1、氯離子對不銹鋼的腐蝕 (2012-02-28 18:51:09) 問題描述： 對于奧氏體不銹鋼在氯離子環境下的腐蝕， 各種權威的書籍均有嚴格 的要求，氯離子含量要小于 25ppm 否則就會發生應力腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕。 但是事實上在工程應用中我們有很多高濃度的氯離子含量的情況下在使用奧氏 體不銹鋼，因些分析氯離子對不銹鋼的腐蝕，采取預防措施，延長使用壽命，或 合理選材。 不銹鋼的腐蝕失效分析： 1、應力腐蝕失：不銹鋼在含有氧的氯離子的腐蝕介質環境產生應力腐蝕。應力 腐蝕失效所占的比例高達 45 %左右。常用的防護措施：合理選材 , 選用耐應力腐 蝕材料主要有高純奧氏體鉻鎳鋼 , 高硅奧氏體鉻鎳

2、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力腐蝕能力最好。控制應 力：裝配時 , 盡量減少應力集中 ,并使其與介質接觸部分具有最小的殘余應力， 防 止磕碰劃傷 , 嚴格遵守焊接工藝規范。嚴格遵守操作規程：嚴格控制原料成分、 流速、介質溫度、壓力、 pH 值等工藝指標。在工藝條件允許的范圍內添加緩蝕 劑。鉻鎳不銹鋼在溶解有氧的氯化物中使用時 ,應把氧的質量分數降低到 1. 0 X 10 - 6 以下。實踐證明,在含有氯離子質量分數為 500. 0 X 10 - 6 的水中, 只需加入質量分數為 150. 0 X 10 - 6 的硝酸鹽和質量分數為 0. 5

3、X 10 - 6 亞硫酸鈉混合物 , 就可以得到良好的效果。 2、孔蝕失效及預防措施 小孔腐蝕一般在靜止的介質中容易發生。 蝕孔通常沿著重力方向或橫向方向發展 孔蝕一旦形成 , 即向深處自動加速。 , 不銹鋼表面的氧化膜在含有氯離子的水溶液 中便產生了溶解，結果在基底金屬上生成孔徑為 20 卩葉 30 卩 m 小蝕坑，這些小 蝕坑便是孔蝕核。只要介質中含有一定量的氯離子 , 便可能使蝕核發展成蝕孔。 常見預防措施： 在不銹鋼中加入鉬、 氮、硅等元素或加入這些元素的同時提高鉻 含量。降低氯離子在介質中的含量。加入緩蝕劑 , 增加鈍化膜的穩定性或有利于 受損鈍化膜得以再鈍化。采用外加陰極電流保護

4、, 抑制孔蝕。 3、點腐蝕：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腐蝕，在閉塞電池的作用，坑外 的 Cl 離子將向坑內遷移，而帶正電荷的坑內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 的材料在耐點腐蝕性能方面要好，Mo 含量添加 的越多，耐坑點腐蝕的性能越好。 4. 縫隙腐蝕 縫隙腐蝕與坑點腐蝕機理一樣，是由于縫隙中存在閉塞電池的作用，導致 Cl 離 子富集而出現的腐蝕現象。 這類腐蝕一般發生在法蘭墊片、 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

5、關系，一旦有了縫隙腐蝕環境，其誘導應力腐蝕的幾率是很高的。 總結 1：幾種不銹鋼在含氯 （Cl ） 水溶液中的適用條件 一、板片材料的選用 （1） 注：不含氣體、PH 值為 7（即中性）、流動的含氯水溶液。 （2） 奧氏體不銹鋼對硫化物（S02、S03）腐蝕有一定的抗力。但是，Ni 含量越 高，耐蝕性將降低（因生成低熔點 NiS） , 可能引起硫化物應力腐蝕開裂。硫化 物應力腐蝕開裂同材料的硬度有關，奧氏體不銹鋼的硬度應w HB228 Ni-Mo 或 Ni - Mo- Cr 合金的硬度不限；碳素鋼的硬度應w HB225 3）必須注意板片材料與墊片或膠粘劑的相容性。例如，應避免將含氯的墊片或 膠

6、粘劑（如氯丁橡膠或以其為溶質的膠粘劑） 與不銹鋼板片組配 , 或者將氟橡膠、 聚四氟乙烯（PTFE 墊片與鈦板板片組配； 二、 板片常用材料的特點及適用條件 1） 304 型不銹鋼這是最廉價、最廣泛使用的奧氏體不銹鋼（如食品、化工、原 子能等工業設備）。適用于一般的有機和無機介質。例如，濃度V 30%、溫度 w 100C或濃度30%、溫度V 50C的硝酸；溫度w 100C的各種濃度的碳酸、氨 水和醇類。 在硫酸和鹽酸中的耐蝕性差； 尤其對含氯介質 （如冷卻水 ）引起的縫隙 腐蝕最敏感。在含氯水溶液中的適用條件，見表 1-34。PRE 為 19。 （ 2） 304L 型不銹鋼 . 耐蝕性和用途與

7、 304 型基本相同。由于含碳量更低（w 0.03 %），故耐蝕性（尤 其耐晶間腐蝕 , 包括焊縫區）和可焊性更好，可用于半焊式或全焊式 PHE。 （ 3） 316 型不銹鋼 適用于一般的有機和無機介質。例如 , 天然冷卻水、冷卻塔水、軟化水；碳酸； 濃度V 50%的醋酸和苛性堿液；醇類和丙酮等溶劑；溫度w 100C的稀硝酸（濃 度V 20% =、稀磷酸（濃度V 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中的耐蝕性比 304 型好,完全可以替代 304 型,見表 1-34。PRE為 25。 （ 4） 316L 型不銹鋼 ） S9 M ： 耐蝕性和用途與 3

8、16 型基本相同。由于含碳量更低（w 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 PRE 為 25。5) 317 型不銹鋼 適合要求比 316 型使用壽命更長的工況。由于 Cr、Mo、Ni 元素的含量比 316 型 稍高，故耐縫隙腐蝕、點蝕和應力腐蝕的性能更好。 PRE 為 30。 (6)AISI 904L 或 SUS 890L 型不銹鋼 這是一種兼顧了價格與耐蝕性的高性價比的奧氏體不銹鋼， 其耐蝕性比以上幾種 材料好，特別適合一般的硫酸、磷酸等酸類和鹵化物(含 Cl、F)。由于 Cr、 Ni、Mo 含量較高，故具有良好的耐應力腐蝕、點蝕和縫隙腐蝕性能。在含氯

9、介 質中的適用條件,見表 1-34。PRE 為 36。 7) Avesta 254 SMO 高級不銹鋼 這是一種通過提高 Mo 含量對 316 型進行了改進的超低碳高級不銹鋼，具有優良 的耐氯化物點蝕和縫隙腐蝕性能， 適用于不能用 316 型的含鹽水、無機酸等介質。 在含氯介質中的適用條件,見表5-11。PRE 為 47。 ( 8) Avesta 654 SMO 高級不銹鋼 這是一種 Cr、Ni、Mo N 含量均高于 254 SMO 的超低碳高級不銹鋼,耐氯化物腐 蝕的性能比 254 SMO 更好,可用于冷的海水。PRE 為 64。 (9) RS-2( OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb

10、 不銹鋼； 這是一種國產的 Cr- Ni - Mo-Cu 不銹鋼。耐點蝕和縫隙腐蝕的性能相當于 316 型，而耐應力腐蝕的性能更好。 可用于 80 C以下的濃硫酸(濃度 9098%), 年腐蝕率w 0.04mm/a。PRE 為 29。 (10) Incoloy 825( S) , 這是一種 Ni (40%)- Cr (22%)- Mo(3%)高級不銹鋼。Incoloy 是 the International Nickel Co.公司的注冊商標。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,不產生應力腐 蝕開裂。但是 , 對氯化物引起的縫隙

11、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。PRE 為 32 三、幾種國外耐蝕合金的新品種 - (1) 31 合金：由 904L 改進后的(提高 Mo N 含量)、標準的 6%Mo 高級不銹 鋼(31 % Ni-27 % Cr-6.5 % Mo-32% Fe)。 在許多介質中的耐蝕性比 904L 更好； 在 濃度 20% 80%、溫度 60E 100C的硫酸中,耐蝕性能甚至超過 C-276。PRE 為 34。 ( 2) 33 合金：一種完全奧氏體化的鉻基高級不銹鋼， 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 (包括硝

12、酸、 硝酸與氫氟酸的混合 物)中，具有良好的耐局部腐蝕和應力腐蝕開裂的性能；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w 150C、氧化硫含量小于 200 mg/L的硫酸；熱的海水；濃度w 50%、沸騰的強腐蝕性溶液；濃度w 85%、 溫度w 150C的磷酸等。但是，不適用于還原性介質(如稀硫酸等)。價格與 C-276 相差不多。PRE為 50。 (3) C-2000 合金：一種二十世紀 90 年代研發的鎳基合金,價格與 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w 50%的磷酸，以及熱的氯化

13、物等介質中，其耐蝕性比 C-276 和 C-22 更好,有取代 C-22 合金的趨勢。但是,對于濃度70%的硫酸,耐蝕性不如 C-276。PRE 為 76 (4) 59 合金：化學成分與 C-2000 比較，除了 Ni 含量稍高(59 %),且低 Fe,無 Cu W 外，其余基本上相同。這是目前鎳基合金中耐蝕性、熱穩定性、可沖壓性 和可焊性最好的一種材料，自 1990 年商業化以來，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。PRE 為 76,與 C-2000 相同。 總結 2: 不銹鋼在含氯離子介質中的適用范圍 最咼溫 度C 25 50 60 75 80 100 1

14、20 130 氯離子含 量(mg/L) 10 304 304 304 304 304 304 304 316 25 304 304 304 304 304 316 316 316 40 304 304 304 304 316 316 316 904L 50 304 304 304 316 316 316 316 904L 75 304 304 316 316 316 316 316 904L 80 304 316 316 316 316 316 316 904L 100 304 316 316 316 316 316 904L 254 120 316 316 316 316 316 904L

15、904L 254 130 316 316 316 316 316 904L 254 254 150 316 316 316 316 316 254 254 254 180 316 316 316 316 904L 254 254 TA1 250 316 316 316 904L 254 254 254 TA1 300 316 316 904L 254 254 254 254 TA1 400 316 904L 254 254 254 254 TA1 TA1 500 904L 904L 254 254 254 TA1 TA1 TA1 750 904L 254 254 254 TA1 TA1 TA1 TA1 1