不銹鋼的腐蝕失效分析

一、不銹鋼的腐蝕失效分析

1、應(yīng)力腐蝕：

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(shí)，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(shí)，應(yīng)把氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到1.0×10-6以下。

實(shí)踐證明，在含有氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為500.0×10-6的水中，只需加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為150.0 ×10-6的硝酸鹽和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5×10-6亞硫酸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(dòng)加速。

不銹鋼表面的氧化膜在含有氯離子的水溶液中會(huì)產(chǎn)生溶解，最終在基底金屬上生成孔徑為20μm～30μm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(jiàn)預(yù)防措施有：

在不銹鋼中加入鉬、氮、硅等元素或加入這些元素的同時(shí)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(diǎn)腐蝕

由于任何金屬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(diǎn)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(diǎn)腐蝕性能方面要好，Mo含量添加的越多，耐坑點(diǎn)腐蝕的性能越好。

4、縫隙腐蝕

縫隙腐蝕與坑點(diǎn)腐蝕機(jī)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(lèi)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)力腐蝕的幾率是很高的。

二、幾種不銹鋼在含氯水溶液中的適用條件

1、304型不銹鋼

這是一種最廉價(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≤100℃或濃度≥30%、溫度<50℃的硝酸;溫度≤100℃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。

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≤100℃的稀硝酸(濃度≤20%、稀磷酸(濃度≤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。

4、316L型不銹鋼

耐蝕性和用途與316型基本相同。由于含碳量更低(≤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。

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。

6、AISI 904L或 SUS 890L 型不銹鋼

這是一種兼顧了價(jià)格與耐蝕性的高性價(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- )。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。

7、Avesta 254 SMO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)。

8、Avesta 654 SMO高級(jí)不銹鋼

這是一種Cr、Ni、Mo、N含量均高于254 SMO的超低碳高級(jí)不銹鋼，耐氯化物腐蝕的性能比254 SMO更好，可用于冷的海水。

9、RS-2(OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb)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≤0.04mm/a。

10、Incoloy 825( S)

這是一種Ni(40%)–Cr(22%)–Mo(3%)高級(jí)不銹鋼。Incoloy是the nternational Nickel Co.公司的注冊(cè)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(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。

11、31合金

這是一種由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。

12、33合金

這是一種完全奧氏體化的鉻基高級(jí)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(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≤50%、沸騰的強(qiáng)腐蝕性溶液;濃度≤85%、溫度≤150℃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。

13、C-2000合金

這是一種二十世紀(jì)90 年代研發(fā)的鎳基合金，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≤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(shì)。但是，對(duì)于濃度≥70%的硫酸，耐蝕性不如C-276。

14、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(wú)Cu或W外，其余基本上相同。這是目前鎳基合金中耐蝕性、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(lái)，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)。