氯離子對(duì)不銹鋼的腐蝕和腐蝕失效分析

氯離子對(duì)不銹鋼的腐蝕和腐蝕失效分析一、氯離子對(duì)不銹鋼的腐蝕問(wèn)題描述：對(duì)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(shū)籍均有嚴(yán)格的要求，氯離子含量要小于25ppm,否則就會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕。但是事實(shí)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(duì)不銹鋼的腐蝕，采取預(yù)防措施，延長(zhǎng)使用壽命，或合理選材。內(nèi)容：Cr和Ni是不銹鋼獲得耐腐蝕性能最主要的合金元素。Cr和Ni使不銹鋼在氧化性介質(zhì)中生成一層十分致密的氧化膜，使不銹鋼鈍化，降低了不銹鋼在氧化性介質(zhì)中的腐蝕速度，使不銹鋼的耐腐蝕性能提高。氯離子的活化作用對(duì)不銹鋼氧化膜的建立和破壞均起著重要作用，由于氯離子半徑小，穿透能力強(qiáng)，故它最容易穿透氧化膜內(nèi)極小的孔隙，到達(dá)金屬表面,并與金屬相互作用形成了可溶性化合物,使氧化膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,金屬產(chǎn)生腐蝕。氯離子破壞氧化膜的根本原因是由于氯離子有很強(qiáng)的可被金屬吸附的能力，它們優(yōu)先被金屬吸附，并從金屬表面把氧排掉。因?yàn)檠鯖Q定著金屬的鈍化狀態(tài)，氯離子和氧爭(zhēng)奪金屬表面上的吸附點(diǎn)，甚至可以取代吸附中的鈍化離子與金屬形成氯化物，氯化物與金屬表面的吸附并不穩(wěn)定，形成了可溶性物質(zhì)，這樣導(dǎo)致了腐蝕的加速。電化學(xué)方法研究不銹鋼鈍化狀態(tài)的結(jié)果表明，氯離子對(duì)金屬表面的活化作用只出現(xiàn)在一定的范圍內(nèi)，存在著1個(gè)特定的電位值,在此電位下，不銹鋼開(kāi)始活化。這個(gè)電位便是膜的擊穿電位,擊穿電位越大,金屬的鈍態(tài)越穩(wěn)定。因此,可以通過(guò)擊穿電位值來(lái)衡量不銹鋼鈍化狀態(tài)的穩(wěn)定性以及在各種介質(zhì)中的耐腐蝕能力。二、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銘銀鋼，高硅奧氏體銘鍥鋼，高銘鐵素體鋼和鐵素體一奧氏體雙相鋼。其中，以鐵素體一（1）304型不銹鋼：這是最廉價(jià)、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(jī)和無(wú)機(jī)介質(zhì)。例如，濃度＜30%、溫度W100C或濃度230%、溫度V50C的硝酸；溫度W100C的各種濃度的碳酸、氨水和醇類(lèi)。在硫酸和鹽酸中的耐蝕性差；尤其對(duì)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(jiàn)表l-34oPRE為19o（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（＜0.03%）,故耐蝕性（尤其耐晶間腐蝕,包括焊縫區(qū)）和可焊性更好，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(jī)和無(wú)機(jī)介質(zhì)。例如，天然冷卻水、冷卻塔水、軟化水；碳酸；濃度＜50%的醋酸和苛性堿液；醇類(lèi)和丙酮等溶劑；溫度W100C的稀硝酸(濃度＜20%=、稀磷酸(濃度V30%=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(jiàn)表l-34oPRE為25。(4)316L型不銹鋼)S9M:耐蝕性和用途與316型基本相同。由于含碳量更低(W0.03%),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)317型不銹鋼:適合要求比316型使用壽命更長(zhǎng)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(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕的性能更好。PRE為30。(6)AISI904L或SUS890L型不銹鋼：是一種兼顧了價(jià)格與耐蝕性的高性?xún)r(jià)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(lèi)和鹵化物(含Cl—、F-)o由于Cr、Ni、Mo含量較高，故具有良好的耐應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能。在含氯介質(zhì)中的適用條件，見(jiàn)表l-34oPRE為36。7)Avesta254SM0高級(jí)不銹鋼:這是一種通過(guò)提高M(jìn)o含量對(duì)316型進(jìn)行了改進(jìn)的超低碳高級(jí)不銹鋼，具有優(yōu)良的耐氯化物點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能,適用于不能用316型的含鹽水、無(wú)機(jī)酸等介質(zhì)。在含氯介質(zhì)中的適用條件,見(jiàn)表5-11。PRE為47。8)Avesta654SM0高級(jí)不銹鋼：這是一種Cr、Ni、Mo、N含量均高于254SM0的超低碳高級(jí)不銹鋼，耐氯化物腐蝕的性能比254SM0更好,可用于冷的海水。PRE為64。RS-2(0Cr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb)不銹鋼;這是一種國(guó)產(chǎn)的Cr-Ni-Mo-Cu不銹鋼。耐點(diǎn)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?？捎糜?0℃以下的濃硫酸(濃度90~98%),年腐蝕率W0.04mm/a。PRE為29。Tncoloy825(S):這是一種Ni(40%)-Cr(22%)-Mo(3%)高級(jí)不銹鋼。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(kāi)裂。但是，對(duì)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(guó)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(jí)不銹鋼(31%Ni-27%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60℃~100℃的硫酸中，耐蝕性能甚至超過(guò)C-276。PRE為34。2)33合金：一種完全奧氏體化的銘基高級(jí)不銹鋼，其耐蝕性可與Inconel625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(kāi)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＜150℃、氧化硫含量小于200mg/L的硫酸；熱的海水；濃度W50%、沸騰的強(qiáng)腐蝕性溶液；濃度W85%、溫度W150C的磷酸等。但是，不適用于還原性介質(zhì)(如稀硫酸等)。價(jià)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)的銀基合金，價(jià)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W50%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(shì)。但是，對(duì)于濃度270%的硫酸，耐蝕性不如0276。PRE為76(4)59合金：化學(xué)成分與C-