奧氏體不銹鋼的腐蝕

1、頁眉內(nèi)容奧氏體不銹鋼的腐蝕 奧氏體不銹鋼不僅有良好的耐腐蝕性能， 而且有良好的力學性能、 工藝性能、 焊接性能、低溫性能和沒有磁性。漂亮美觀，是最理想的金屬材料。所以人們一 聽到奧氏體不銹鋼管用在自來水工程上， 在施工中采用氬弧焊焊接， 總是萬無一 失沒有問題的。其實恰恰相反，原因是一般自來水中都含有氯離子（ Cl 一），微 量的Cl 一和02般影響很大,幾個ppmCl 一加上微量（5,可以引起18/8鉻鎳不銹 鋼孔蝕和引力腐蝕的破壞 .一、 據(jù)有關(guān)資料介紹，奧氏體不銹鋼腐蝕破壞事例1、某工廠幾十臺不銹鋼儲罐，分別用板厚4 6mm勺SUS304 304L、316、 316L 不銹鋼板焊接而成。

2、在安裝后充水，水源來自消防龍頭，僅34 個月放水檢查時，就發(fā)現(xiàn)嚴重的點蝕，最多一個罐達 200多個蝕孔，最深達45mm儲 罐已不能正常使用， 只好報廢， 造成巨大的經(jīng)濟損失。 其原因是水中含有氯離子 （76 1152uug.g-1 CL 一），加之焊接酸洗 、等工藝控制不嚴，造成不銹鋼表面 鈍化膜局部弱化或破壞所致。2 、腐蝕點孔極易成為應(yīng)力腐蝕破裂或腐蝕疲勞的裂紋源。 例如：我國曾 發(fā)生數(shù)起電站鍋爐高溫過熱器和再熱器管在投入運行前出現(xiàn)嚴重泄漏的重大事 故。這些爐管的材料是TP304H不銹鋼，在制造中曾在敏化高溫區(qū)加熱，此后在 水壓試驗時，采用了含有少量氯離子（約 40ug.g 一的自來水，或

3、雖末試泵，但在 海濱大氣條件下堆放了很長時間。 結(jié)果由于殘留在水中的氯離子或海洋大氣中氯 化物的作用， 在管內(nèi)外表面發(fā)生了點腐蝕， 并進而導致晶間型氯化物應(yīng)力腐蝕破 壞。3、臺灣積體電路（上海）有限公司沖身洗眼器系統(tǒng)，SUS304不銹鋼管道，使用介質(zhì)為自來水，驗收運行 34 個月，焊接接頭泄漏率高達 14.99%、其 中焊縫上泄漏占 4.48%、熱影響區(qū)泄漏占 10.5%、（熱影響區(qū)熔合線上泄漏占 8.19%、管材上泄漏占 0.93%、管件上泄漏占 1.39%）原因是自來水中含有氯離子 95.9mg/L,（屬正常自來水水質(zhì)），水流速度基本為靜態(tài)。從而導致了對 SUS304 不銹鋼管道焊接接頭的

4、孔蝕和應(yīng)力腐蝕破壞。4、嶺澳核電站循環(huán)水過濾系統(tǒng)，反沖洗海水管道，設(shè)計流速2.3m/S，設(shè)計采用DN150< 7.11mm的316L不銹鋼管。輸送的海水含氯量為 17g/L。2000年 5 月 17 日安裝完工，交付調(diào)試后系統(tǒng)運行， 2001 年 4 月 1 號機組管道，首次出 現(xiàn)彎頭焊口處泄漏點，表現(xiàn)為穿透性孔，孔的直徑很小，但肉眼可見，管道內(nèi)壁 腐蝕呈擴展狀褐色銹跡，判斷為典型的不銹鋼點腐蝕， （即孔腐蝕）。 316L 不銹 鋼有很好的抗氧化性能，由于含碳量在 0.03%以下，減少了焊后碳化鉻的沉淀， 在焊后有較好的耐腐蝕性。但 316L 不銹鋼在氯化物（尤其是氯離子）環(huán)境中， 對應(yīng)

5、力腐蝕最為敏感，不具備耐氯離子腐蝕的功能。二、氯離子對不銹鋼的腐蝕機理。以上四個事例告訴我們： 氯離子是奧氏體不銹鋼的克星， 其 腐蝕機理如下：1、不銹鋼的耐腐蝕性能 通常把能夠抵抗大氣及弱酸腐蝕的含鉻量 12-14%的鋼稱不銹鋼； 把能夠抵抗較高濃度酸腐蝕的含鉻量 16-18%以及更多的的鋼稱耐酸 鋼。但習慣上都叫不銹鋼。不銹鋼正因為有足夠含量的鉻， 其保護性氧化膜是自愈性的。 當 其薄膜破壞時，有足夠的鉻（Cr3+）陽離子重新形成新的保護性氧化 薄膜。致使它能進行機械加工也不失去抗氧化性能； 當金屬含鉻量不 夠或某些原因造成不銹鋼晶界出現(xiàn)貧鉻區(qū)的時候， 就不能形成有效的 保護性氧化膜；另一

6、方面，在非氧性介質(zhì)中，金屬即使有足夠的鉻， 由于缺氧， 其氧化膜的保護效果會下降； 缺氧也不會行成新的保護性 氧化膜。 這說明不銹鋼之所以能不銹， 關(guān)鍵在于：一、 有足夠的 鉻，二、有足夠的氧，兩者只要有一方不足，就不能形成有效的保護 性氧化膜，這時的金屬就不耐腐蝕了，就會銹了。不銹鋼中含鉬可以增加鈍化作用， 提高耐腐蝕性能， 特別是提高 在非氧化性介質(zhì)中耐腐蝕的穩(wěn)定性，阻止點腐蝕傾向有良好的作用。2、氯離子對奧氏體不銹鋼的腐蝕 對于奧氏體不銹鋼來說，氯化物溶液（主要是氯離子）是克星奧 氏體不銹鋼不僅容易發(fā)生孔蝕、也容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕、在 熱作用下也能發(fā)生晶間腐蝕，以下是孔蝕和應(yīng)力腐蝕

7、的機理：（1） 孔蝕是在金屬表面上產(chǎn)生 1 毫米左右達幾毫米深的穿孔腐蝕 （也有坑狀碟形淺孔）它是破壞性和隱患最大的腐蝕形態(tài)之一。孔蝕發(fā)生在容易鈍化的金屬（如不銹鋼、鋁合金等）因為鈍態(tài)金 屬仍有一定的反應(yīng)能力， 即鈍化膜被溶解和在鈍化處于動平衡狀態(tài)。 。 當自來水中含有活性陰離子（C、B）時，平衡便受到破壞，溶解 占優(yōu)勢。其原因是氯離子能有先地選擇地吸附在非金屬夾雜、 劃傷痕 等缺陷的鈍化膜上， 把氧元子排擠掉。然后和鈍化膜中的氧離子結(jié)合， 合成可溶性的氯化物。 從而使鈍化膜溶解出微小的破壞口， 新露出的 基底金屬上生成小蝕坑， 成為電池的陽極， 周圍大面積的膜成為陰極， 陽極電流高度集中，使

8、腐蝕迅速向內(nèi)發(fā)展，形成孔蝕。孔外部為腐蝕 產(chǎn)物阻塞，內(nèi)外的對流和擴散受到阻滯，孔內(nèi)形成獨特的閉塞區(qū)（亦 稱閉塞電池），孔內(nèi)的氧迅速的耗盡，只剩下金屬腐蝕的陽極反應(yīng)， 陰極反應(yīng)氧離子化完全移到孔外側(cè)進行。 因此孔內(nèi)很快積累了帶正電 的金屬離子，為了保持電中性，帶負電的 C從孔外移到孔內(nèi)， 增濃；金屬離子水解產(chǎn)生 H,孔內(nèi)的PH值H和Cl 一形成腐蝕強烈的 鹽酸，如下公式：頁眉內(nèi)容M+ C+H20=M0H J +H+CIH頁眉內(nèi)容圖示：孔蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕發(fā)展階段示意圖圖示孔蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕發(fā)展階段，a-鈍化膜局部破裂；b-膜破口腐 蝕閉塞區(qū)內(nèi)金屬離子增濃；c-陰離子進入閉塞區(qū)，金屬離子

9、水解，pH下降；d- 裂紋內(nèi)產(chǎn)生自催化加速腐蝕過程，H在尖端析出，滲入裂縫前緣，使金屬脆化。閉塞區(qū)內(nèi)溶液組成(H+，C)和區(qū)外過然不同。圖中顯示了這個變化的各個 階段。當PH值下降到某臨界值，腐蝕率突然上升，形成加速腐蝕，孔內(nèi)產(chǎn)生陰 極放氫反應(yīng)，孔蝕由閉塞區(qū)酸性電池控制。蝕孔形成后，是否深入發(fā)展直至穿孔，一般如孔少，電流集中，深入發(fā)展的可 能性大；如孔多又較淺，閉塞程度不大，危險性也小。(2)合金在腐蝕和一定方向的拉應(yīng)力同時作用下產(chǎn)生破裂，稱為應(yīng)力腐蝕破 裂。它是最危險的腐蝕形態(tài)之一。應(yīng)力腐蝕破裂的發(fā)生和發(fā)展可分為三個階段：(1) 、金屬表面生成鈍化膜或保護膜。(2) 、膜局部破裂，產(chǎn)生蝕孔或

10、裂縫源。(3) 、裂縫內(nèi)發(fā)生加速腐蝕，在拉力作用下，以垂直方向深入金屬內(nèi)部。產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕必須滿足上述三個階段的生成環(huán)境。以奧氏體不銹鋼C系為例：環(huán)境中必須含有 C和氧，因為奧氏體不銹鋼 在含有氧的環(huán)境內(nèi)很容易鈍化，滿足了條件1； c是破鈍劑，在應(yīng)力作用下，膜的局部缺陷處很容易破裂，滿足了條件 2 ；裂縫內(nèi)形成閉塞區(qū)， PH 值下降， C從外部遷入增濃，PH值下降到1.3以下腐蝕加速，這和孔蝕相同，裂縫尖端 產(chǎn)生了氫， 引起局部脆化， 在拉力作用下發(fā)生脆化破裂， 然后裂尖又進入酸性溶 液，裂縫在腐蝕和脆裂的作用下迅速發(fā)展。 （見圖）3、自來水中的氯離子和水的流動速度（1 ）一般自來水中氯離子的來

11、源 氯是一種強氧化性殺菌劑。 用于水處理過程的殺菌、 消毒。氯由于其有殺菌 力強、價廉、來源方便和使用簡單等優(yōu)點，而是應(yīng)用最廣泛的殺菌劑。消毒的原理， 氯消毒以液態(tài)、 漂白粉或次氯酸鈉為消毒劑， 通過其氧化作用 來殺滅微生物。為了防止殘余微生物在配水管網(wǎng)中再度繁殖， 自來水的管網(wǎng)水中必須保持尚 沒用完的一定濃度的剩余消毒劑 ，來確保消毒完全進行， 獲得滿意 的消毒效果。 為此我國生活飲用水衛(wèi)生標準 GB5749-85 規(guī)定：對于水中“余氯含量、用氯 消毒時，接近水廠或加壓站附近的游離氯的含量不得小于 0.3 mg/L ；在管網(wǎng)末梢 游離氯的含量不得小于0.05 mg/L；氯化物不超過250 m

12、g/L”。這說明一般自來水 中都含有氯離子，最少含量也不會少于 0.05 mg/L。（2）自來水的流動速度與腐蝕的關(guān)系自來水的流動速度一般應(yīng)保持在0.72.6 m/S之間.高速下的腐蝕常為低速的 數(shù)倍.應(yīng)為水的流速過大 ,會沖刷保護膜 ,產(chǎn)生旋渦、滯流、空泡、引起嚴重的沖擊、 磨損和空泡腐蝕。 液體進口和出口、 管道的轉(zhuǎn)折點、 閥蘭的接頭等處都容易發(fā)生 滯流，破壞鈍化膜，使暴露的金屬面成為容易被腐蝕的陰極，從而加速腐蝕。然 而對于容易鈍化的不銹鋼， 水的流速過小或甚至停流， 在氧濃度很低的自來水中（生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)定：耗氧量（以 02計）限值3 mg/L，特殊情況下不超 過5 mg/L）。有限的氧與鉻生成微弱的（Cr2O3）后，氧很快被消耗，鉻就不能形成 有效的鈍化保護膜 ,利于氯離子吸附腐蝕。由于水的流速小或停流，缺乏沖刷力， 使氧化物、 游離氯等腐蝕產(chǎn)物， 在不銹鋼表面的缺陷如硫化物夾雜， 晶界碳化物