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(xiu)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(shi)(shi)提(ti)(ti)高不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)的重要(yao)元(yuan)(yuan)素(su),鉻與氧生成氧化(hua)(hua)(hua)物,能(neng)夠(gou)阻止侵蝕(shi)性(xing)(xing)離子(zi)的入侵,能(neng)夠(gou)提(ti)(ti)高鈍化(hua)(hua)(hua)膜(mo)的穩(wen)定性(xing)(xing),提(ti)(ti)高點(dian)(dian)蝕(shi)電位;鎳在不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的作用(yong)是(shi)(shi)改(gai)變材(cai)料(liao)的晶體結(jie)構(gou),使(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)獲(huo)得改(gai)善。同時,在非氧化(hua)(hua)(hua)性(xing)(xing)介質中(zhong),不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)因(yin)鎳元(yuan)(yuan)素(su)的存(cun)在,使(shi)其鈍化(hua)(hua)(hua)范圍增大,有利于再鈍化(hua)(hua)(hua)。鉬可以提(ti)(ti)高不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的鈍化(hua)(hua)(hua)能(neng)力,也與氧生成氧化(hua)(hua)(hua)物,存(cun)在于鈍化(hua)(hua)(hua)膜(mo)中(zhong),提(ti)(ti)高鈍化(hua)(hua)(hua)膜(mo)的穩(wen)定性(xing)(xing)。硫、磷、碳等非金屬元(yuan)(yuan)素(su)在不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)所形成的夾雜(za)物降低了材(cai)料(liao)的耐(nai)點(dian)(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)。下面重點(dian)(dian)討論不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)微觀結(jie)構(gou)對點(dian)(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)的影(ying)響(xiang),以文獻中(zhong)的點(dian)(dian)蝕(shi)失效管(guan)道為例進行說(shuo)明(ming)。
不(bu)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(cai)、完整的焊縫以及已經發(fa)生(sheng)腐蝕(shi)的焊縫取樣,在(zai)金(jin)(jin)(jin)相(xiang)顯微鏡(jing)下觀察其(qi)結構(gou)(gou)組(zu)織(zhi),結果如(ru)圖(tu)2-4所示(shi)。圖(tu)2-4(a)為(wei)母(mu)材(cai)的金(jin)(jin)(jin)相(xiang)組(zu)織(zhi),奧氏(shi)體(ti)+孿晶。未發(fa)生(sheng)腐蝕(shi)的焊縫,其(qi)金(jin)(jin)(jin)相(xiang)組(zu)織(zhi)為(wei)正常的奧氏(shi)體(ti)十(shi)鐵素體(ti),如(ru)圖(tu)2-4(b)所示(shi)。但是,發(fa)生(sheng)腐蝕(shi)的焊縫,其(qi)微觀結構(gou)(gou)會產(chan)生(sheng)變化,結構(gou)(gou)中存在(zai)很多馬氏(shi)體(ti),如(ru)圖(tu)2-4(c)所示(shi)。
其次(ci),對焊(han)接部(bu)位(wei)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)進行能譜(pu)分(fen)析,檢測位(wei)置沿圖2-5中標識的(de)箭頭指向。檢測區域(yu)包含三個(ge),如(ru)圖2-5所示,分(fen)別包含了(le)母材(cai)(cai)(cai)(cai)、完成焊(han)縫(feng)(feng)、已腐蝕(shi)(shi)(shi)焊(han)縫(feng)(feng)部(bu)分(fen)的(de)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)。掃(sao)描線1+2代(dai)表了(le)腐蝕(shi)(shi)(shi)焊(han)縫(feng)(feng)的(de)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao);3代(dai)表了(le)腐蝕(shi)(shi)(shi)較輕部(bu)位(wei)的(de)焊(han)縫(feng)(feng)和母材(cai)(cai)(cai)(cai);4代(dai)表了(le)正常(chang)焊(han)縫(feng)(feng)和母材(cai)(cai)(cai)(cai)的(de)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao),檢測結果如(ru)表2-1所示。通(tong)過與材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)規定(ding)成分(fen)對比發現,發生腐蝕(shi)(shi)(shi)部(bu)位(wei)的(de)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao),其鉻、鎳含量降低。
通過電(dian)(dian)化學(xue)實驗分析管材(cai)的耐腐蝕性能(neng)。通過取樣(yang)(yang),制(zhi)備成母材(cai)、完(wan)整焊縫、已腐蝕焊縫三種工作電(dian)(dian)極,利用動電(dian)(dian)位掃(sao)描法測(ce)量得到極化曲線,結果(guo)如圖2-6所示。電(dian)(dian)化學(xue)實驗完(wan)成后(hou),觀察試樣(yang)(yang)表面形(xing)貌,如圖2-7所示。
分析圖2-6中的(de)(de)(de)(de)(de)極化曲(qu)線發現:母(mu)材(cai)、完整(zheng)焊(han)(han)縫(feng)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能相近;與母(mu)材(cai)、完整(zheng)焊(han)(han)縫(feng)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)極化曲(qu)線相比較,已(yi)腐(fu)(fu)蝕(shi)部(bu)分焊(han)(han)縫(feng)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei)較小、維鈍電(dian)流密(mi)度較大。根(gen)據鈍態材(cai)料(liao)(liao)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)判斷依(yi)據可知,已(yi)腐(fu)(fu)蝕(shi)部(bu)位(wei)(wei)(wei)焊(han)(han)接(jie)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)蝕(shi)性(xing)能較低(di)(di)。從實驗后材(cai)料(liao)(liao)表面(mian)腐(fu)(fu)蝕(shi)形貌來看(圖2-7),母(mu)材(cai)、完整(zheng)焊(han)(han)縫(feng)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)只(zhi)有很少的(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)坑(keng),而(er)(er)已(yi)腐(fu)(fu)蝕(shi)部(bu)位(wei)(wei)(wei)焊(han)(han)接(jie)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)不但點(dian)蝕(shi)數量多,而(er)(er)且個別點(dian)蝕(shi)坑(keng)的(de)(de)(de)(de)(de)面(mian)積較大。通過前面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)微觀結(jie)構分析可知,在(zai)已(yi)腐(fu)(fu)蝕(shi)焊(han)(han)縫(feng)材(cai)料(liao)(liao)中發現了馬氏體組織,已(yi)有的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究表明,馬氏體相的(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei)比奧氏體相低(di)(di),因(yin)此,馬氏體相的(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)降(jiang)低(di)(di)了金屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)蝕(shi)性(xing)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鋼腐蝕的重要素之一,該部分將在最后一章敘述。