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。
鉻是提高不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐點(dian)(dian)蝕性(xing)能的(de)(de)重要元(yuan)(yuan)素,鉻與氧生(sheng)成(cheng)氧化物(wu),能夠阻止侵蝕性(xing)離(li)子的(de)(de)入侵,能夠提高鈍(dun)化膜的(de)(de)穩定性(xing),提高點(dian)(dian)蝕電位;鎳在不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)作用是改變(bian)材料的(de)(de)晶(jing)體結(jie)構(gou),使(shi)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐腐蝕性(xing)能獲得(de)改善。同時,在非氧化性(xing)介(jie)質(zhi)中(zhong),不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)因鎳元(yuan)(yuan)素的(de)(de)存(cun)在,使(shi)其鈍(dun)化范圍(wei)增大,有利于(yu)再鈍(dun)化。鉬可以提高不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)鈍(dun)化能力,也與氧生(sheng)成(cheng)氧化物(wu),存(cun)在于(yu)鈍(dun)化膜中(zhong),提高鈍(dun)化膜的(de)(de)穩定性(xing)。硫(liu)、磷、碳等非金屬元(yuan)(yuan)素在不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)所(suo)形(xing)成(cheng)的(de)(de)夾雜(za)物(wu)降低了材料的(de)(de)耐點(dian)(dian)蝕性(xing)能。下面(mian)重點(dian)(dian)討論不(bu)銹(xiu)鋼(gang)微觀結(jie)構(gou)對(dui)點(dian)(dian)蝕性(xing)能的(de)(de)影(ying)響,以文獻中(zhong)的(de)(de)點(dian)(dian)蝕失效管道為例進(jin)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,對(dui)母(mu)材、完(wan)整的焊縫(feng)以及已經發(fa)生腐(fu)蝕的焊縫(feng)取樣(yang),在金(jin)相顯微(wei)(wei)鏡下觀察其結構(gou)組(zu)織(zhi),結果如(ru)(ru)圖(tu)2-4所示(shi)。圖(tu)2-4(a)為(wei)母(mu)材的金(jin)相組(zu)織(zhi),奧(ao)氏(shi)體(ti)+孿晶。未發(fa)生腐(fu)蝕的焊縫(feng),其金(jin)相組(zu)織(zhi)為(wei)正常的奧(ao)氏(shi)體(ti)十鐵素(su)體(ti),如(ru)(ru)圖(tu)2-4(b)所示(shi)。但(dan)是,發(fa)生腐(fu)蝕的焊縫(feng),其微(wei)(wei)觀結構(gou)會產生變(bian)化,結構(gou)中存在很(hen)多馬氏(shi)體(ti),如(ru)(ru)圖(tu)2-4(c)所示(shi)。
其(qi)次,對(dui)焊(han)接部位(wei)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)進行能譜分(fen)析,檢(jian)測位(wei)置沿(yan)圖(tu)2-5中標識的(de)箭頭指向。檢(jian)測區域包含三(san)個,如(ru)圖(tu)2-5所示,分(fen)別包含了母(mu)材(cai)(cai)(cai)、完成(cheng)焊(han)縫、已腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)焊(han)縫部分(fen)的(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。掃描線1+2代表了腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)焊(han)縫的(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao);3代表了腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)較輕(qing)部位(wei)的(de)焊(han)縫和母(mu)材(cai)(cai)(cai);4代表了正(zheng)常焊(han)縫和母(mu)材(cai)(cai)(cai)的(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao),檢(jian)測結果如(ru)表2-1所示。通過(guo)與(yu)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)規定成(cheng)分(fen)對(dui)比發(fa)現,發(fa)生腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部位(wei)的(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao),其(qi)鉻、鎳含量(liang)降低。
通過電(dian)(dian)化(hua)學實(shi)驗分析(xi)管材的耐腐蝕性能。通過取樣,制備(bei)成母材、完(wan)整(zheng)焊縫、已(yi)腐蝕焊縫三(san)種(zhong)工作電(dian)(dian)極,利(li)用(yong)動電(dian)(dian)位掃描法測量得到極化(hua)曲(qu)線(xian),結果如圖(tu)(tu)2-6所(suo)示。電(dian)(dian)化(hua)學實(shi)驗完(wan)成后,觀(guan)察試樣表面形貌,如圖(tu)(tu)2-7所(suo)示。
分(fen)析(xi)圖(tu)2-6中(zhong)的(de)(de)(de)極(ji)化曲(qu)線發現:母材(cai)(cai)、完整焊(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)(neng)相(xiang)近;與母材(cai)(cai)、完整焊(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)極(ji)化曲(qu)線相(xiang)比(bi)較(jiao),已(yi)(yi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部分(fen)焊(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)較(jiao)小、維鈍(dun)電(dian)流(liu)密度較(jiao)大(da)。根據鈍(dun)態材(cai)(cai)料(liao)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)判斷(duan)依(yi)據可知(zhi),已(yi)(yi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部位(wei)焊(han)接材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)(neng)較(jiao)低(di)(di)(di)。從實(shi)驗后材(cai)(cai)料(liao)表面(mian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)形(xing)貌來(lai)看(圖(tu)2-7),母材(cai)(cai)、完整焊(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)表面(mian)只(zhi)有(you)很少的(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng),而已(yi)(yi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)部位(wei)焊(han)接材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)表面(mian)不(bu)但點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)數量(liang)多(duo),而且個別點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)的(de)(de)(de)面(mian)積較(jiao)大(da)。通過前面(mian)的(de)(de)(de)微觀(guan)結構(gou)分(fen)析(xi)可知(zhi),在(zai)已(yi)(yi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)焊(han)縫(feng)(feng)材(cai)(cai)料(liao)中(zhong)發現了(le)馬氏體組織,已(yi)(yi)有(you)的(de)(de)(de)研究表明,馬氏體相(xiang)的(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)比(bi)奧氏體相(xiang)低(di)(di)(di),因此,馬氏體相(xiang)的(de)(de)(de)存在(zai)降低(di)(di)(di)了(le)金屬(shu)的(de)(de)(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)(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蝕(shi)的重要素之一,該部分將在最后一章敘述。