不銹鋼點蝕的影響因素包括材料、環境、應力、流場以及設備結構等多個方面,其中材料是抑制點蝕的根本原因。不銹鋼耐點蝕性能與材料的合金成分、金相組織、表面狀態以及表面夾雜物等都有關系。如前所述,不銹鋼表面含夾雜物的位置,是材料的薄弱環節,其耐點蝕性能大大降低,在腐蝕性介質中,一般夾雜物處會優先被破壞,引起點蝕。
鉻是提高(gao)(gao)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)耐(nai)點蝕(shi)性(xing)(xing)能的重要元(yuan)素(su),鉻與氧(yang)(yang)生成(cheng)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu),能夠(gou)(gou)阻止侵(qin)蝕(shi)性(xing)(xing)離子的入侵(qin),能夠(gou)(gou)提高(gao)(gao)鈍(dun)化(hua)膜的穩(wen)定性(xing)(xing),提高(gao)(gao)點蝕(shi)電位;鎳在(zai)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的作(zuo)用(yong)是改(gai)變(bian)材料的晶體結構(gou)(gou),使不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)(xing)能獲得改(gai)善。同(tong)時,在(zai)非(fei)氧(yang)(yang)化(hua)性(xing)(xing)介(jie)質中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)因鎳元(yuan)素(su)的存在(zai),使其(qi)鈍(dun)化(hua)范圍(wei)增大,有利于再鈍(dun)化(hua)。鉬可以提高(gao)(gao)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的鈍(dun)化(hua)能力,也與氧(yang)(yang)生成(cheng)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu),存在(zai)于鈍(dun)化(hua)膜中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong),提高(gao)(gao)鈍(dun)化(hua)膜的穩(wen)定性(xing)(xing)。硫、磷、碳等(deng)非(fei)金屬元(yuan)素(su)在(zai)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)所形成(cheng)的夾(jia)雜物(wu)(wu)降低了材料的耐(nai)點蝕(shi)性(xing)(xing)能。下面重點討論不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)微觀結構(gou)(gou)對點蝕(shi)性(xing)(xing)能的影響,以文獻中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的點蝕(shi)失效管道為例進(jin)行說明。
不銹鋼管(guan)道材料為S30403,管內液體為貧胺液。其中,液體中SO2-4含量約為130~140g/L,Cl-含量約為20~60mg/kg,以及含有少量的SO2-3,pH約為4.5。管道運行不到2個月,就發現在管道連接處因點蝕而發生泄漏。為分析材料對點蝕材料耐點蝕性能的影響,進行了微觀組織觀察、成分檢測以及電化學實驗。
首(shou)先,對(dui)母(mu)材、完整的(de)焊(han)縫(feng)以及已經發(fa)生(sheng)(sheng)腐(fu)蝕(shi)的(de)焊(han)縫(feng)取樣(yang),在(zai)金(jin)相顯微(wei)鏡下觀(guan)察(cha)其結(jie)構組(zu)織(zhi),結(jie)果如圖(tu)(tu)2-4所(suo)示。圖(tu)(tu)2-4(a)為(wei)母(mu)材的(de)金(jin)相組(zu)織(zhi),奧(ao)(ao)氏體(ti)+孿晶。未(wei)發(fa)生(sheng)(sheng)腐(fu)蝕(shi)的(de)焊(han)縫(feng),其金(jin)相組(zu)織(zhi)為(wei)正常的(de)奧(ao)(ao)氏體(ti)十鐵素體(ti),如圖(tu)(tu)2-4(b)所(suo)示。但(dan)是(shi),發(fa)生(sheng)(sheng)腐(fu)蝕(shi)的(de)焊(han)縫(feng),其微(wei)觀(guan)結(jie)構會產生(sheng)(sheng)變化,結(jie)構中存在(zai)很多馬氏體(ti),如圖(tu)(tu)2-4(c)所(suo)示。

其次,對焊(han)接(jie)部位(wei)材(cai)料進行能譜分(fen)析(xi),檢測(ce)位(wei)置沿圖(tu)(tu)2-5中標(biao)識的箭頭指向。檢測(ce)區域(yu)包(bao)含三個(ge),如圖(tu)(tu)2-5所示,分(fen)別(bie)包(bao)含了(le)母材(cai)、完成(cheng)焊(han)縫、已腐蝕焊(han)縫部分(fen)的材(cai)料。掃描線(xian)1+2代(dai)表了(le)腐蝕焊(han)縫的材(cai)料;3代(dai)表了(le)腐蝕較輕部位(wei)的焊(han)縫和母材(cai);4代(dai)表了(le)正常焊(han)縫和母材(cai)的材(cai)料,檢測(ce)結果如表2-1所示。通過與材(cai)料規(gui)定成(cheng)分(fen)對比發現,發生(sheng)腐蝕部位(wei)的材(cai)料,其鉻(ge)、鎳含量降(jiang)低(di)。

通過(guo)電(dian)化學實(shi)驗分析管材的耐腐(fu)蝕(shi)性能。通過(guo)取樣(yang),制備成母材、完整焊縫、已腐(fu)蝕(shi)焊縫三種工作電(dian)極(ji)(ji),利用動(dong)電(dian)位掃描(miao)法測量(liang)得到極(ji)(ji)化曲線,結果如圖(tu)2-6所示。電(dian)化學實(shi)驗完成后,觀察(cha)試(shi)樣(yang)表面(mian)形貌,如圖(tu)2-7所示。


分(fen)析圖2-6中的(de)極化(hua)曲(qu)線發現:母(mu)材(cai)、完(wan)整(zheng)焊(han)縫材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)相近(jin);與母(mu)材(cai)、完(wan)整(zheng)焊(han)縫材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)極化(hua)曲(qu)線相比(bi)較(jiao),已腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)部分(fen)焊(han)縫材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)較(jiao)小(xiao)、維鈍(dun)電(dian)流(liu)密度較(jiao)大。根(gen)據鈍(dun)態材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)的(de)判斷依據可知,已腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)部位(wei)(wei)焊(han)接(jie)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)耐點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)較(jiao)低。從(cong)實驗后材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)表面(mian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)形貌來看(圖2-7),母(mu)材(cai)、完(wan)整(zheng)焊(han)縫材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)表面(mian)只有很(hen)少(shao)的(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)坑,而已腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)部位(wei)(wei)焊(han)接(jie)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)表面(mian)不但點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)數量多(duo),而且(qie)個別點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)坑的(de)面(mian)積較(jiao)大。通過前面(mian)的(de)微(wei)觀結構分(fen)析可知,在已腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)焊(han)縫材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)中發現了馬氏體組織,已有的(de)研(yan)究表明(ming),馬氏體相的(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)(wei)比(bi)奧(ao)氏體相低,因此,馬氏體相的(de)存在降低了金屬的(de)耐點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)。
另外,受力狀態對點蝕的形成也有一定影響。存在應力的情況下,應力能夠提高金屬電化學活性、促進MnS等夾雜物的溶解,使點蝕優先在此處發生。材料表面的粗糙度也是影響不銹鋼腐蝕的重要素之一,該部分將在最后一章敘述。

