1.背景描述

客戶(hu)送檢(jian)樣品為4英(ying)寸不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)，內(nei)(nei)表面腐(fu)蝕嚴重。該(gai)鋼(gang)管(guan)材質為304不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)，表面無(wu)鍍層，使(shi)用環境為廢水處(chu)理，鋼(gang)管(guan)內(nei)(nei)為含氯離子(zi)的(de)水蒸氣，壓力為1~2公斤(jin)。設備已建設完成2年，實際運行時(shi)間約7個月。根據客戶(hu)反饋，該(gai)管(guan)道內(nei)(nei)壁腐(fu)蝕為普(pu)遍現(xian)象。

2.來樣照片

送(song)檢樣品宏觀形貌如圖(tu)1所示(shi)，內表面腐蝕(shi)嚴(yan)重，布(bu)滿黃色(se)腐蝕(shi)產物。

圖1 送檢樣品宏(hong)觀形貌

3宏/微觀分析

送檢樣品宏觀(guan)形(xing)貌如圖2所示，內表(biao)面腐(fu)蝕嚴重，布滿黃色腐(fu)蝕產物。對(dui)黃色腐(fu)蝕產物取樣做微觀(guan)形(xing)貌及能(neng)譜分析(xi)，結(jie)果如圖3所示。腐(fu)蝕產物為(wei)黃黑色，較為(wei)疏松(song)，能(neng)譜分析(xi)表(biao)明(ming)含(han)有Cl、O、Na、Ca、Al、S等(deng)元(yuan)(yuan)素(su)，其中Cl元(yuan)(yuan)素(su)為(wei)不銹鋼腐(fu)蝕敏感元(yuan)(yuan)素(su)。

圖2 內表面(mian)宏(hong)觀形貌

圖3 內表(biao)面微觀形貌

4材質分析

對送檢(jian)鋼管進(jin)行材質(zhi)分(fen)(fen)析(xi)，包括(kuo)成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析(xi)、金(jin)相分(fen)(fen)析(xi)（含夾雜物分(fen)(fen)析(xi)及組織分(fen)(fen)析(xi)）。

4.1  取樣位置

取樣位置(zhi)如圖4所示(shi)。

圖4 材質分析(xi)取(qu)樣位置

4.2  成分分析

對送檢(jian)(jian)樣品基(ji)材金屬進行成(cheng)分(fen)分(fen)析(xi)，測試標(biao)準為(wei)SN/T 2718-2010及GB/T 20123-2006。分(fen)析(xi)儀器為(wei)紅外(wai)碳硫分(fen)析(xi)儀、電感耦合等(deng)離子體(ti)發射光譜，結果如表1所示。根據(ju)GB/T 20878-2007 《不(bu)銹鋼(gang)和(he)耐熱鋼(gang) 牌號及化學成(cheng)分(fen)標(biao)準》，送檢(jian)(jian)管子材料為(wei)S30408（即304，非304L），但Cr含量低(di)于標(biao)準要求。

表(biao)1 成分檢驗結果(guo)（wt%）

4.3  金相分析

（1）夾雜物

夾雜(za)物分析(xi)結果如(ru)圖5所示。根據標準GB/T 10561-2005，夾雜(za)物級別(bie)為B1+D0.5，材(cai)料較為潔(jie)凈，夾雜(za)物較少。

圖5 夾雜物分析(xi)結果(guo)

（2）組織分析

分別對橫(heng)截(jie)(jie)面和縱截(jie)(jie)面取樣制成金相樣品(pin)，利用王水侵蝕后分析其金相組織，如圖(tu)6所(suo)示。橫(heng)截(jie)(jie)面及縱截(jie)(jie)面組織均為(wei)奧(ao)氏體+孿晶，根據(ju)標準GB/T 6394-2002，晶粒度(du)6.0級。送檢4’’管(guan)子組織正常(chang)，未見晶粒不均、有害相析出等缺陷。

圖6 基(ji)體組(zu)織

5.腐蝕處截面分析

5.1  取樣位置

在管(guan)子內(nei)壁腐蝕處取(qu)樣進(jin)行截面(mian)分析(xi)，取(qu)樣位(wei)置(zhi)如(ru)圖(tu)7所示。

圖7 截(jie)面分析(xi)樣品取樣位置

5.2  截面分析

樣品橫(heng)截面(mian)經鑲(xiang)樣拋光(guang)后宏觀(guan)形(xing)貌如圖8所示。可見內壁(bi)存在很多的(de)蝕坑。微觀(guan)形(xing)貌見圖9所示，內壁(bi)微觀(guan)形(xing)貌為典型點蝕坑形(xing)貌，這與(yu)表面(mian)腐蝕產(chan)物中含有氯元素一(yi)致。

圖8 截面分析樣品(pin)宏觀形貌

圖9 截(jie)面(mian)分析樣品內表面(mian)微觀(guan)形貌

6.綜合分析

根據上述分析，得出以下結論：

（1）送檢樣(yang)品內(nei)表面腐(fu)蝕嚴重(zhong)，布滿(man)黃色腐(fu)蝕產物。能譜(pu)分析表明內(nei)壁(bi)腐(fu)蝕產物含有(you)Cl、O、Na、Ca等元素。

（2）送(song)檢(jian)管(guan)子材料(liao)為S30408（即304，非304L），但(dan)Cr含量比GB/T 20878-2007 《不(bu)銹鋼和耐熱鋼 牌號及(ji)化學成(cheng)分標(biao)準》要(yao)求稍(shao)低。

（3）送檢管(guan)子夾雜物級別為(wei)B1+D0.5，材料(liao)較為(wei)潔凈(jing)，夾雜物較少

（4）送檢管子(zi)橫(heng)截面(mian)及縱截面(mian)組織均(jun)為奧氏體+孿晶，晶粒度6.0級。未見(jian)晶粒不均(jun)、有害相析(xi)出等缺陷。

（5）送檢管子內壁存在很多的(de)蝕坑。內壁微觀形貌(mao)為典型點蝕坑形貌(mao)，這與表(biao)面腐蝕產物中含(han)有氯(lv)元素一致。

（6）送檢管子內(nei)壁(bi)腐蝕(shi)的原因為(wei)發生了點蝕(shi)。

點(dian)蝕是(shi)不(bu)銹鋼常見的(de)局部(bu)腐蝕之一，其(qi)特征為金(jin)屬材料(liao)表面上出現蝕孔或麻點(dian)，且隨(sui)著時(shi)間(jian)的(de)推移，蝕孔不(bu)斷向縱深方向發展，如圖10所示。

圖(tu)10 點蝕(shi)機(ji)理圖(tu)

點(dian)蝕(shi)的影(ying)響因素如下(xia)：

（1）環境因(yin)素的(de)(de)影(ying)響(xiang)：不(bu)銹鋼(gang)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)是在特定腐蝕(shi)(shi)(shi)介(jie)質(zhi)中發(fa)生(sheng)的(de)(de)，點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)通常發(fa)生(sheng)在含(han)有(you)鹵(lu)素陰離子(zi)的(de)(de)溶液中，其中以氯(lv)化(hua)物(wu)、溴化(hua)物(wu)侵蝕(shi)(shi)(shi)性最強。另(ling)外，溶液所(suo)處的(de)(de)狀態對(dui)(dui)耐蝕(shi)(shi)(shi)性也(ye)有(you)影(ying)響(xiang)，溶液靜止狀態比流動狀態時容(rong)(rong)易(yi)(yi)發(fa)生(sheng)點(dian)腐蝕(shi)(shi)(shi)。一種解釋認為(wei)(wei)流速對(dui)(dui)沉積(ji)物(wu)的(de)(de)影(ying)響(xiang)所(suo)致，因(yin)為(wei)(wei)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)在鋼(gang)的(de)(de)表面有(you)雜質(zhi)附著(zhu)時容(rong)(rong)易(yi)(yi)發(fa)生(sheng)，在沉積(ji)物(wu)下面供氧不(bu)足，形成濃差電池，鈍態易(yi)(yi)被(bei)破壞。

（2）合金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)的(de)影響：在不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)加入Mo，能(neng)提高(gao)鈍化(hua)膜的(de)穩定(ding)性(xing)(xing)，使不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)表面生成很致密而牢固的(de)鈍化(hua)膜，隨Mo含量的(de)增加點(dian)蝕(shi)電(dian)位迅速(su)提高(gao)，腐蝕(shi)速(su)率(lv)降(jiang)低。Cr含量是增加不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)抗點(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)的(de)基本元(yuan)(yuan)素(su)之一，Cr含量增加可提高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)鈍化(hua)膜修復能(neng)力(li)，從而改善鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)抗點(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)。有(you)文獻歸納了各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)對不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在氯化(hua)物溶液(ye)中(zhong)的(de)抗點(dian)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)的(de)影響，認為Cr、Mo、Ni、Si等(deng)是有(you)益元(yuan)(yuan)素(su)，Mn、S、Ti、Nb等(deng)是有(you)害元(yuan)(yuan)素(su)，C、Cu的(de)影響則(ze)視在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)狀態而定(ding)。

（3）組織的(de)影響：不銹鋼中顯微組織對(dui)點蝕(shi)的(de)影響也很大，如果(guo)組織中出現δ鐵(tie)素體(ti)、σ相、硫化物等會對(dui)耐點蝕(shi)性(xing)能有害。

（4）表面(mian)狀(zhuang)態的影響(xiang)：光(guang)滑的表面(mian)比粗糙(cao)的表面(mian)發(fa)生點蝕(shi)的概率低(di)。

送(song)檢管子(zi)(zi)(zi)組(zu)(zu)織中(zhong)未(wei)(wei)發(fa)現δ鐵素體、σ相(xiang)、硫化(hua)物等會對(dui)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)有(you)害的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)織。Cr含量比標(biao)準(zhun)稍(shao)低，降低耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)程度有(you)限。因(yin)客(ke)戶(hu)未(wei)(wei)能(neng)提供水質分析(xi)樣品，根據腐蝕(shi)(shi)(shi)產物能(neng)譜分析(xi)結果判斷(duan)廢水及水蒸氣中(zhong)含有(you)較(jiao)多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)、鈉離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)、鈣離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)、鋁離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)、硫離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)，水質具(ju)有(you)較(jiao)強的(de)(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)。氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)是影響點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)敏(min)感性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)元素。氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活化(hua)作用對(dui)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)氧化(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)建立和破壞均起著(zhu)重要(yao)作用。雖然(ran)至今文獻(xian)對(dui)氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)如何使(shi)鈍化(hua)金(jin)屬(shu)(shu)轉變為(wei)(wei)活化(hua)狀態的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機理(li)還(huan)沒有(you)定(ding)論，但大(da)致(zhi)可(ke)分為(wei)(wei)2種觀(guan)點(dian)。成(cheng)(cheng)相(xiang)膜(mo)理(li)論的(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀(guan)點(dian)認(ren)(ren)為(wei)(wei)，由(you)于(yu)氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)半徑小，穿透力強，故它(ta)最(zui)容(rong)易穿透不(bu)銹(xiu)鋼(gang)表(biao)(biao)面氧化(hua)膜(mo)內極小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)孔隙，到達金(jin)屬(shu)(shu)表(biao)(biao)面，并(bing)與金(jin)屬(shu)(shu)相(xiang)互作用形成(cheng)(cheng)了(le)可(ke)溶性(xing)(xing)化(hua)合物，使(shi)氧化(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構發(fa)生變化(hua)，不(bu)銹(xiu)鋼(gang)發(fa)生腐蝕(shi)(shi)(shi)。吸(xi)(xi)附(fu)理(li)論則認(ren)(ren)為(wei)(wei)，氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)破壞氧化(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)根本原因(yin)是由(you)于(yu)氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)有(you)很(hen)強的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)被金(jin)屬(shu)(shu)吸(xi)(xi)附(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力，它(ta)們優先(xian)被金(jin)屬(shu)(shu)吸(xi)(xi)附(fu)，并(bing)從金(jin)屬(shu)(shu)表(biao)(biao)面把氧排掉。因(yin)為(wei)(wei)氧決定(ding)著(zhu)金(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈍化(hua)狀態，氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)和氧爭奪金(jin)屬(shu)(shu)表(biao)(biao)面上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)點(dian)，甚至可(ke)以(yi)取代(dai)吸(xi)(xi)附(fu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈍化(hua)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)與金(jin)屬(shu)(shu)形成(cheng)(cheng)氯(lv)(lv)化(hua)物，氯(lv)(lv)化(hua)物與金(jin)屬(shu)(shu)表(biao)(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)并(bing)不(bu)穩定(ding)，形成(cheng)(cheng)了(le)可(ke)溶性(xing)(xing)物質，這樣導致(zhi)了(le)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加速。

預(yu)測不銹鋼和雙(shuang)相鋼抗(kang)點(dian)蝕的經驗(yan)公式為：

PREN（耐點蝕(shi)當(dang)量） = Cr + 3.3 (Mo + 0.5 W) + 16N

304的PREN為(wei)18~20，值(zhi)較低，因此(ci)分析(xi)認為(wei)此(ci)種環境選(xuan)用304材(cai)質不(bu)合(he)理，易發生(sheng)點蝕(shi)(shi)。為(wei)提高耐蝕(shi)(shi)性，建議對選(xuan)材(cai)進(jin)行優化，選(xuan)擇加Mo的雙相不(bu)銹鋼(gang)2205（PREN可達30.5~38.8）。

7.結論與建議

（1）送檢管子Cr含量比標準(zhun)GB/T 20878-2007稍低，夾雜物較少(shao)，金相組(zu)織(zhi)正常(chang)。

（2）送檢管子內壁腐蝕的原因為發生了點(dian)蝕。

（3）廢水含有(you)氯離(li)子(zi)(zi)(zi)、鈉離(li)子(zi)(zi)(zi)、鈣離(li)子(zi)(zi)(zi)、鋁離(li)子(zi)(zi)(zi)、硫離(li)子(zi)(zi)(zi)，具(ju)有(you)較強的(de)腐蝕(shi)性，選用304材質不合(he)理，建議選用耐點(dian)蝕(shi)性能更好的(de)雙相不銹鋼2205。