氯离子对不锈钢的腐蚀

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1、氯离子对不锈钢的腐蚀(2012-02-28 18:51:09) 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。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铬镍钢,高硅奥氏体铬镍钢,高铬铁素体钢和铁素体奥氏体

2、双相钢。其中,以铁素体奥氏体双相钢的抗应力腐蚀能力最好。控制应力：装配时,尽量减少应力集中,并使其与介质接触部分具有最小的残余应力，防止磕碰划伤,严格遵守焊接工艺规范。严格遵守操作规程：严格控制原料成分、流速、介质温度、压力、pH 值等工艺指标。在工艺条件允许的范围内添加缓蚀剂。铬镍不锈钢在溶解有氧的氯化物中使用时,应把氧的质量分数降低到 1. 0 10 - 6 以下。实践证明,在含有氯离子质量分数为 500. 0 10 - 6 的水中,只需加入质量分数为 150. 0 10 - 6 的硝酸盐和质量分数为 0. 5 10 - 6亚硫酸钠混合物,就可以得到良好的效果。2、孔蚀失效及预防措施小孔腐

3、蚀一般在静止的介质中容易发生。蚀孔通常沿着重力方向或横向方向发展,孔蚀一旦形成,即向深处自动加速。,不锈钢表面的氧化膜在含有氯离子的水溶液中便产生了溶解，结果在基底金属上生成孔径为 20m30m 小蚀坑,这些小蚀坑便是孔蚀核。只要介质中含有一定量的氯离子,便可能使蚀核发展成蚀孔。常见预防措施：在不锈钢中加入钼、氮、硅等元素或加入这些元素的同时提高铬含量。降低氯离子在介质中的含量。加入缓蚀剂,增加钝化膜的稳定性或有利于受损钝化膜得以再钝化。采用外加阴极电流保护,抑制孔蚀。3、点腐蚀：由于任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，这些非金属化合物，在 Cl 离子的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀，在闭

4、塞电池的作用，坑外的 Cl 离子将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移。在不锈钢材料中，加 Mo 的材料比不加 Mo 的材料在耐点腐蚀性能方面要好，Mo 含量添加的越多，耐坑点腐蚀的性能越好。4.缝隙腐蚀缝隙腐蚀与坑点腐蚀机理一样，是由于缝隙中存在闭塞电池的作用，导致 Cl 离子富集而出现的腐蚀现象。这类腐蚀一般发生在法兰垫片、搭接缝、螺栓螺帽的缝隙，以及换热管与管板孔的缝隙部位，缝隙腐蚀与缝隙中静止溶液的浓缩有很大关系，一旦有了缝隙腐蚀环境，其诱导应力腐蚀的几率是很高的。总结1：几种不锈钢在含氯(Cl)水溶液中的适用条件一、板片材料的选用（1）注：不含气体、PH 值为 7(即中性

5、)、流动的含氯水溶液。（2）奥氏体不锈钢对硫化物(SO2 、SO3)腐蚀有一定的抗力。但是，Ni 含量越高，耐蚀性将降低（因生成低熔点 NiS）,可能引起硫化物应力腐蚀开裂。硫化物应力腐蚀开裂同材料的硬度有关，奥氏体不锈钢的硬度应HB228；Ni-Mo 或NiMoCr 合金的硬度不限；碳素钢的硬度应HB225；3）必须注意板片材料与垫片或胶粘剂的相容性。例如，应避免将含氯的垫片或胶粘剂（如氯丁橡胶或以其为溶质的胶粘剂）与不锈钢板片组配,或者将氟橡胶、聚四氟乙烯（PTFE）垫片与钛板板片组配；二、 板片常用材料的特点及适用条件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

6、、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100或浓度30、温度50的硝酸；温度100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 1-34。PRE 为 19。（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100

7、的稀硝酸（浓度20、稀磷酸（浓度30等。但是,不宜用于硫酸。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 1-34。PRE 为 25。（4）316L 型不锈钢) S9 M：耐蚀性和用途与 316 型基本相同。由于含碳量更低（0.03），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）AISI 904L 或 SUS 890L 型不

8、锈钢这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,特别适合一般的硫酸、磷酸等酸类和卤化物（含 Cl、F ）。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 1-34。PRE 为 36。7）Avesta 254 SMO 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）Avesta 654 SMO 高级不锈钢这是一种 Cr、

9、Ni、Mo、N 含量均高于 254 SMO 的超低碳高级不锈钢,耐氯化物腐蚀的性能比 254 SMO 更好,可用于冷的海水。PRE 为 64。（9）RS-2（OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb）不锈钢;这是一种国产的 CrNiMo-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0.04mm/a。PRE 为 29。（10）Incoloy 825( S) ,这是一种 Ni（40）Cr（22）Mo（3）高级不锈钢。Incoloy 是 the International Nickel Co.公司的注册商标。适

10、用于低温下各种浓度的硫酸；在浓度为 5070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 6Mo 高级不锈钢(31Ni-27Cr-6.5Mo-32Fe)。在许多介质中的耐蚀性比 904L 更好；在浓度 2080、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铬基高级不锈钢，其耐蚀性可与 Inconel 625

11、 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,适用于浓度大于 9699、温度150、氧化硫含量小于 200 mg/L 的硫酸；热的海水；浓度50、沸腾的强腐蚀性溶液；浓度85、温度150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 年代研发的镍基合金,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50的磷

12、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70的硫酸,耐蚀性不如 C-276。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、W 外,其余基本上相同。这是目前镍基合金中耐蚀性、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。总结 2：不锈钢在含氯离子介质中的适用范围最高温度 25 50 60 75 80 100 120 1

13、30氯离子含量(mg/L) 10 304 304 304 304 304 304 304 31625 304 304 304 304 304 316 316 31640 304 304 304 304 316 316 316 904L50 304 304 304 316 316 316 316 904L75 304 304 316 316 316 316 316 904L80 304 316 316 316 316 316 316 904L100 304 316 316 316 316 316 904L 254120 316 316 316 316 316 904L 904L 254130 3

14、16 316 316 316 316 904L 254 254150 316 316 316 316 316 254 254 254180 316 316 316 316 904L 254 254 TA1250 316 316 316 904L 254 254 254 TA1300 316 316 904L 254 254 254 254 TA1400 316 904L 254 254 254 254 TA1 TA1500 904L 904L 254 254 254 TA1 TA1 TA1750 904L 254 254 254 TA1 TA1 TA1 TA11000 904L 254 254 TA1 TA1 TA1 TA1 TA11800 254 254 TA1 TA1 TA1 TA1 TA1 TA15000 254 TA1 TA1 TA1 TA1 TA1 TA1 TA17300 TA1 TA1 TA1 TA1 TA1 TA1 TA1 TA1 结论：根据以上分析，为延长不锈钢在氯离子的环境下的寿命，可在工艺条件允许的情况下，加入适当的缓蚀剂或选择合理的材料，可考虑选用非金属材料或衬里材料，来达到最佳的经济效益。