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(dian)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(gang)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(shi)提(ti)高不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)耐點(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)重要(yao)元(yuan)素,鉻與氧(yang)生(sheng)成(cheng)(cheng)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物,能(neng)(neng)(neng)夠阻止侵蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)離子的(de)(de)入(ru)侵,能(neng)(neng)(neng)夠提(ti)高鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜的(de)(de)穩定性(xing)(xing),提(ti)高點(dian)蝕(shi)(shi)電位;鎳(nie)在(zai)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)作(zuo)用是(shi)改變材(cai)料的(de)(de)晶(jing)體結構(gou)(gou),使不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)耐腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)獲得改善。同(tong)時,在(zai)非(fei)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)(xing)介質(zhi)中(zhong)(zhong),不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)因鎳(nie)元(yuan)素的(de)(de)存在(zai),使其(qi)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)范圍增(zeng)大,有利于再(zai)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)。鉬可(ke)以(yi)提(ti)高不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)能(neng)(neng)(neng)力,也(ye)與氧(yang)生(sheng)成(cheng)(cheng)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物,存在(zai)于鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜中(zhong)(zhong),提(ti)高鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜的(de)(de)穩定性(xing)(xing)。硫、磷、碳等非(fei)金(jin)屬元(yuan)素在(zai)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)所形成(cheng)(cheng)的(de)(de)夾雜物降低了材(cai)料的(de)(de)耐點(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。下(xia)面重點(dian)討論(lun)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)微觀(guan)結構(gou)(gou)對點(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)影響,以(yi)文獻中(zhong)(zhong)的(de)(de)點(dian)蝕(shi)(shi)失(shi)效(xiao)管道為例進行說(shuo)明。
不銹鋼(gang)管道(dao)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。
首先,對母材、完(wan)整的焊(han)縫(feng)(feng)以及已經發(fa)生(sheng)腐蝕的焊(han)縫(feng)(feng)取樣(yang),在金相(xiang)顯微鏡下(xia)觀(guan)察其結(jie)(jie)構組(zu)織(zhi)(zhi),結(jie)(jie)果(guo)如圖(tu)(tu)2-4所(suo)示。圖(tu)(tu)2-4(a)為(wei)(wei)母材的金相(xiang)組(zu)織(zhi)(zhi),奧氏(shi)(shi)體(ti)+孿(luan)晶(jing)。未發(fa)生(sheng)腐蝕的焊(han)縫(feng)(feng),其金相(xiang)組(zu)織(zhi)(zhi)為(wei)(wei)正常的奧氏(shi)(shi)體(ti)十(shi)鐵素體(ti),如圖(tu)(tu)2-4(b)所(suo)示。但是,發(fa)生(sheng)腐蝕的焊(han)縫(feng)(feng),其微觀(guan)結(jie)(jie)構會產生(sheng)變(bian)化,結(jie)(jie)構中存(cun)在很多馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti),如圖(tu)(tu)2-4(c)所(suo)示。

其(qi)次,對焊(han)(han)(han)接部(bu)位(wei)(wei)材(cai)料(liao)進行(xing)能譜(pu)分(fen)析(xi),檢(jian)(jian)(jian)測位(wei)(wei)置(zhi)沿圖2-5中標識的(de)(de)箭(jian)頭(tou)指向。檢(jian)(jian)(jian)測區(qu)域包含(han)三個,如圖2-5所(suo)示,分(fen)別包含(han)了(le)母材(cai)、完成焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)、已腐(fu)蝕(shi)(shi)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)部(bu)分(fen)的(de)(de)材(cai)料(liao)。掃描線1+2代(dai)表了(le)腐(fu)蝕(shi)(shi)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)材(cai)料(liao);3代(dai)表了(le)腐(fu)蝕(shi)(shi)較(jiao)輕部(bu)位(wei)(wei)的(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)和母材(cai);4代(dai)表了(le)正(zheng)常(chang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)和母材(cai)的(de)(de)材(cai)料(liao),檢(jian)(jian)(jian)測結果如表2-1所(suo)示。通過(guo)與材(cai)料(liao)規定成分(fen)對比(bi)發現,發生(sheng)腐(fu)蝕(shi)(shi)部(bu)位(wei)(wei)的(de)(de)材(cai)料(liao),其(qi)鉻、鎳含(han)量降低。

通過電化(hua)學實驗分析管材的(de)耐腐蝕性能。通過取樣(yang),制備成母(mu)材、完整焊(han)縫、已腐蝕焊(han)縫三種工作電極,利用動電位掃描法測量得(de)到極化(hua)曲線,結果(guo)如(ru)圖(tu)2-6所示(shi)。電化(hua)學實驗完成后,觀察試樣(yang)表面形貌(mao),如(ru)圖(tu)2-7所示(shi)。


分析圖(tu)2-6中的(de)(de)極化曲(qu)線發(fa)(fa)現:母(mu)材(cai)(cai)(cai)(cai)、完整焊(han)縫材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)相(xiang)(xiang)近;與母(mu)材(cai)(cai)(cai)(cai)、完整焊(han)縫材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)極化曲(qu)線相(xiang)(xiang)比(bi)較,已(yi)腐(fu)蝕(shi)部(bu)分焊(han)縫材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)電位較小、維鈍電流密(mi)度(du)較大。根據(ju)鈍態材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)的(de)(de)判(pan)斷依據(ju)可知,已(yi)腐(fu)蝕(shi)部(bu)位焊(han)接材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)性能(neng)(neng)較低(di)。從實驗(yan)后材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)表面(mian)腐(fu)蝕(shi)形(xing)貌來(lai)看(kan)(圖(tu)2-7),母(mu)材(cai)(cai)(cai)(cai)、完整焊(han)縫材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)表面(mian)只有很少的(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)坑,而(er)已(yi)腐(fu)蝕(shi)部(bu)位焊(han)接材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)表面(mian)不但點(dian)(dian)蝕(shi)數量多,而(er)且個別點(dian)(dian)蝕(shi)坑的(de)(de)面(mian)積較大。通過前面(mian)的(de)(de)微觀結構分析可知,在已(yi)腐(fu)蝕(shi)焊(han)縫材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)中發(fa)(fa)現了(le)馬氏體組織,已(yi)有的(de)(de)研究(jiu)表明,馬氏體相(xiang)(xiang)的(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)電位比(bi)奧氏體相(xiang)(xiang)低(di),因(yin)此,馬氏體相(xiang)(xiang)的(de)(de)存在降低(di)了(le)金屬的(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)性能(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(fu)蝕(shi)的重要素之一,該部分將在最后一章敘述。

