氯离子对不锈钢的腐蚀和腐蚀失效分析.docx

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1、氯离子对不锈钢的腐蚀和腐蚀失效分析一、氯离子对不锈钢的腐蚀问题描述：对于奥氏体不锈钢在氯离子环境下的腐蚀，各种权威的书 籍均有严格的要求，氯离子含量要小于25ppm,否则就会发生应力腐蚀、孔 蚀、晶间腐蚀。但是事实上在工程应用中我们有很多高浓度的氯离子含量 的情况下在使用奥氏体不锈钢，因些分析氯离子对不锈钢的腐蚀，采取预 防措施，延长使用寿命，或合理选材。内容：Cr和Ni是不锈钢获得耐腐蚀性能最主要的合金元素。Cr和Ni 使不锈钢在氧化性介质中生成一层十分致密的氧化膜，使不锈钢钝化，降低 了不锈钢在氧化性介质中的腐蚀速度，使不锈钢的耐腐蚀性能提高。氯离子 的活化作用对不锈钢氧化膜的建立和破坏均

2、起着重要作用，由于氯离子半 径小，穿透能力强，故它最容易穿透氧化膜内极小的孔隙，到达金属表面,并 与金属相互作用形成了可溶性化合物,使氧化膜的结构发生变化,金属产生 腐蚀。氯离子破坏氧化膜的根本原因是由于氯离子有很强的可被金属吸附 的能力，它们优先被金属吸附，并从金属表面把氧排掉。因为氧决定着金属 的钝化状态，氯离子和氧争夺金属表面上的吸附点，甚至可以取代吸附中的 钝化离子与金属形成氯化物，氯化物与金属表面的吸附并不稳定，形成了可 溶性物质，这样导致了腐蚀的加速。电化学方法研究不锈钢钝化状态的结果表明，氯离子对金属表面的活 化作用只出现在一定的范围内，存在着1个特定的电位值,在此电位下，不锈

3、钢开始活化。这个电位便是膜的击穿电位,击穿电位越大,金属的钝态越稳 定。因此,可以通过击穿电位值来衡量不锈钢钝化状态的稳定性以及在各种 介质中的耐腐蚀能力。二、不锈钢的腐蚀失效分析1、应力腐蚀失：不锈钢在含有氧的氯离子的腐蚀介质环境产生应力腐 蚀。应力腐蚀失效所占的比例高达45%左右。常用的防护措施：合理选材, 选用耐应力腐蚀材料主要有高纯奥氏体铭银钢，高硅奥氏体铭锲钢，高铭铁 素体钢和铁素体一奥氏体双相钢。其中，以铁素体一（1 ） 304型不锈钢：这 是最廉价、最广泛使用的奥氏体不锈钢（如食品、化工、原子能等工业设 备）。适用于一般的有机和无机介质。例如，浓度30%、温度W100C或 浓度2

4、30%、温度V50C的硝酸；温度W100C的各种浓度的碳酸、氨水和 醇类。在硫酸和盐酸中的耐蚀性差；尤其对含氯介质（如冷却水）引起的缝 隙腐蚀最敏感。在含氯水溶液中的适用条件，见表l-34o PRE为19o（2） 304L型不锈钢：耐蚀性和用途与304型基本相同。由于含碳量更 低（0.03%）,故耐蚀性（尤其耐晶间腐蚀,包括焊缝区）和可焊性更好， 可用于半焊式或全焊式PHE。(3)316型不锈钢：适用于一般的有机和无机介质。例如，天然冷却水、 冷却塔水、软化水；碳酸；浓度50%的醋酸和苛性碱液；醇类和丙酮等 溶剂；温度W100C的稀硝酸(浓度20% =、稀磷酸(浓度V30% =等。 但是，不宜

5、用于硫酸。由于约含2%的Mo,故在海水和其他含氯介质中的耐 蚀性比304型好,完全可以替代304型，见表l-34o PRE为25。(4) 316L型不锈钢)S9M:耐蚀性和用途与316型基本相同。由于含碳 量更低(W0.03%),故可焊性和焊后的耐蚀性也更好，可用于半焊式或 全焊式PHE。PRE为25。(5)317型不锈钢:适合要求比316型使用寿命更长的工况。由于Cr、 Mo、Ni元素的含量比316型稍高，故耐缝隙腐蚀、点蚀和应力腐蚀的性能 更好。PRE为30。(6) AISI904L或SUS890L型不锈钢：是一种兼顾了价格与耐蚀性的高 性价比的奥氏体不锈钢，其耐蚀性比以上几种材料好,特别

6、适合一般的硫酸、 磷酸等酸类和卤化物(含Cl、F-) o由于Cr、Ni、Mo含量较高，故具 有良好的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀性能。在含氯介质中的适用条件，见 表 l-34o PRE 为 36。7)Avesta254SM0高级不锈钢:这是一种通过提高Mo含量对316型进行了改进的超低碳高级不锈钢，具有优良的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能,适用于不能用316型的含盐水、无机酸等介质。在含氯介质中的适用条件, 见表 5-11。PRE 为 47。8)Avesta654SM0高级不锈钢：这是一种Cr、Ni、Mo、N含量均高于254SM0 的超低碳高级不锈钢，耐氯化物腐蚀的性能比254SM0更好,可用于冷的

7、海水。 PRE 为 64。(9) RS-2 (0Cr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb)不锈钢;这是一种国产的 Cr - Ni - Mo-Cu不锈钢。耐点蚀和缝隙腐蚀的性能相当于316型，而耐应力腐蚀的性 能更好。可用于80以下的浓硫酸(浓度9098%),年腐蚀率W0.04mm/a。 PRE 为 29。(10) Tncoloy825(S):这是一种 Ni (40%) - Cr (22%) -Mo (3%) 高级不锈钢。适用于低温下各种浓度的硫酸；在浓度为50%70%的苛性碱 (如NaOH)溶液中，具有良好的耐蚀性，不产生应力腐蚀开裂。但是，对氯化 物引起的缝隙腐蚀却很敏感。此外，冲压性能也不太

8、好，故不是板片常用的 材料。PRE为32三、几种国外耐蚀合金的新品种(1) 31合金：由904L改进后的(提高Mo、N含量)、标准的6%Mo 高级不锈钢(31%Ni-27%Cr-6. 5%Mo-32%Fe)。在许多介质中的耐蚀性比 904L更好；在浓度20%80%、温度60100的硫酸中，耐蚀性能甚至超 过 C-276。 PRE 为 34。2) 33合金：一种完全奥氏体化的铭基高级不锈钢，其耐蚀性可与 Inconel625等一些Ni-Cr-Mo合金媲美。在酸性和碱性介质(包括硝酸、硝 酸与氢氟酸的混合物)中，具有良好的耐局部腐蚀和应力腐蚀开裂的性能； 在浓硝酸中的耐蚀性比304L好得多。例如，

9、适用于浓度大于96%99%、温 度150、氧化硫含量小于200mg/L的硫酸；热的海水；浓度W50%、沸 腾的强腐蚀性溶液；浓度W85%、温度W150C的磷酸等。但是，不适用于 还原性介质(如稀硫酸等)。价格与C-276相差不多。PRE为50。(3)C-2000合金:一种二十世纪90年代研发的银基合金，价格与C-276 相近，是以上材料中耐腐蚀性能最好者之一。在中等浓度以下的硫酸、稀盐 酸和沸腾温度下，浓度W50%的磷酸，以及热的氯化物等介质中，其耐蚀性 比C-276和C-22更好,有取代C-22合金的趋势。但是，对于浓度270%的 硫酸，耐蚀性不如0276。PRE为76(4) 59合金：化学成分与C-2000比较,除了 Ni含量稍高(59%),且低 Fe,无Cu、TV外，其余基本上相同。这是目前银基合金中耐蚀性、热稳定性、 可冲压性和可焊性最好的一种材料，自1990年商业化以来，已广泛用于硫酸、 盐酸、氢氟酸以及含氯、含氧、低pH值的许多介质。PRE为76,与C-2000 相同。