奧氏體不銹鋼的腐蝕與焊接

1、奧氏體不銹鋼的腐蝕與焊接編著 目錄一 、奧氏體不銹鋼設(shè)備腐蝕破壞事例4 1某廠幾十臺(tái)儲(chǔ)罐的腐蝕破壞4 2 我國(guó)曾發(fā)生數(shù)起電站熱交換器等腐蝕案例.4 3 臺(tái)灣積體電路（上 海 ）有限公司沖身洗眼器不銹鋼管道腐蝕破壞。 5 4 嶺澳核電站反沖洗316L不銹鋼管道點(diǎn)腐蝕. 5二 、氯離子對(duì)奧氏體不銹鋼的腐蝕機(jī)理 1 不銹鋼的耐腐蝕性. 2 氯離子對(duì)奧氏體不銹鋼的腐蝕. 3 孔蝕的機(jī)理. 4 應(yīng)力腐蝕的機(jī)理三、自來(lái)水中的氯離子和水的流動(dòng)速度 1一般自來(lái)水中氯離子的來(lái)源 2自來(lái)水的流動(dòng)速度與腐蝕的關(guān)系.四、奧氏體不銹鋼焊接接頭的腐蝕 1焊縫和熱影響區(qū)的晶間腐蝕. 2焊縫接頭各部分被腐蝕的原因 2、1焊縫

2、金屬被腐蝕的原因. 2、2熔合線上被腐蝕的原因 2、3熱影響區(qū)被腐蝕的原因. 2、4現(xiàn)場(chǎng)施工焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié). 2、5 SUS304奧氏體不銹鋼管件被腐蝕原因.五、進(jìn)一步做好奧氏體不銹鋼的焊接工作 1必須力求獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫. 2奧氏體不銹鋼管道氬弧焊時(shí)管內(nèi)必須沖氬保護(hù) 3對(duì)管內(nèi)焊縫的質(zhì)量要求. 4采用單道一次焊完避免重復(fù)加熱. 5奧氏體不銹鋼焊絲的選擇.六、參考資料. 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(xué)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(lái)水工程上，在施工中采用氬弧焊焊接，總是萬(wàn)無(wú)一失沒有問題的。其實(shí)

3、恰恰相反，原因是一般自來(lái)水中都含有氯離子（Cl一），微量的Cl一和O2一般影響很大,幾個(gè)ppm Cl一加上微量O2,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(tái)不銹鋼儲(chǔ)罐，分別用板厚46mm的SUS304、304L、316、316L不銹鋼板焊接而成。在安裝后充水，水源來(lái)自消防龍頭，僅34個(gè)月放水檢查時(shí)，就發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，最多一個(gè)罐達(dá)200多個(gè)蝕孔，最深達(dá)45mm，儲(chǔ)罐已不能正常使用，只好報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)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(yán)，造成不銹鋼表面鈍化

4、膜局部弱化或破壞所致。 2、腐蝕點(diǎn)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(guó)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(yùn)行前出現(xiàn)嚴(yán)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(yàn)時(shí)，采用了含有少量氯離子（約40ug.g一的自來(lái)水，或雖末試泵，但在海濱大氣條件下堆放了很長(zhǎng)時(shí)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(diǎn)腐蝕，并進(jìn)而導(dǎo)致晶間型氯化物應(yīng)力腐蝕破壞。 3、臺(tái)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(lái)水，驗(yàn)收運(yùn)行34個(gè)月，焊接接頭泄漏率高達(dá)14.99%、其中焊縫

5、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(lái)水中含有氯離子95.9mg/L，（屬正常自來(lái)水水質(zhì)），水流速度基本為靜態(tài)。從而導(dǎo)致了對(duì)SUS304不銹鋼管道焊接接頭的孔蝕和應(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(jì)流速2.3m/S，設(shè)計(jì)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(yùn)行，2001年4月1號(hào)機(jī)組管道，首次出現(xiàn)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)壁腐蝕呈

6、擴(kuò)展?fàn)詈稚P跡，判斷為典型的不銹鋼點(diǎn)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(duì)應(yīng)力腐蝕最為敏感，不具備耐氯離子腐蝕的功能。 二、氯離子對(duì)不銹鋼的腐蝕機(jī)理。 以上四個(gè)事例告訴我們：氯離子是奧氏體不銹鋼的克星，其腐蝕機(jī)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(xí)慣上都叫不銹鋼。 不銹鋼正因?yàn)橛凶銐蚝康你t，其保護(hù)性氧化膜是自愈性的。當(dāng)其薄膜

7、破壞時(shí)，有足夠的鉻（Cr3+）陽(yáng)離子重新形成新的保護(hù)性氧化薄膜。致使它能進(jìn)行機(jī)械加工也不失去抗氧化性能；當(dāng)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(shí)候，就不能形成有效的保護(hù)性氧化膜；另一方面，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(hù)效果會(huì)下降；缺氧也不會(huì)行成新的保護(hù)性氧化膜。 這說(shuō)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(hù)性氧化膜，這時(shí)的金屬就不耐腐蝕了，就會(huì)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(diǎn)腐蝕傾向有良好的作用。2、氯離子對(duì)奧氏體

8、不銹鋼的腐蝕 對(duì)于奧氏體不銹鋼來(lái)說(shuō)，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)力腐蝕的機(jī)理：2、1孔蝕是在金屬表面上產(chǎn)生1毫米左右達(dá)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?？孜g發(fā)生在容易鈍化的金屬（如不銹鋼、鋁合金等）因?yàn)殁g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(dòng)平衡狀態(tài)。當(dāng)自來(lái)水中含有活性陰離子（Cl、Br）時(shí)，平衡便受到破壞，溶解占優(yōu)勢(shì)。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

9、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(yáng)極，周圍大面積的膜成為陰極，陽(yáng)極電流高度集中，使腐蝕迅速向內(nèi)發(fā)展，形成孔蝕?？淄獠繛楦g產(chǎn)物阻塞，內(nèi)外的對(duì)流和擴(kuò)散受到阻滯，孔內(nèi)形成獨(dú)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(yáng)極反應(yīng)，陰極反應(yīng)氧離子化完全移到孔外側(cè)進(jìn)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(fù)電的Cl從孔外移到孔內(nèi)，Cr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(qiáng)烈的鹽酸，如下公式： M+ Cl+H2O=MOH+H+Cl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

10、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(jìn)入閉塞區(qū)，金屬離子水解，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+，Cl）和區(qū)外過然不同。圖中顯示了這個(gè)變化的各個(gè)階段。當(dāng)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(xiǎn)性也小。2、2、2合金在腐蝕和一定方向的拉應(yīng)力同時(shí)作用下產(chǎn)生破裂，稱為應(yīng)力腐蝕破裂。它是最危險(xiǎn)的腐蝕形態(tài)之一。應(yīng)力腐

11、蝕破裂的發(fā)生和發(fā)展可分為三個(gè)階段： （1）、金屬表面生成鈍化膜或保護(hù)膜。 （2）、膜局部破裂，產(chǎn)生蝕孔或裂縫源。 （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(gè)階段的生成環(huán)境。以?shī)W氏體不銹鋼Cl系為例：環(huán)境中必須含有Cl和氧，因?yàn)閵W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；Cl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，Cl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(jìn)入酸性溶液，裂縫在腐蝕和脆裂的作

12、用下迅速發(fā)展。（見圖）3、自來(lái)水中的氯離子和水的流動(dòng)速度3、1一般自來(lái)水中氯離子的來(lái)源氯是一種強(qiáng)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(qiáng)、價(jià)廉、來(lái)源方便和使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，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(lái)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(lái)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(lái)確保消毒完全進(jìn)行，獲得滿意 的消毒效果。為此我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB5749-85規(guī)定：對(duì)于水中“余氯含量、用氯消毒時(shí)，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

13、得小于0.05 mg/L；氯化物不超過250 mg/L”。這說(shuō)明一般自來(lái)水中都含有氯離子，最少含量也不會(huì)少于0.05 mg/L。3、2自來(lái)水的流動(dòng)速度與腐蝕的關(guān)系自來(lái)水的流動(dòng)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(huì)沖刷保護(hù)膜,產(chǎn)生旋渦、滯流、空泡、引起嚴(yán)重的沖擊、磨損和空泡腐蝕。液體進(jìn)口和出口、管道的轉(zhuǎn)折點(diǎn)、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(duì)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(lái)水中（生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)定：耗氧量（以O(shè)2計(jì)）限值3 mg/L，特殊情況下不

14、超過5 mg/L）。有限的氧與鉻生成微弱的（Cr2 O3）后,氧很快被消耗,鉻就不能形成有效的鈍化保護(hù)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，晶界碳化物沉積、表面劃痕和焊縫不平整等地方聚集沉積，其中的氯離子正好優(yōu)先地吸附在這些有缺陷的鈍化膜上，用孔蝕相同的機(jī)理對(duì)不銹鋼進(jìn)行腐蝕。隨時(shí)間的延長(zhǎng)，直至腐蝕透穿孔泄漏。所以自來(lái)水處于靜止?fàn)顟B(tài)不銹鋼的孔蝕速度比處于流動(dòng)狀態(tài)時(shí)大。水的流速對(duì)減緩孔蝕起雙重作用，加大流速，一是有利于溶解氧向不銹鋼表面輸送，使鈍化膜容易形成；二是可減少腐蝕產(chǎn)物在不銹鋼表面聚集和沉積的機(jī)會(huì)，從而減少發(fā)生

15、孔蝕。4、奧氏體不銹鋼焊接接頭的腐蝕奧氏體不銹鋼焊接接頭的腐蝕，都與焊縫和熱影響區(qū)，在焊接過程中 的析出相和化學(xué)偏析有關(guān)。多數(shù)情況下，焊接接頭的耐腐蝕性能都低于基體金屬的耐腐蝕性能。所以在整個(gè)奧氏體不銹鋼管路系統(tǒng)中，焊接接頭的耐腐蝕性能是最薄弱的環(huán)節(jié)。4、1焊縫和熱影響區(qū)的晶間腐蝕奧氏體不銹鋼在450850溫度范圍內(nèi)加熱或緩慢冷卻時(shí)，碳化鉻在晶界析出，造成晶界附近貧鉻，從而在腐蝕介質(zhì)中，產(chǎn)生晶間腐蝕傾向。SUS304奧氏體不銹鋼，含碳量在0.08%以下，不含鉬元素，也不含穩(wěn)定元素鈦、鈮，屬于非穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼，在焊接熱循環(huán)過程中，處于450850敏化區(qū)，其晶界會(huì)析出碳化鉻，造成晶界附近貧鉻，

16、在含有氯離子和氯化物等腐蝕產(chǎn)物的自來(lái)水中，會(huì)產(chǎn)生晶間應(yīng)力腐蝕傾向。4、2焊接接頭各部分被腐蝕的原因本文第三個(gè)不銹鋼被腐蝕破壞事例中；SUS304不銹鋼管道在交付使用34個(gè)月，焊接接頭的泄漏率高達(dá)14.99%其中焊縫上泄漏占4.48%；熱影響區(qū)泄漏占10.51%，（熱影響區(qū)中：熔合線上泄漏占8.19%；不銹鋼管件及管件上泄漏占2.32%）?，F(xiàn)將焊接接頭各部分被腐蝕的原因分析如下；1、焊縫金屬主要是由填充金屬和少量基本金屬組成。填充金屬（焊絲）選擇的正確與否對(duì)焊縫金屬的質(zhì)量起決定性作用。奧氏體不銹鋼焊絲的選擇，其含合金元素鉻（Cr）鎳（N）的含量，一般都高于基本金屬。例如：SUS304奧氏體不銹鋼

17、，相當(dāng)于我國(guó)的0 Cr19Ni奧氏體不銹鋼,選用TGS308(H0Cr21Ni10)焊絲,按規(guī)定是正確的。但在含有氯離子的自來(lái)水中，焊縫被腐蝕破壞，泄漏率高達(dá)4.48%。其原因是在氬弧焊焊接過程中，會(huì)有碳化鉻析出造成合金元素?fù)p失，也會(huì)發(fā)生夾雜質(zhì)、合金元素分布不均勻的偏析。焊縫金屬的這些缺陷，給氯離子吸附、腐蝕創(chuàng)造了條件。2、熱影響區(qū)中的不完全熔化段，俗稱融合線。尺寸非常小，焊接時(shí)被加熱到開始熔化和熔化終了的溫度是由固相和液相的混合物組成。這就促使明顯的 顆粒更加發(fā)展和析出碳化鉻，造成晶界附近貧鉻。，又焊接蓋面，焊縫進(jìn)一步加??；熔合線處于焊縫金屬到基本金屬 的過度部位，是焊接后應(yīng)力集中點(diǎn)；又是管

18、內(nèi)焊縫不平整度與管連接的地方，容易聚集沉積氯化物，游離氯等，腐蝕產(chǎn)物。這些都有利于氯離子吸附進(jìn)行孔蝕和應(yīng)力腐蝕。所以熔合線上被腐蝕焊口泄漏率高達(dá)8.19%，占整個(gè)泄漏的54.64%。3、不銹鋼氬弧焊時(shí)，由于熱的影響，熱影響區(qū)會(huì)生成一層氧化薄膜，根據(jù)加熱溫度和時(shí)間不同，膜的厚度也不同，呈不同的顏色。這層氧化膜主要由鐵和鉻的氧化物構(gòu)成，膜中缺陷較多，存在內(nèi)應(yīng)力，膜下方的金屬基本往往貧鉻。當(dāng)不銹鋼表面溫度為600700時(shí)，形成的氧化膜的孔蝕電位最底，鐵和鉻的氧化膜增厚，膜下方的金屬基本貧鉻加劇。耐腐蝕性降低，特別是在含有氯離子的自來(lái)水，及容易發(fā)生孔蝕和應(yīng)力腐蝕。4施工現(xiàn)場(chǎng)，奧氏體不銹鋼氬弧焊，氬氣純度為99.99%。按規(guī)定只需99.9%這樣純度的氬氣，用于焊接時(shí)不銹鋼管內(nèi)充氬保護(hù)，管內(nèi)焊縫的熱影響區(qū)肯定是要變顏色氧化，造成晶間附近貧鉻，又無(wú)法用不銹鋼絲刷或酸洗鈍化，其保護(hù)膜相對(duì)較差；管內(nèi)焊縫增加了不平整度，加上焊接殘余應(yīng)力的存在，現(xiàn)場(chǎng)焊縫有無(wú)法進(jìn)行固處理，只能讓保護(hù)膜差、不平整、殘余應(yīng)力自然存在，留給氯離子吸附、腐蝕、破壞的機(jī)會(huì)。綜合以上種種問題的存在，使焊接接頭在含有氯離子的自來(lái)水中被腐蝕就不可避免了。此外從基本金屬過度到焊縫金屬時(shí)電極電位的資料顯示；熱影響區(qū)及焊縫金屬具有較高的負(fù)電極電位，也將腐