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)提高不(bu)(bu)銹鋼耐(nai)點(dian)(dian)蝕性(xing)能(neng)(neng)的(de)重(zhong)要元(yuan)素,鉻與(yu)氧(yang)生(sheng)成(cheng)氧(yang)化(hua)物(wu),能(neng)(neng)夠(gou)(gou)阻止侵蝕性(xing)離子的(de)入侵,能(neng)(neng)夠(gou)(gou)提高鈍(dun)化(hua)膜(mo)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing),提高點(dian)(dian)蝕電位;鎳在(zai)不(bu)(bu)銹鋼中(zhong)的(de)作用是(shi)改(gai)變材料的(de)晶體結(jie)構,使不(bu)(bu)銹鋼耐(nai)腐蝕性(xing)能(neng)(neng)獲得改(gai)善。同時,在(zai)非氧(yang)化(hua)性(xing)介(jie)質中(zhong),不(bu)(bu)銹鋼中(zhong)因鎳元(yuan)素的(de)存在(zai),使其鈍(dun)化(hua)范圍增大,有利于再鈍(dun)化(hua)。鉬可以提高不(bu)(bu)銹鋼的(de)鈍(dun)化(hua)能(neng)(neng)力,也與(yu)氧(yang)生(sheng)成(cheng)氧(yang)化(hua)物(wu),存在(zai)于鈍(dun)化(hua)膜(mo)中(zhong),提高鈍(dun)化(hua)膜(mo)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)。硫、磷、碳等非金屬元(yuan)素在(zai)不(bu)(bu)銹鋼中(zhong)所形成(cheng)的(de)夾(jia)雜物(wu)降(jiang)低了材料的(de)耐(nai)點(dian)(dian)蝕性(xing)能(neng)(neng)。下面重(zhong)點(dian)(dian)討(tao)論不(bu)(bu)銹鋼微觀結(jie)構對點(dian)(dian)蝕性(xing)能(neng)(neng)的(de)影響,以文獻(xian)中(zhong)的(de)點(dian)(dian)蝕失效管(guan)道為例進行說明。
不銹鋼管(guan)道(dao)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,對母材、完整的(de)(de)焊(han)縫(feng)以(yi)及已(yi)經(jing)發生腐蝕(shi)的(de)(de)焊(han)縫(feng)取樣,在(zai)金相(xiang)顯(xian)微鏡下觀(guan)察(cha)其(qi)結(jie)(jie)構(gou)(gou)組(zu)織,結(jie)(jie)果如(ru)(ru)圖(tu)(tu)2-4所示(shi)。圖(tu)(tu)2-4(a)為母材的(de)(de)金相(xiang)組(zu)織,奧氏體(ti)+孿晶。未發生腐蝕(shi)的(de)(de)焊(han)縫(feng),其(qi)金相(xiang)組(zu)織為正常的(de)(de)奧氏體(ti)十(shi)鐵素體(ti),如(ru)(ru)圖(tu)(tu)2-4(b)所示(shi)。但是,發生腐蝕(shi)的(de)(de)焊(han)縫(feng),其(qi)微觀(guan)結(jie)(jie)構(gou)(gou)會產(chan)生變化,結(jie)(jie)構(gou)(gou)中存在(zai)很多(duo)馬氏體(ti),如(ru)(ru)圖(tu)(tu)2-4(c)所示(shi)。

其次,對焊(han)接(jie)部(bu)位(wei)(wei)材(cai)料進行(xing)能譜分(fen)析(xi),檢測位(wei)(wei)置(zhi)沿圖2-5中標識的箭頭指(zhi)向。檢測區(qu)域(yu)包含三個(ge),如圖2-5所示,分(fen)別包含了(le)母(mu)材(cai)、完(wan)成焊(han)縫(feng)(feng)(feng)、已腐(fu)蝕(shi)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)部(bu)分(fen)的材(cai)料。掃(sao)描線1+2代(dai)表(biao)(biao)了(le)腐(fu)蝕(shi)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)的材(cai)料;3代(dai)表(biao)(biao)了(le)腐(fu)蝕(shi)較輕部(bu)位(wei)(wei)的焊(han)縫(feng)(feng)(feng)和(he)母(mu)材(cai);4代(dai)表(biao)(biao)了(le)正常(chang)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)和(he)母(mu)材(cai)的材(cai)料,檢測結果如表(biao)(biao)2-1所示。通過與(yu)材(cai)料規定(ding)成分(fen)對比發現,發生(sheng)腐(fu)蝕(shi)部(bu)位(wei)(wei)的材(cai)料,其鉻(ge)、鎳含量降低。

通過電化(hua)學(xue)實驗分析(xi)管材(cai)的耐(nai)腐蝕性能。通過取(qu)樣,制備成(cheng)母材(cai)、完整焊(han)縫、已腐蝕焊(han)縫三種(zhong)工作(zuo)電極,利用動電位掃描(miao)法測量得到極化(hua)曲(qu)線,結果如圖2-6所示。電化(hua)學(xue)實驗完成(cheng)后,觀察試樣表面形貌,如圖2-7所示。


分析圖2-6中(zhong)的(de)(de)(de)極(ji)化(hua)曲(qu)線發(fa)現:母(mu)材(cai)(cai)(cai)、完(wan)整(zheng)焊(han)(han)縫(feng)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)耐腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)相(xiang)(xiang)(xiang)近;與(yu)母(mu)材(cai)(cai)(cai)、完(wan)整(zheng)焊(han)(han)縫(feng)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)極(ji)化(hua)曲(qu)線相(xiang)(xiang)(xiang)比較(jiao),已(yi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)部分焊(han)(han)縫(feng)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)位較(jiao)小、維(wei)鈍電(dian)流密度較(jiao)大。根據鈍態(tai)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)耐腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)判(pan)斷依據可知(zhi),已(yi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)部位焊(han)(han)接材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)較(jiao)低。從實驗后材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)表(biao)面(mian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)形貌來(lai)看(圖2-7),母(mu)材(cai)(cai)(cai)、完(wan)整(zheng)焊(han)(han)縫(feng)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)只有很少的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)坑,而已(yi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)部位焊(han)(han)接材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)不但點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)數量多,而且個別點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)坑的(de)(de)(de)面(mian)積較(jiao)大。通過前面(mian)的(de)(de)(de)微觀結構分析可知(zhi),在已(yi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)焊(han)(han)縫(feng)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)發(fa)現了(le)馬(ma)氏體(ti)(ti)組(zu)織(zhi),已(yi)有的(de)(de)(de)研究表(biao)明,馬(ma)氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電(dian)位比奧氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)低,因此,馬(ma)氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)存在降(jiang)低了(le)金屬的(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(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銹鋼(gang)腐蝕的重要素之一,該部分將在最后一章敘述。

