氯離子對不銹鋼的腐蝕

1、氯離子對不銹鋼的腐蝕(2012-02-28 18:51:09)問題描述： 對于奧氏體不銹鋼在氯離子環(huán)境下的腐蝕， 各種權(quán)威的書籍均有嚴(yán)格 的要求，氯離子含量要小于25ppm否則就會發(fā)生應(yīng)力腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕。 但是事實上在工程應(yīng)用中我們有很多高濃度的氯離子含量的情況下在使用奧氏 體不銹鋼，因些分析氯離子對不銹鋼的腐蝕，采取預(yù)防措施，延長使用壽命，或 合理選材。不銹鋼的腐蝕失效分析：1、應(yīng)力腐蝕失：不銹鋼在含有氧的氯離子的腐蝕介質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力 腐蝕失效所占的比例高達(dá) 45 %左右。常用的防護(hù)措施：合理選材 , 選用耐應(yīng)力腐 蝕材料主要有高純奧氏體鉻鎳鋼 , 高硅奧氏體鉻鎳鋼 , 高鉻

2、鐵素體鋼和鐵素體 奧氏體雙相鋼。其中 , 以鐵素體奧氏體雙相鋼的抗應(yīng)力腐蝕能力最好。控制應(yīng) 力：裝配時 , 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。嚴(yán)格遵守操作規(guī)程：嚴(yán)格控制原料成分、 流速、介質(zhì)溫度、壓力、 pH 值等工藝指標(biāo)。在工藝條件允許的范圍內(nèi)添加緩蝕 劑。鉻鎳不銹鋼在溶解有氧的氯化物中使用時 ,應(yīng)把氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到 1. 0 X 10 - 6以下。實踐證明,在含有氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為500. 0 X 10 - 6的水中, 只需加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為150. 0 X 10 - 6的硝酸鹽和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5 X 10 - 6 亞硫酸

3、鈉混合物 , 就可以得到良好的效果。2、孔蝕失效及預(yù)防措施小孔腐蝕一般在靜止的介質(zhì)中容易發(fā)生。 蝕孔通常沿著重力方向或橫向方向發(fā)展 孔蝕一旦形成 , 即向深處自動加速。 , 不銹鋼表面的氧化膜在含有氯離子的水溶液 中便產(chǎn)生了溶解，結(jié)果在基底金屬上生成孔徑為 20卩葉30卩m小蝕坑，這些小 蝕坑便是孔蝕核。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。 常見預(yù)防措施： 在不銹鋼中加入鉬、 氮、硅等元素或加入這些元素的同時提高鉻 含量。降低氯離子在介質(zhì)中的含量。加入緩蝕劑 , 增加鈍化膜的穩(wěn)定性或有利于 受損鈍化膜得以再鈍化。采用外加陰極電流保護(hù) , 抑制孔蝕。3、點腐蝕：由于任何金屬

4、材料都不同程度的存在非金屬夾雜物，這些非金屬化 合物，在 Cl 離子的腐蝕作用下將很快形成坑點腐蝕，在閉塞電池的作用，坑外 的 Cl 離子將向坑內(nèi)遷移，而帶正電荷的坑內(nèi)金屬離子將向坑外遷移。在不銹鋼 材料中，加Mo的材料比不加Mo的材料在耐點腐蝕性能方面要好，Mo含量添加 的越多，耐坑點腐蝕的性能越好。4. 縫隙腐蝕 縫隙腐蝕與坑點腐蝕機理一樣，是由于縫隙中存在閉塞電池的作用，導(dǎo)致 Cl 離 子富集而出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象。 這類腐蝕一般發(fā)生在法蘭墊片、 搭接縫、 螺栓螺帽的 縫隙，以及換熱管與管板孔的縫隙部位， 縫隙腐蝕與縫隙中靜止溶液的濃縮有很 大關(guān)系，一旦有了縫隙腐蝕環(huán)境，其誘導(dǎo)應(yīng)力腐蝕的幾率是

5、很高的。總結(jié)1：幾種不銹鋼在含氯 （Cl ） 水溶液中的適用條件一、板片材料的選用（1）注：不含氣體、PH值為7（即中性）、流動的含氯水溶液。（2）奧氏體不銹鋼對硫化物（S02、S03）腐蝕有一定的抗力。但是，Ni含量越高，耐蝕性將降低（因生成低熔點 NiS） , 可能引起硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。硫化 物應(yīng)力腐蝕開裂同材料的硬度有關(guān)，奧氏體不銹鋼的硬度應(yīng)wHB228 Ni-Mo或Ni - Mo- Cr合金的硬度不限；碳素鋼的硬度應(yīng)w HB2253）必須注意板片材料與墊片或膠粘劑的相容性。例如，應(yīng)避免將含氯的墊片或 膠粘劑（如氯丁橡膠或以其為溶質(zhì)的膠粘劑） 與不銹鋼板片組配 , 或者將氟橡膠、 聚四

6、氟乙烯（PTFE墊片與鈦板板片組配；二、板片常用材料的特點及適用條件1） 304 型不銹鋼這是最廉價、最廣泛使用的奧氏體不銹鋼（如食品、化工、原 子能等工業(yè)設(shè)備）。適用于一般的有機和無機介質(zhì)。例如，濃度V30%、溫度w 100C或濃度30%、溫度V 50C的硝酸；溫度w 100C的各種濃度的碳酸、氨 水和醇類。 在硫酸和鹽酸中的耐蝕性差； 尤其對含氯介質(zhì) （如冷卻水 ） 引起的縫隙 腐蝕最敏感。在含氯水溶液中的適用條件，見表1-34。PRE為19。（ 2） 304L 型不銹鋼 .耐蝕性和用途與304型基本相同。由于含碳量更低（w 0.03 %），故耐蝕性（尤 其耐晶間腐蝕 , 包括焊縫區(qū)）和可

7、焊性更好，可用于半焊式或全焊式PHE。（ 3） 316 型不銹鋼適用于一般的有機和無機介質(zhì)。例如 , 天然冷卻水、冷卻塔水、軟化水；碳酸； 濃度V 50%的醋酸和苛性堿液；醇類和丙酮等溶劑；溫度w100C的稀硝酸（濃度V 20% =、稀磷酸（濃度V 30% =等。但是,不宜用于硫酸。由于約含2%的 Mo故在海水和其他含氯介質(zhì)中的耐蝕性比 304型好,完全可以替代304型,見表 1-34。PRE為 25。（ 4） 316L 型不銹鋼 ） S9 M ：耐蝕性和用途與316型基本相同。由于含碳量更低（w 0.03 %），故可焊性和焊 后的耐蝕性也更好，可用于半焊式或全焊式 PHE PRE為25。5)

8、 317 型不銹鋼適合要求比 316 型使用壽命更長的工況。由于 Cr、Mo、Ni 元素的含量比 316 型 稍高，故耐縫隙腐蝕、點蝕和應(yīng)力腐蝕的性能更好。PRE為30。(6)AISI 904L 或 SUS 890L 型不銹鋼這是一種兼顧了價格與耐蝕性的高性價比的奧氏體不銹鋼， 其耐蝕性比以上幾種 材料好,特別適合一般的硫酸、 磷酸等酸類和鹵化物 (含 Cl、 F )。由于 Cr、Ni、Mo含量較高，故具有良好的耐應(yīng)力腐蝕、點蝕和縫隙腐蝕性能。在含氯介 質(zhì)中的適用條件,見表1-34。PRE為36。7)Avesta 254 SMO 高級不銹鋼這是一種通過提高M(jìn)o含量對316型進(jìn)行了改進(jìn)的超低碳高

9、級不銹鋼，具有優(yōu)良 的耐氯化物點蝕和縫隙腐蝕性能， 適用于不能用 316型的含鹽水、無機酸等介質(zhì)。 在含氯介質(zhì)中的適用條件,見表5-11。PRE為47。(8)Avesta 654 SMO 高級不銹鋼這是一種Cr、Ni、Mo N含量均高于254 SMO的超低碳高級不銹鋼,耐氯化物腐 蝕的性能比254 SMO更好,可用于冷的海水。PRE為64。(9)RS-2( OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb 不銹鋼；這是一種國產(chǎn)的Cr- Ni - Mo-Cu不銹鋼。耐點蝕和縫隙腐蝕的性能相當(dāng)于 316 型，而耐應(yīng)力腐蝕的性能更好。 可用于80 C以下的濃硫酸(濃度9098%), 年腐蝕率w 0.04mm

10、/a。PRE為 29。( 10) Incoloy 825( S) ,這是一種 Ni (40%)- Cr (22%)- Mo(3%)高級不銹鋼。Incoloy 是 the InternationalNickel Co.公司的注冊商標(biāo)。適用于低溫下各種濃度的硫酸；在濃度為50%70%的苛性堿(如NaOH溶液中,具有良好的耐蝕性,不產(chǎn)生應(yīng)力腐 蝕開裂。但是 , 對氯化物引起的縫隙腐蝕卻很敏感。此外 , 沖壓性能也不太好 , 故 不是板片常用的材料。PRE為32三、幾種國外耐蝕合金的新品種 -(1) 31合金：由904L改進(jìn)后的(提高M(jìn)o N含量)、標(biāo)準(zhǔn)的6%Mo高級不銹 鋼(31 % Ni-27 %

11、 Cr-6.5 % Mo-32% Fe)。在許多介質(zhì)中的耐蝕性比 904L更好；在 濃度20% 80%、溫度60E 100C的硫酸中,耐蝕性能甚至超過C-276。PRE為 34。( 2) 33 合金：一種完全奧氏體化的鉻基高級不銹鋼， 其耐蝕性可與 Inconel 625 等一些 Ni-Cr-Mo 合金媲美。 在酸性和堿性介質(zhì) (包括硝酸、 硝酸與氫氟酸的混合 物)中，具有良好的耐局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂的性能；在濃硝酸中的耐蝕性比 304L好得多。例如,適用于濃度大于96% 99%、溫度w 150C、氧化硫含量小于 200 mg/L的硫酸；熱的海水；濃度w 50%、沸騰的強腐蝕性溶液；濃度w

12、85%、 溫度w 150C的磷酸等。但是，不適用于還原性介質(zhì)(如稀硫酸等)。價格與C-276 相差不多。PRE為50。(3) C-2000合金：一種二十世紀(jì)90年代研發(fā)的鎳基合金,價格與C-276相近，是以上材料中耐腐蝕性能最好者之一。 在中等濃度以下的硫酸、稀鹽酸和沸騰溫 度下,濃度w 50%的磷酸，以及熱的氯化物等介質(zhì)中，其耐蝕性比C-276和C-22更好,有取代C-22合金的趨勢。但是,對于濃度70%的硫酸,耐蝕性不如 C-276。PRE為 76(4) 59合金：化學(xué)成分與C-2000比較，除了 Ni含量稍高(59 %),且低Fe,無 Cu W外，其余基本上相同。這是目前鎳基合金中耐蝕性

13、、熱穩(wěn)定性、可沖壓性 和可焊性最好的一種材料，自1990年商業(yè)化以來，已廣泛用于硫酸、鹽酸、氫氟 酸以及含氯、含氧、低pH值的許多介質(zhì)。PRE為76,與C-2000相同?？偨Y(jié)2:不銹鋼在含氯離子介質(zhì)中的適用范圍最咼溫度C2550607580100120130氯離子含量(mg/L)103043043043043043043043162530430430430430431631631640304304304304316316316904L:50304304304316316316316904L75304304316316316316316904L80304316316316316316316904L:100304316316316316316904L254120316316316316316904L904L254130316316316316316904L254254150316316316316316254254254180316316316316904L254254TA1250316316316904L254254254TA1300316316904L254254254254TA1400316904L254254254254TA1TA1500904L904L254254254TA1TA1TA1750904L2542