304不銹鋼管的點蝕失效案例分析

主要內容1.案例介紹2.宏觀形貌3.金相與X射線熒光能譜儀分析4.實驗分析對比5.預防方法6.結論1.案例介紹本案例討論的是某食品機械公司的一套管殼式冷凝器，其中空心冷卻管材質均為304不銹鋼。使用一段時間后，發現有多根冷卻管在焊縫處或者管材本身發生點蝕現象，點蝕孔穿透管材本身，孔的形狀為不規則圓形，半徑≤3mm。冷卻管中所通的冷卻液為無色透明狀，管材外壁光亮如新，但是管材內壁有大量淺黃色沉積物。經現場用硝酸銀溶液（AgNO3）對工作時流經管內的冷卻液進行滴定，明顯產生大量的白色AgCl沉淀，由此可以證明工作環境中氯離子的存在。為了證明CL-離子對304不銹鋼的腐蝕作用進行了一系列的實驗。關于304不銹鋼

304不銹鋼（是一種通用性的不銹鋼材料，防銹性能比200系列的不銹鋼材料要強。耐高溫方面也比較好，一般使用溫度極限小于650℃。304不銹鋼具有優良的不銹耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。對氧化性酸，在實驗中得出：濃度≤65%的沸騰溫度以下的硝酸中，304不銹鋼具有很強的抗腐蝕性。對堿溶液及大部分有機酸和無機酸亦具有良好的耐腐蝕能力。2.宏觀形貌對該304不銹鋼管腐蝕樣品進行宏觀檢查，樣品表面光亮，直徑φ15mm的空心圓柱，但在管材中部以及側斷面有明顯的點蝕現象，點蝕孔穿透管材本身，孔的形狀為不規則圓形，半徑≤3mm。3.金相分析

將該樣品切割為20mm的長度的試樣，并將圓柱表面壓平，方便進行金相顯微鏡觀察，首先借助砂紙除去試樣表面的雜物，再使用金相砂紙對試樣逐級拋光，用無水乙醇對拋光表面清洗，烘干后，用王水腐蝕。最后用金相顯微鏡觀察樣品點蝕孔處的顯微組織，并通過對304不銹鋼的金相分析，來研究是否也存在應力腐蝕裂紋。圖為試樣表面所拍金相照片，可以明顯的看到試樣表面存在多個黑色點蝕孔。4.X射線熒光能譜儀分析簡單介紹：X射線熒光能譜儀。是對被測試樣中所含元素進行定性定量分析最為準確的儀器之一。能夠對樣品所含有的從Na—U范圍內所有元素進行分析。精確度從0.0001%—100%，具有較強的分析能力。通過XRF對試樣的點蝕孔處從近及遠等距離分別測定了鉻含量。

從表中可以看出，距離點蝕孔越近，則Cr含量越低。從距離點蝕孔最遠的3號位置到距離最近的1號位置，Cr含量下降了將近2%。

標準304不銹鋼中鉻含量應為18％—20％,而試樣中的鉻含量均低于標準值，靠近點蝕孔的強腐蝕區域甚至少了將近3％。之所以產生這么大的差異，從點蝕孔的生長形態來看，點蝕孔從形槽直至穿孔，此處的的氯離子由于聚集，濃度必然大于非點蝕孔處。而氯離子又易與Cr生成Cr-Cl化合物，所以對不銹鋼中鉻含量確實會造成相當程度的影響，甚至會有出現“貧鉻區”的可能，而鉻含量的減少也造成了304不銹鋼防腐性能的下降。不銹鋼中Cr含量隨靠近點蝕孔距離的變化5.實驗分析對比

為了驗證CL-離子對于304不銹鋼的腐蝕作用，我們取兩個新的不銹鋼管試樣，腐蝕實驗前先進行形貌照片拍攝和金相照片拍攝，，計算每個試樣表面積約為30cm2，，每個試樣需要在600ml的腐蝕溶液，配置6％FeCl3＋0.05mol/LHCL的腐蝕液1.8L，在腐蝕溶液中分別浸泡2h、24h，浸泡后取出試樣，清水沖洗并烘干后拍攝樣品表面形貌照片以及進行金相觀察。完好的未被腐蝕304鋼金相圖已被腐蝕的304鋼金相圖

進行對比可以發現，腐蝕后的試樣出現數量較多的黑色的點蝕，不均勻分布于基體奧氏體間，圖（c）（d）中從點蝕孔處延伸出應力腐蝕裂紋，呈人字形；表面為灰暗色，并且在裂紋兩邊可清楚看到有大量新的點腐蝕孔產生，只有金屬表面的保護膜局部破壞后，才能萌生裂紋。膜的局部破壞與金屬表面存在的位錯露頭、晶界、相界等微觀缺陷有關。這些微觀缺陷可使膜局部產生內應力，當金屬受力時，它們還可以引起局部應力集中和應變集中，集中塑變區的滑移臺階能引起表面膜的破裂。對之前我們得出304不銹鋼的點蝕孔往往是產生應力腐蝕的腐蝕源提供了有利的證據。點腐蝕孔和應力腐蝕裂紋304不銹鋼防腐蝕措施1.鍍層防護，在不銹鋼上鍍適當的金屬或合金，則可改善表面狀況，抵抗活性陰離子的侵襲，提高其力學性能（如耐磨性，硬度等）以及耐蝕性，從而可延長其使用壽命。2.降低環境的侵蝕性，包括對酸度、溫度、氧化劑和鹵素離子的控制，其中要特別注意避免氯離子向局部濃縮。3.提高工作環境中溶液的流速或攪拌溶液，使溶液中的氧及氧化劑的濃度均勻化，避免溶液停滯不動，防止有害物質附著在構件表面上。4.添加緩蝕劑或某些緩蝕性離子,如:對不銹鋼加入硫酸鹽、硝酸鹽、高氯酸鹽等。5.對材料進行合理的熱處理，如對304不銹鋼進行固溶處理狀態下，可獲得最佳的耐點蝕性能。結論1.304不銹鋼基于氯離子環境下產生的點腐蝕存在應力腐蝕，最后導致穿孔現象的產生。