近中性介質(zhì) -- 天然水和含鹽水

高性能不銹鋼現(xiàn)有的許多縫隙腐蝕數(shù)據(jù)來(lái)自于研究者進(jìn)行的大量海水縫隙腐蝕暴露試驗(yàn)。這些數(shù)據(jù)是根據(jù)試樣暴露試驗(yàn)的結(jié)果得出的， 采用可控制的縫隙得出結(jié)果與不銹鋼成分或?qū)嶒?yàn)室參數(shù)如CCT（G 48）之間的關(guān)系。試驗(yàn)表明， 在常溫海水中， CCT約為35℃或更高的鋼種一般不發(fā)生縫隙腐蝕。圖48說(shuō)明了常溫海水中CCT溫度與縫隙腐蝕之間的關(guān)系。35℃ CCT（G 48）的溫度標(biāo)準(zhǔn)， 無(wú)論對(duì)奧氏體、鐵素體還是雙相不銹鋼似乎都適用， 而且似乎與實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)也有很好的關(guān)聯(lián)性。CCT（G 48）溫度高于35℃ 的A-4組和A-6組的奧氏體不銹鋼，均被認(rèn)為適合用于常溫的海水介質(zhì)，如冷凝器管道。但這種適用性似乎限于耐潔凈表面的點(diǎn)蝕以及適度的自然縫隙的情形如結(jié)垢下的縫隙腐蝕。對(duì)于苛刻的縫隙如密封墊片的下面或在較高溫度下，需要耐腐蝕性更好的材料。為說(shuō)明這一點(diǎn)，表24給出了許多合金在過(guò)濾海水中的縫隙腐蝕數(shù)據(jù)。在這些試驗(yàn)中，僅僅有一些鎳基合金和高純鐵素體不銹鋼是完全耐蝕的。

根據(jù)在微咸水和淡水中的使用經(jīng)驗(yàn)， 對(duì)于傳統(tǒng)熱交換器所使用的316和904L不銹鋼而言， 冷卻水中氯化物含量最大分別為1000ppm和5000ppm。通過(guò)建立水中氯化物濃度限值與CCT之間的關(guān)系，這些濃度限值和35℃的CPT標(biāo)準(zhǔn)可用于為其他高性能不銹鋼制定使用性能指南。圖49表明，由于各種高性能不銹鋼間CCT值（G 48）范圍較小，在不同氯化物含量的天然水溶液中耐腐蝕范圍較寬。A-1組的耐酸牌號(hào)，由于它們的鉬含量低，其耐縫隙腐蝕性能僅在一定程度上優(yōu)于316不銹鋼。而大多數(shù)其它組牌號(hào)，在高氯化物含量水中的耐縫隙腐蝕能力大大優(yōu)于316不銹鋼。

大型部件的應(yīng)用中，一些局部腐蝕的發(fā)生是可以接受的。在這些情況下，對(duì)于可能發(fā)生的點(diǎn)蝕或縫隙腐蝕的速率做一些估計(jì)是有用的。由于其幾何形狀和其他不定因素，這些腐蝕擴(kuò)展速率很難預(yù)測(cè)。然而，現(xiàn)有的資料表明，CCT溫度高的鋼種，即使局部腐蝕已開(kāi)始，其腐蝕擴(kuò)展速率也相對(duì)較低。圖48縫隙腐蝕的開(kāi)始與CCT的關(guān)系也暗示存在這樣一種關(guān)系。當(dāng)作出縫隙深度數(shù)值與CCT關(guān)系曲線時(shí)，證明了這種關(guān)系的存在，見(jiàn)圖50。當(dāng)縫隙深度數(shù)值以時(shí)間來(lái)合理解釋時(shí)，其他的研究已顯示出相當(dāng)于圖50數(shù)據(jù)的類似效果。圖51給出的數(shù)據(jù)來(lái)自各種資料，試驗(yàn)時(shí)間從幾個(gè)月至幾年不等。當(dāng)以腐蝕速率評(píng)價(jià)時(shí)，大多數(shù)的腐蝕速率值集中在一個(gè)區(qū)間帶，這個(gè)區(qū)間帶對(duì)隨CCT（G 48）而變化的縫隙腐蝕速率給出了一個(gè)數(shù)量級(jí)的估計(jì)。它也表明如果腐蝕開(kāi)始的話， CCT（G 48）較高的不銹鋼將具有較低的縫隙腐蝕速率。

當(dāng)某些局部腐蝕能夠被忍受時(shí)，另一種鋼種選擇的方法是根據(jù)不同氯化物濃度水溶液腐蝕性的數(shù)學(xué)模型預(yù)計(jì)32。圖52所示的指南也引入了設(shè)備（使用）臨界狀態(tài)的概念以及這樣的事實(shí)即失效的可能性小于腐蝕的可能性。臨界設(shè)備（使用狀態(tài)）的一個(gè)例子是薄壁管，其中腐蝕擴(kuò)展的有效距離是很小的；一般的設(shè)備是大斷面的材料，材料的腐蝕擴(kuò)展速率將決定有效使用時(shí)間。用這種方法，316不銹鋼在中等氯化物含量的某些情況下能有效使用，而對(duì)于臨界設(shè)備而言高性能不銹鋼如904L是必要的。但是，在氯化物含量很高的介質(zhì)如海水中，比904L更耐蝕的鋼種，如A-4，A-6，F(xiàn)-2，F(xiàn)-3以及D-3組的不銹鋼對(duì)于臨界設(shè)備而言是必要的。

隨著溫度升高到室溫以上，對(duì)于所有不銹鋼而言，大多數(shù)點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕介質(zhì)的腐蝕性增強(qiáng)。這種作用可通過(guò)較高溫度下水中氧溶解度的下降、由于生物活動(dòng)高峰而產(chǎn)生的極化作用高峰、或通過(guò)其他水溶液成分氧溶解度與溫度的關(guān)系得到緩解。此外，海水的腐蝕性在約40℃時(shí)經(jīng)歷一個(gè)最大值，隨后隨著生物附著物減少而降低。對(duì)于涉及室溫下用干凈海水作冷卻水的應(yīng)用，如冷凝器，一般認(rèn)為A-4，D-4，F(xiàn)-2以及F-3組的高性能不銹鋼能夠耐點(diǎn)蝕和中等縫隙如結(jié)垢的縫隙腐蝕，而且它們可用于薄壁管道。在較高溫度下的海水中，隨著縫隙嚴(yán)重程度的增加或氯化作用的增加，這些同組的鋼種將變得對(duì)局部腐蝕敏感。例如，這些鋼種被發(fā)現(xiàn)不適合用作處理新鮮海水的板式熱交換器，因?yàn)檫@種類型的熱交換器經(jīng)常在高溫下運(yùn)行，而且所要求的密封墊片會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的縫隙。A-6組的高性能奧氏體不銹鋼是這些苛刻的應(yīng)用條件下的候選材料。

圖53顯示了溫度和氯化物濃度對(duì)幾種奧氏體不銹鋼縫隙腐蝕發(fā)生的影響。這張曲線圖是根據(jù)一年的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)得來(lái)的，試驗(yàn)溶液為氧飽和的、被酸化到pH 2.0模擬天然海水的腐蝕性的人造海水鹽溶液。強(qiáng)烈的溫度效應(yīng)清楚地顯示出來(lái)，而高性能不銹鋼的優(yōu)越性也很明顯。在各種冷卻水和其他含水介質(zhì)中，許多高性能不銹鋼能將有效使用溫度增加到大大高于316不銹鋼的有效溫度。合金化程度很高的A-6組高性能不銹鋼在海水和鹽水中、在遠(yuǎn)高于室溫的條件下可以有效使用，甚至當(dāng)密封墊片或其他嚴(yán)重的縫隙存在時(shí)也如此。見(jiàn)表25給出了從316不銹鋼到654SMO等若干牌號(hào)在幾種鹽水中的數(shù)據(jù)。無(wú)論鹽水是否充空氣，654 SMO不銹鋼是僅有的達(dá)到90℃的最大試驗(yàn)溫度都未出現(xiàn)點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的鋼種。氧的作用也顯示在表25中；當(dāng)鹽水用氮?dú)饷撗鹾螅g性就提高了。

微生物活動(dòng)的影響

微生物的活動(dòng)會(huì)影響腐蝕過(guò)程。這通常是一些代謝含硫化合物的微生物，產(chǎn)生了一種酸性含硫化氫的腐蝕性局部環(huán)境。有時(shí)是微生物和氯化物介質(zhì)的共同作用，含氯化物介質(zhì)會(huì)氧化一些陽(yáng)離子，包括鐵和錳，造成一種相對(duì)于不銹鋼有強(qiáng)氧化性腐蝕電位的局部環(huán)境。在某些有這種微生物活動(dòng)存在的情況下，標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼將發(fā)生一般情況下不會(huì)發(fā)生的局部腐蝕。這被稱為微生物影響的腐蝕（MIC）。在接近室溫下，有大量特定種類的微生物存在以及在相對(duì)靜止的條件下，發(fā)生MIC的可能性最大。從冶金學(xué)上看，焊縫是最敏感的，尤其是不清潔的焊縫和熱影響區(qū)表面。已知這種形式的腐蝕發(fā)生在304和316不銹鋼上。

很自然地想到，本身具有較強(qiáng)的耐局部腐蝕能力的不銹鋼將具有較好的耐微生物腐蝕（MIC）性能，事實(shí)的確如此。檢查所報(bào)道的發(fā)生在不銹鋼上的微生物腐蝕（MIC）已辨明，在微生物活動(dòng)被證明一直存在的情況下，任何一種高性能不銹鋼都沒(méi)有發(fā)生失效。盡管在實(shí)驗(yàn)室中制造這種腐蝕很困難，但該項(xiàng)檢查也說(shuō)明實(shí)驗(yàn)室主要以A-4組 6%鉬奧氏體不銹鋼為中心的研究，沒(méi)有產(chǎn)生令人信服的數(shù)據(jù)表明MIC對(duì)這些不銹鋼的使用性能構(gòu)成威脅。人們預(yù)計(jì)具有較高臨界點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕溫度的不銹鋼，其耐微生物腐蝕（MIC）性能也會(huì)提高。因此在解決微生物腐蝕這個(gè)問(wèn)題時(shí)，A-4組奧氏體不銹鋼受到關(guān)注，它們廣泛用于核電站水系統(tǒng)和緊急冷卻系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)中的滯流水環(huán)境已造成涂層碳鋼或304和316不銹鋼管道發(fā)生與微生物腐蝕（MIC）相關(guān)的失效。

氧化性鹵化物介質(zhì) -- 氯化處理的冷卻水和漂白溶液

含鹵化物介質(zhì)的腐蝕性，就局部腐蝕而言，取決于鹵化物、pH值、溫度以及氧化劑的氧化能力。在接近中性的溶液中，溴化物是腐蝕性最強(qiáng)的鹵化物，其次是氯化物；碘化物和氟化物相對(duì)來(lái)說(shuō)是無(wú)害的。在酸性溶液中，氟化物有強(qiáng)腐蝕性。對(duì)于任何給定的鹵化物，強(qiáng)氧化劑能將不銹鋼的腐蝕電位提高到高于其點(diǎn)蝕或縫隙腐蝕電位。高溫和低pH值也將促使強(qiáng)腐蝕性環(huán)境的形成。這種環(huán)境包括，采用海水冷卻的熱交換器中為控制污垢而做的氯化處理，特別是使用了各種強(qiáng)氧化劑的造紙業(yè)的紙漿漂白流程。

圖54以浸泡在不同氯含量的天然海水中的254 SMO為例，說(shuō)明氯化處理對(duì)腐蝕電位的影響。0.1ppm這樣少的持續(xù)氯化處理就會(huì)引起腐蝕電位的正位移，比沒(méi)有氯化作用時(shí)發(fā)生的普通位移大得多。幸好氯化作用也降低了海水中的陰極電流密度，因此對(duì)腐蝕的影響不像想象得那樣嚴(yán)重。由于不銹鋼的點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕起始電位隨鉻和鉬含量的增加而增高，并且由于陰極作用，高性能不銹鋼在需要氯化處理的高氯化物冷卻水中有良好的使用性。經(jīng)驗(yàn)表明A-4組 的6%鉬奧氏體不銹鋼以及F-2和F-3組的鐵素體不銹鋼能夠在氯濃度至少為1ppm 的持續(xù)氯化處理的室溫海水中使用。具有類似PRE范圍的雙相不銹鋼似乎表現(xiàn)出較低的性能。間歇性或有目的的氯化處理會(huì)造成很高的氯濃度。高溫和嚴(yán)重的縫隙如法蘭盤的情形，會(huì)限制除最耐蝕的鋼種以外的大多數(shù)不銹鋼的使用。表26比較了15℃ 和40℃ 兩種溫度下，1ppm氯化處理的影響。對(duì)于涉及任何這些變量的苛刻的使用條件，A-6組、654 SMO不銹鋼的性能相當(dāng)于最好的鎳基合金，并且已廣泛用于關(guān)鍵的海水處理系統(tǒng)的法蘭連接部分。

在紙漿漂白和漂洗工藝的一些流程中，氯和二氧化氯產(chǎn)生強(qiáng)氧化性介質(zhì)環(huán)境。這些氧化劑與高含量的殘余氯離子、低pH以及高溫共同作用形成強(qiáng)氧化性環(huán)境。按慣例，316型不銹鋼用于漂白設(shè)備中一些中等腐蝕性的介質(zhì)環(huán)境。但是，關(guān)閉廢水流的趨勢(shì)以及更加先進(jìn)的漂白劑和環(huán)保的漂白工藝產(chǎn)生了腐蝕性更強(qiáng)的環(huán)境。它包括較高的氯離子殘留和較高的溫度。D階段的條件最苛刻，可能是由于在最高溫度下運(yùn)行。在C和C/D階段也有嚴(yán)重的腐蝕性，因?yàn)檫@些階段酸性最強(qiáng)和殘余氯離子濃度最高。近年來(lái)，許多高性能不銹鋼已在大范圍的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目中進(jìn)行了評(píng)定。盡管工廠與工廠間的條件有很大區(qū)別，但試驗(yàn)項(xiàng)目已證實(shí)了316L和317L不銹鋼在這些階段使用的局限性以及A-4組奧氏體不銹鋼用于漂白清洗設(shè)備的許多部件的一般適用性。圖55給出了在C階段清洗設(shè)備進(jìn)行的大范圍試驗(yàn)的結(jié)果。A-4組的254 SMO不銹鋼，在試驗(yàn)項(xiàng)目所涉及的所有10套加拿大紙漿廠漂白設(shè)備中，是惟一耐局部腐蝕能力合格的鋼種。但是，在十分惡劣的環(huán)境下，如蒸氣相當(dāng)或余氯超過(guò)50ppm，伴高氯化物殘留時(shí)，甚至6%鉬不銹鋼也可能不耐腐蝕。

在D階段，用更多的二氧化氯替代氯氣所形成的介質(zhì)，可能使鎳基合金發(fā)生均勻腐蝕，而之所以使用鎳基合金，是由于它們比6%鉬奧氏體不銹鋼更優(yōu)越的耐局部腐蝕性能。在這種情況下，A-6組的奧氏體不銹鋼似乎能同時(shí)滿足耐局部腐蝕和耐均勻腐蝕的要求。表27給出了模擬D階段的介質(zhì)環(huán)境下的數(shù)據(jù)說(shuō)明這種優(yōu)越性能。

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