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(ge)是提高(gao)不銹(xiu)(xiu)鋼耐(nai)點(dian)(dian)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)重要元(yuan)素,鉻(ge)與(yu)(yu)氧(yang)(yang)生(sheng)成(cheng)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu),能(neng)(neng)夠阻止侵蝕性(xing)(xing)離(li)子的(de)(de)(de)(de)入侵,能(neng)(neng)夠提高(gao)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing),提高(gao)點(dian)(dian)蝕電位;鎳在(zai)不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)作用是改變材料的(de)(de)(de)(de)晶體結構,使(shi)不銹(xiu)(xiu)鋼耐(nai)腐蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)獲得(de)改善。同時,在(zai)非氧(yang)(yang)化(hua)(hua)性(xing)(xing)介質中(zhong)(zhong),不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)(zhong)因鎳元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)存在(zai),使(shi)其鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)范圍增大(da),有利(li)于再鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)。鉬可以(yi)提高(gao)不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)能(neng)(neng)力(li),也(ye)與(yu)(yu)氧(yang)(yang)生(sheng)成(cheng)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu),存在(zai)于鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)膜(mo)中(zhong)(zhong),提高(gao)鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)。硫、磷、碳等非金屬(shu)元(yuan)素在(zai)不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)(zhong)所(suo)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)夾雜物(wu)(wu)降低了材料的(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)。下面重點(dian)(dian)討論(lun)不銹(xiu)(xiu)鋼微觀結構對點(dian)(dian)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響,以(yi)文獻中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕失效管道(dao)為例進行說明。
不銹鋼管道材料為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(xian),對(dui)母(mu)材(cai)、完整(zheng)的(de)焊縫以及(ji)已(yi)經發(fa)生腐蝕的(de)焊縫取樣,在(zai)金相(xiang)顯微鏡下觀察其(qi)結(jie)構組(zu)織(zhi),結(jie)果如(ru)圖2-4所(suo)(suo)示。圖2-4(a)為(wei)母(mu)材(cai)的(de)金相(xiang)組(zu)織(zhi),奧氏體(ti)(ti)+孿(luan)晶。未(wei)發(fa)生腐蝕的(de)焊縫,其(qi)金相(xiang)組(zu)織(zhi)為(wei)正常的(de)奧氏體(ti)(ti)十鐵素體(ti)(ti),如(ru)圖2-4(b)所(suo)(suo)示。但是,發(fa)生腐蝕的(de)焊縫,其(qi)微觀結(jie)構會(hui)產生變化,結(jie)構中存在(zai)很多馬氏體(ti)(ti),如(ru)圖2-4(c)所(suo)(suo)示。

其次(ci),對焊(han)接(jie)部(bu)(bu)位材(cai)料(liao)進行能譜(pu)分(fen)析,檢測位置沿圖2-5中(zhong)標(biao)識的(de)箭頭指(zhi)向。檢測區域包含(han)(han)三個,如(ru)圖2-5所(suo)示,分(fen)別包含(han)(han)了(le)母(mu)材(cai)、完成焊(han)縫(feng)、已腐蝕焊(han)縫(feng)部(bu)(bu)分(fen)的(de)材(cai)料(liao)。掃描(miao)線1+2代表了(le)腐蝕焊(han)縫(feng)的(de)材(cai)料(liao);3代表了(le)腐蝕較(jiao)輕(qing)部(bu)(bu)位的(de)焊(han)縫(feng)和(he)母(mu)材(cai);4代表了(le)正(zheng)常焊(han)縫(feng)和(he)母(mu)材(cai)的(de)材(cai)料(liao),檢測結果如(ru)表2-1所(suo)示。通過與材(cai)料(liao)規(gui)定成分(fen)對比(bi)發(fa)現,發(fa)生腐蝕部(bu)(bu)位的(de)材(cai)料(liao),其鉻、鎳含(han)(han)量降(jiang)低。

通過電(dian)(dian)化(hua)學(xue)實驗(yan)分析管(guan)材的耐腐蝕性能。通過取樣,制備成(cheng)母(mu)材、完(wan)整焊縫、已腐蝕焊縫三(san)種工(gong)作電(dian)(dian)極,利用(yong)動電(dian)(dian)位掃(sao)描法測量(liang)得到(dao)極化(hua)曲(qu)線,結果如圖2-6所示。電(dian)(dian)化(hua)學(xue)實驗(yan)完(wan)成(cheng)后,觀察(cha)試樣表面形貌,如圖2-7所示。


分析圖2-6中(zhong)的(de)極化曲線(xian)發現(xian):母材(cai)(cai)、完整(zheng)(zheng)焊(han)縫材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)蝕性能相(xiang)近;與母材(cai)(cai)、完整(zheng)(zheng)焊(han)縫材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)極化曲線(xian)相(xiang)比(bi)(bi)較(jiao),已(yi)(yi)腐(fu)蝕部(bu)分焊(han)縫材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)點(dian)(dian)(dian)蝕電(dian)位較(jiao)小、維(wei)鈍(dun)電(dian)流(liu)密(mi)度較(jiao)大(da)。根據鈍(dun)態材(cai)(cai)料(liao)(liao)耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)蝕性能的(de)判斷依據可知,已(yi)(yi)腐(fu)蝕部(bu)位焊(han)接材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)耐(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕性能較(jiao)低。從實驗后(hou)材(cai)(cai)料(liao)(liao)表(biao)面(mian)(mian)腐(fu)蝕形貌來(lai)看(kan)(圖2-7),母材(cai)(cai)、完整(zheng)(zheng)焊(han)縫材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)表(biao)面(mian)(mian)只(zhi)有很少的(de)點(dian)(dian)(dian)蝕坑,而(er)已(yi)(yi)腐(fu)蝕部(bu)位焊(han)接材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)表(biao)面(mian)(mian)不但點(dian)(dian)(dian)蝕數量多(duo),而(er)且個(ge)別點(dian)(dian)(dian)蝕坑的(de)面(mian)(mian)積較(jiao)大(da)。通(tong)過前面(mian)(mian)的(de)微觀結(jie)構分析可知,在已(yi)(yi)腐(fu)蝕焊(han)縫材(cai)(cai)料(liao)(liao)中(zhong)發現(xian)了(le)馬氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織,已(yi)(yi)有的(de)研究表(biao)明,馬氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)的(de)點(dian)(dian)(dian)蝕電(dian)位比(bi)(bi)奧氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)低,因此,馬氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)的(de)存(cun)在降低了(le)金屬的(de)耐(nai)(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕性能。
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(xiu)鋼腐蝕(shi)的重要素之一,該部分將在最后一章敘述。

