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。
鉻是提(ti)高不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕性(xing)(xing)(xing)能的(de)重(zhong)要(yao)元(yuan)素(su),鉻與(yu)氧(yang)(yang)(yang)生成(cheng)(cheng)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)物,能夠阻止侵(qin)蝕性(xing)(xing)(xing)離(li)子的(de)入侵(qin),能夠提(ti)高鈍(dun)(dun)化(hua)膜的(de)穩定(ding)性(xing)(xing)(xing),提(ti)高點(dian)(dian)(dian)蝕電位;鎳在(zai)(zai)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)作用是改變材料的(de)晶(jing)體結構(gou),使(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)耐(nai)腐蝕性(xing)(xing)(xing)能獲(huo)得改善。同時,在(zai)(zai)非(fei)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)性(xing)(xing)(xing)介質中(zhong)(zhong),不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)因鎳元(yuan)素(su)的(de)存在(zai)(zai),使(shi)其鈍(dun)(dun)化(hua)范(fan)圍增大,有(you)利于再鈍(dun)(dun)化(hua)。鉬(mu)可以提(ti)高不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)鈍(dun)(dun)化(hua)能力,也與(yu)氧(yang)(yang)(yang)生成(cheng)(cheng)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)物,存在(zai)(zai)于鈍(dun)(dun)化(hua)膜中(zhong)(zhong),提(ti)高鈍(dun)(dun)化(hua)膜的(de)穩定(ding)性(xing)(xing)(xing)。硫、磷(lin)、碳等非(fei)金屬元(yuan)素(su)在(zai)(zai)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)所形成(cheng)(cheng)的(de)夾雜物降低(di)了材料的(de)耐(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕性(xing)(xing)(xing)能。下面重(zhong)點(dian)(dian)(dian)討論不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)微觀(guan)結構(gou)對點(dian)(dian)(dian)蝕性(xing)(xing)(xing)能的(de)影(ying)響,以文獻中(zhong)(zhong)的(de)點(dian)(dian)(dian)蝕失(shi)效(xiao)管道(dao)為例進(jin)行(xing)說明。
不(bu)銹(xiu)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)縫(feng)以及已(yi)經發生(sheng)(sheng)(sheng)腐(fu)蝕的(de)焊(han)縫(feng)取(qu)樣(yang),在金相顯微鏡下觀(guan)察其結構(gou)組(zu)(zu)織(zhi),結果如圖(tu)2-4所示。圖(tu)2-4(a)為母(mu)材(cai)的(de)金相組(zu)(zu)織(zhi),奧氏(shi)體(ti)+孿(luan)晶。未發生(sheng)(sheng)(sheng)腐(fu)蝕的(de)焊(han)縫(feng),其金相組(zu)(zu)織(zhi)為正常的(de)奧氏(shi)體(ti)十(shi)鐵素體(ti),如圖(tu)2-4(b)所示。但(dan)是,發生(sheng)(sheng)(sheng)腐(fu)蝕的(de)焊(han)縫(feng),其微觀(guan)結構(gou)會產生(sheng)(sheng)(sheng)變化,結構(gou)中(zhong)存(cun)在很多馬氏(shi)體(ti),如圖(tu)2-4(c)所示。
其次,對焊(han)(han)接部(bu)位材料進(jin)行能譜分析,檢測位置沿圖2-5中標識(shi)的(de)箭頭指向。檢測區(qu)域包(bao)含三個,如(ru)圖2-5所示,分別包(bao)含了母(mu)材、完(wan)成(cheng)焊(han)(han)縫、已腐蝕(shi)焊(han)(han)縫部(bu)分的(de)材料。掃描線(xian)1+2代表(biao)了腐蝕(shi)焊(han)(han)縫的(de)材料;3代表(biao)了腐蝕(shi)較(jiao)輕部(bu)位的(de)焊(han)(han)縫和母(mu)材;4代表(biao)了正(zheng)常焊(han)(han)縫和母(mu)材的(de)材料,檢測結果如(ru)表(biao)2-1所示。通過與材料規(gui)定成(cheng)分對比發現,發生腐蝕(shi)部(bu)位的(de)材料,其鉻、鎳含量(liang)降(jiang)低。
通(tong)過(guo)電化學(xue)實(shi)驗(yan)(yan)分析管材的耐(nai)腐(fu)蝕性能。通(tong)過(guo)取樣(yang),制備成母材、完(wan)整焊(han)縫、已(yi)腐(fu)蝕焊(han)縫三(san)種工作電極,利用(yong)動電位(wei)掃描法測量得到極化曲(qu)線,結果(guo)如圖(tu)2-6所示(shi)。電化學(xue)實(shi)驗(yan)(yan)完(wan)成后,觀察試樣(yang)表面形貌,如圖(tu)2-7所示(shi)。
分析(xi)圖2-6中的(de)(de)(de)(de)(de)極化(hua)曲(qu)線發(fa)現(xian)(xian):母(mu)材(cai)(cai)、完整焊(han)(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能相(xiang)近;與母(mu)材(cai)(cai)、完整焊(han)(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)極化(hua)曲(qu)線相(xiang)比較(jiao),已(yi)(yi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部分焊(han)(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)較(jiao)小、維(wei)鈍電流密(mi)度較(jiao)大。根據(ju)鈍態材(cai)(cai)料(liao)(liao)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能的(de)(de)(de)(de)(de)判斷依據(ju)可(ke)知(zhi),已(yi)(yi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部位(wei)(wei)焊(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性能較(jiao)低。從實(shi)驗后材(cai)(cai)料(liao)(liao)表(biao)面腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)形貌來看(圖2-7),母(mu)材(cai)(cai)、完整焊(han)(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面只有很(hen)少的(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑,而已(yi)(yi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部位(wei)(wei)焊(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面不但(dan)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)數量多,而且個別點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑的(de)(de)(de)(de)(de)面積(ji)較(jiao)大。通過前面的(de)(de)(de)(de)(de)微觀結構(gou)分析(xi)可(ke)知(zhi),在已(yi)(yi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)焊(han)(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)中發(fa)現(xian)(xian)了馬氏體組織,已(yi)(yi)有的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究表(biao)明,馬氏體相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電位(wei)(wei)比奧(ao)氏體相(xiang)低,因此,馬氏體相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)存在降低了金屬的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)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(bu)銹鋼腐(fu)蝕的重要素之一,該部分將在最后一章敘述。