一(yi)、孔蝕
孔蝕指在金屬表面上局部形成的具有一定深度的小孔或銹斑腐蝕,在許多資料上,也叫點蝕。孔蝕常常被銹層、腐蝕產物等覆蓋,因而難以發現。孔蝕一般系在特定的腐蝕介質中產生,特別是在含有Cl-(包括Br-,I-)離子的介質中產生。孔蝕不僅可導致設備、管線等穿孔而破壞,而且常常誘發晶間腐蝕、應力腐蝕破裂和腐蝕疲勞。
一般認為,不銹鋼的孔蝕是在金屬表面非金屬夾雜物、析出相、晶界、位錯露頭等缺陷處,由于此處鈍化膜較脆弱,在特定腐蝕介質作用下,鈍化膜修復能力差而造成的破壞。孔蝕的出現包括成核和擴展兩個階段,現以鋼的表面上存在硫化錳夾雜為例簡述如下。孔蝕的成核。在溶液中有Cl-存在時,金屬表面有硫化錳夾雜的部位,由于難以鈍化和再鈍化而產生優先溶解并形成小孔坑,硫化物溶解產生H+(或硫化氫),對金屬的新鮮表面產生活化作用,阻止小蝕坑的再鈍化,使其繼續溶解,蝕坑溶解到超過臨界尺寸(數十微米),便成為孔蝕源。
孔蝕的擴展。孔蝕源形成后,溶解下來的金屬離子會產生水解而生成H+并使局部溶液的pH值下降,進而又加速金屬的溶解,使孔坑進一步擴大、加深。隨著腐蝕孔的加深并由于腐蝕產物覆蓋了蝕坑口,從而使腐蝕孔物質遷移困難,導致腐蝕孔內pH值的進一步降低,同時,Cl-在腐蝕孔內富集,使腐蝕孔進一步加速擴大并加深,最后形成孔蝕。溶液中Cl-濃度升高、溫度升高及pH值下降都使孔蝕容易產生且加速腐蝕。鉻、鉬、氮等元素對提高不銹鋼耐孔蝕性能非常有效,目前人們多用孔蝕抗力當量PRE值來表示不銹鋼的耐孔蝕能力,PRE值可根據鋼的化學成分計算,PRE值越高,鋼的耐孔蝕性能越好。
PRE=%Cr+3.3×%Mo+(13~30)×%N
提高(gao)不(bu)銹鋼的(de)純度,降低(di)鋼中(zhong)氣(qi)體和(he)(he)非金屬夾(jia)雜物的(de)含量,可提高(gao)耐(nai)(nai)孔蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng),降低(di)鋼中(zhong)的(de)組織不(bu)均勻(yun)性(xing)(xing),減(jian)少M23C6等(deng)碳化物和(he)(he)o、X相等(deng)金屬間相析(xi)出,減(jian)少各種缺(que)陷都(dou)可以提高(gao)耐(nai)(nai)孔蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)。
二、縫隙腐蝕
金屬(shu)表面上(shang)由于存(cun)在異物(wu)(wu)或結構上(shang)的原因而形(xing)成(cheng)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi),使縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)內溶液(ye)(ye)中與腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)有(you)關的物(wu)(wu)質遷移困難(nan),所(suo)引起的縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)內金屬(shu)的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),總稱為(wei)縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。幾乎所(suo)有(you)金屬(shu)和所(suo)有(you)的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)介質都(dou)有(you)可能(neng)產(chan)生縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)尺寸有(you)一定的要求,即要使縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)內外溶液(ye)(ye)之(zhi)間的物(wu)(wu)質遷移發生困難(nan),同時溶液(ye)(ye)又能(neng)進入縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)內。縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)一般在0.025~0.1mm之(zhi)間,就可能(neng)發生縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)形(xing)態從縫(feng)(feng)隙(xi)(xi)內金屬(shu)的孔蝕(shi)(shi)(shi)到(dao)均勻腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)都(dou)有(you)。
縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)可分為(wei)孔(kong)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)型(xing)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)和活化型(xing)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)兩種。孔(kong)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)型(xing)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)由孔(kong)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)起源(yuan)的(de)(de)(de)(de),這種腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)過程中,縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)內(nei)溶(rong)(rong)液中金(jin)屬(shu)(shu)鹽的(de)(de)(de)(de)濃縮,使(shi)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)內(nei)金(jin)屬(shu)(shu)表(biao)面(mian)鈍(dun)化膜(mo)發生(sheng)氧(yang)化性(xing)破(po)壞(huai)(被擊穿),產生(sheng)由孔(kong)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)起源(yuan)的(de)(de)(de)(de)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。活化型(xing)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)由于縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)存(cun)在,縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)內(nei)溶(rong)(rong)液組成物(wu)質遷移產生(sheng)困難(nan)。例如(ru),溶(rong)(rong)液中的(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)只能通過擴(kuo)散(san)才能進入,而且擴(kuo)散(san)緩(huan)慢,為(wei)維(wei)持(chi)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼鈍(dun)態,縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)內(nei)溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)迅速消耗掉,而又得不(bu)(bu)到及時(shi)補充,當縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)內(nei)溶(rong)(rong)解(jie)氧(yang)降(jiang)到一(yi)定(ding)程度時(shi),致使(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼表(biao)面(mian)鈍(dun)化膜(mo)開始還原性(xing)溶(rong)(rong)解(jie),這種溶(rong)(rong)解(jie)的(de)(de)(de)(de)結(jie)果使(shi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)產物(wu)金(jin)屬(shu)(shu)鹽逐漸濃縮,通過水解(jie),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)內(nei)溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)(de)pH值急(ji)劇下(xia)降(jiang),當pH值降(jiang)低到溶(rong)(rong)液不(bu)(bu)能使(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼維(wei)持(chi)鈍(dun)態的(de)(de)(de)(de)臨界pH值時(shi),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)內(nei)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化膜(mo)產生(sheng)還原性(xing)破(po)壞(huai)而形成縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。
為防止縫隙腐蝕,主要是在結構設計中盡量避免形成縫隙,避免造成容易產生表面沉積的幾何條件,選擇合適材料。對于不銹鋼來說,提高鉻、鉬含量,有利于耐腐蝕性能,有的資料提出,不銹鋼耐縫隙腐蝕的當量為%Cr+3.3×%Mo+30×%N。盡管有高鉻、鉬含量各類不銹鋼,但它們的耐縫隙腐蝕仍不十分理想,一般認為,高鉻、鉬鎳基合金或鐵鎳基合金有很好的耐腐蝕性能,如 Iconel 625、 Hastelloy C-276、 Hastelloy C-4 等合金。