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。
鉻是提高不(bu)(bu)銹(xiu)鋼耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)重要(yao)元素,鉻與(yu)氧生(sheng)成氧化(hua)(hua)(hua)物(wu),能(neng)(neng)夠阻止侵蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)離子(zi)的(de)(de)入(ru)侵,能(neng)(neng)夠提高鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)的(de)(de)穩定性(xing)(xing),提高點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電位;鎳在(zai)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼中的(de)(de)作用是改變材料的(de)(de)晶(jing)體結構(gou),使(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼耐(nai)腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)獲得改善。同時,在(zai)非(fei)氧化(hua)(hua)(hua)性(xing)(xing)介質中,不(bu)(bu)銹(xiu)鋼中因鎳元素的(de)(de)存(cun)在(zai),使(shi)其鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)范圍增大,有(you)利于再鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)。鉬(mu)可以提高不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)能(neng)(neng)力,也與(yu)氧生(sheng)成氧化(hua)(hua)(hua)物(wu),存(cun)在(zai)于鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)中,提高鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)的(de)(de)穩定性(xing)(xing)。硫、磷(lin)、碳等非(fei)金屬元素在(zai)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼中所(suo)形成的(de)(de)夾雜物(wu)降低了材料的(de)(de)耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。下面重點(dian)(dian)討論不(bu)(bu)銹(xiu)鋼微(wei)觀結構(gou)對點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)影響(xiang),以文獻中的(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)失(shi)效管道為例進行說明。
不銹鋼管(guan)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(dui)母材(cai)(cai)、完整的(de)焊(han)(han)縫(feng)以及(ji)已經發(fa)(fa)生(sheng)腐蝕的(de)焊(han)(han)縫(feng)取樣,在金(jin)相顯微鏡下觀察(cha)其(qi)結(jie)構(gou)組織,結(jie)果如(ru)圖(tu)2-4所(suo)(suo)示。圖(tu)2-4(a)為母材(cai)(cai)的(de)金(jin)相組織,奧(ao)氏(shi)體(ti)+孿晶(jing)。未發(fa)(fa)生(sheng)腐蝕的(de)焊(han)(han)縫(feng),其(qi)金(jin)相組織為正(zheng)常(chang)的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)十(shi)鐵素體(ti),如(ru)圖(tu)2-4(b)所(suo)(suo)示。但是,發(fa)(fa)生(sheng)腐蝕的(de)焊(han)(han)縫(feng),其(qi)微觀結(jie)構(gou)會產(chan)生(sheng)變化,結(jie)構(gou)中存在很多馬(ma)氏(shi)體(ti),如(ru)圖(tu)2-4(c)所(suo)(suo)示。
其(qi)次,對焊(han)接(jie)部(bu)位(wei)材(cai)(cai)(cai)料進行能譜分(fen)析(xi),檢測(ce)位(wei)置沿圖2-5中標識的(de)(de)箭頭(tou)指向。檢測(ce)區域包含三個(ge),如圖2-5所(suo)示(shi),分(fen)別包含了(le)母材(cai)(cai)(cai)、完成(cheng)焊(han)縫(feng)(feng)、已腐(fu)(fu)蝕(shi)焊(han)縫(feng)(feng)部(bu)分(fen)的(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料。掃描線1+2代表(biao)了(le)腐(fu)(fu)蝕(shi)焊(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料;3代表(biao)了(le)腐(fu)(fu)蝕(shi)較輕(qing)部(bu)位(wei)的(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)和(he)母材(cai)(cai)(cai);4代表(biao)了(le)正(zheng)常焊(han)縫(feng)(feng)和(he)母材(cai)(cai)(cai)的(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料,檢測(ce)結果如表(biao)2-1所(suo)示(shi)。通過與材(cai)(cai)(cai)料規(gui)定成(cheng)分(fen)對比(bi)發現,發生腐(fu)(fu)蝕(shi)部(bu)位(wei)的(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料,其(qi)鉻、鎳含量降低。
通(tong)過電化學實驗(yan)(yan)分析管材(cai)(cai)的(de)耐腐(fu)蝕性能(neng)。通(tong)過取樣,制(zhi)備成(cheng)母材(cai)(cai)、完(wan)整焊(han)縫(feng)、已腐(fu)蝕焊(han)縫(feng)三種工作電極,利(li)用動電位掃描法測量得到極化曲線,結(jie)果(guo)如(ru)圖2-6所示。電化學實驗(yan)(yan)完(wan)成(cheng)后(hou),觀(guan)察(cha)試樣表面形(xing)貌,如(ru)圖2-7所示。
分析圖2-6中的(de)(de)(de)極化(hua)曲線(xian)發現:母材(cai)(cai)、完(wan)整(zheng)焊(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)耐腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)相近;與母材(cai)(cai)、完(wan)整(zheng)焊(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)極化(hua)曲線(xian)相比較,已腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部分焊(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電位較小、維(wei)鈍電流(liu)密度較大(da)。根據(ju)(ju)鈍態(tai)材(cai)(cai)料(liao)耐腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)判斷依據(ju)(ju)可知,已腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部位焊(han)接材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)較低(di)。從實驗(yan)后材(cai)(cai)料(liao)表面(mian)(mian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)形(xing)貌來看(圖2-7),母材(cai)(cai)、完(wan)整(zheng)焊(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)只(zhi)有很少的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑,而已腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部位焊(han)接材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)不但(dan)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)數量多,而且個(ge)別點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑的(de)(de)(de)面(mian)(mian)積較大(da)。通過前(qian)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)微觀(guan)結構分析可知,在(zai)已腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)焊(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)中發現了(le)馬氏體(ti)組織,已有的(de)(de)(de)研究表明,馬氏體(ti)相的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電位比奧氏體(ti)相低(di),因此,馬氏體(ti)相的(de)(de)(de)存在(zai)降低(di)了(le)金(jin)屬的(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)(dian)蝕(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(gang)腐蝕的重要素之一,該部分將在最后一章敘述。