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(bu)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。
鉻是提高(gao)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)重要元(yuan)素(su)(su),鉻與(yu)氧(yang)生(sheng)成(cheng)(cheng)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu),能(neng)夠阻止侵蝕(shi)性(xing)(xing)離子的(de)(de)(de)(de)入侵,能(neng)夠提高(gao)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing),提高(gao)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)電位;鎳在(zai)(zai)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)是改變材料的(de)(de)(de)(de)晶體(ti)結(jie)(jie)構,使不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)耐(nai)(nai)腐蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)獲得改善(shan)。同時,在(zai)(zai)非氧(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)(xing)介質中(zhong),不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)因鎳元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai),使其鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)范圍增(zeng)大,有利于再鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)。鉬(mu)可以(yi)提高(gao)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)能(neng)力,也與(yu)氧(yang)生(sheng)成(cheng)(cheng)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu),存(cun)在(zai)(zai)于鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜中(zhong),提高(gao)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)。硫、磷、碳等非金屬元(yuan)素(su)(su)在(zai)(zai)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)所(suo)形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)夾雜物(wu)(wu)降低了(le)材料的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)。下面重點(dian)(dian)(dian)討論不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)微(wei)觀結(jie)(jie)構對點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)影響,以(yi)文獻(xian)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)失效管(guan)道為例進行說明。
不銹鋼(gang)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、完整的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫以(yi)及已經發生(sheng)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫取(qu)樣,在(zai)金相(xiang)(xiang)顯微鏡下(xia)觀察其結(jie)構(gou)組織(zhi),結(jie)果如圖(tu)(tu)2-4所示(shi)。圖(tu)(tu)2-4(a)為母(mu)材的(de)(de)(de)金相(xiang)(xiang)組織(zhi),奧氏體(ti)(ti)+孿晶(jing)。未(wei)發生(sheng)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫,其金相(xiang)(xiang)組織(zhi)為正常(chang)的(de)(de)(de)奧氏體(ti)(ti)十鐵素體(ti)(ti),如圖(tu)(tu)2-4(b)所示(shi)。但是,發生(sheng)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫,其微觀結(jie)構(gou)會產生(sheng)變化,結(jie)構(gou)中存(cun)在(zai)很多馬氏體(ti)(ti),如圖(tu)(tu)2-4(c)所示(shi)。
其(qi)次(ci),對(dui)(dui)焊接部(bu)位(wei)材(cai)(cai)料進行能(neng)譜分(fen)析,檢測位(wei)置沿(yan)圖2-5中標識的(de)箭頭指向。檢測區域包含三個,如圖2-5所示,分(fen)別包含了(le)(le)母材(cai)(cai)、完(wan)成(cheng)焊縫(feng)(feng)、已腐蝕(shi)焊縫(feng)(feng)部(bu)分(fen)的(de)材(cai)(cai)料。掃描線(xian)1+2代(dai)表(biao)了(le)(le)腐蝕(shi)焊縫(feng)(feng)的(de)材(cai)(cai)料;3代(dai)表(biao)了(le)(le)腐蝕(shi)較輕部(bu)位(wei)的(de)焊縫(feng)(feng)和母材(cai)(cai);4代(dai)表(biao)了(le)(le)正常焊縫(feng)(feng)和母材(cai)(cai)的(de)材(cai)(cai)料,檢測結(jie)果如表(biao)2-1所示。通(tong)過與材(cai)(cai)料規定(ding)成(cheng)分(fen)對(dui)(dui)比發現,發生腐蝕(shi)部(bu)位(wei)的(de)材(cai)(cai)料,其(qi)鉻、鎳(nie)含量降低。
通(tong)過(guo)電化學實驗分(fen)析管材(cai)的(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能。通(tong)過(guo)取樣,制備成(cheng)母材(cai)、完整焊縫、已腐(fu)蝕(shi)焊縫三(san)種工(gong)作電極,利(li)用動電位掃描法測量得到(dao)極化曲線,結果如圖2-6所示。電化學實驗完成(cheng)后,觀察試樣表面形貌(mao),如圖2-7所示。
分(fen)析圖(tu)2-6中的(de)(de)(de)(de)極化曲線(xian)發現:母材(cai)(cai)、完整(zheng)焊(han)(han)縫材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)相(xiang)近;與母材(cai)(cai)、完整(zheng)焊(han)(han)縫材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)極化曲線(xian)相(xiang)比(bi)較(jiao),已(yi)(yi)(yi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)部分(fen)焊(han)(han)縫材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電位較(jiao)小、維鈍電流密度較(jiao)大。根(gen)據鈍態材(cai)(cai)料(liao)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)判斷依(yi)據可(ke)知,已(yi)(yi)(yi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)部位焊(han)(han)接(jie)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)較(jiao)低(di)。從(cong)實驗后材(cai)(cai)料(liao)表(biao)面(mian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)形貌來看(圖(tu)2-7),母材(cai)(cai)、完整(zheng)焊(han)(han)縫材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)只有(you)很少的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)坑,而(er)已(yi)(yi)(yi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)部位焊(han)(han)接(jie)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)不但(dan)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)數(shu)量多,而(er)且個別(bie)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)坑的(de)(de)(de)(de)面(mian)積較(jiao)大。通過前面(mian)的(de)(de)(de)(de)微觀(guan)結構分(fen)析可(ke)知,在已(yi)(yi)(yi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)焊(han)(han)縫材(cai)(cai)料(liao)中發現了馬(ma)氏(shi)體(ti)組織,已(yi)(yi)(yi)有(you)的(de)(de)(de)(de)研究表(biao)明,馬(ma)氏(shi)體(ti)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)電位比(bi)奧氏(shi)體(ti)相(xiang)低(di),因此,馬(ma)氏(shi)體(ti)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)存在降低(di)了金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能(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腐(fu)蝕(shi)的重要素之一,該部分將在最后一章敘述。