氯離子腐蝕環境選材知識
一(yi)、腐蝕(shi)類型
1、應力腐蝕:
不銹鋼在含有氧的(de)(de)氯(lv)離子的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)介質環境產生應力(li)腐蝕(shi)(shi)。應力(li)腐蝕(shi)(shi)失效所占的(de)(de)比例高達45 %左右。常用的(de)(de)防護(hu)措施:
合理(li)選材(cai):選用耐應力腐蝕材(cai)料主要有(you)高(gao)(gao)純奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)鉻(ge)鎳(nie)鋼,高(gao)(gao)硅奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)鉻(ge)鎳(nie)鋼,高(gao)(gao)鉻(ge)鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)鋼和(he)鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)—奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)雙(shuang)(shuang)相鋼。其中,以鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)—奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)雙(shuang)(shuang)相鋼的抗應力腐蝕能力最好。
控(kong)制應(ying)力(li)(li):裝配(pei)時,盡量減少應(ying)力(li)(li)集中,并使其與介質接(jie)觸(chu)部分(fen)具有最小的(de)殘(can)余應(ying)力(li)(li), 防止磕碰劃傷,嚴格(ge)遵守焊接(jie)工(gong)藝規(gui)范。
嚴格遵守(shou)操作規程:嚴格控制原料成分(fen)(fen)(fen)、流速、介質(zhi)溫度、壓力(li)、pH 值等工藝(yi)(yi)指標。在(zai)工藝(yi)(yi)條件允許(xu)的(de)范圍內添(tian)加緩蝕劑(ji)。鉻鎳(nie)不銹鋼在(zai)溶解有氧(yang)的(de)氯化物中使用時(shi),應(ying)把氧(yang)的(de)質(zhi)量分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)降低到1. 0×10 - 6 以下(xia)。實(shi)踐證明(ming),在(zai)含有氯離子質(zhi)量分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)為500. 0 ×10 - 6 的(de)水中,只需加入質(zhi)量分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)為150. 0 ×10 - 6 的(de)硝酸(suan)鹽和(he)質(zhi)量分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)為0. 5 ×10 - 6亞(ya)硫酸(suan)鈉混合物,就可以得(de)到良好的(de)效果。
2、孔蝕失效及預防措(cuo)施
小孔(kong)腐蝕(shi)(shi)一(yi)般在(zai)(zai)靜止的介質中(zhong)容易(yi)發(fa)生。蝕(shi)(shi)孔(kong)通常沿(yan)著(zhu)重力方向(xiang)(xiang)或橫向(xiang)(xiang)方向(xiang)(xiang)發(fa)展(zhan)(zhan),孔(kong)蝕(shi)(shi)一(yi)旦形成,即向(xiang)(xiang)深處自動加速。,不(bu)銹(xiu)鋼表面的氧化膜在(zai)(zai)含有氯(lv)(lv)離子的水溶液中(zhong)便產生了溶解,結果在(zai)(zai)基底金(jin)屬上生成孔(kong)徑為20μm~30μm 小蝕(shi)(shi)坑(keng),這(zhe)些小蝕(shi)(shi)坑(keng)便是(shi)孔(kong)蝕(shi)(shi)核。只要介質中(zhong)含有一(yi)定(ding)量的氯(lv)(lv)離子,便可能使蝕(shi)(shi)核發(fa)展(zhan)(zhan)成蝕(shi)(shi)孔(kong)。
常見(jian)預(yu)防措施:
在(zai)(zai)不(bu)銹鋼中加(jia)入(ru)鉬、氮、硅等元(yuan)素或(huo)加(jia)入(ru)這些元(yuan)素的(de)(de)同時提高鉻含(han)量(liang)。降低氯離子在(zai)(zai)介質中的(de)(de)含(han)量(liang)。加(jia)入(ru)緩蝕(shi)劑,增(zeng)加(jia)鈍(dun)化膜的(de)(de)穩定性或(huo)有利(li)于受損(sun)鈍(dun)化膜得以再鈍(dun)化。采用外(wai)加(jia)陰極電(dian)流保護,抑制孔蝕(shi)。
3、點腐蝕
由于任何金(jin)屬材料都不同程度(du)的(de)存在(zai)非(fei)金(jin)屬夾(jia)雜物,這(zhe)些非(fei)金(jin)屬化合物,在(zai)Cl 離子的(de)腐蝕作(zuo)用下將很快形成(cheng)坑(keng)點腐蝕,在(zai)閉(bi)塞電池的(de)作(zuo)用,坑(keng)外的(de)Cl 離子將向坑(keng)內遷移(yi),而帶正電荷(he)的(de)坑(keng)內金(jin)屬離子將向坑(keng)外遷移(yi)。在(zai)不銹鋼材料中,加Mo的(de)材料比(bi)不加Mo的(de)材料在(zai)耐點腐蝕性(xing)能(neng)方(fang)面要好,Mo含量添(tian)加的(de)越多,耐坑(keng)點腐蝕的(de)性(xing)能(neng)越好。
4.縫(feng)隙腐(fu)蝕
縫(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)與坑(keng)點腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)機理(li)一(yi)(yi)樣,是由于(yu)縫(feng)隙(xi)(xi)中(zhong)存(cun)在閉塞電池的(de)(de)作用,導(dao)致(zhi)Cl 離子(zi)富(fu)集而出現的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)現象。這類(lei)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)一(yi)(yi)般發生在法蘭墊片(pian)、搭(da)接縫(feng)、螺栓(shuan)螺帽的(de)(de)縫(feng)隙(xi)(xi),以及換熱管(guan)(guan)與管(guan)(guan)板孔的(de)(de)縫(feng)隙(xi)(xi)部位,縫(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)與縫(feng)隙(xi)(xi)中(zhong)靜止溶液(ye)的(de)(de)濃縮有很大關系(xi),一(yi)(yi)旦有了縫(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)環境,其誘導(dao)應力腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)幾率是很高的(de)(de)。
二 幾(ji)種不銹鋼在含氯水溶液中(zhong)的適用條件
1 304型不銹鋼
這是最(zui)(zui)廉價、最(zui)(zui)廣泛使用的奧氏體(ti)不銹鋼(如食品、化工(gong)、原子(zi)能等工(gong)業設備)。適用于(yu)一般(ban)的有機(ji)和(he)無機(ji)介質。例如,濃(nong)(nong)度<30%、溫(wen)度≤100℃或(huo)濃(nong)(nong)度≥30%、溫(wen)度<50℃的硝酸(suan)(suan);溫(wen)度≤100℃的各種濃(nong)(nong)度的碳酸(suan)(suan)、氨水(shui)和(he)醇類(lei)。在硫酸(suan)(suan)和(he)鹽酸(suan)(suan)中(zhong)的耐(nai)蝕性差;尤(you)其對(dui)含氯介質(如冷卻水(shui))引起的縫隙腐蝕最(zui)(zui)敏感(gan)。
2 304L 型(xing)不銹鋼
耐蝕性(xing)(xing)和用途與304 型基本相同(tong)。由于含碳量(liang)更低(di)(≤0.03%),故耐蝕性(xing)(xing)(尤其耐晶間腐(fu)蝕, 包(bao)括焊(han)縫區)和可焊(han)性(xing)(xing)更好,可用于半焊(han)式(shi)或全(quan)焊(han)式(shi)PHE。
3 316 型不銹鋼(gang)
適用于一(yi)般的(de)有機和無機介(jie)質(zhi)。例(li)如,天(tian)然(ran)冷(leng)卻水、冷(leng)卻塔水、軟(ruan)化水;碳酸(suan)(suan);濃度<50%的(de)醋酸(suan)(suan)和苛(ke)性(xing)堿液;醇類和丙酮等(deng)(deng)溶劑;溫(wen)度≤100℃的(de)稀硝酸(suan)(suan)(濃度<20%=、稀磷酸(suan)(suan)(濃度<30%=等(deng)(deng)。但是(shi),不宜用于硫酸(suan)(suan)。由于約含2%的(de)Mo,故(gu)在海水和其(qi)他含氯介(jie)質(zhi)中的(de)耐蝕(shi)性(xing)比304 型好,完全(quan)可以替代304 型。
4 316L型不銹鋼
耐(nai)蝕性(xing)和(he)用途(tu)與316 型基本相同(tong)。由于含碳量更低(≤0.03%),故可焊(han)性(xing)和(he)焊(han)后的(de)耐(nai)蝕性(xing)也(ye)更好(hao),可用于半焊(han)式或全焊(han)式PHE。
5 317 型不銹鋼
適合(he)要求比316 型使用(yong)壽命(ming)更長(chang)的(de)工況。由(you)于Cr、Mo、Ni元(yuan)素的(de)含量比316 型稍高(gao),故(gu)耐縫隙(xi)腐蝕(shi)(shi)、點(dian)蝕(shi)(shi)和應力腐蝕(shi)(shi)的(de)性能更好。
6 AISI 904L或 SUS 890L 型不銹鋼
這是一(yi)種(zhong)(zhong)兼顧了價(jia)格(ge)與(yu)耐蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)高(gao)性(xing)價(jia)比的(de)(de)奧(ao)氏體不銹鋼,其耐蝕(shi)(shi)性(xing)比以(yi)上幾種(zhong)(zhong)材料好,特別適合(he)一(yi)般的(de)(de)硫酸(suan)、磷(lin)酸(suan)等酸(suan)類和鹵化物(含Cl—、F— )。由于(yu)Cr、Ni、Mo含量較高(gao),故具有良好的(de)(de)耐應力腐蝕(shi)(shi)、點(dian)蝕(shi)(shi)和縫隙腐蝕(shi)(shi)性(xing)能。
7 Avesta 254 SMO高級不銹鋼
這(zhe)是(shi)一(yi)種通過(guo)提高(gao)Mo含量對316 型進行了改進的(de)超低(di)碳高(gao)級不銹鋼,具有優(you)良的(de)耐氯化物點(dian)蝕(shi)和縫隙腐蝕(shi)性能,適用(yong)(yong)于不能用(yong)(yong)316 型的(de)含鹽水、無機酸等(deng)介質。
8 Avesta 654 SMO高級不銹(xiu)鋼
這是一(yi)種(zhong)Cr、Ni、Mo、N含量均(jun)高于254 SMO 的(de)(de)超低碳(tan)高級(ji)不(bu)銹鋼,耐氯化物腐蝕的(de)(de)性能比(bi)254 SMO更好,可用于冷的(de)(de)海水。
9 RS-2(OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb)不銹鋼
這(zhe)是一種國(guo)產的(de)(de)Cr–Ni–Mo-Cu 不銹(xiu)鋼。耐點蝕(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)性能(neng)相(xiang)當于316型,而(er)耐應力腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)性能(neng)更(geng)好。可用于80 ℃以下的(de)(de)濃硫(liu)酸(濃度90~98%),年腐(fu)蝕(shi)率≤0.04mm/a。
10 Incoloy 825( S)
這是(shi)(shi)一種(zhong)Ni(40%)–Cr(22%)–Mo(3%)高級(ji)不銹鋼。Incoloy 是(shi)(shi)the nternational Nickel Co.公司的(de)(de)注冊(ce)商(shang)標。適用于低溫(wen)下(xia)各種(zhong)濃度(du)的(de)(de)硫酸;在濃度(du)為50%~70%的(de)(de)苛性堿(如NaOH)溶液中,具(ju)有良好的(de)(de)耐(nai)蝕性,不產生應力(li)腐蝕開裂。但(dan)是(shi)(shi),對氯(lv)化(hua)物引起的(de)(de)縫隙(xi)腐蝕卻很敏感。此外,沖壓(ya)性能(neng)也(ye)不太好,故(gu)不是(shi)(shi)板片常(chang)用的(de)(de)材(cai)料。
11 31 合金
由(you)904L改進后(hou)的(提高(gao)Mo、N含量)、標(biao)準的6%Mo高(gao)級不(bu)銹鋼(31%Ni-27%Cr-6.5%Mo-32%Fe)。在許多介質中(zhong)的耐蝕(shi)性(xing)比904L更好;在濃度(du)20%~80%、溫度(du)60℃~100℃的硫酸(suan)中(zhong),耐蝕(shi)性(xing)能(neng)甚至超過 C-276。
12 33 合金(jin)
一(yi)種(zhong)完全奧氏(shi)體化的(de)(de)(de)(de)鉻基(ji)高級不(bu)銹鋼,其耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)可與Inconel 625等(deng)(deng)一(yi)些Ni-Cr-Mo合(he)金媲(pi)美。在酸(suan)(suan)性(xing)和堿性(xing)介質(zhi)(包括硝酸(suan)(suan)、硝酸(suan)(suan)與氫氟(fu)酸(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)混合(he)物)中,具有良(liang)好的(de)(de)(de)(de)耐(nai)局(ju)部(bu)腐蝕(shi)(shi)和應(ying)力腐蝕(shi)(shi)開裂(lie)的(de)(de)(de)(de)性(xing)能;在濃(nong)硝酸(suan)(suan)中的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)比304L好得多。例如,適用(yong)于(yu)(yu)濃(nong)度(du)(du)大于(yu)(yu)96%~99%、溫度(du)(du)≤150℃、氧化硫含(han)量小于(yu)(yu)200 mg/L的(de)(de)(de)(de)硫酸(suan)(suan);熱的(de)(de)(de)(de)海水;濃(nong)度(du)(du)≤50%、沸騰的(de)(de)(de)(de)強腐蝕(shi)(shi)性(xing)溶(rong)液;濃(nong)度(du)(du)≤85%、溫度(du)(du)≤150℃的(de)(de)(de)(de)磷酸(suan)(suan)等(deng)(deng)。但是,不(bu)適用(yong)于(yu)(yu)還原性(xing)介質(zhi)(如稀硫酸(suan)(suan)等(deng)(deng))。價格與C-276相(xiang)差不(bu)多。
13 C-2000 合(he)金
一種(zhong)二十世(shi)紀90 年代研發的(de)鎳基合金,價(jia)格與C-276 相近,是以(yi)上材料中(zhong)耐(nai)腐蝕(shi)性能最好(hao)者(zhe)之一。在中(zhong)等濃度以(yi)下(xia)的(de)硫(liu)酸(suan)、稀鹽酸(suan)和沸騰溫度下(xia),濃度≤50%的(de)磷酸(suan),以(yi)及熱的(de)氯化(hua)物(wu)等介質中(zhong),其耐(nai)蝕(shi)性比C-276 和 C-22更(geng)好(hao), 有取代C-22 合金的(de)趨勢。但是,對(dui)于濃度≥70%的(de)硫(liu)酸(suan),耐(nai)蝕(shi)性不如C-276。
14 59 合金
化學(xue)成分與C-2000比較,除了Ni 含量稍(shao)高(59%),且低Fe,無Cu、W外(wai),其(qi)余基(ji)本上相同。這(zhe)是目前鎳基(ji)合金中耐蝕性(xing)、熱穩定性(xing)、可沖壓性(xing)和可焊性(xing)最好的一種材(cai)料(liao),自1990年商業化以來(lai),已廣泛用(yong)于硫(liu)酸、鹽酸、氫氟酸以及(ji)含氯、含氧(yang)、低pH值的許多(duo)介質。
三 基(ji)于(yu)溫度及氯離子(zi)含量(liang)的材料選用表