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不銹鋼在工業水系統中的腐蝕形態

2021-05-12 11:53:16 作者：工業小南點來源：工業小南點分享至：

不銹鋼在工業水系統中的腐蝕形態

1、冷卻水對不銹鋼換熱器的腐蝕

鉻鎳鋼，特別是18Cr-8Ni型奧氏體不銹鋼由于在許多化學介質中具有高度的穩定性，并且能耐高溫氣體腐蝕，所以在化學工業中得到最廣泛的應用。雖然不銹鋼在各種工業水中具有很低的全面腐蝕速度，但在實際工業生產條件下，不銹鋼設備，特別是各種工業水冷卻器，腐蝕破壞的事故十分頻繁。

在工業水中，不銹鋼的孔蝕和應力腐蝕破裂是由水中的氯離子造成的，因此人們常希望能找出產生應力腐蝕破裂的臨界氯離子濃度，但是由于造成不銹鋼局部腐蝕的因素在實際操作裝置中是難以確定，因此常常發現這種情況：條件大致相同的兩臺設備壽命卻相差十分懸殊；同一種不銹鋼在氯離子低濃度（僅10~20mg/L）的冷卻水中發生了應力腐蝕破裂，而在氯離子濃度高的海水中卻長期安全使用。雖然到目前為止還沒有完全搞清楚應力腐蝕破裂的機理，也不能提出完全避免或消除應力腐蝕破裂的邊界條件，但對大量工業設備運行情況的統計分析以及許多深入的實驗室研究使人們可以認識到影響不銹鋼孔蝕和應力腐蝕破裂的主要因素，提出了一些統計規律，這些工作非常有利于延長不銹鋼設備的操作壽命。

不銹鋼的耐蝕性往往依賴于金屬表面存在的氧化膜，氧化膜僅在有氧、氧化劑或陽極極化時才能形成。一旦必要的氧化條件喪失，氧化膜就會破壞，如在縫隙內和沉積物下面就可能出現這種破壞條件。在充分溶解氧的水中，只要水流速不低于1.5m/s，不銹鋼表面就不會出現沉積物，也就可以保持氧化膜的完整性。在工業水的實際運行條件下，水流速常低于1.5m/s，各種固體粒子會產生沉積，水中微生物會造成污垢，有時設備結構上會有縫隙存在，尤其是水中不可避免地存在著侵蝕性氯離子，結果就出現了孔蝕，甚至應力腐蝕破裂。當然要產生應力腐蝕破裂必須存在拉應力。除此而外，孔蝕和應力腐蝕破裂均與氯化物濃度、pH值、氧濃度、溫度以及應力水平、陽離子等因素有關，只是依賴程度有差別。

2、不銹鋼的孔蝕和縫隙腐蝕

浸泡在含氯化物水溶液中的不銹鋼容易發生孔蝕和縫隙腐蝕。當不銹鋼在腐蝕介質中處于臨界孔蝕電位以上時，就會因存在鈍化--活化電池，使活性區受到陽極電流極化而加劇孔蝕的發展。一旦孔蝕被誘發并發展起來，蝕孔內的氯離子就會自動催化集濃（富集）。大量研究已經揭示出，孔蝕和縫隙腐蝕發生處溶液的pH值和氯離子濃度均與主體溶液完全不同。發生處pH值顯著降低，氯離子濃度高度濃縮。有文獻介紹用人造蝕孔研究304L、316L和18Cr15Ni5Mo（在70℃、0.5mol/L、 NaCI溶液中）腐蝕時，孔內溶液的組成和pH值的測量結果見下表。

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原水或循環水中原始氯離子的濃度對不銹鋼是否發生孔蝕并不具有決定意義。在發生孔蝕的系統中，對蝕孔內氯離子的檢驗結果都證明氯離子的濃縮十分驚人。如某廠的冷卻水含Cl-僅50mg/L，但在蝕孔內Cl-濃度卻高達104mg/L。通常蝕孔內Cl-濃度為幾千mg/L，在人造縫隙內CI-濃度可達105mg/L。生產實踐中也存在這樣的事實。1Cr18Nil0Ti鋼在含氯離子196mg/L的自來水和低氯離子濃度的河水中都發生了孔蝕，孔蝕發生在沉積物下。一旦采取措施消除了沉積物或鐵銹，問題也就避免了。又如，在一低氯離子含量的水系統中，奧氏體不銹鋼也發生了破壞，并在破壞處發現有高濃度氯化物沉積。這些事實說明盡管系統的Cl-濃度有很大差別，但只要有沉積物存在，最終都同樣產生不良結果。CI-濃度的增長雖會使不銹鋼的孔蝕電位負移，但在常溫和低Cl-濃度（<10< span=“”>3mg/L）的條件下，影響是不明顯的。

3、不銹鋼的應力腐蝕破裂

在工業水中，奧氏體不銹鋼的應力腐蝕破裂是由孔蝕誘發的，兩者的影響參數相同，只是各自所要求的臨界值不同。至于發生應力腐蝕破裂時應力的作用，用受拉力的閉塞區試件，在0.05mol/L NaCI中研究了18-8奧氏體不銹鋼，發現試件受陽極極化時（oV， SCE），裂縫是活化區，拉應力促進鈍化膜破裂，并使膜難以修復，結果使這里電位變得更負， pH值下降得更快，腐蝕更嚴重。

4、不銹鋼的晶間腐蝕

在大多數情況下，奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕是由于晶界鄰近的貧鉻區引起的。不銹鋼要有一定的含鉻量，如果鉻含量降低，其耐蝕性能就變差。當碳含量≥0.02％時，在510~788℃的溫度范圍內，碳化鉻Cr23C8或碳就會在晶界析出。這樣，鉻就會以碳化鉻的形式從固溶體中分離出來，使晶界鄰近處的鉻含量降低，形成貧鉻區。鄰近晶界的貧鉻區由于耐蝕性較差，因此就腐蝕了。18-8不銹鋼（304型）一般含碳0.06％~0.08％，有足夠的碳與鉻生成碳化鉻沉淀使晶間形成貧鉻區，見下圖。焊縫腐蝕是不銹鋼的一種特殊的晶間腐蝕。焊縫腐蝕區通常是在母材板上稍離焊縫有一些距離的一條帶上（熱影響區），這一部分不銹鋼在焊接過程中曾在敏化溫度范圍內加熱過。