奥氏体不锈钢的腐蚀与防护

奥氏体不锈钢的腐蚀与防护

朱飞飞

温州孚邦金属制品有限公司  浙江省温州市  325000

摘要：奥氏体不锈钢因其优异的耐蚀性而成为目前使用最多的不锈钢品种之一。本文对奥氏体不锈钢的锈蚀机制进行了分析，并对其进行了实例研究，并对其施工过程中的选材与控制、设计与施工方法的管理、人员的管理进行了探讨；从设备和器具的保养和环境管理两个角度，提出了防止不锈钢锈蚀的措施和建议。

关键词：奥氏体不锈钢；腐蚀；防护措施

1奥氏体不锈钢概述

奥氏体不锈钢（简称奥氏体不锈钢）是一种在室温条件下表现出稳定的奥氏体结构，综合性能优良，被广泛用于工业装备。奥氏体不锈钢由于其优异的综合性能，在我国的医疗、化工和石油开采等行业中占有重要地位，其中奥氏体不锈钢约占70%，奥氏体不锈钢品种约50种，在医疗、化工、石油等行业发挥着重要作用。

奥氏体不锈钢按其成分可划分为铬镍奥氏体、铬锰奥氏体两种，也就是人们常说的300和200两种。300系列奥氏体不锈钢以Ni为主，具有优异的机械性能和加工工艺性能，但在某些要求高硬度、高硬度的装备中使用，限制了其应用。18-8型不锈钢是300系中最具代表性的奥氏体不锈钢，添加Mo可增强材料的抗点蚀和裂缝腐蚀能力，添加Ni可增强材料的抗应力腐蚀能力，添加Ni、Cr可提高材料的高温抗氧化性能和强度。200系奥氏体不锈钢以Mn、N为主，N对奥氏体不锈钢既有固溶强化效应，又能提高其强韧性能。按其所含氮量的不同，可将其划分为254SMO等控氮类型，AL-6XN等中等氮型，以及1925hMo等高氮类型。奥氏体不锈钢因其极高的再结晶温度而具有较高的高温稳定性，被广泛应用于热强钢中。在应用前，必须先对其进行固溶处理，以达到均一微观结构、消除应力、改善抗腐蚀及机械性能的目的。

2腐蚀机理分析

2.1应力腐蚀

应力腐蚀断裂（SCC）是指在特定的金属成分、特定的环境以及一定的拉伸应力条件下，由拉伸应力和腐蚀介质共同作用而产生的裂纹。只有在合金中才会出现应力腐蚀，而不会出现纯金属的腐蚀。

本项目针对电化学腐蚀与拉伸耦合作用下的局部失效问题，提出了一种电化学腐蚀（APC）与阴极氢脆（HEC）相结合的电化学腐蚀（APC）和阴极（HEC）两种电化学反应。奥氏体不锈钢常出现APC类应力裂纹，即在拉伸状态下，材料在拉伸过程中产生塑性变形，并产生滑移阶梯，其滑移阶梯的深度大于钝化膜的厚度。裂纹产生，新的金属暴露出来，在侵蚀介质的影响下，金属迅速熔解，产生了应力腐蚀裂纹。

2.2点腐蚀

点腐蚀是一种典型的奥氏体不锈钢装备局部腐蚀，它是一种最普遍的局部腐蚀形式，它是一种典型的小孔，并向深层扩展。其腐蚀机制为：当奥氏体不锈钢装备表面或钝化膜等防护层存在薄弱环节时，如硫化物夹杂、晶界碳化物沉积、位错等，首先在20-30μm范围内产生微小的蚀孔，并在此基础上进一步钝化。点蚀中心面积持续扩大，直至达到一定程度，奥氏体不锈钢装备表面将产生明显的腐蚀孔洞，若无保护措施，将导致腐蚀失效；蚀出的孔洞会加快扩张速度，最后导致装置损坏。

在奥氏体不锈钢中，点蚀是由多种因素共同作用的结果，其中包括环境因素和材质成分。环境因素是指溶液中所含的不同的离子，有些可以促进点腐蚀，有些可以延缓点腐蚀，比如当溶液中的氯离子浓度超过某一程度时；溶液中的硝酸根、氢氧根离子对点腐蚀有一定的抑制作用。奥氏体不锈钢中含有Mn、S、Ti等元素时，其点腐蚀速度加快，而Cr、Mo、Ni等元素起着延缓点腐蚀的作用。

2.3晶间腐蚀

晶间腐蚀（IGC）是奥氏体不锈钢在一定的介质条件下沿晶界处的局部腐蚀，即介质沿晶界处扩散，导致沿晶界处的腐蚀失效，是一种电化学腐蚀。通常认为，在热处理、焊接等过程中，晶界处会出现碳化铬（Cr23C6），使其发生钝化。

18-8型奥氏体不锈钢经450-850℃（敏化温区450-850℃）热处理后，奥氏体不锈钢的晶间腐蚀敏感性与其成分、加热温度及作用时间密切相关。

通过对奥氏体不锈钢进行固溶处理，使其结晶相中的碳达到了过饱和态。在热处理、焊接等过程中，金属中的过饱和态C在晶界处迁移，与Cr（Cr23C6）生成Cr23C6，使Cr在晶界处的扩散速度不及C，导致Cr无法在晶界处快速补充Cr，导致晶界处的Cr含量低。贫铬区W(Cr)<12%，基体材料失去耐蚀性能，在与腐蚀性介质作用下，沿晶贫铬区等效为碳化物与其他部位构成微型电池，产生晶间腐蚀。

3奥氏体不锈钢设备腐蚀的防范措施

3.1改进设备的结构和加工工艺

(1)装置上的沟槽及接合点的设计要具有大的半径或光滑性，并且要尽可能地减小尖角处及间隙。

（2）提高焊接技术水平，一方面要尽可能地避免产生交叉，使间隙降到最低，另一方面要严格遵循焊接程序；尽量减少其残余应力，并严格禁止在焊沟内进行热切割。另外，在焊接之后，也要对其进行抛光处理，在其表面形成一层钝化膜，以减缓氯盐引起的点腐蚀。

(3)合理选用机械加工方式，提高机械加工质量，例如通过喷丸形成的压缩应力来缓解应力腐蚀，并尽可能地避免因切口而导致的应力集中和表面质量问题。

(4)选用适当的热处理工艺，例如，在焊接过程中，先进行退火，以消除装置内的残余应力，再对焊接接头进行适当的处理。

3.2人员管理

设计单位要把好设、校、审三个环节的质量控制。设计者必须具有压力管道的设计资格，并具有相关的设计工作经历，了解专利的技术要求和标准、规范，如果需要，还可以根据工程的特点，组织相关的培训与技术交流。采购经理必须具备在不锈钢原料采购方面的工作经验。

在不锈钢管施工过程中，必须具备一定的专业知识，并对其进行相关的控制和控制，如有需要，可以对其进行技术培训。不锈钢焊接工人必须具备有效的焊接资格，在焊接之前，要进行技术交底，并且要对焊接过程进行培训，在正式施焊之前，要将参加的测试安排在正式施焊之前，要严格按照《焊接工艺规程》中所列的焊接参数和技术要求来进行。在项目实施之前，要对项目进行技术指导，并在项目实施前进行技术交底。对焊接质量进行全程监控，包括焊前，焊中，焊后三个环节。管道监理人员要做好管线的预制，安装，压力测试和清洗工作；重新设置各阶段防腐元素的控制与监督。

3.3改善使用环境

从以上对奥氏体不锈钢腐蚀形式的分析可以看出，点腐蚀受氯离子浓度的影响，所以，在实际应用中，要尽可能地减少水中的氯离子含量，可以采用蒸馏、离子交换等方法来降低氯离子的含量。也可以将缓冲液如SnO4和CdO4添加到溶液中以增强其耐腐蚀性。另外，还要经常清洁设备，涂上合适的润滑油等维护。

3.4改善奥氏体不锈钢的化学成分

奥氏体不锈钢的化学组成不同，其耐腐蚀性能也不同，如高镍、高钼等奥氏体不锈钢，不仅能耐晶间、点腐蚀，而且还能耐应力腐蚀。在生产实践中，要根据奥氏体不锈钢装置所处的工作环境和所需耐腐蚀性的种类来确定其最优的化学组成。如果在使用过程中，以预防点腐蚀和裂缝腐蚀为主要目的，应该选用含有钼、镍、铬等元素的不锈钢。

结论

奥氏体不锈钢在工业生产中的应用日益广泛，其化学组成将得到进一步提高，其综合性能将得到进一步提高。然而，奥氏体不锈钢设备的腐蚀问题却是一个棘手的问题，其主要形式为应力腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀和间隙腐蚀，若不采取有效的预防措施，将带来严重的危害。特别是有些化工设备，比如压力容器，所承载的大多数都是有毒、危险的介质，如果由于腐蚀而导致泄漏，后果不堪设想。所以，奥氏体不锈钢装置在应用时，必须针对具体的条件，采取行之有效的对策；防止或延迟腐蚀。

参考文献：

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