)際作用，因?yàn)椴豢赡?排盡所有海水并充分干燥，即使存在極少量海水腐蝕 仍可在管道底部沿重力方向進(jìn)行，而且因?yàn)槿芤褐泻?

23、氧量的增加和海水的蒸發(fā)濃縮會(huì)加快腐蝕。參考控制腐蝕的5種基本方法，即：改用更適當(dāng) 的材料、改變環(huán)境、使用保護(hù)性涂層、采用陰極保護(hù) 或陽極保護(hù)、改進(jìn)系統(tǒng)或構(gòu)件的設(shè)計(jì)1。其中，可采 納的是改用材料和使用保護(hù)性涂層。采用外加陰極電 流保護(hù)可以抑制不銹鋼點(diǎn)蝕，但是所需費(fèi)用較昂貴， 而且會(huì)對(duì)附近沒有保護(hù)的金屬部件加重腐蝕。因此，解決反沖洗管道點(diǎn)蝕的有效方法就是，從提高 管道內(nèi)壁抗腐蝕性方面考慮。在現(xiàn)場實(shí)際改造中，采 用了使用廣泛的碳鋼管道加硫化橡膠襯里的方法。(1)拆除所有不銹鋼管道，參照原管線路徑現(xiàn)場設(shè)計(jì)為法蘭聯(lián)接碳鋼管道(襯膠管道不能采用焊接)(2)現(xiàn)場加工制作碳鋼管道后送交專業(yè)襯膠廠家。(3)在襯

24、膠廠對(duì)碳鋼管段進(jìn)行內(nèi)外表面噴砂處理。然 后外表面涂防銹底漆，內(nèi)表面手工粘襯橡膠皮。(4)對(duì)襯膠進(jìn)行電火花檢驗(yàn)，以保證襯膠的連續(xù)性， 對(duì)個(gè)別缺陷點(diǎn)采用環(huán)氧樹脂補(bǔ)膠處理。(5)對(duì)橡膠進(jìn)行硫化熏蒸處理，使襯膠硬化。（6）安裝時(shí)法蘭連接采用橡膠墊，連接螺栓采用鍍鋅 螺栓加防腐涂層。安裝后管道表面涂防腐面漆。近年來由于鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，使用耐氯 離子腐蝕的雙相不銹鋼已成為現(xiàn)實(shí)。雙相不銹鋼是在不銹鋼中添加一定含量的鋁，并加入 較奧氏體不銹鋼更高含量的銘，較高的銘、鋁含量組 合能獲得良好的抗氯化物點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能。這是 第一代雙相不銹鋼。在雙相不銹鋼中再加入氮促進(jìn)奧 氏體的形成并改善拉伸性能和耐點(diǎn)蝕

25、性能，這就是第 二代雙相不銹鋼。測:奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼（不能用于鐵素體不 銹鋼）的耐點(diǎn)蝕性能可以用耐點(diǎn)蝕當(dāng)量 （PREN）預(yù)PREN =Cr+3.3（Mo+0.5W）+xN1其中Cr、Mo、W和N等于材料中銘、鋁、鴇、 氮的含量，這些合金化元素都對(duì)耐點(diǎn)蝕性能起著正面 的作用。對(duì)于雙相不銹鋼，x=16,對(duì)于奧氏體不銹鋼, x=30。在田灣核電站的設(shè)計(jì)中，其核島重要廠用水管道就采 用了 2507雙相不銹鋼來輸送海水，現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行良好 8對(duì)海水管道選材的建議碳鋼襯膠管道和雙相不銹鋼管道在輸送海水方面 都能起到良好的防腐作用且能滿足強(qiáng)度要求。在實(shí)際 使用中，襯膠管道造價(jià)低、使用壽命較長（襯膠設(shè)備

26、使用20年耐腐蝕性能不會(huì)降低）但施工復(fù)雜，尤其 是最后調(diào)整段的襯膠必須在現(xiàn)場外專業(yè)廠進(jìn)行，對(duì)施 工進(jìn)度有重大影響。而雙相不銹鋼可焊接、安裝方便、 壽命期長，是一 種較理想的選擇，只是在以往的設(shè)計(jì) 中由于價(jià)格昂貴不被選用。近幾年隨著鋼鐵技術(shù)的不 斷提高，雙相不銹鋼的產(chǎn)量和用量不斷增加，價(jià)格也 在一步步降低，今后工程中使用雙相不銹鋼管道將是 發(fā)展趨勢。9對(duì)電廠防腐的建議據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電站整個(gè)運(yùn)行期內(nèi)，由于腐蝕和磨損 而損失掉的金屬約占其原有重量的 8%。而個(gè)別部件和 部位的腐蝕引起的失效，更是給電廠運(yùn)行帶來巨大損 失。電站防腐是一項(xiàng)復(fù)雜而又廣泛的工作，需要從設(shè) 計(jì)、監(jiān)造、施工、運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié)加以控制。本

27、文所述 的316L不銹鋼管道孔蝕失效事件就是一個(gè)從選材到施 工以及運(yùn)行 各種因素綜合影響的結(jié)果，它帶來的危害 是顯而易見的。另外電站運(yùn)行中低壓給水系統(tǒng)的二氧 化碳腐蝕、高壓加熱器的氧腐蝕、設(shè)備停用階段的氧 腐蝕、核島蒸發(fā)器 傳熱管的晶間腐蝕與應(yīng)力開裂、凝 汽器泄漏對(duì)蒸發(fā)器二次側(cè)的腐蝕等問題，都給電站安 全帶來很大危害。 因此，建議成立一個(gè)專門的腐蝕控制小組，從專業(yè)角度對(duì)設(shè)計(jì)、制造、儲(chǔ)運(yùn)、施工、運(yùn) 行全過程進(jìn)行監(jiān)控，以避免和減少腐蝕的發(fā)生。另外, 加強(qiáng)全體技術(shù)人員的腐蝕與防護(hù)基本知識(shí)培訓(xùn)，使大 家從原理上了解，在工作中就能有意識(shí)地加以防護(hù)。參考文獻(xiàn)1加羅伯奇(Roberge, P.R).腐蝕工程

28、手冊(cè).中國石化出版社，20032英J.C.斯庫里.腐蝕原理.水利電力出版社，1984匕學(xué)3中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì).電力工業(yè)的腐蝕與防護(hù).4 工業(yè)出版社，19954南京化工學(xué)院.金屬腐蝕理論與應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出 社5趙景茂，左禹，熊金平.碳鋼在點(diǎn)蝕/縫隙腐蝕閉區(qū)模擬溶液中的腐蝕行為.中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2002,22(4附件一)不同濃度、溫度的CL-對(duì)金屬板的腐蝕不同濃度、溫度的CL-對(duì)金屬板的腐蝕不同濃度、溫度的CL-對(duì)金屬板的腐蝕希望下面數(shù)據(jù)對(duì)一些設(shè)計(jì)人員能有參考作用:氯離子含量60 c80 c120 c130 c=10 ppm304304304316=25 ppm304304316316=50

29、ppm304316316Ti=80 ppm316316316Ti=150 ppm316316TiTi=300 ppm316> 300 ppmTiTiTiTiTiTiTi氯離子防腐機(jī)理及防護(hù)1氯離子對(duì)不銹鋼腐蝕的機(jī)理氯離子對(duì)不銹鋼腐蝕的機(jī)理：在化工生產(chǎn)中，腐蝕 在壓力容器使用過程中普遍發(fā)生，是導(dǎo)致壓力容器產(chǎn) 生各種缺陷的主要因素之一。普通鋼材的耐腐蝕性能 較差，不銹鋼則具有優(yōu)良的機(jī)械性能和良好的耐腐蝕 性能。Cr和Ni是不銹鋼獲得耐腐蝕性能最主要的合金 元素。Cr和Ni使不銹鋼在氧化性介質(zhì)中生成一層十分 致密的氧化膜，使不銹鋼鈍化，降低了不銹鋼在氧化 性介質(zhì)中的腐蝕速度，使不銹鋼的耐腐蝕性

30、能提高。、,氯離子的活化作用對(duì)不銹鋼氧化膜的建立和破壞均起 著重要作用。雖然至今人們對(duì)氯離子如何使鈍化金屬 轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)的機(jī)理還沒有定論，但大致可分為 種觀點(diǎn)。成相膜理論的觀點(diǎn)認(rèn)為，由于氯離子半徑 穿透能力強(qiáng)，故它最容易穿透氧化膜內(nèi)極小的孔隙， 到達(dá)金屬表面，并與金屬相互作用形成了可溶性化合物，使氧化膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，金屬產(chǎn)生腐蝕。吸附理論則認(rèn)為，氯離子破壞氧化膜的根本原因是由于氯離子有很強(qiáng)的可被金屬吸附的能力，它們優(yōu)先被金屬 吸附，并從金屬表面把氧排掉。因?yàn)檠鯖Q定著金屬的 鈍化狀態(tài)，氯離子和氧爭奪金屬表面上的吸附點(diǎn)，甚 至可以取代吸附中的鈍化離子與金屬形成氯化物，氯 化物與金屬表面的吸附并

31、不穩(wěn)定，形成了可溶性物質(zhì)， 這樣導(dǎo)致了腐蝕的加速。電化學(xué)方法研究不銹鋼鈍化 狀態(tài)的結(jié)果表明，氯離子對(duì)金屬表面的活化作用只出 現(xiàn)在一定的范圍內(nèi)，存在著 1個(gè)特定的電位值，在此 電位下，不銹鋼開始活化。這個(gè)電位便是膜的擊穿電 位，擊穿電位越大，金屬的鈍態(tài)越穩(wěn)定。因此，可以 通過擊穿電位值來衡量不銹鋼鈍化狀態(tài)的穩(wěn)定性以及 在各種介質(zhì)中的耐腐蝕能力2應(yīng)力腐蝕失效及防護(hù)措施2.1 應(yīng)力腐蝕失效機(jī)理在壓力容器的腐蝕失效中，應(yīng)力腐蝕失效所占的比 例高達(dá)45%左右。因此，研究不銹鋼制壓力容器的應(yīng) 力腐蝕失效顯得尤為重要。所謂應(yīng)力腐蝕，就是在拉 伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下而引起的低應(yīng)力脆性 斷裂。應(yīng)力腐蝕一般

32、都是在特定條件下產(chǎn)生：有在拉應(yīng)力的作用下。產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的環(huán)境總存在特定的腐蝕介質(zhì)，不銹 鋼在含有氧的氯離子的腐蝕介質(zhì)及 H2SO4、H2s溶液 中才容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。一般在合金、碳鋼中易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。研究表明， 應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生主要與氯離子的濃度和溫度有 關(guān)。壓力容器的應(yīng)力來源：外載荷引起的容器外表面的拉應(yīng)力。壓力容器在制造過程中產(chǎn)生的各種殘余應(yīng)力，如裝 配過程中產(chǎn)生的裝配殘余應(yīng)力，制造過程中產(chǎn)生的焊 接殘余應(yīng)力。在化工生產(chǎn)中，壓力容器所接觸的介質(zhì)是多種多樣 的，很多介質(zhì)中含有氯離子，在這些條件下，壓力容 器就發(fā)生應(yīng)力腐蝕失效。銘銀不銹鋼在含有氧的氯離 子的水溶液中，首先在金屬表面形成了一層

33、氧化膜， 它阻止了腐蝕的進(jìn)行，使不銹鋼鈍化。由于壓力容器 本身的拉應(yīng)力和保護(hù)膜增厚帶來的附加應(yīng)力，使局部 地區(qū)的保護(hù)膜破裂，破裂處的基體金屬直接暴露在腐 蝕介質(zhì)中，該處的電極電位比保護(hù)膜完整的部分低， 形成了微電池的陽極，產(chǎn)生陽極溶解。因?yàn)殛枠O小、 陰極大，所以陽極溶解速度很大，腐蝕到一定程度后， 又形成新的保護(hù)膜，但在拉應(yīng)力的作用下又可重新破 壞，發(fā)生新的陽極溶解。在這種保護(hù)膜反復(fù)形成和反 復(fù)破裂過程中，就會(huì)使某些局部地區(qū)的腐蝕加深，最 后形成孔洞，而孔洞的存在又造成應(yīng)力集中，更加速 了孔洞表面的塑性變形和保護(hù)膜的破裂。這種拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)的共同作用便形成了應(yīng)力腐蝕裂紋。2.2 應(yīng)力腐蝕失效

34、的防護(hù)措施控制應(yīng)力腐蝕失效的方法，從內(nèi)因入手，合理選材, 從外因入手，控制應(yīng)力、控制介質(zhì)或控制電位等。實(shí) 際情況千變?nèi)f化，可按實(shí)際情況具體使用。(1)選用耐應(yīng)力腐蝕材料近年來發(fā)展了多種耐應(yīng)力腐蝕的不銹鋼，主要有高 純奧氏體銘銀鋼，高硅奧氏體銘銀鋼，高銘鐵素體鋼 和鐵素體一奧氏體雙相鋼。其中，以鐵素體一奧氏體 雙相鋼的抗應(yīng)力腐蝕能力最好。(2)控制應(yīng)力在壓力容器裝配時(shí)，盡量減少應(yīng)力集中，并使其與 介質(zhì)接觸部分具有最小的殘余應(yīng)力，防止磕碰劃傷， 嚴(yán)格遵守焊接工藝規(guī)范。(3)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程工藝操作、工藝條件對(duì)壓力容器的腐蝕有巨大的影 響。因此，必須嚴(yán)格控制原料成分、流速、介質(zhì)溫度、 壓力、pH值等

35、工藝指標(biāo)。在工藝條件允許的范圍內(nèi)添 加緩蝕劑。銘銀不銹鋼在溶解有氧的氯化物中使用時(shí), 應(yīng)把氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到1.0X10-6以下。實(shí)踐證明 在含有氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 500.0X 10-6的水中，只需加 入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為150.0X 10-6的硝酸鹽和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5X 10-6亞硫酸鈉混合物，就可以得到良好的效果。(4)維修與管理為保證壓力容器長期安全運(yùn)行，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)壓 力容器方面的條例、法規(guī)，對(duì)在用壓力容器中允許存 在的缺陷必須進(jìn)行復(fù)查，及時(shí)掌握其在運(yùn)行中缺陷的 發(fā)展情況，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減少設(shè)備的腐蝕。3孔蝕失效及預(yù)防措施3.1 孔蝕失效機(jī)理在壓力容器表面的局部地區(qū)，出現(xiàn)向深處腐蝕的小 孔

36、，其余地區(qū)不腐蝕或腐蝕輕微，這種腐蝕形態(tài)稱為 小孔腐蝕(也稱點(diǎn)蝕)。點(diǎn)蝕一般在靜止的介質(zhì)中容易發(fā) 生。具有自鈍化特性的金屬在含有氯離子的介質(zhì)中， 經(jīng)常發(fā)生孔蝕。蝕孔通常沿著重力方向或橫向方向發(fā) 展，孔蝕一旦形成，具有深挖的動(dòng)力，即向深處自動(dòng) 加速。含有氯離子的水溶液中，不銹鋼表面的氧化膜 便產(chǎn)生了溶解，其原因是由于氯離子能優(yōu)先有選擇地 吸附在氧化膜上，把氧原子排掉，然后和氧化膜中的 陽離子結(jié)合成可溶性氯化物，結(jié)果在基底金屬上生成 孔徑為20；!30”小蝕坑，這些小蝕坑便是孔蝕核。 在外加陽極極化條件下，只要介質(zhì)中含有一定量的氯 離子，便可能使蝕核發(fā)展成蝕孔。在自然條件下的腐 蝕，含氯離子的介質(zhì)

37、中含有氧或陽離子氧或陽離子氧 化劑時(shí)，能促使蝕核長大成蝕孔。氧化劑能促進(jìn)陽極 極化過程，使金屬的腐蝕電位上升至孔蝕臨界電位以上。蝕孔內(nèi)的金屬表面處于活化狀態(tài)，電位較負(fù)，蝕 孔外的金屬表面處于鈍化狀態(tài)，電位較正，于是孔內(nèi) 和孔外構(gòu)成一個(gè)活態(tài) 鈍態(tài)微電偶腐蝕電池，電 池具有大陰極小陽極面積比結(jié)構(gòu)，陽極電流密度很大， 蝕孔加深很快，孔外金屬表面同時(shí)受到陰極保護(hù)，可 繼續(xù)維持鈍化狀態(tài)。孔內(nèi)主要發(fā)生陽極溶解：Fe-Fe2+2e,Cr-Cr3+3e,Ni - Ni2+2e。介質(zhì)呈中性或弱堿性時(shí)，孔外的主要反應(yīng)為：O2+H2O+2e72OH-由于陰、陽兩極彼此分離，二次腐蝕產(chǎn)物將在孔口 形成，沒有多大的保護(hù)

38、作用?？變?nèi)介質(zhì)相對(duì)于孔外介 質(zhì)呈滯流狀態(tài)，溶解的金屬陽離子不易往外擴(kuò)散，溶 解氧也不易擴(kuò)散進(jìn)來。由于孔內(nèi)金屬陽離子濃度增加， 氯離子遷入以維持電中性，這樣就使孔內(nèi)形成金屬氯 化物的濃溶液，這種濃溶液可使孔內(nèi)金屬表面繼續(xù)維 持活化狀態(tài)。又由于氯化物水解的結(jié)果，孔內(nèi)介質(zhì)酸 度增加，使陽極溶解加快，蝕孔進(jìn)一步發(fā)展，孔口介 質(zhì)的pH值逐漸升高，水中的可溶性鹽將轉(zhuǎn)化為沉淀 物，結(jié)果銹層、垢層一起在孔口沉積形成一個(gè)閉塞電 池。閉塞電池形成后，孔內(nèi)、外物質(zhì)交換更加困難， 使孔內(nèi)金屬氯化物更加濃縮，氯化物水解使介質(zhì)酸度 進(jìn)一步增加，酸度的增加將使陽極溶解速度進(jìn)一步加 快，蝕孔的高速度深化，可把金屬斷面蝕穿。這

39、種由 閉塞電路引起的孔內(nèi)酸化從而加速腐蝕的作用稱為自 催化酸化作用。影響孔蝕的因素很多，金屬或合金的 性質(zhì)、表面狀態(tài)，介質(zhì)的性質(zhì)、pH值、溫度等都是影 響孔蝕的主要因素。大多數(shù)的孔蝕都是在含有氯離子 或氯化物的介質(zhì)中發(fā)生的。具有自鈍化特性的金屬， 孔蝕的敏感性較高，鈍化能力越強(qiáng)，則敏感性越高。 實(shí)驗(yàn)表明，在陽極極化條件下，介質(zhì)中主要含有氯離 子便可以使金屬發(fā)生孔蝕，而且隨著氯離子濃度的增 加，孔蝕電位下降，使孔蝕容易發(fā)生，爾后又使孔蝕 加速。處于靜止?fàn)顟B(tài)的介質(zhì)比處于流動(dòng)狀態(tài)的介質(zhì)能 使孔蝕加快。介質(zhì)的流速對(duì)孔蝕的減緩起雙重作用， 加大流速(仍處于層流狀態(tài))，一方面有利于溶解氧向金 屬表面輸送，

40、使氧化膜容易形成；而另一方面又減少沉 淀物在金屬表面沉積的機(jī)會(huì)，從而減少產(chǎn)生孔蝕的機(jī) 會(huì)。3.2 防止孔蝕的措施(1)在不銹鋼中加入鋁、氮、硅等元素或加入這些元 素的同時(shí)提高銘含量，可獲得性能良好的鋼種。耐孔 蝕不銹鋼基本上可分為3類：鐵素體不銹鋼；鐵素體一 奧氏體雙相鋼；奧氏體不銹鋼。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用耐孔 蝕材料。（2）降低氯離子在介質(zhì)中的含量，操作時(shí)嚴(yán)防跑、冒、 滴、漏等現(xiàn)象的發(fā)生。（3）在工藝條件許可的情況下，可加入緩蝕劑。對(duì)緩 蝕劑的要求是，增加鈍化膜的穩(wěn)定性或有利于受損鈍 化膜得以再鈍化。例如，在10%的FeCl3溶液中加入 3%的NaNO2,可長期防止1Ch8Ni9Ti鋼的孔蝕。（

41、4）采用外加陰極電流保護(hù)，抑制孔蝕。氯離子對(duì)不 銹鋼制壓力容器的腐蝕，對(duì)壓力容器的安全性有很大 的影響。即使是合理的設(shè)計(jì)、精確的制造避免或減少 了容器本身的缺陷，但是，在長期使用中，由于各種 錯(cuò)綜復(fù)雜因素的聯(lián)合作用，容器也會(huì)受到一定的腐蝕。 雖然目前對(duì)防止氯離子對(duì)不銹鋼腐蝕的方法還不十分 完善，但掌握一些最基本的防護(hù)措施，對(duì)保證生產(chǎn)的 正常進(jìn)行，還是十分必要的。除此之外，還應(yīng)嚴(yán)格按 照操作規(guī)程操作，加強(qiáng)設(shè)備管理，做好容器的定期檢 驗(yàn)，以保證容器在合理的壽命期限內(nèi)安全運(yùn)行。材料耐氯離子腐蝕能力不僅與氯離子濃度有關(guān)系， 與介質(zhì)溫度也有關(guān)系。10ppm,溫度在130 c以下用304;25ppm,溫度

42、在120c以下（包括120C）用304, 130C,用 316;50-80ppm,溫度在50 c以下（包括50 C）用304, 50-130C,用 316;110-150ppm,溫度在50 c以下（包括50 C）用304, 50-120C5用 316, 130C,用 317;300Ppm ,50C用 316,80C用 317,80-130C用 254 ;>300-500ppm, 50c用 317, 80-120C用 254, 130c 用Ti;>500-2000ppm, 50-80 C用 254, 80-130C用 Ti;>2000-5000ppm, 50 c用 254, 8

43、0-130 C用 Ti ;>5000-20000ppm, 50c用 Ti, 80-120C用 Ti-Pb ,130 c 用 TiC-276氯離子對(duì)不銹鋼腐蝕見下表：不同濃度、溫度的氯離子對(duì)不銹鋼的腐蝕氯離子含 量60 c80 c120C130（=10ppm304304304316=25ppm304304316316=50ppm304316316Ti=80ppm316316316Ti=150ppm316316TiTi=300ppm316TiTiTi>300ppmTiTiTiTi4腐蝕與不銹鋼4.1應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕是指零件在拉應(yīng)力和特定的化學(xué)介質(zhì)聯(lián) 合作用下所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆性斷裂現(xiàn)象。

44、應(yīng)力腐蝕由殘余或外加應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)變和腐蝕聯(lián)合作用產(chǎn)生的材 料破壞過程。應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致材料的斷裂稱為應(yīng)力腐蝕 斷裂。它的發(fā)生一般有以下四個(gè)特征：一、一般存在拉應(yīng)力，但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)壓應(yīng)力有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。二、對(duì)于裂紋擴(kuò)展速率，應(yīng)力腐蝕存在臨界KISCC , 即臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子要大于 KISCC ,裂紋才會(huì)擴(kuò)展。三、一般應(yīng)力腐蝕都屬于脆性斷裂。四、應(yīng)力腐蝕 的裂紋擴(kuò)展速率一般為10-610-3mm/min，而且存在孕 育期，擴(kuò)展區(qū)和瞬段區(qū)三部分。應(yīng)力腐蝕機(jī)理的機(jī)理一般認(rèn)為有陽極溶解和氫致開裂。4.2晶間腐蝕局部腐蝕的一種。沿著金屬晶粒間的分界面向內(nèi)部 擴(kuò)展的腐蝕。主要由于晶粒表面和內(nèi)部間化學(xué)成分的 差

45、異以及晶界雜質(zhì)或內(nèi)應(yīng)力的存在。晶間腐蝕破壞晶 粒間的結(jié)合，大大降低金屬的機(jī)械強(qiáng)度。而且金屬表 面往往仍是完好的，但不能經(jīng)受敲擊，所以是一種很 危險(xiǎn)的腐蝕。通常出現(xiàn)于黃銅、硬鋁和一些含銘的合 金鋼中。不銹鋼焊縫的晶間腐蝕是化學(xué)工廠的一個(gè)重大問題。晶間腐蝕是沿著或緊靠金屬的晶界發(fā)生腐蝕。腐蝕 發(fā)生后金屬和合金的表面仍保持一定的金屬光澤，看 不出被破壞的跡象，但晶粒間結(jié)合力顯著減弱，力學(xué) 性能惡化。不銹鋼、銀基合金、鋁合金等材料都較易 發(fā)生晶間腐蝕。5不銹鋼的晶間腐蝕不銹鋼在腐蝕介質(zhì)作用下，在晶粒之間產(chǎn)生的一種 腐蝕現(xiàn)象稱為晶間腐蝕。產(chǎn)生晶間腐蝕的不銹鋼，當(dāng) 受到應(yīng)力作用時(shí)，即會(huì)沿晶界斷裂、強(qiáng)度幾乎

46、完全消 失，這是不銹鋼的一種最危險(xiǎn)的破壞形式。晶間腐蝕 可以分別產(chǎn)生在焊接接頭的熱影響區(qū)、焊縫或熔合線 上，在熔合線上產(chǎn)生的晶間腐蝕又稱刀狀腐蝕。不銹鋼具有耐腐蝕能力的必要條件是銘的質(zhì)量分 數(shù)必須大于12%。當(dāng)溫度升高時(shí)，碳在不銹鋼晶粒內(nèi) 部的擴(kuò)散速度大于銘的擴(kuò)散速度。因?yàn)槭覝貢r(shí)碳在奧 氏體中的熔解度很小，約為0.02%0.03%,而一般奧 氏體不銹鋼中的含碳量均超過此值，故多余的碳就不 斷地向奧氏體晶粒邊界擴(kuò)散，并和銘化合，在晶間形 成碳化鋁的化合物，如（CrFe）23C8等。但是由于銘的 擴(kuò)散速度較小，來不及向晶界擴(kuò)散，所以在晶間所形 成的碳化銘所需的銘主要不是來自奧氏體晶粒內(nèi)部， 而是來

47、自晶界附近，結(jié)果就使晶界附近的含銘量大為減少，當(dāng)晶界的銘的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低到小于12%時(shí)，就形成所謂的“貧銘區(qū)”，在腐蝕介質(zhì)作用下，貧銘區(qū)就會(huì) 失去耐腐蝕能力，而產(chǎn)生晶間腐蝕。含碳量超過0.03%的不穩(wěn)定的奧氏體型不銹鋼（不 含鈦或鋁的牌號(hào)），如果熱處理不當(dāng)則在某些環(huán)境中易 產(chǎn)生晶間腐蝕。這些鋼在425-815C之間加熱時(shí)，或者 緩慢冷卻通過這個(gè)溫度區(qū)間時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。 這樣的熱處理造成碳化物在晶界沉淀（敏化作用），并且 造成最鄰近的區(qū)域銘貧化使得這些區(qū)域?qū)Ωg敏感。 敏化作用也可出現(xiàn)在焊接時(shí)，在焊接熱影響區(qū)造成其 后的局部腐蝕。最通用的檢查不銹鋼敏感性的方法是65%硝酸腐蝕試驗(yàn)方法。試驗(yàn)時(shí)將

48、鋼試樣放入沸騰的65%硝酸溶液中連續(xù)48h為一個(gè)周期，共5個(gè)周期，每個(gè)周期測 定重量損失。一般規(guī)定，5個(gè)試驗(yàn)周期的平均腐蝕率應(yīng) 不大于0.05mm/月。奧氏體型不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)的晶間腐蝕可用如下方 法預(yù)防：使用低碳牌號(hào) 00Ch9Ni10或00Cr17Ni14Mo2 , 或穩(wěn)定的牌號(hào)0CH8Ni11Ti或0CH8Ni11Nb.使用這些 牌號(hào)不銹鋼可防止焊接時(shí)碳化物沉淀出造成有害影響 的數(shù)量。如果面品結(jié)構(gòu)件小，能夠在爐中進(jìn)行熱處理，則可在1040-1150C進(jìn)行熱處理以溶解碳化銘，并且在 425-815 C區(qū)間快速冷卻以防止瑞沉淀。焊接鐵素體不銹鋼在某些介質(zhì)中也可能出現(xiàn)晶間 腐蝕。這是當(dāng)鋼從925

49、c以上快速冷卻時(shí)，碳化物或氧 化物沉淀，金屬晶格應(yīng)變?cè)斐傻?，焊接后進(jìn)行消除應(yīng) 力熱處理可消除應(yīng)力并恢復(fù)耐腐蝕性能。在1Cr17不銹鋼中加入超過8倍碳含量的鈦，通?？蓽p少焊接鋼 結(jié)構(gòu)在一些介質(zhì)中的晶間腐蝕。然而加入鈦在濃硝酸 中不是有效的。奧氏體型不銹鋼的細(xì)分美國鋼鐵學(xué)會(huì)是用三位數(shù)字來標(biāo)示各種標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的 可鍛不銹鋼的。其中：奧氏體型不銹鋼用 200系列（無銀或低銀的銘鎰 氮不銹鋼）和300系列（銀銘不銹鋼）的數(shù)字標(biāo)示，鐵素體和馬氏體型不銹鋼用400系列的數(shù)字表示。在所有的鋼種里不銹鋼的種類和牌號(hào)較多，大概有 上百個(gè)牌號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)準(zhǔn)化共有 200個(gè)。最常用的是如下品種：6常用不銹鋼材料對(duì)照表日本

50、美 國英國德國法國中國SUS304304304S15X5CrNi189Z6CN18.090Cr18Ni9SUS330304SX2CrNi18Z2CN1800Cr18Ni1014L4L129.090S12s36316316S16X5CrNiM o1810Z6CND17.120Cr18Ni12Mo2S12s36L316L316S12X2CrNiM o1810Z2CND17.1200Cr17Ni14Mo2S12s37317317S16-0Cr18Ni12Mo3S12s37L317L317S12X2CrNiM o1816Z2CND19.1500Cr17Ni14Mo3SUS321321321S12X10

51、CrNi189Z6CNT18.100Cr18Ni9T i7奧氏體不銹鋼的焊條選用要點(diǎn)不銹鋼主要用于耐腐蝕，但也用作耐熱鋼和低溫 鋼。因此，在焊接不銹鋼時(shí)，焊條的性能必須與不銹 鋼的用途相符。不銹鋼焊條必須根據(jù)母材和工作條件 （包括工作溫度和接觸介質(zhì)等）來選用。1、一般來說，焊條的選用可參照母材的材質(zhì)，選 用與母材成分相同或相近的焊條。如：A102對(duì)應(yīng)0Cr19Ni9;A137 對(duì)應(yīng) 1Cr18Ni9Ti 。2、由于碳含量對(duì)不銹鋼的抗腐蝕性能有很大的影 響，因此，一般選用熔敷金屬含碳量不高于母材的不 銹鋼焊條。如316L必須選用A022焊條。3、奧氏體不銹鋼的焊縫金屬應(yīng)保證力學(xué)性能?？?通過焊接

52、工藝評(píng)定進(jìn)行驗(yàn)證。4、對(duì)于在高溫工作的耐熱不銹鋼(奧氏體耐熱鋼)， 所選用的焊條主要應(yīng)能滿足焊縫金屬的抗熱裂性能和 焊接接頭的高溫性能。(1)對(duì)Cr/Ni >1的奧氏體耐熱鋼，如1CH8Ni9Ti等, 一般均采用奧氏體-鐵素體不銹鋼焊條，以焊縫金屬中 含2-5%鐵素體為宜。鐵素體含量過低時(shí)，焊縫金屬抗 裂性差；若過高，則在高溫長期使用或熱處理時(shí)易形成 b脆化相，造成裂紋。如 A002、A102、A137。在某些特殊的應(yīng)用場合，可能要求采用全奧氏體的 焊縫金屬時(shí)，可采用比如 A402、A407焊條等。(2)對(duì)Cr/Ni<1的穩(wěn)定型奧氏體耐熱鋼，如 Cr16Ni25Mo6等，一般應(yīng)在保

53、證焊縫金屬具有與母材 化學(xué)成分大致相近的同時(shí)，增加焊縫金屬中M。、W、Mn等元素的含量，使得在保證焊縫金屬熱強(qiáng)性的同 時(shí)，提高焊縫的抗裂性。如采用 A502、A507。5、對(duì)于在各種腐蝕介質(zhì)中工作的耐蝕不銹鋼，則 應(yīng)按介質(zhì)和工作溫度來選擇焊條，并保證其耐腐蝕性 能(做焊接接頭的腐蝕性能試驗(yàn))。(1)對(duì)于工作溫度在300c以上、有較強(qiáng)腐蝕性的介 質(zhì)，須采用含有Ti或Nb穩(wěn)定化元素或超低碳不銹鋼 焊條。如 A137或A002等。(2)對(duì)于含有稀硫酸或鹽酸的介質(zhì)，常選用含Mo或 含Mo和Cu的不銹鋼焊條如：A032、A052等。(3)工作，腐蝕性弱或僅為避免銹蝕污染的設(shè)備，方 可采用不含Ti或Nb的

54、不銹鋼焊條。為保證焊縫金屬的耐應(yīng)力腐蝕能力，采用超合金化 的焊材，即焊縫金屬中的耐蝕合金元素 (Cr、Mo、Ni 等)含量高于母材。如采用00Cr18Ni12Mo2類型的焊接 材料(如A022)焊接00J19Ni10焊件。6、對(duì)于在低溫條件下工作的奧氏體不銹鋼，應(yīng)保 證焊接接頭在使用溫度的低溫沖擊韌性，故采用純奧 氏體焊條。如 A402、A407。7、也可選用銀基合金焊條。如采用 Mo達(dá)9%的銀 基焊材焊接Mo6型超級(jí)奧氏體不銹鋼。8、焊條藥皮類型的選擇：(1)由于雙相奧氏體鋼焊縫金屬本身含有一定量的 鐵素體，具有良好的塑性和韌性，從焊縫金屬抗裂性 角度進(jìn)行比較，堿性藥皮與鈦鈣型藥皮焊條的差別

55、不 像碳鋼焊條那樣顯著。因此在實(shí)際應(yīng)用中，從焊接工 藝性能方面著眼較多，大都采用藥皮類型代號(hào)為17或16 的焊條(如 A102A、A102、A132 等)。（2）只有在結(jié)構(gòu)剛性很大或焊縫金屬抗裂性較差（如 某些馬氏體銘不銹鋼、純奧氏體組織的銘銀不銹鋼等 ） 時(shí)，才考慮選用藥皮代號(hào)為15的堿性藥皮不銹鋼焊條 （如 A107、A407 等）。綜上所述，奧氏體不銹鋼的焊接是有其獨(dú)特特點(diǎn) 的，奧氏體不銹鋼的焊接時(shí)焊條選用尤其值得注意， 只有這樣才能達(dá)到針對(duì)不同材料實(shí)施不同的焊接方法 和不同材料的焊條，不銹鋼焊條必須根據(jù)母材和工作 條件（包括工作溫度和接觸介質(zhì)等）來選用。這樣才有可 能能達(dá)到所預(yù)期的焊接

56、質(zhì)量。8銹鋼的物理性能不銹鋼和碳鋼的物理性能數(shù)據(jù)對(duì)比：碳鋼的密度略高于鐵素體和馬氏體型不銹鋼，而略 低于奧氏體型不銹鋼；電阻率按碳鋼、鐵素體型、馬氏體型和奧氏體型不 銹鋼排序遞增；線膨脹系數(shù)大小的排序也類似，奧氏體型不銹鋼最 高而碳鋼最小；碳鋼、鐵素體型和馬氏體型不銹鋼有磁性，奧氏體 型不銹鋼無磁性，但其冷加工硬化生成馬氏體相變時(shí) 將會(huì)產(chǎn)生磁性，可用熱處理方法來消除這種馬氏體組 織而恢復(fù)其無磁性。奧氏體型不銹鋼與碳鋼相比，具有下列特點(diǎn):1）高的電阻率，約為碳鋼的5倍。2）大的線膨脹系數(shù)，比碳鋼大40%,并隨著溫度的 升高，線膨脹系數(shù)的數(shù)值也相應(yīng)地提高。3）低的熱導(dǎo)率，約為碳鋼的1/3。8.1 不銹鋼的力學(xué)性不論不銹鋼板還是耐熱鋼板，奧氏體型的鋼板的綜 合性能最好，既有足夠的強(qiáng)度，又有極好的塑性同時(shí) 硬度也不高，這也是它們被廣泛采用的原因之一。奧 氏體型不銹鋼同絕大多數(shù)的其它金屬材料相似，其抗 拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度，隨著溫度的降低而提高； 塑性則隨著溫度降低而減小。其抗拉強(qiáng)度在溫度 1580c范圍內(nèi)增長是較為均勻的。更重要的是：隨著 溫度的降低，其沖擊韌度減少緩慢，并不存在脆性轉(zhuǎn) 變溫度。所以不銹鋼在低溫時(shí)能保持足夠的塑性和韌 性。不銹鋼的耐熱性能耐熱性能是指高溫下，既有抗 氧化或耐氣體介質(zhì)腐蝕的性能即熱穩(wěn)定性，同時(shí)在高 溫時(shí)雙有足夠的強(qiáng)度即熱強(qiáng)性。8.2 316和316L