不銹鋼點蝕的影響因素包括材料、環境、應力、流場以及設備結構等多個方面,其中材料是抑制點蝕的根本原因。不銹鋼耐點蝕性能與材料的合金成分、金相組織、表面狀態以及表面夾雜物等都有關系。如前所述,不銹鋼(gang)表面含夾雜物的位置,是材料的薄弱環節,其耐點蝕性能大大降低,在腐蝕性介質中,一般夾雜物處會優先被破壞,引起點蝕。
鉻是(shi)提(ti)高不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐點蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)重要元素(su),鉻與(yu)氧(yang)生成氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物,能(neng)(neng)夠阻止侵(qin)蝕(shi)(shi)性(xing)離子的(de)(de)入侵(qin),能(neng)(neng)夠提(ti)高鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)膜的(de)(de)穩(wen)定性(xing),提(ti)高點蝕(shi)(shi)電(dian)位;鎳(nie)在(zai)(zai)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)作用是(shi)改變材(cai)料的(de)(de)晶體結(jie)構,使(shi)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐腐蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)獲得改善。同時,在(zai)(zai)非(fei)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)性(xing)介質中(zhong)(zhong),不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)因鎳(nie)元素(su)的(de)(de)存在(zai)(zai),使(shi)其(qi)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)范(fan)圍增大,有(you)利于(yu)再鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)。鉬可以(yi)提(ti)高不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)能(neng)(neng)力,也與(yu)氧(yang)生成氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物,存在(zai)(zai)于(yu)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)膜中(zhong)(zhong),提(ti)高鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)膜的(de)(de)穩(wen)定性(xing)。硫、磷、碳(tan)等非(fei)金屬元素(su)在(zai)(zai)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)所形(xing)成的(de)(de)夾雜物降低了(le)材(cai)料的(de)(de)耐點蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)。下面(mian)重點討論不(bu)銹(xiu)鋼(gang)微觀結(jie)構對點蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)影(ying)響(xiang),以(yi)文獻中(zhong)(zhong)的(de)(de)點蝕(shi)(shi)失效(xiao)管道(dao)為例進(jin)行說明。
不(bu)銹鋼管道材料為S30403,管內液體為貧胺液。其中,液體中SO2-4含量約為130~140g/L,Cl-含量約為20~60mg/kg,以及含有少量的SO2-3,pH約為4.5。管道運行不到2個月,就發現在管道連接處因點蝕而發生泄漏。為分析材料對點蝕材料耐點蝕性能的影響,進行了微觀組織觀察、成分檢測以及電化學實驗。
首先,對母(mu)材(cai)、完整的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)以及(ji)已(yi)經發(fa)生(sheng)腐蝕(shi)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)取樣,在金(jin)相顯微鏡下觀(guan)察其(qi)結(jie)構組織,結(jie)果如(ru)圖(tu)2-4所示(shi)(shi)。圖(tu)2-4(a)為母(mu)材(cai)的(de)金(jin)相組織,奧氏體(ti)+孿晶。未發(fa)生(sheng)腐蝕(shi)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng),其(qi)金(jin)相組織為正常的(de)奧氏體(ti)十鐵素體(ti),如(ru)圖(tu)2-4(b)所示(shi)(shi)。但是(shi),發(fa)生(sheng)腐蝕(shi)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng),其(qi)微觀(guan)結(jie)構會產生(sheng)變(bian)化(hua),結(jie)構中存在很多(duo)馬氏體(ti),如(ru)圖(tu)2-4(c)所示(shi)(shi)。

其(qi)次,對焊(han)(han)(han)接部(bu)位(wei)(wei)(wei)材(cai)料(liao)進行能譜分(fen)析,檢(jian)測位(wei)(wei)(wei)置沿(yan)圖(tu)2-5中標識的(de)(de)箭(jian)頭指(zhi)向。檢(jian)測區域包含(han)三個,如(ru)(ru)圖(tu)2-5所示,分(fen)別包含(han)了母(mu)材(cai)、完成焊(han)(han)(han)縫、已腐(fu)(fu)蝕(shi)焊(han)(han)(han)縫部(bu)分(fen)的(de)(de)材(cai)料(liao)。掃描線1+2代(dai)表了腐(fu)(fu)蝕(shi)焊(han)(han)(han)縫的(de)(de)材(cai)料(liao);3代(dai)表了腐(fu)(fu)蝕(shi)較輕部(bu)位(wei)(wei)(wei)的(de)(de)焊(han)(han)(han)縫和(he)母(mu)材(cai);4代(dai)表了正常焊(han)(han)(han)縫和(he)母(mu)材(cai)的(de)(de)材(cai)料(liao),檢(jian)測結果(guo)如(ru)(ru)表2-1所示。通過與(yu)材(cai)料(liao)規定成分(fen)對比發現(xian),發生腐(fu)(fu)蝕(shi)部(bu)位(wei)(wei)(wei)的(de)(de)材(cai)料(liao),其(qi)鉻、鎳含(han)量降低。

通過(guo)(guo)電(dian)化(hua)學實驗分析管材的耐腐蝕性能。通過(guo)(guo)取樣(yang),制備(bei)成母材、完整焊縫(feng)、已腐蝕焊縫(feng)三種工作(zuo)電(dian)極,利用動電(dian)位(wei)掃描(miao)法測量得到極化(hua)曲線,結果如(ru)圖2-6所示。電(dian)化(hua)學實驗完成后,觀察試樣(yang)表面形貌,如(ru)圖2-7所示。


分析圖2-6中的(de)(de)(de)極(ji)化曲線(xian)發(fa)現(xian)(xian):母(mu)材(cai)、完整焊(han)(han)(han)縫(feng)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)相(xiang)近;與(yu)母(mu)材(cai)、完整焊(han)(han)(han)縫(feng)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)極(ji)化曲線(xian)相(xiang)比(bi)較,已(yi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部(bu)分焊(han)(han)(han)縫(feng)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)點蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)較小、維鈍(dun)電流密度較大(da)。根(gen)據鈍(dun)態材(cai)料(liao)(liao)(liao)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)判斷依據可知,已(yi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部(bu)位(wei)焊(han)(han)(han)接(jie)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)較低。從實驗后材(cai)料(liao)(liao)(liao)表面(mian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)形貌來看(kan)(圖2-7),母(mu)材(cai)、完整焊(han)(han)(han)縫(feng)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)表面(mian)只有很少的(de)(de)(de)點蝕(shi)(shi)(shi)坑,而已(yi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部(bu)位(wei)焊(han)(han)(han)接(jie)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)表面(mian)不但(dan)點蝕(shi)(shi)(shi)數(shu)量多,而且個(ge)別點蝕(shi)(shi)(shi)坑的(de)(de)(de)面(mian)積較大(da)。通過前面(mian)的(de)(de)(de)微觀結(jie)構(gou)分析可知,在已(yi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)焊(han)(han)(han)縫(feng)材(cai)料(liao)(liao)(liao)中發(fa)現(xian)(xian)了馬氏(shi)體(ti)組織(zhi),已(yi)有的(de)(de)(de)研(yan)究表明,馬氏(shi)體(ti)相(xiang)的(de)(de)(de)點蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)比(bi)奧氏(shi)體(ti)相(xiang)低,因此,馬氏(shi)體(ti)相(xiang)的(de)(de)(de)存在降低了金屬的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)。
另外,受力狀態對點蝕的形成也有一定影響。存在應力的情況下,應力能夠提高金屬電化學活性、促進MnS等夾雜物的溶解,使點蝕優先在此處發生。材料表面的粗糙度也是影響不(bu)銹鋼腐(fu)蝕的重要素之一,該部分將在最后一章敘述。

