不銹(xiu)鋼(gang)具有良好的(de)自鈍化性(xing),其耐腐蝕性(xing)主要源于表面的(de)保護膜,稱之(zhi)為在線亞洲日產一區二區:鈍化膜。在線亞洲日產一區二區:不銹鋼中的(de)鉻(ge)元素對氧(yang)(yang)元素有很大的(de)親和(he)力,鉻(ge)和(he)氧(yang)(yang)在常溫中就可(ke)以(yi)(yi)發生(sheng)化(hua)(hua)學(xue)反應,生(sheng)成(cheng)致(zhi)密的(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)膜,氧(yang)(yang)化(hua)(hua)膜將基體材料與(yu)外界環境隔離,起到保護作用。研究表明(ming),鈍化(hua)(hua)膜由兩(liang)層物(wu)質構成(cheng):外層以(yi)(yi)鐵的(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)和(he)氫(qing)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)為主,內層以(yi)(yi)鉻(ge)的(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)Cr2O3為主(zhu)。但是當溫(wen)度較高、應力較大(特別(bie)是拉應力)或(huo)者存(cun)在侵蝕(shi)性(xing)離子時(shi),會破壞鈍化膜的完整性(xing),引起(qi)在線亞洲日產一區二區:局部腐蝕。不銹鋼腐蝕受材料、環境、應力、結(jie)構(gou)等多個方面的影響,有些參數的分散性比較(jiao)大,從而導致腐蝕發生以及腐蝕速(su)率存在很大不確定性。
腐蝕(shi)(shi)的分類(lei)方法(fa)及種類(lei)如表1-2所(suo)示。常用的分類(lei)方法(fa)是(shi)根據腐蝕(shi)(shi)形(xing)態。
全面腐蝕是一種均(jun)勻腐蝕(shi),腐蝕速率相對比較平穩,在外觀上很容易被觀察到,即使在設備內部發生腐蝕,壁厚的整體減薄在常規檢查中也容易被發現;而且全面腐蝕可以提前防范。局部腐蝕的種類較多,對于奧氏體不銹(xiu)鋼材料,其腐蝕類型大多為局部腐蝕,常見的局部腐蝕有點蝕(shi)、應(ying)力(li)腐蝕、縫隙腐蝕以及晶(jing)間腐蝕等。局部腐蝕常發生在設備結構無任何宏觀變化的情況下,突然的破壞往往帶來災難性的后果。在文獻統計的我國石化企業310件腐蝕失效案例中,局部腐蝕占了四分之三以上,如圖1-8所示。
1. 點蝕
點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)也(ye)稱為(wei)小(xiao)孔(kong)(kong)腐蝕(shi)(shi)(shi),是一種位于(yu)金(jin)屬表面較(jiao)小(xiao)范圍內的(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)形(xing)態。點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)往往起(qi)源于(yu)金(jin)屬表面夾雜(za)物、機(ji)械破壞處等,從表面沿厚度方向不(bu)(bu)斷延(yan)伸(shen),極易(yi)造成設備穿孔(kong)(kong)。點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)在(zai)金(jin)屬表面的(de)分(fen)布情(qing)(qing)況不(bu)(bu)一:有(you)(you)時局部比較(jiao)密(mi)集,有(you)(you)時比較(jiao)分(fen)散(san)。點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑一般具有(you)(you)孔(kong)(kong)小(xiao)口深的(de)特點(dian),呈花邊樣孔(kong)(kong)口,常見的(de)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)形(xing)貌如圖1-9所示(shi)。點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)孔(kong)(kong)口形(xing)狀與(yu)受(shou)力(li)情(qing)(qing)況有(you)(you)關(guan),在(zai)不(bu)(bu)受(shou)應力(li)的(de)情(qing)(qing)況下,孔(kong)(kong)口近似(si)為(wei)圓形(xing);在(zai)受(shou)拉應力(li)的(de)情(qing)(qing)況下,孔(kong)(kong)口近似(si)為(wei)橢圓形(xing),而且在(zai)受(shou)拉應力(li)的(de)作用下,點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)位置極易(yi)產生裂紋,引發應力(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)開裂,如圖1-9(b)、(c)所示(shi)。
2. 縫(feng)隙腐蝕
在縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)和其他(ta)隱(yin)蔽的(de)區域內(nei)發(fa)生(sheng)(sheng)的(de)局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),稱為縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。該類腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)常發(fa)生(sheng)(sheng)于(yu)孔(kong)穴(xue)、墊片(pian)接觸面、緊固件(jian)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)內(nei)等位置。表面氧化膜(mo)具有耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)金屬(shu)易發(fa)生(sheng)(sheng)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),幾乎所有的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)介(jie)質都可以引起縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),因(yin)(yin)此,縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)是(shi)奧氏體不銹鋼(gang)設備(bei)中常見(jian)的(de)一(yi)種腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)形(xing)態(tai)。縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)的(de)寬度處于(yu)0.025~0.1mm之間時,易發(fa)生(sheng)(sheng)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)主要原因(yin)(yin)是(shi)進入(ru)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)內(nei)的(de)介(jie)質處于(yu)滯流狀態(tai),縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)內(nei)外離子形(xing)成濃差,使縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)內(nei)金屬(shu)加速腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。
縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)發(fa)生(sheng)后,設備的承(cheng)載(zai)能力(li)減小(xiao),構件(jian)之間也會由于縫隙的擴(kuo)大而出現(xian)局(ju)部膨脹(zhang),從而使部分(fen)構件(jian)之間難(nan)以實現(xian)良好配合,這(zhe)種腐(fu)蝕(shi)(shi)的形(xing)成和發(fa)展一般都(dou)是(shi)在縱深處,甚(shen)至還可能導致非常嚴重的破壞性(xing)事故(gu),縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)的檢測難(nan)度較(jiao)大,發(fa)生(sheng)前(qian)的孕(yun)育時間較(jiao)長,但是(shi)縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)的腐(fu)蝕(shi)(shi)速率較(jiao)快。圖1-10為(wei)實驗縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)形(xing)貌。
3. 應力腐蝕
應(ying)力腐(fu)蝕斷裂是(shi)(shi)金(jin)(jin)屬在(zai)應(ying)力和環(huan)境(jing)共同(tong)作用下(xia)發(fa)(fa)(fa)生的(de)(de)(de)破壞(huai),并不是(shi)(shi)所(suo)有的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬都(dou)會發(fa)(fa)(fa)生應(ying)力腐(fu)蝕,不同(tong)的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬發(fa)(fa)(fa)生應(ying)力腐(fu)蝕的(de)(de)(de)環(huan)境(jing)是(shi)(shi)不一(yi)樣的(de)(de)(de),表1-3列出(chu)了(le)目前(qian)發(fa)(fa)(fa)現的(de)(de)(de)應(ying)力腐(fu)蝕合金(jin)(jin)+環(huan)境(jing)體系。從表1-3可以看出(chu),奧氏(shi)體不銹鋼(gang)發(fa)(fa)(fa)生應(ying)力腐(fu)蝕的(de)(de)(de)環(huan)境(jing)較廣,在(zai)高溫環(huan)境(jing)中的(de)(de)(de)水蒸氣(qi)、濕潤空氣(qi)等環(huan)境(jing)中都(dou)可能發(fa)(fa)(fa)生。
對于奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)設(she)備,應力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)危害性(xing)較為(wei)嚴重、普遍(bian)性(xing)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)種腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)類(lei)型。較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)鎳含(han)量,使得奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)成本相對較高(gao),因此,該類(lei)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)一(yi)般(ban)出現在腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)較高(gao)、可靠(kao)性(xing)要求較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)石油化工、核電行業和衛生(sheng)要求高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)食品(pin)機械行業。在這(zhe)些行業中,設(she)備一(yi)旦發生(sheng)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)就會產生(sheng)嚴重的(de)(de)(de)(de)(de)安全事故或造成食品(pin)污染。如前(qian)所述,氯離子是(shi)奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)“天敵”,在拉應力共存的(de)(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia),很容(rong)易引(yin)起設(she)備的(de)(de)(de)(de)(de)應力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂。由(you)于氯離子存在的(de)(de)(de)(de)(de)普遍(bian)性(xing),造成奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)發生(sheng)應力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)概率極(ji)大。
應力(li)腐蝕的(de)發(fa)生(sheng)(sheng)不僅在于(yu)它的(de)普遍性,更可怕(pa)的(de)是(shi)引起(qi)設備“毫無預(yu)兆”的(de)破壞。應力(li)腐蝕裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)起(qi)源于(yu)材料表面,其(qi)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)向(xiang)(xiang)橫縱向(xiang)(xiang)同時擴展,其(qi)形貌為典型(xing)的(de)“樹枝狀(zhuang)”,即裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)有一主干(gan),隨著裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)的(de)擴展,不斷有分(fen)支生(sheng)(sheng)成。一般來說(shuo),起(qi)始(shi)位置裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)較(jiao)粗,后面的(de)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)越(yue)來越(yue)細,如圖1-11所示。
4. 晶間腐(fu)蝕(shi)
晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)是(shi)一種危害性(xing)極大(da)的(de)(de)(de)局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)形(xing)式,其(qi)特(te)點(dian)是(shi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)沿著金屬內部(bu)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界面(mian)擴(kuo)展。晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破壞了晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)粒之間的(de)(de)(de)結(jie)(jie)合力(li),使金屬的(de)(de)(de)強度(du)大(da)大(da)降低(di),承受(shou)應力(li)的(de)(de)(de)能力(li)極弱。晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)具有(you)(you)極大(da)的(de)(de)(de)隱蔽(bi)性(xing),當金屬發生(sheng)(sheng)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)時(shi),金屬外觀(guan)仍然有(you)(you)一定光澤(ze),肉眼很難觀(guan)察到(dao),但(dan)是(shi)只要(yao)輕微敲擊腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)處,材料(liao)就發生(sheng)(sheng)碎裂。晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)于在(zai)(zai)金屬處理過(guo)程中(zhong)造成(cheng)(cheng)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)粒表面(mian)和內部(bu)化學(xue)成(cheng)(cheng)分的(de)(de)(de)不(bu)均勻(yun),或者晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界存(cun)(cun)在(zai)(zai)夾雜物或應力(li),造成(cheng)(cheng)電化學(xue)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。到(dao)目前為止,晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)依(yi)然是(shi)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)工程應用中(zhong)沒有(you)(you)解決(jue)的(de)(de)(de)難題,特(te)別是(shi)對于不(bu)銹鋼(gang)焊(han)接件(jian),焊(han)縫(feng)處易產生(sheng)(sheng)“貧鉻”現(xian)象,從(cong)而引起晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。文獻作者對某地區電站奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)管道(dao)開(kai)裂進行了調查研究(jiu),結(jie)(jie)果如表1-4所示,開(kai)裂位置主(zhu)要(yao)發生(sheng)(sheng)在(zai)(zai)焊(han)接及彎管處。腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)微觀(guan)形(xing)貌如圖(tu)1-12所示,圖(tu)1-12(a)中(zhong)有(you)(you)較粗的(de)(de)(de)裂紋(wen)(wen),該(gai)裂紋(wen)(wen)沒有(you)(you)分支,與應力(li)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)裂紋(wen)(wen)明顯不(bu)同;圖(tu)1-12(b)中(zhong)不(bu)存(cun)(cun)在(zai)(zai)裂紋(wen)(wen),但(dan)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)粒之間已(yi)完(wan)全被(bei)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。
一直以來,人們用“貧鉻”理論來解釋奧氏體不銹鋼晶間腐蝕。金屬在晶界處析出第二相Cr23C6,使晶界處鉻元素含量降低,如圖1-13所示。從電化學角度來講,晶界區和晶粒區存在電位差,晶界作為陽極,形成“小陽極、大陰極”的腐蝕電池,造成晶界處金屬的快速溶解。
奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)貧鉻主(zhu)要是由于(yu)(yu)在(zai)(zai)熱(re)處理(li)、焊(han)接中,由于(yu)(yu)溫(wen)度處在(zai)(zai)450~850℃時(shi),碳化鉻會在(zai)(zai)晶間(jian)析出(chu),造成(cheng)材料敏化。研(yan)究表(biao)明,不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)在(zai)(zai)弱腐(fu)蝕(shi)性(xing)介質(如充氣海水)、強腐(fu)蝕(shi)性(xing)介質(如濃硝酸)的(de)環境中更加(jia)嚴重,但是基本不受介質溫(wen)度、受力方向的(de)影響。
為了減緩腐蝕,對于不銹鋼設備,使(shi)用(yong)之前一般都要進行酸洗處理,此外涂層處理也是不銹鋼腐蝕防腐的一種常用(yong)方法,電極保(bao)護(hu)、電鍍、在溶液(ye)中添(tian)加(jia)緩蝕劑(ji)以(yi)及對材料表面(mian)強化處理等也是一些防腐方法。
浙(zhe)江至德鋼(gang)業有限公(gong)司主要(yao)分析奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)局部腐(fu)蝕,對設(she)備(bei)的(de)(de)制造(zao)和使用提(ti)出一些建議,降低發生腐(fu)蝕的(de)(de)可能(neng)性。同時,書中也分析了(le)腐(fu)蝕發生的(de)(de)概率問題。