奥氏体不锈钢在氯离子介质中使用的腐蚀危害.doc

奥氏体不锈钢在介质中使用的腐蚀危害1、奥氏体不锈钢概述奥氏体不锈钢以304,321,304L,316L为典型代表，由于合金元素的不同而分别耐多种介质条件的腐蚀，广泛应用于石油、化工、制药、电力以及民用工业等。304与321相比，后者为了改善焊接性能在材料中添加了钛元素。由于金属钛的活泼性高于碳元素，使钛对焊接热影响区的铬起到稳定的化合作用，从而避免了材料在焊接热影响区由于贫铬而导致的晶间腐蚀。304和321在大多数介质条件中的耐腐蚀能力是相当的，只是在强酸冲刷腐蚀环境中，321材料的焊缝边缘有刀状腐蚀现象。304L 则是以进一步控制碳的方法来改善材料的焊接性能，但由于碳含量的降低，导致材料的强度与321相比有所下降。?316L（00Cr17Ni14Mo2）奥氏体钢是超低碳且含Mo的奥氏体不锈钢，在许多介质条件中有良好的耐均匀腐蚀和坑点腐蚀性能。Ni含量的提高(14%)有利于奥氏体相的稳定。316L在抗晶间腐蚀、高温硫、高温环烷酸和坑点腐蚀的能力方面要明显优于304（0Cr18Ni9）和321（0Cr18Ni10Ti）不锈钢材料。根据大量的实验和实际使用证明，316L在Cl—腐蚀环境中的耐应力腐蚀能力仅与304和321材料相当，在工程使用中由于应力腐蚀失效的概率要大于50%，当使用介质中含有10ppm以上的Cl—时，其应力腐蚀的危害性就相当明显了，因为Cl—会在某些部位产生聚集，如循环水当中的垢下、换热管与管板之间的缝隙、机械损伤、以及焊缝热影响区的应力集中部位等。需要指出的是，经固熔或稳定化处理的奥氏体不锈钢材料在没有加工应力和焊接应力的情况下，它们导致应力腐蚀的破坏性并不很明显。 2、Cl—对金属材料的腐蚀机理2.1点腐蚀?任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，如硫化物、氧化物等等，这些在材料表面的非金属化合物，在Cl—的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀形态。而一旦形成坑点以后，由于闭塞电池的作用，坑外的Cl—将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移，从而形成电化学腐蚀。由于Cl—的原子半径非常小，金属当中的任何非金属夹杂物以及焊接缺陷都将成为Cl—渗透的腐蚀源头。对于合金含量较低且不含钼的不锈钢材料，虽然表面具有较致密的氧化膜，但在Cl—的作对于合金含量较低且不含钼的不锈钢材料，虽然表面具用下很容易发生坑点腐蚀，继而诱导应力腐蚀。在不锈钢材料中，加Mo的材料比不加Mo的材料在耐点腐蚀性能方面要好，Mo含量添加的越多，耐坑点腐蚀的性能越好。而点腐蚀是诱发应力腐蚀的起源，当钢中的Mo含量≥3%时，就能达到充分阻止Cl—向材料基体渗透的作用。在奥氏体不锈钢中，Ni的主要作用是形成并稳定奥氏体，使钢获得完全奥氏体组织，提高材料的韧性，同时可以起到很好的抗氧化腐蚀能力。但普通奥氏体钢中的Ni在有Cl—腐蚀的环境中起不到抗点腐蚀的作用。2.2缝隙腐蚀?缝隙腐蚀与坑点腐蚀机理一样，是由于缝隙中存在闭塞电池的作用，导致Cl—富集而出现的腐蚀现象。这类腐蚀一般发生在法兰垫片、搭接缝、螺栓螺帽的缝隙，以及换热管与管板孔的缝隙部位，缝隙腐蚀与缝隙中静止溶液的浓缩有很大关系，一旦有了缝隙腐蚀环境，其诱导应力腐蚀的几率是很高的。2.3应力腐蚀?Cl—对奥氏体不锈钢的应力腐蚀破坏性极大。奥氏体不锈钢应力腐蚀的重要变量是温度、介质、非金属夹杂物的形态/大小和分布以及加工应力的影响。应力腐蚀的破裂方向一般与应力的作用垂直，并呈树枝状扩展。应力来源于冷变形、焊接和金属钝击后的残余应力等，这些应力的产生使金属内部稳定的组织得到了破坏，导致晶粒在应力方向的作用下位错而形成滑移台阶，这些滑移台阶的构成给Cl—带来了吸附和渗透的机会。耐氯化物应力腐蚀性能试验【1】 在上述腐蚀环境中，超纯铁素体不锈钢和双相不锈钢的试验时间均超过1000小时而不发生断裂。由此可见，普通奥氏体不锈钢是不耐氯化物应力腐蚀的。 3、奥氏体不锈钢在Cl—环境中的腐蚀案例?尽管奥氏体不锈钢在Cl—环境中存在点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀特征，但点腐蚀和缝隙腐蚀都将发展成为应力腐蚀形态，最后将对设备直接构成破坏性的腐蚀失效。现列举几个奥氏体不锈钢腐蚀失效的具体事例，以供探讨。3.1 由于焊接问题所引起的应力腐蚀3.1.1焊缝热影响区的应力腐蚀奥氏体不锈钢焊接部位的失效首先表现在焊缝热影响区，继而向焊缝中心和母材两侧扩展。奥氏体不锈钢的热膨胀系数是铁素体钢的1.35倍，在焊接熔池的热膨胀作用下，钢水流动性增强，冷却时在焊接熔池内受收缩作用的影响，产生较大的收缩变形和一定的拉应力，因此产生应力腐蚀的可能性加大。此外，奥氏体不锈钢的敏化温度为650，如果焊后不立即进行快速冷却处理，焊接熔合区和热影响区也会因为贫铬而导致腐蚀电位降低，使Cl—容易在该部位吸附，进一