腐蝕失效分析

1、1Beijing Jiaotong University304不銹鋼管的點(diǎn)蝕失效案例分析 2Beijing Jiaotong University主要內(nèi)容1.案例介紹2.宏觀形貌3.金相與X射線熒光能譜儀分析4.實(shí)驗(yàn)分析對(duì)比5.預(yù)防方法6.結(jié)論3Beijing Jiaotong University1.案例介紹 本案例討論的是某食品機(jī)械公司的一套管殼式冷凝器，其中空心冷卻管材質(zhì)均為304不銹鋼。使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)有多根冷卻管在焊縫處或者管材本身發(fā)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象，點(diǎn)蝕孔穿透管材本身，孔的形狀為不規(guī)則圓形，半徑3mm。冷卻管中所通的冷卻液為無(wú)色透明狀，管材外壁光亮如新，但是管材內(nèi)壁有大量淺黃色沉積物

2、。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)用硝酸銀溶液（AgNO3）對(duì)工作時(shí)流經(jīng)管內(nèi)的冷卻液進(jìn)行滴定，明顯產(chǎn)生大量的白色AgCl沉淀，由此可以證明工作環(huán)境中氯離子的存在。為了證明CL-離子對(duì)304不銹鋼的腐蝕作用進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。4Beijing Jiaotong University關(guān)于304不銹鋼 304不銹鋼（是一種通用性的不銹鋼材料，防銹性能比200系列的不銹鋼材料要強(qiáng)。耐高溫方面也比較好，一般使用溫度極限小于650。304不銹鋼具有優(yōu)良的不銹耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。對(duì)氧化性酸，在實(shí)驗(yàn)中得出：濃度65%的沸騰溫度以下的硝酸中，304不銹鋼具有很強(qiáng)的抗腐蝕性。對(duì)堿溶液及大部分有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸亦具有良好的耐腐蝕能

3、力。5Beijing Jiaotong University2.宏觀形貌對(duì)該304不銹鋼管腐蝕樣品進(jìn)行宏觀檢查，樣品表面光亮，直徑15mm的空心圓柱，但在管材中部以及側(cè)斷面有明顯的點(diǎn)蝕現(xiàn)象，點(diǎn)蝕孔穿透管材本身，孔的形狀為不規(guī)則圓形，半徑3mm。6Beijing Jiaotong University3.金相分析 將該樣品切割為20mm的長(zhǎng)度的試樣，并將圓柱表面壓平，方便進(jìn)行金相顯微鏡觀察，首先借助砂紙除去試樣表面的雜物，再使用金相砂紙對(duì)試樣逐級(jí)拋光，用無(wú)水乙醇對(duì)拋光表面清洗，烘干后，用王水腐蝕。最后用金相顯微鏡觀察樣品點(diǎn)蝕孔處的顯微組織，并通過(guò)對(duì)304不銹鋼的金相分析，來(lái)研究是否也存在應(yīng)力腐蝕

4、裂紋。圖為試樣表面所拍金相照片，可以明顯的看到試樣表面存在多個(gè)黑色點(diǎn)蝕孔。7Beijing Jiaotong University4.X射線熒光能譜儀分析 簡(jiǎn)單介紹：X射線熒光能譜儀。是對(duì)被測(cè)試樣中所含元素進(jìn)行定性定量分析最為準(zhǔn)確的儀器之一。能夠?qū)悠匪械膹腘aU范圍內(nèi)所有元素進(jìn)行分析。精確度從0.0001%100%，具有較強(qiáng)的分析能力。通過(guò)XRF對(duì)試樣的點(diǎn)蝕孔處從近及遠(yuǎn)等距離分別測(cè)定了鉻含量。8Beijing Jiaotong University 從表中可以看出，距離點(diǎn)蝕孔越近，則Cr含量越低。從距離點(diǎn)蝕孔最遠(yuǎn)的3號(hào)位置到距離最近的1號(hào)位置，Cr含量下降了將近2%。 標(biāo)準(zhǔn)304不銹鋼中

5、鉻含量應(yīng)為1820,而試樣中的鉻含量均低于標(biāo)準(zhǔn)值，靠近點(diǎn)蝕孔的強(qiáng)腐蝕區(qū)域甚至少了將近3。之所以產(chǎn)生這么大的差異，從點(diǎn)蝕孔的生長(zhǎng)形態(tài)來(lái)看，點(diǎn)蝕孔從形槽直至穿孔，此處的的氯離子由于聚集，濃度必然大于非點(diǎn)蝕孔處。而氯離子又易與Cr生成Cr-Cl化合物，所以對(duì)不銹鋼中鉻含量確實(shí)會(huì)造成相當(dāng)程度的影響，甚至?xí)谐霈F(xiàn)“貧鉻區(qū)”的可能，而鉻含量的減少也造成了304不銹鋼防腐性能的下降。不銹鋼中Cr含量隨靠近點(diǎn)蝕孔距離的變化9Beijing Jiaotong University5.實(shí)驗(yàn)分析對(duì)比 為了驗(yàn)證CL-離子對(duì)于304不銹鋼的腐蝕作用，我們?nèi)蓚€(gè)新的不銹鋼管試樣，腐蝕實(shí)驗(yàn)前先進(jìn)行形貌照片拍攝和金相照片拍攝

6、，計(jì)算每個(gè)試樣表面積約為30cm2，每個(gè)試樣需要在600ml的腐蝕溶液，配置6FeCl30.05mol/LHCL的腐蝕液1.8L，在腐蝕溶液中分別浸泡2h、24h，浸泡后取出試樣，清水沖洗并烘干后拍攝樣品表面形貌照片以及進(jìn)行金相觀察。10Beijing Jiaotong University完好的未被腐蝕304鋼金相圖已被腐蝕的304鋼金相圖11Beijing Jiaotong University 進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，腐蝕后的試樣出現(xiàn)數(shù)量較多的黑色的點(diǎn)蝕，不均勻分布于基體奧氏體間，圖（c）（d）中從點(diǎn)蝕孔處延伸出應(yīng)力腐蝕裂紋，呈人字形；表面為灰暗色，并且在裂紋兩邊可清楚看到有大量新的點(diǎn)腐蝕孔產(chǎn)

7、生，只有金屬表面的保護(hù)膜局部破壞后，才能萌生裂紋。膜的局部破壞與金屬表面存在的位錯(cuò)露頭、晶界、相界等微觀缺陷有關(guān)。這些微觀缺陷可使膜局部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)金屬受力時(shí)，它們還可以引起局部應(yīng)力集中和應(yīng)變集中，集中塑變區(qū)的滑移臺(tái)階能引起表面膜的破裂。對(duì)之前我們得出304不銹鋼的點(diǎn)蝕孔往往是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的腐蝕源提供了有利的證據(jù)。點(diǎn)腐蝕孔和應(yīng)力腐蝕裂紋12Beijing Jiaotong University304不銹鋼防腐蝕措施1.鍍層防護(hù)，在不銹鋼上鍍適當(dāng)?shù)慕饘倩蚝辖穑瑒t可改善表面狀況，抵抗活性陰離子的侵襲，提高其力學(xué)性能（如耐磨性，硬度等）以及耐蝕性，從而可延長(zhǎng)其使用壽命。2.降低環(huán)境的侵蝕性，包括對(duì)酸度、溫度、氧化劑和鹵素離子的控制，其中要特別注意避免氯離子向局部濃縮。3.提高工作環(huán)境中溶液的流速或攪拌溶液，使溶液中的氧及氧化劑的濃度均勻化，避免溶液停滯不動(dòng)，防止有害物質(zhì)附著在構(gòu)件表面上。4.添加緩蝕劑或某些緩蝕性離子,如:對(duì)不銹鋼加入硫酸鹽、硝酸鹽、高氯酸鹽等。5.對(duì)材料進(jìn)行合理的熱處理，如對(duì)304不銹鋼進(jìn)行固溶處理狀態(tài)下，可獲得最佳的耐點(diǎn)蝕性能。13Beijing Jiaotong University結(jié)論1.304不銹鋼基于氯離子環(huán)境下產(chǎn)生的點(diǎn)腐蝕存在應(yīng)力腐蝕，最后導(dǎo)致穿孔現(xiàn)象的產(chǎn)生。2.氯離子對(duì)304不銹鋼中鉻含量會(huì)造成相