奧氏體不銹鋼的腐蝕

1、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O2一般影響很大,幾個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46mm的SUS304、304L、316、316L不銹鋼板焊接而成。在安裝后充水，水源來自消防龍頭，僅34

2、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，或雖末試泵，但在海濱大氣條件下堆放了很長時間。結果由于殘留在水中的氯

3、離子或海洋大氣中氯化物的作用，在管內外表面發(fā)生了點腐蝕，并進而導致晶間型氯化物應力腐蝕破壞。 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），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孔蝕和應力腐蝕破壞。 4、嶺澳核電站循環(huán)水過濾系統(tǒng)，反沖洗海水管道，設計流速2.3m/S，設計采用D

4、N150×7.11mm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

5、： 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；另一方面，在非氧性介質中，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， 關鍵在于：一、 有足夠的鉻

6、，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，以下是孔蝕和應力腐蝕的機理：(1)孔蝕是在金屬表面上產生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

7、反應能力，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（Cl、Br）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，使腐蝕迅速向內發(fā)展，形成孔蝕?？淄獠繛楦g產物阻塞，內外的對流和擴散受到阻滯，孔內形成獨特的閉塞區(qū)（亦稱閉塞電池），孔內的氧迅速的耗盡，只剩下金屬腐蝕的陽極反應，陰極反應氧離子化完全移到孔外側進行。因此孔內很快積累了帶正電的金屬

8、離子，為了保持電中性，帶負電的Cl從孔外移到孔內，Cr增濃；金屬離子水解產生H+，孔內的PH值H+和Cl一形成腐蝕強烈的鹽酸，如下公式： M+ Cl+H2O=MOH+H+Cl圖示：孔蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕發(fā)展階段示意圖圖示孔蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕發(fā)展階段，a-鈍化膜局部破裂；b-膜破口腐蝕閉塞區(qū)內金屬離子增濃；c-陰離子進入閉塞區(qū)，金屬離子水解，pH下降；d-裂紋內產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)內溶液組成（H+，Cl）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，孔內產生陰極放氫反應，孔蝕由閉塞區(qū)酸性

9、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力同時作用下產生破裂，稱為應力腐蝕破裂。它是最危險的腐蝕形態(tài)之一。應力腐蝕破裂的發(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，產生蝕孔或裂縫源。（3）、裂縫內發(fā)生加速腐蝕，在拉力作用下，以垂直方向深入金屬內部。產生應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Cl系為例：環(huán)境中必須含有Cl和氧，因為奧氏體不銹鋼在含有氧的環(huán)境內很容易鈍化，滿足了條件1；Cl是破鈍劑，在應力作用下，膜的局部缺陷處

10、很容易破裂，滿足了條件2 ；裂縫內形成閉塞區(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

11、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 mg/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系自來水的流動速度一般應保持在0.72.6 m/ S之間.高速下的腐蝕常為低速的數(shù)倍.應為水的流速過大,會沖刷保護膜,產生旋渦、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（生活飲用水水質衛(wèi)生規(guī)定：耗氧量（以O2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（Cr2 O3）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、游離氯等腐蝕產物，在不銹鋼表面的缺陷如硫化物夾雜，晶界碳化物沉積、表