不锈钢在工业水系统中的腐蚀形态

2021-05-12 11:53:16 作者：工业小南点来源：工业小南点分享至：

不锈钢在工业水系统中的腐蚀形态

1、冷却水对不锈钢换热器的腐蚀

铬镍钢，特别是18Cr-8Ni型奥氏体不锈钢由于在许多化学介质中具有高度的稳定性，并且能耐高温气体腐蚀，所以在化学工业中得到最广泛的应用。虽然不锈钢在各种工业水中具有很低的全面腐蚀速度，但在实际工业生产条件下，不锈钢设备，特别是各种工业水冷却器，腐蚀破坏的事故十分频繁。

在工业水中，不锈钢的孔蚀和应力腐蚀破裂是由水中的氯离子造成的，因此人们常希望能找出产生应力腐蚀破裂的临界氯离子浓度，但是由于造成不锈钢局部腐蚀的因素在实际操作装置中是难以确定，因此常常发现这种情况：条件大致相同的两台设备寿命却相差十分悬殊；同一种不锈钢在氯离子低浓度（仅10~20mg/L）的冷却水中发生了应力腐蚀破裂，而在氯离子浓度高的海水中却长期安全使用。虽然到目前为止还没有完全搞清楚应力腐蚀破裂的机理，也不能提出完全避免或消除应力腐蚀破裂的边界条件，但对大量工业设备运行情况的统计分析以及许多深入的实验室研究使人们可以认识到影响不锈钢孔蚀和应力腐蚀破裂的主要因素，提出了一些统计规律，这些工作非常有利于延长不锈钢设备的操作寿命。

不锈钢的耐蚀性往往依赖于金属表面存在的氧化膜，氧化膜仅在有氧、氧化剂或阳极极化时才能形成。一旦必要的氧化条件丧失，氧化膜就会破坏，如在缝隙内和沉积物下面就可能出现这种破坏条件。在充分溶解氧的水中，只要水流速不低于1.5m/s，不锈钢表面就不会出现沉积物，也就可以保持氧化膜的完整性。在工业水的实际运行条件下，水流速常低于1.5m/s，各种固体粒子会产生沉积，水中微生物会造成污垢，有时设备结构上会有缝隙存在，尤其是水中不可避免地存在着侵蚀性氯离子，结果就出现了孔蚀，甚至应力腐蚀破裂。当然要产生应力腐蚀破裂必须存在拉应力。除此而外，孔蚀和应力腐蚀破裂均与氯化物浓度、pH值、氧浓度、温度以及应力水平、阳离子等因素有关，只是依赖程度有差别。

2、不锈钢的孔蚀和缝隙腐蚀

浸泡在含氯化物水溶液中的不锈钢容易发生孔蚀和缝隙腐蚀。当不锈钢在腐蚀介质中处于临界孔蚀电位以上时，就会因存在钝化--活化电池，使活性区受到阳极电流极化而加剧孔蚀的发展。一旦孔蚀被诱发并发展起来，蚀孔内的氯离子就会自动催化集浓（富集）。大量研究已经揭示出，孔蚀和缝隙腐蚀发生处溶液的pH值和氯离子浓度均与主体溶液完全不同。发生处pH值显著降低，氯离子浓度高度浓缩。有文献介绍用人造蚀孔研究304L、316L和18Cr15Ni5Mo（在70℃、0.5mol/L、 NaCI溶液中）腐蚀时，孔内溶液的组成和pH值的测量结果见下表。

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原水或循环水中原始氯离子的浓度对不锈钢是否发生孔蚀并不具有决定意义。在发生孔蚀的系统中，对蚀孔内氯离子的检验结果都证明氯离子的浓缩十分惊人。如某厂的冷却水含Cl-仅50mg/L，但在蚀孔内Cl-浓度却高达104mg/L。通常蚀孔内Cl-浓度为几千mg/L，在人造缝隙内CI-浓度可达105mg/L。生产实践中也存在这样的事实。1Cr18Nil0Ti钢在含氯离子196mg/L的自来水和低氯离子浓度的河水中都发生了孔蚀，孔蚀发生在沉积物下。一旦采取措施消除了沉积物或铁锈，问题也就避免了。又如，在一低氯离子含量的水系统中，奥氏体不锈钢也发生了破坏，并在破坏处发现有高浓度氯化物沉积。这些事实说明尽管系统的Cl-浓度有很大差别，但只要有沉积物存在，最终都同样产生不良结果。CI-浓度的增长虽会使不锈钢的孔蚀电位负移，但在常温和低Cl-浓度（<10< span=“”>3mg/L）的条件下，影响是不明显的。

3、不锈钢的应力腐蚀破裂

在工业水中，奥氏体不锈钢的应力腐蚀破裂是由孔蚀诱发的，两者的影响参数相同，只是各自所要求的临界值不同。至于发生应力腐蚀破裂时应力的作用，用受拉力的闭塞区试件，在0.05mol/L NaCI中研究了18-8奥氏体不锈钢，发现试件受阳极极化时（oV， SCE），裂缝是活化区，拉应力促进钝化膜破裂，并使膜难以修复，结果使这里电位变得更负， pH值下降得更快，腐蚀更严重。

4、不锈钢的晶间腐蚀

在大多数情况下，奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是由于晶界邻近的贫铬区引起的。不锈钢要有一定的含铬量，如果铬含量降低，其耐蚀性能就变差。当碳含量≥0.02％时，在510~788℃的温度范围内，碳化铬Cr23C8或碳就会在晶界析出。这样，铬就会以碳化铬的形式从固溶体中分离出来，使晶界邻近处的铬含量降低，形成贫铬区。邻近晶界的贫铬区由于耐蚀性较差，因此就腐蚀了。18-8不锈钢（304型）一般含碳0.06％~0.08％，有足够的碳与铬生成碳化铬沉淀使晶间形成贫铬区，见下图。焊缝腐蚀是不锈钢的一种特殊的晶间腐蚀。焊缝腐蚀区通常是在母材板上稍离焊缝有一些距离的一条带上（热影响区），这一部分不锈钢在焊接过程中曾在敏化温度范围内加热过。