宋瑞+牛麗君

摘要：對(duì)于奧氏體不銹鋼在Cl— 環(huán)境下的腐蝕，各種權(quán)威的書籍均有嚴(yán)格的要求，Cl— 含量要小于25ppm，否則就會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕及其他類型的腐蝕。在實(shí)際工程應(yīng)用中，有很多高濃度的Cl— 含量的環(huán)境中需使用奧氏體不銹鋼，因此分析Cl— 對(duì)不銹鋼的腐蝕，從而對(duì)癥采取預(yù)防措施，延長使用壽命具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)需求。

關(guān)鍵詞：Cl— 、不銹鋼、晶間腐蝕、鈍化

1. 前言

不銹鋼是上世紀(jì)初起源于英美德等國家的新型現(xiàn)代化金屬材料，在數(shù)十年的應(yīng)用中逐步發(fā)展，工藝逐漸成熟。通常情況下，在不同的腐蝕環(huán)境中，不銹鋼產(chǎn)品的適應(yīng)性不盡相同，腐蝕失效的類型也是多種多樣的.不一樣的材料和不同的金屬成分占比在不一樣的負(fù)荷及不一樣介質(zhì)環(huán)境中，其腐蝕方法不同。

常見幾種腐蝕材料中，尤以Cl— 對(duì)奧氏體不銹鋼的腐蝕最為明顯，目前相關(guān)的技術(shù)文件及權(quán)威出版物均對(duì)腐蝕環(huán)境中Cl—含量做了明確的要求，不超過25ppm。

2. 常用不銹鋼的腐蝕機(jī)理及程度分析

不銹鋼中的主要合金元素是Cr（鉻），只有當(dāng)Cr含量達(dá)到一定值時(shí)，鋼材才具有耐蝕性。常見的材料中，不銹鋼Cr含量一般在10.5%以上。不銹鋼的耐蝕機(jī)理為鈍化膜理論，即其表面形成一層極薄而堅(jiān)固細(xì)密的穩(wěn)定的富Cr鈍化膜，防止氧原子繼續(xù)滲入、氧化內(nèi)層金屬，從而達(dá)到防銹蝕的能力。

通常情況下，不銹鋼發(fā)生的腐蝕破壞多是局部腐蝕破壞，最常見的有晶間腐蝕、點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕，占比如附圖所示；

2.1 晶間腐蝕

晶間腐蝕是沿品界進(jìn)行的腐蝕，使晶粒的銜接遭到損壞.這種腐蝕的危害性最大，它可以使金屬變脆或損失強(qiáng)度，敲擊時(shí)失去金屬彈性，易構(gòu)成偶然事端.晶間腐蝕為奧氏體不銹鋼的主要腐蝕類型，這是因?yàn)榫Ы鐓^(qū)域與晶內(nèi)成分或應(yīng)力不一致，致使晶界區(qū)域電極電位明顯降低而構(gòu)成的電極電位差不一樣所導(dǎo)致.

晶間腐蝕是由于晶界上貧Cr，導(dǎo)致該區(qū)域優(yōu)先腐蝕，進(jìn)而使晶粒整體從金屬上脫離。熱處理450℃～850℃溫度區(qū)間中C與Cr易形成碳鉻化合物（Cr23C6），晶界處消耗的Cr不能及時(shí)從晶粒中得到補(bǔ)充，使晶界區(qū)域貧Cr，這是導(dǎo)致晶間腐蝕的關(guān)鍵。

2.2 應(yīng)力腐蝕

金屬在腐蝕介質(zhì)及拉應(yīng)力（外加應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力）的共同作用下發(fā)生決裂表象，開裂方法首要是沿晶界的、也有穿晶界的，這是一種風(fēng)險(xiǎn)較大的低應(yīng)力脆性開裂、在氯化介質(zhì)和堿性氧化物或其它水溶性介質(zhì)中常發(fā)生應(yīng)力腐蝕，在許多設(shè)備的破損事故中占有相當(dāng)大的比例。

不銹鋼的應(yīng)力腐蝕是不銹鋼失效中發(fā)生次數(shù)最多，后果最嚴(yán)重的腐蝕形式。若腐蝕過程中有輕微裂紋的產(chǎn)生，其擴(kuò)展速率將會(huì)比其他腐蝕類型快幾個(gè)數(shù)量級(jí)，造成災(zāi)難性的后果。化工廠，核電站，鍋爐等常出現(xiàn)不銹鋼材料應(yīng)力腐蝕開裂的現(xiàn)象。

多年來，不銹鋼應(yīng)力腐蝕問題得到了廣泛的研究，提出了多種不同的機(jī)理來解釋應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，但迄今尚無公認(rèn)的統(tǒng)一機(jī)理。由于應(yīng)力腐蝕是一個(gè)與腐蝕有關(guān)的過程，其機(jī)理必然與腐蝕過程中的陽極和陰極反應(yīng)有關(guān)，因而應(yīng)力腐蝕機(jī)理主要分兩大類：陽極溶解型和氫致開裂型，以及在這兩類機(jī)理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的表面膜破裂理論、活性通道理論、應(yīng)力吸附開裂理論、腐蝕產(chǎn)物楔入理論和閉塞電池理論等。

造成應(yīng)力腐蝕主要有三個(gè)方面因素：材料、腐蝕環(huán)境和拉應(yīng)力。材料因素包括元素含量、熱處理、微觀組織及表面狀態(tài)；腐蝕環(huán)境包括介質(zhì)種類、溫度、電位及液體流動(dòng)速率；拉應(yīng)力包括服役應(yīng)力、安裝應(yīng)力、殘余應(yīng)力及拉伸速率等。

2.3 點(diǎn)腐蝕

點(diǎn)腐蝕是發(fā)生在金屬外表部分區(qū)域的一種腐蝕損壞方法。點(diǎn)腐蝕構(gòu)成后能迅速地向深處發(fā)展，最終穿透金屬，形成孔洞腐蝕。

在介質(zhì)中，金屬外表鈍化膜遭到部分破壞，從而引發(fā)點(diǎn)腐蝕。在富含Cl—的介質(zhì)中，材料外表缺點(diǎn)、疏松及非金屬夾雜物等都可導(dǎo)致點(diǎn)腐蝕。點(diǎn)腐蝕一般在靜止的介質(zhì)中容易發(fā)生，蝕孔通常沿著重力方向或橫向方向發(fā)展?？孜g一旦形成即向深處自動(dòng)加速。表面的氧化膜在含有氯離子的水溶液中溶解，導(dǎo)致在基底金屬上生成孔徑為20μm～30μm 小蝕坑，這些小蝕坑便是孔蝕核。在氯離子的作用下，孔蝕核迅速發(fā)展成蝕孔。

2.4 腐蝕疲憊

金屬在腐蝕介質(zhì)及交變應(yīng)力效果下發(fā)生的損壞，其特點(diǎn)是產(chǎn)生腐蝕坑和很多裂紋，降低鋼的疲勞強(qiáng)度，致使金屬過早開裂。腐蝕疲勞不同于機(jī)械疲勞，它沒有必定的疲勞極限，隨著交變應(yīng)力作用的循環(huán)次數(shù)的增加，疲勞強(qiáng)度持續(xù)降低，最終形成金屬開裂。.

3. 對(duì)常用不銹鋼Cl— 腐蝕的預(yù)防處理

綜上，不銹鋼腐蝕的原因多種多樣，但最終的機(jī)理基本一致，對(duì)不同類型的腐蝕應(yīng)選擇對(duì)應(yīng)的防護(hù)措施。

對(duì)晶間腐蝕的預(yù)防，通常是選擇低碳不銹鋼，并添加穩(wěn)定化元素Ti、Nb等，在加工中做好固溶退火處理；

對(duì)點(diǎn)蝕的預(yù)防，通常是選擇耐Cl— 腐蝕性強(qiáng)的材料，并防止Cl— 附著，是預(yù)防點(diǎn)蝕的重要手段；對(duì)加工成品要進(jìn)行合理的表面處理，形成穩(wěn)定鈍化膜。

對(duì)應(yīng)力腐蝕的預(yù)防，主要是在加工中做好熱處理， 減少高應(yīng)力部件的應(yīng)力集中，防止加工過程中產(chǎn)生應(yīng)力效應(yīng)。

綜合以上幾種不同類型不銹鋼腐蝕的預(yù)防措施及腐蝕機(jī)理可見，不銹鋼的選擇應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)要求：

（1）根據(jù)不同的腐蝕環(huán)境選擇不同類型的不銹鋼；

（2）根據(jù)需要選擇不同碳含量和穩(wěn)定金屬元素含量的不銹鋼；

（3）對(duì)鋼構(gòu)件做好退火處理，消除應(yīng)力；

（4）對(duì)鋼構(gòu)件表面做好鈍化膜的處理和保護(hù)

4. 總結(jié)

在科學(xué)技術(shù)日新月異，科研水平不斷提高的新時(shí)代，新材料的研發(fā)速度仍然不能完全解決腐蝕問題的發(fā)生。在實(shí)際工程應(yīng)用中不銹鋼材料的腐蝕問題層出不窮，目前的預(yù)防措施雖然取得了一定的成效，但仍存在嚴(yán)重不足，各種防護(hù)手段都只能在一定范圍內(nèi)起到作用。長遠(yuǎn)考慮，合理選材，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)依然是控制腐蝕的關(guān)鍵。

在實(shí)際使用中，針對(duì)不同的腐蝕環(huán)境，應(yīng)因地制宜選擇穩(wěn)定金屬含量不同和含碳量不同的不銹鋼材料。endprint