淺議Cl-對常見不銹鋼的腐蝕機理及預防措施

1、    淺議cl對常見不銹鋼的腐蝕機理及預防措施    宋瑞+牛麗君摘要：對于奧氏體不銹鋼在cl 環(huán)境下的腐蝕，各種權(quán)威的書籍均有嚴格的要求，cl 含量要小于25ppm，否則就會發(fā)生應力腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕及其他類型的腐蝕。在實際工程應用中，有很多高濃度的cl 含量的環(huán)境中需使用奧氏體不銹鋼，因此分析cl 對不銹鋼的腐蝕，從而對癥采取預防措施，延長使用壽命具有很高的經(jīng)濟效益和安全生產(chǎn)需求。關鍵詞：cl 、不銹鋼、晶間腐蝕、鈍化1. 前言不銹鋼是上世紀初起源于英美德等國家的新型現(xiàn)代化金屬材料，在數(shù)十年的應用中逐步發(fā)展，工藝逐漸成熟。通常情況下，在不同的腐蝕

2、環(huán)境中，不銹鋼產(chǎn)品的適應性不盡相同，腐蝕失效的類型也是多種多樣的.不一樣的材料和不同的金屬成分占比在不一樣的負荷及不一樣介質(zhì)環(huán)境中，其腐蝕方法不同。常見幾種腐蝕材料中，尤以cl 對奧氏體不銹鋼的腐蝕最為明顯，目前相關的技術(shù)文件及權(quán)威出版物均對腐蝕環(huán)境中cl含量做了明確的要求，不超過25ppm。2. 常用不銹鋼的腐蝕機理及程度分析不銹鋼中的主要合金元素是cr（鉻），只有當cr含量達到一定值時，鋼材才具有耐蝕性。常見的材料中，不銹鋼cr含量一般在10.5%以上。不銹鋼的耐蝕機理為鈍化膜理論，即其表面形成一層極薄而堅固細密的穩(wěn)定的富cr鈍化膜，防止氧原子繼續(xù)滲入、氧化內(nèi)層金屬，從而達到防銹蝕的能力。

3、通常情況下，不銹鋼發(fā)生的腐蝕破壞多是局部腐蝕破壞，最常見的有晶間腐蝕、點蝕和應力腐蝕，占比如附圖所示；2.1 晶間腐蝕晶間腐蝕是沿品界進行的腐蝕，使晶粒的銜接遭到損壞.這種腐蝕的危害性最大，它可以使金屬變脆或損失強度，敲擊時失去金屬彈性，易構(gòu)成偶然事端.晶間腐蝕為奧氏體不銹鋼的主要腐蝕類型，這是因為晶界區(qū)域與晶內(nèi)成分或應力不一致，致使晶界區(qū)域電極電位明顯降低而構(gòu)成的電極電位差不一樣所導致.晶間腐蝕是由于晶界上貧cr，導致該區(qū)域優(yōu)先腐蝕，進而使晶粒整體從金屬上脫離。熱處理450850溫度區(qū)間中c與cr易形成碳鉻化合物（cr23c6），晶界處消耗的cr不能及時從晶粒中得到補充，使晶界區(qū)域貧cr，這

4、是導致晶間腐蝕的關鍵。2.2 應力腐蝕金屬在腐蝕介質(zhì)及拉應力（外加應力或內(nèi)應力）的共同作用下發(fā)生決裂表象，開裂方法首要是沿晶界的、也有穿晶界的，這是一種風險較大的低應力脆性開裂、在氯化介質(zhì)和堿性氧化物或其它水溶性介質(zhì)中常發(fā)生應力腐蝕，在許多設備的破損事故中占有相當大的比例。不銹鋼的應力腐蝕是不銹鋼失效中發(fā)生次數(shù)最多，后果最嚴重的腐蝕形式。若腐蝕過程中有輕微裂紋的產(chǎn)生，其擴展速率將會比其他腐蝕類型快幾個數(shù)量級，造成災難性的后果?；S，核電站，鍋爐等常出現(xiàn)不銹鋼材料應力腐蝕開裂的現(xiàn)象。多年來，不銹鋼應力腐蝕問題得到了廣泛的研究，提出了多種不同的機理來解釋應力腐蝕現(xiàn)象，但迄今尚無公認的統(tǒng)一機理。由

5、于應力腐蝕是一個與腐蝕有關的過程，其機理必然與腐蝕過程中的陽極和陰極反應有關，因而應力腐蝕機理主要分兩大類：陽極溶解型和氫致開裂型，以及在這兩類機理基礎上發(fā)展起來的表面膜破裂理論、活性通道理論、應力吸附開裂理論、腐蝕產(chǎn)物楔入理論和閉塞電池理論等。造成應力腐蝕主要有三個方面因素：材料、腐蝕環(huán)境和拉應力。材料因素包括元素含量、熱處理、微觀組織及表面狀態(tài)；腐蝕環(huán)境包括介質(zhì)種類、溫度、電位及液體流動速率；拉應力包括服役應力、安裝應力、殘余應力及拉伸速率等。2.3 點腐蝕點腐蝕是發(fā)生在金屬外表部分區(qū)域的一種腐蝕損壞方法。點腐蝕構(gòu)成后能迅速地向深處發(fā)展，最終穿透金屬，形成孔洞腐蝕。在介質(zhì)中，金屬外表鈍化膜

6、遭到部分破壞，從而引發(fā)點腐蝕。在富含cl的介質(zhì)中，材料外表缺點、疏松及非金屬夾雜物等都可導致點腐蝕。點腐蝕一般在靜止的介質(zhì)中容易發(fā)生，蝕孔通常沿著重力方向或橫向方向發(fā)展?？孜g一旦形成即向深處自動加速。表面的氧化膜在含有氯離子的水溶液中溶解，導致在基底金屬上生成孔徑為20m30m 小蝕坑，這些小蝕坑便是孔蝕核。在氯離子的作用下，孔蝕核迅速發(fā)展成蝕孔。2.4 腐蝕疲憊金屬在腐蝕介質(zhì)及交變應力效果下發(fā)生的損壞，其特點是產(chǎn)生腐蝕坑和很多裂紋，降低鋼的疲勞強度，致使金屬過早開裂。腐蝕疲勞不同于機械疲勞，它沒有必定的疲勞極限，隨著交變應力作用的循環(huán)次數(shù)的增加，疲勞強度持續(xù)降低，最終形成金屬開裂。.3. 對

7、常用不銹鋼cl 腐蝕的預防處理綜上，不銹鋼腐蝕的原因多種多樣，但最終的機理基本一致，對不同類型的腐蝕應選擇對應的防護措施。對晶間腐蝕的預防，通常是選擇低碳不銹鋼，并添加穩(wěn)定化元素ti、nb等，在加工中做好固溶退火處理；對點蝕的預防，通常是選擇耐cl 腐蝕性強的材料，并防止cl 附著，是預防點蝕的重要手段；對加工成品要進行合理的表面處理，形成穩(wěn)定鈍化膜。對應力腐蝕的預防，主要是在加工中做好熱處理， 減少高應力部件的應力集中，防止加工過程中產(chǎn)生應力效應。綜合以上幾種不同類型不銹鋼腐蝕的預防措施及腐蝕機理可見，不銹鋼的選擇應遵循以下幾點要求：（1）根據(jù)不同的腐蝕環(huán)境選擇不同類型的不銹鋼；（2）根據(jù)需要選擇不同碳含量和穩(wěn)定金屬元素含量的不銹鋼；（3）對鋼構(gòu)件做好退火處理，消除應力；（4）對鋼構(gòu)件表面做好鈍化膜的處理和保護4. 總結(jié)在科學技術(shù)日新月異，科研水平不斷提高的新時代，新材料的研發(fā)速度仍然不能完全解決腐蝕問題的發(fā)生。在實際工程應用中不銹鋼材料的腐蝕問題層出不窮，目前的預防措施雖然取得了一定的成效，但