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氯離子對不銹鋼的腐蝕

放大字體  縮小字體 發布日期:2023-06-01  瀏覽次數:329
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核心提示:問題描述:對于奧氏體不銹鋼在氯離子環境下的腐蝕,各種權威的書籍均有嚴格的要求,氯離子含量要小于25ppm,否則就會發生應力腐蝕
        問題描述:對于奧氏體不銹鋼在氯離子環境下的腐蝕,各種權威的書籍均有嚴格的要求,氯離子含量要小于25ppm,否則就會發生應力腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕。但是事實上在工程應用中我們有很多高濃度的氯離子含量的情況下在使用奧氏體不銹鋼,因些分析氯離子對不銹鋼的腐蝕,采取預防措施,延長使用壽命,或合理選材。
 
       內容:Cr和Ni 是不銹鋼獲得耐腐蝕性能最主要的合金元素。Cr 和Ni 使不銹鋼在氧化性介質中生成一層十分致密的氧化膜,使不銹鋼鈍化,降低了不銹鋼在氧化性介質中的腐蝕速度,使不銹鋼的耐腐蝕性能提高。氯離子的活化作用對不銹鋼氧化膜的建立和破壞均起著重要作用,由于氯離子半徑小,穿透能力強,故它最容易穿透氧化膜內極小的孔隙,到達金屬表面,并與金屬相互作用形成了可溶性化合物,使氧化膜的結構發生變化,金屬產生腐蝕。氯離子破壞氧化膜的根本原因是由于氯離子有很強的可被金屬吸附的能力,它們優先被金屬吸附,并從金屬表面把氧排掉。因為氧決定著金屬的鈍化狀態,氯離子和氧爭奪金屬表面上的吸附點,甚至可以取代吸附中的鈍化離子與金屬形成氯化物,氯化物與金屬表面的吸附并不穩定,形成了可溶性物質,這樣導致了腐蝕的加速。
 
        電化學方法研究不銹鋼鈍化狀態的結果表明,氯離子對金屬表面的活化作用只出現在一定的范圍內,存在著1 個特定的電位值,在此電位下,不銹鋼開始活化。這個電位便是膜的擊穿電位,擊穿電位越大,金屬的鈍態越穩定。因此,可以通過擊穿電位值來衡量不銹鋼鈍化狀態的穩定性以及在各種介質中的耐腐蝕能力。
 
不銹鋼的腐蝕失效分析:
 
1、應力腐蝕失:不銹鋼在含有氧的氯離子的腐蝕介質環境產生應力腐蝕。應力腐蝕失效所占的比例高達45 %左右。常用的防護措施:合理選材,選用耐應力腐蝕材料主要有高純奧氏體鉻鎳鋼,高硅奧氏體鉻鎳鋼,高鉻鐵素體鋼和鐵素體—奧氏體雙相鋼。
(1)304型不銹鋼:這是最廉價、最廣泛使用的奧氏體不銹鋼(如食品、化工、原子能等工業設備)。適用于一般的有機和無機介質。例如,濃度<30%、溫度≤100℃或濃度≥30%、溫度<50℃的硝酸;溫度≤100℃的各種濃度的碳酸、氨水和醇類。在硫酸和鹽酸中的耐蝕性差;尤其對含氯介質(如冷卻水)引起的縫隙腐蝕最敏感。在含氯水溶液中的適用條件,見表1-34。PRE為19。
 
(2) 304L型不銹鋼:耐蝕性和用途與304型基本相同。由于含碳量更低(≤0.03%),故耐蝕性(尤其耐晶間腐蝕, 包括焊縫區)和可焊性更好,可用于半焊式或全焊式PHE。
 
(3) 316型不銹鋼:適用于一般的有機和無機介質。例如,天然冷卻水、冷卻塔水、軟化水;碳酸;濃度<50%的醋酸和苛性堿液;醇類和丙酮等溶劑;溫度≤100℃的稀硝酸(濃度<20%=、稀磷酸(濃度<30%=等)。但是,不宜用于硫酸。由于約含2%的Mo,故在海水和其他含氯介質中的耐蝕性比304型好,完全可以替代304型,見表1-34。PRE為25。
 
(4)316L型不銹鋼S9 M: 耐蝕性和用途與316型基本相同。由于含碳量更低(≤0.03%),故可焊性和焊后的耐蝕性也更好,可用于半焊式或全焊式PHE。PRE為25。
 
(5) 317型不銹鋼:適合要求比316型使用壽命更長的工況。由于Cr、Mo、Ni元素的含量比316型稍高,故耐縫隙腐蝕、點蝕和應力腐蝕的性能更好。PRE為30。
 
(6)AISI 904L或 SUS 890L型不銹鋼:是一種兼顧了價格與耐蝕性的高性價比的奧氏體不銹鋼,其耐蝕性比以上幾種材料好,特別適合一般的硫酸、磷酸等酸類和鹵化物(含Cl—、F— )。由于Cr、Ni、Mo含量較高,故具有良好的耐應力腐蝕、點蝕和縫隙腐蝕性能。在含氯介質中的適用條件,見表1-34。PRE為36。
 
(7)Avesta 254 SMO高級不銹鋼:這是一種通過提高Mo含量對316型進行了改進的超低碳高級不銹鋼,具有優良的耐氯化物點蝕和縫隙腐蝕性能,適用于不能用316型的含鹽水、無機酸等介質。在含氯介質中的適用條件,見表5-11。PRE為47。
 
(8)Avesta 654 SMO高級不銹鋼:這是一種Cr、Ni、Mo、N含量均高于254 SMO 的超低碳高級不銹鋼,耐氯化物腐蝕的性能比254 SMO更好,可用于冷的海水。PRE為64。
 
(9)RS-2(OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb)不銹鋼; 這是一種國產的Cr–Ni–Mo-Cu不銹鋼。耐點蝕和縫隙腐蝕的性能相當于316型,而耐應力腐蝕的性能更好?捎糜80 ℃以下的濃硫酸(濃度90~98%),年腐蝕率≤0.04mm/a。PRE為29。
 
(10)Incoloy 825( S):這是一種Ni(40%)–Cr(22%)–Mo(3%)高級不銹鋼。Incoloy是the International Nickel Co.公司的注冊商標。適用于低溫下各種濃度的硫酸;在濃度為50%~70%的苛性堿(如NaOH)溶液中,具有良好的耐蝕性,不產生應力腐蝕開裂。但是,對氯化物引起的縫隙腐蝕卻很敏感。此外,沖壓性能也不太好,故不是板片常用的材料。PRE為32
 
三、幾種國外耐蝕合金的新品種
 
(1)31合金:由904L改進后的(提高Mo、N含量)、標準的6%Mo高級不銹鋼(31%Ni-27%Cr-6.5%Mo-32%Fe)。在許多介質中的耐蝕性比904L更好;在濃度20%~80%、溫度60℃~100℃的硫酸中,耐蝕性能甚至超過 C-276。PRE為34。
 
(2)33合金:一種完全奧氏體化的鉻基高級不銹鋼,其耐蝕性可與Inconel 625等一些Ni-Cr-Mo合金媲美。在酸性和 堿性介質(包括硝酸、硝酸與氫氟酸的混合物)中,具有良好的耐局部腐蝕和應力腐蝕開裂的性能;在濃硝酸中的耐蝕性比304L好得多。例如,適用于濃度大于96%~99%、溫度≤150℃、氧化硫含量小于200 mg/L的硫酸;熱的海水;濃度≤50%、沸騰的強腐蝕性溶液;濃度≤85%、溫度≤150℃的磷酸等。但是,不適用于還原性介質(如稀硫酸等)。價格與C-276相差不多。PRE為50。
 
(3) C-2000合金:一種二十世紀90年代研發的鎳基合金,價格與C-276相近,是以上材料中耐腐蝕性能最好者之一。在中等濃度以下的硫酸、稀鹽酸和沸騰溫度下,濃度≤50%的磷酸,以及熱的氯化物等介質中,其耐蝕性比C-276和 C-22更好, 有取代C-22合金的趨勢。但是,對于濃度≥70%的硫酸,耐蝕性不如C-276。PRE為76
 
(4) 59合金:化學成分與C-2000比較,除了Ni含量稍高(59%),且低Fe,無Cu、W外,其余基本上相同。這是目前鎳基合金中耐蝕性、熱穩定性、可沖壓性和可焊性最好的一種材料,自1990年商業化以來,已廣泛用于硫酸、鹽酸、氫氟酸以及含氯、含氧、低pH值的許多介質。PRE為76,與C-2000相同。
 
 
 
 
 
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