隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求不斷提高。電除塵器作為一種治理大氣粉塵污染的設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

    電除塵器所處的工作環(huán)境通常較為惡劣，服役一段時(shí)間后除塵效果明顯下降。某廠電除塵器中使用的極線是鋸齒線，材料為X10CrA17耐熱鋼（德國(guó)牌號(hào)）結(jié)構(gòu)如圖1所示。服役2年后，將電除塵器拆解發(fā)現(xiàn)，極線發(fā)生嚴(yán)重的氧化腐蝕，腐蝕產(chǎn)物大量剝落，極線變薄失效。據(jù)了解，該極線所處的工作環(huán)境為煤氣、CO2、O2、氧化鐵粉塵等，溫度為150℃以上。

圖1 電除塵器極線結(jié)構(gòu)示意圖

理化檢驗(yàn)

    1宏觀檢驗(yàn)

    宏觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電除塵器極線發(fā)生嚴(yán)重的氧化腐蝕（圖2），呈深褐色和紅棕色，腐蝕產(chǎn)物剝落，極線的寬度、齒高和厚度發(fā)生明顯變化。

    實(shí)際測(cè)得電除塵器極線寬度為1.2mm～1.3mm，齒高為0.6mm～0.8mm，最厚處的厚度約為2.8mm，最薄處的厚度約為0.65mm。

圖2 電除塵器極線的宏觀形貌

    2化學(xué)成分分析

    電除塵器極線的化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示，可見該極線的化學(xué)成分符合德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)對(duì)X10CrAl7耐熱鋼成分的要求。

表1 極線的化學(xué)成分分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

    3腐蝕產(chǎn)物分析

    將電除塵器極線截面拋光處理后在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，極線表面存在氧化腐蝕層，厚度約為0.030mm。另外還有一條向內(nèi)部擴(kuò)展的裂紋，深度約為0.060mm。

    對(duì)極線上的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜成分分析，分析位置和結(jié)果見圖3和表2。

    元素的面掃描分析結(jié)果如圖4所示，由結(jié)果可見：裂紋中富集O元素；緊靠基體表面主要含Cr、Fe的氧化物，相對(duì)較均勻；外面一層富集Cl、K元素；最表面存在分布不連續(xù)的含Cr、Fe氧化物。

表2 極線表面腐蝕產(chǎn)物的能譜分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

圖3 能譜分析位置示意圖圖

4 極線截面的元素面分布

    4金相檢驗(yàn)

    從失效電除塵器極線上截取截面試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)，結(jié)果如圖5-6所示。

圖5 極線截面拋光態(tài)形貌圖

6 極線截面腐蝕態(tài)形貌

分析與討論

    一般來(lái)說(shuō)，奧氏體晶粒在較高溫度下會(huì)長(zhǎng)大，由于晶粒長(zhǎng)大，晶界也變得相對(duì)較粗大。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，電除塵器極線服役現(xiàn)場(chǎng)的溫度可能相當(dāng)高。粗大的奧氏體晶粒在氧化腐蝕環(huán)境中容易發(fā)生開裂，因而極線表面局部區(qū)域出現(xiàn)沿奧氏體晶界向內(nèi)擴(kuò)展的裂紋。

    失效的電除塵器極線所使用的材料為X10CrAl7耐熱不銹鋼，含Cr不銹鋼的氧化首先在金屬表面生成較致密的Fe（Fe2-x）CrxO4，然后在外層形成Fe3O4和Fe2O3。隨著氧化腐蝕層厚度的增加，腐蝕介質(zhì)擴(kuò)散（傳送）到金屬表面和腐蝕產(chǎn)物朝相反方向的擴(kuò)散比較困難，而引起腐蝕作用的阻滯。

    由于電除塵器極線的氧化腐蝕產(chǎn)物中存在Cl元素，而Cl-會(huì)破壞腐蝕產(chǎn)物膜在試樣表面的覆蓋，加速活性區(qū)金屬溶解。Cl-對(duì)不銹鋼耐蝕性的影響主要是引起鈍化膜的局部破壞，材料表面的氧化膜往往因?yàn)槟軌蚺c固態(tài)鹽發(fā)生反應(yīng)而被破壞，同時(shí)釋放出氣態(tài)的氯。

    釋放出的氣態(tài)氯能擴(kuò)散到氧勢(shì)較低的氧化膜-基體界面處，與基體發(fā)生反應(yīng)生成易揮發(fā)的金屬氯化物。在通過氧化膜內(nèi)的缺陷向外擴(kuò)散的過程中，該氯化物隨氧勢(shì)的升高又重新向氧化物轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變會(huì)在氧化膜內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，破壞氧化膜的致密性及其與基體的黏附性，從而導(dǎo)致腐蝕進(jìn)一步加速。氯化物向氧化物轉(zhuǎn)變時(shí)釋放出的部分Cl2將重新返回到基體表面繼續(xù)參與反應(yīng)，直到氯鹽被消耗盡。在此過程中，Cl2起到一種自催化作用，因而電除塵器極線外層的氧化產(chǎn)物遭到嚴(yán)重破壞，造成氧化皮剝落，而內(nèi)層較致密的氧化膜尚未受到破壞，這時(shí)氧化腐蝕層的腐蝕阻滯作用降低，氧化腐蝕速率加大，結(jié)果導(dǎo)致電除塵器極線不斷變薄并失效。

結(jié)論

    氯元素對(duì)電除塵極線的氧化腐蝕產(chǎn)物造成破壞，降低腐蝕的阻滯作用，加快氧化腐蝕速率，結(jié)果導(dǎo)致電除塵器極線表面發(fā)生嚴(yán)重的氧化腐蝕，極線不斷變薄。

    現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境溫度較高，電除塵器極線材料中的奧氏體晶粒發(fā)生長(zhǎng)大，晶界也相對(duì)較粗，在氧化腐蝕環(huán)境中發(fā)生開裂并失效。

措施與建議

    查明電除塵器現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境中氯元素的來(lái)源，采取合適的措施排除或控制氯元素的破壞作用，延長(zhǎng)極線的使用壽命。

    鉻鋼中的含鉻量在4～6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）時(shí)，其在空氣中的耐熱溫度最高為650℃；而要耐1050～1100℃的高溫，則鉻含量要達(dá)到27%，因此需要了解實(shí)際工況，選擇合適的極線材料。

    Fe—Cr合金經(jīng)預(yù)氧化處理，其表面會(huì)生成一層致密的Cr2O3氧化膜，能明顯改善抗高溫氧化性能，因此可考慮對(duì)電除塵器極線采用預(yù)氧化處理，延緩氧化腐蝕進(jìn)程。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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