不锈钢的腐蚀研究应用.doc

无机酸对316L不锈钢腐蚀1. 前言不锈钢是含铬11%以上或同步含镍钢种统称。它在常温氧化性环境（如大气、水、强氧化性酸等）中容易钝化，使表面产生一层氧化铬为主，保护性很强薄膜，其腐蚀速率极低。但当温度增高或环境氧化能力减小时，将由钝态变为活态，腐蚀明显增大。各类不锈钢对有机酸、有机化合物、碱、中性溶液和各种气体均有良好耐蚀性。在非氧化性酸（硫酸、盐酸等）中腐蚀严重。不锈钢设备腐蚀经常为局部腐蚀，当处在钝态和活态边沿，在具有卤素离子盐溶液中，也许产生孔蚀。在具有相应力腐蚀敏感离子（如Cl-、OH-等）溶液中，受应力某些（如焊缝附近）则也许产生危险应力腐蚀破裂。焊缝两侧敏化区还易产生晶间腐蚀。 铬镍钢耐蚀性和机械性能都超过单纯铬钢。镍加入增进奥氏体构造生成，可以得到更好机械性能，特别是使韧性提高，同步又增大了钝化范畴，使它更容易钝化。316L不锈钢和普通铬镍不锈钢相似，但由于加入了2%钼，因此在许多方面比铬镍不锈钢更为优越，特别是在非氧化性酸和热有机酸、氯化物中耐蚀性要比铬镍不锈钢好得多，抗孔蚀能力也较好。2.不锈钢成分牌号对照表 各种不锈钢成分表中外不锈钢牌号对照表中华人民共和国GB1220日本JIS美国AISIASTM英国BS970Part4BSl449part2德国DINl7440DINl7224法国NFA35-572NFA35-576-582NFA35-584原苏联TOCT5632lCrl8Mn8Ni5NSUS202202S0248Sl6l2Xl7T9AH42Crl3Mn9Ni420Xl3H4T9lCrl8Ni9SUS30230230200S302S25X12CrNi188Z10CN18.0912X18H90Crl8Ni9SUS304304S30400304S15X5CrNi189Z6CN18.0908X18H1000Crl8Ni10SUS304L304LS30403304S12X2CrNi189Z2CN18.0903X18H11lCrl8Nil2TiSUS305305S30500305S19X5CrNi1911Z8CN18.1212X18H12TlCr25Ni20Si2SUS3l0S3l0SS3l0080Crl8Ni2Mo2TiSUS3l63l6S3l600316S16X5CrNiMo1810Z6CND17.1308X17H13M2T00Crl7Ni4Mo2SUS3l6L3l6LS3l603316S12X2CrNiMo1810Z2CN17.1203X17H13M20Crl8Ni2Mo2Ti320S17X10CrNiMoTi1810Z6CNDT17-1208X17H13M2TlCrl8Ni2Mo2Ti10X17H13M2T0Crl8Ni9TiSUS32132lS32l00321S12321S20X10CrNiTi189Z6CNT18.1008X18H10T1Crl8Ni9Ti32lXCrNiTi18912X18H10T3.无机酸对316L不锈钢腐蚀铬镍钢对一切浓度和温度盐酸都不合用，316L在盐酸中溶解度少量减少某些，但也只能用于极稀酸。如某些氯化物溶液中，由于水解作用也许产生极微量盐酸，可使用316L不锈钢，但普通容易发生孔蚀。铬镍不锈钢可使用于常温下5%如下稀硫酸和90%以上浓硫酸，316L耐蚀性比较好，但使用温度也不适当超过5070。对于中档浓度硫酸和发烟酸，所有铬镍钢腐蚀都很大，不合用。所有铬钢对普通浓度不充气硫酸都不合用。硫酸中如具有其他物质，如铬酸、重铬酸钠、硝酸钠和大多数硫酸盐类，对不锈钢具备缓蚀效果。各种牌号铬和铬镍不锈钢对硝酸均有良好耐蚀性。对70%如下稀硝酸，合用温度可到沸点上下。 浓度更高硝酸，常温下还是合用，但超过50则腐蚀不久，特别是9099%高浓酸。普通不锈钢只用于常温浓硝酸。无机酸对304不锈钢腐蚀介质浓度/ %温度/255080100硫酸不充气5108090100充气203060708090100发烟硫酸硝酸30/（120）/(150)4060/（120）70/（120）80/（120）90100硝酸蒸气红发烟硝酸白发烟硝酸盐酸无机酸对316L不锈钢腐蚀介质浓度 %温度 255080100硫酸充气510304050607090100/（120）不充气520808090100发烟硫酸硝酸20/（120）/(150)3060/（120）708090100硝酸蒸气红发烟硝酸白发烟硝酸盐酸. 注：-耐腐蚀性能优良,大多数条件下耐蚀,腐蚀率1.5mm/年;-也许产生晶间腐蚀4.奥氏体不锈钢腐蚀机理：奥氏体不锈钢常用腐蚀：有晶间腐蚀、点蚀和应力腐蚀等。4.1 当奥氏体不锈钢在制造和焊接时，加热温度和加热速度处在敏化温度区域时，材料中过饱和碳就会在晶粒边界一方面析出，并与铬结合形成碳化铬，此时碳在奥氏体内扩散速度比铬扩散速度大，铬来不及补充晶界由于形成碳化铬而损失铬，成果晶界铬含量不断减少，形成贫铬区，使电极电位下降，当与含氯离子等腐蚀介质接触时，就会引起微电池腐蚀。虽然腐蚀仅在晶粒表面，但却迅速进一步内部形成晶间腐蚀。由此懂得产生晶间腐蚀因素有：只有在敏化温度区域内，才会导致贫铬区；还与其含碳量关于，含碳量越多，贫铬区渗入晶界深度越大，从而引起晶间腐蚀。4.2 奥氏体不锈钢点蚀因素，当材料与含氯离子等腐蚀介质接触时，氯离子在材料钝化膜缺陷地方，如夹杂物、贫铬区、晶界、焊缝热影响区等处，侵入钝化膜，与金属离子结合形成强酸盐而溶解钝化膜，从而形成微电池，产生点蚀。4.3 应力腐蚀是在拉应力和腐蚀介质联合伙用下金属材料所发生局部腐蚀破坏，破坏形态是裂纹、裂缝直至断裂。这是一种危害十分严重局部腐蚀。5.奥氏体不锈钢常用避免腐蚀办法：5.1 减少不锈钢中含碳量，可避免或减少碳化铬在晶间析出，从而减少或避免晶间腐蚀。如选用316L(OOCrl7Nil4Mo2)、304L(OOCr18Ni1O)等超低碳不锈钢。5.2 固溶解决，在高温作用下使碳化物所有溶解在奥氏体中，消除晶间腐蚀倾向。5.3 材料在焊接时，采用自动氩弧焊(无自动氩弧焊时采用手工氩弧焊、低电流并迅速冷却)，并可用水激冷却，减少热影响区，从而减少或避免晶间腐蚀和点蚀。5.4 焊接后需抛光，内壁作酸洗钝化解决，使材料内表面形成钝化膜，能延缓或避免氯离于穿透钝化膜而产生点蚀。5.5 增长钼含量，能有效地防止点蚀，这与氯离子结成MoOCl2保护膜关于。5.6 在构造设计上，减少焊缝或错开安排焊缝，对高温使用材料要设热补偿构造，从而减少热影响或应力集中区域，从而减少应力腐蚀倾向。5.7 增长镍含量，加入较低多硅，减少杂质P、N含量，有助于提高其耐氯化物应力腐蚀破坏性能。 不锈钢耐腐蚀性能 不锈钢耐腐蚀性能普通随铬含量增长而提高，其基本原理是，当钢中有足够铬时，在钢表面形成非常薄致密氧化膜，它可以防止进一步氧化或腐蚀。氧化性环境可以强化这种膜，而还原性环境则必然破坏这种膜，导致钢腐蚀。 1、在各种环境中耐腐蚀性能 大气腐蚀 不锈钢耐大气腐蚀基本上是随着大气中氯化物含量而变化。因而，接近海洋或其她氯化物污染源对不锈钢腐蚀是极为重要。一定量雨水，只有对钢表面氯化物浓度起作用时才是重要。 农村环境， 1Cr13、1 Cr 17和奥氏体型不锈钢可以适应各种用途，其外观上不会有明显变化。因而，在农村暴露使用不锈钢可以依照价格，市场供应状况，力学性能、制作加工性能和外观来选取。 工业环境，在没有氯化物污染工业环境中，1Cr17和奥氏体型不锈钢能长期工作，基本上保持无锈蚀，也许在表面形成污膜，但当将污膜清除后，还保持着原有光亮外观。在有氯化物工业环境中，将导致不锈钢锈蚀。 海洋环境，1Cr13和1 Cr 17不锈钢在短时期就会形成薄锈膜，但不会导致明显尺寸上变化。奥氏体型不锈钢如1 Cr 17Ni7、1 Cr 18Ni9和0 Cr 18Ni9，当暴露于海洋环境时，也许浮现某些锈蚀。锈蚀普通是浅薄，可以很容易地清除。0 Cr 17 Ni 12M 02含钼不锈钢在海洋环境中基本上是耐腐蚀。 除了大气条件外，尚有此外两个影响不锈钢耐大气腐蚀性能因素，即表面状态和制作工艺。精加工级别影响不锈钢在有氯化物环境中耐腐蚀性能。无光表面（毛面）对腐蚀非常敏感，即正常工业精加工表面对锈蚀敏感性较小。表面精加工级别还影响污物和锈蚀清除。从高精加工表面上清除污物和锈蚀物很容易，但从无光表面上清除则很困难。对于无光表面，如果要保持原有表面状态则需要更经常清理。 淡水 淡水可定义为不分酸性、盐性或微咸，来源于江河、湖泊、池塘或井中水。 淡水腐蚀性受水pH值、氧含量和成垢倾向性影响。结垢（硬）水，其腐蚀性重要由在金属表面形成垢数量和类型来决定。这种垢形成是存在其中矿物质和温度作用。非结垢（软）水，这种水普通比硬水腐蚀性强。可以通过提高pH值或减少含氧量来减少其腐蚀性。 1Cr13不锈钢明显地比碳素钢耐淡水腐蚀，并且在淡水中使用有极好特性。这种钢广泛用于例如需要高强度和耐腐蚀船坞和水坝等用途.然而，应当考虑到在某些状况下，1Cr13在淡水中也许对中度点蚀敏感。但是点蚀完全可以用阴极防腐办法来避免。1Cr17和奥氏体型不锈钢在室温（环境温度）几乎完全可以耐淡水腐蚀。 酸性水 酸性水是指从矿石和煤浸析出被污染自然水，由于是较强酸性因此其腐蚀性比自然淡水强得多。由于水对矿石和煤中所含硫化物浸析作用，酸性水中普通具有大量游离硫酸。此外，这种水具有大量硫酸铁，对碳钢腐蚀有非常大作用。 受酸性水作用碳钢设备普通不久被腐蚀。用受酸性河水作用各种材料所做实验成果表白，在这种环境下奥氏体型不锈钢有较高耐腐蚀性能。 奥氏体型不锈钢在淡水和酸性河水中有极好耐腐蚀性能，特别是其腐蚀膜对热传导阻碍较小。因此在热互换用途中广泛使用不锈钢管。 盐性水 盐性水腐蚀特点是经常以点蚀形式浮现。对于不锈钢，在很大限度上是由于盐性水导致起耐腐蚀作用钝化膜局部破坏。这些钢发生点蚀其她因素是附着于不锈钢设备上茗荷介和其她海水有机物可形成氧浓差电池。一旦形成，这些电池非常活跃，并且导致大量腐蚀和点蚀。在盐性水高速流动状况下，例如泵叶轮，奥氏体型不锈钢腐蚀普通是非常小。 对使用不锈钢管冷凝器，需保持水流速不不大于1.5m/s，以使海水有机物和其她固体在管中集聚得至少。对解决盐性水不锈钢设备构造，在设计时最佳是减少缝隙和使用厚壁部件。 土壤 埋入土壤中金属，取决于天气和其她因素，处在随时都在变化复杂状态下。实践证明，奥氏体型不锈钢普通具备极好耐大多数土壤腐蚀性能，而1Cr13和1Cr17则在诸多土壤中要产生点蚀。0 Cr 17Ni12M2不锈钢在所有土壤实验中完全可以耐点蚀。 硝酸 含铬不不大于14%铁素体型不锈钢和奥氏体型不锈钢有极好耐硝酸腐蚀性能。1Cr17不锈钢已广泛用于硝酸工厂加工设备。然而，由于0 Cr 18 Ni 9普通具备较好成形性能和焊接性能，因而在上述用途中已大量取代了1Cr17不锈钢。 其她奥氏体型不锈钢耐硝酸腐蚀性能与0 Cr 18 Ni 9相近。1Cr17不锈钢普通比0 Cr 18 Ni 9腐蚀速率稍高，并且较高温度和浓度对其有较大有害影响。 如果对钢进行热解决不恰当，热硝酸将使奥氏体和铁素体型不锈钢产生晶间腐蚀。因而，可用恰当热解决来防止这种类型腐蚀，或者使用耐这种类型腐蚀不锈钢。 硫酸 原则不锈钢牌号很少用于硫酸溶液，由于其可使用范畴很窄。在室温条件下，0Cr17Ni12Mo2不锈钢（最耐硫酸腐蚀原则牌号）在硫酸浓度不大于15%，或不不大于85%时是耐腐蚀性。然而在较高浓度范畴，普通使用碳钢。马氏体和铁素体型不锈钢普通不耐硫酸溶液腐蚀。 犹如硝酸状况同样，如果对不锈钢不进行恰当热解决，硫酸可导致晶间腐蚀。对于焊接后不能进行热解决焊接构造，应使用低碳牌号00Cr19Ni10或00Cr17Ni14Mo2，或稳定化牌号0Cr18Ni11Ti或0Cr18Ni11Nb不锈钢纯水、淡水及海水对不锈钢腐蚀分析1、 前言2、 几种水定义2.1去离子水：顾名思义就是去掉了水中除氢离子、氢氧根离子外其她由电解质溶于水中电离所产生所有离子。即去掉溶于水中电解质物质。由于电解质溶于水中电离所产生离子能增大水导电能力，去离子水纯度自然用电导率来衡量。去离子水基本用离子互换法制得。但去离子水中可以具有不能电离非电解质，如乙醇等。 2.2蒸馏水:以去除电解质及与水沸点相差较大非电解质为主，无法去除与水沸点相称非电解质，纯度也用电导率衡量。2.3纯水：纯水就是去掉了水中所有电解质与非电解质，也可以说是去掉了水中所有非水物质。基本都用反渗入法制得。由于在反渗入预解决中绝大多数都先用活性碳去除了某些非电解质，并且电导率非常容易测量，因此纯水纯度往往也用电导率衡量。但如果要获得极高纯度高纯水，还是需通过去除电解质混床、EDI办法。 2.4淡水：淡水指含盐量较少天然水，普通呈中性。分为江河水、湖沼水和地下水。2.5海水：海水是具有各种盐类电解质溶液。海水与淡水最大区别在于海水含盐量相称大且构成相称复杂。海水中溶有大量以氯化钠为主盐类，因而常把海水近视地3%或3.5%NaCl水溶液。2.6几种水电导率比较：超纯水纯水纯净水天然水海水电导率S/cm0.103-8300-40050-500300003、腐蚀原理：（1）水质结垢和腐蚀倾向分析理论依照原水水质分析成果，分别对其朗格利尔(Langelier)饱和指数和雷兹纳(Ryzner)稳定指数鉴定：1）Langelier饱和指数（L.S.I.）某种水质在运营条件下与否会析出碳酸钙沉淀物问题，可以用饱和指数判断。饱和指数是依照碳酸钙溶度积和各种碳酸化合物间平衡关系推导出来，这里饱和指数以L.S.I.表达，为系统补充水实测PH值与碳酸钙饱和时PHs之差值，即：L.S.I.= PH-PHs；PHs(9.70+A+B)(C+D)式中 A总溶解固体系数；B温度系数；C钙硬度系数；DM-碱度系数。则：L.S.I. 0结垢L.S.I. 0腐蚀L.S.I. 0不腐蚀不结垢2）Ryznar稳定指数（R.S.I.）由于碳酸钙饱和PHs是依照平衡理论推导出来，对实际作用中各种复杂因素考虑不全面，没有考虑结晶、电化学过程和水中胶体影响，并且把碳酸钙既作延缓腐蚀又促使结垢来考虑，因此水质腐蚀和结垢问题应当将饱和指数L.S.I.与稳定指数R.S.I.配合应用，用来分析循环冷却水补水系统和在不同浓缩倍率下水质构造或腐蚀倾向。即：R.S.I.2PHs PH；PHs(9.70+A+B)(C+D)式中 A总溶解固体系数；B温度系数；C钙硬度系数；DM-碱度系数。则：R.S.I. 8.7严重腐蚀R.S.I. = 8.76.9中档腐蚀R.S.I. = 6.96.4稳定R.S.I.6.43.7结垢R.S.I.3.7严重结垢3）Puckorius结垢指数（P.S.I.）帕科拉兹以为水总碱度比水实际测定PH能更对的地反映冷却水腐蚀与结垢倾向。通过对几百个冷却水系统作了研究之后，她以为将稳定系数中水实际测定PH改为平衡PH（PHeq）将更切合实际生产，而平衡PH与总碱度可按照下列关系式算出：P.S.I. =2PHs PH；PHeq 1.465 lgM+4.54PHs(9.70+A+B)(C+D)式中 A总溶解固体系数；B温度系数；C钙硬度系数；DM-碱度系数；M系统中水总碱度（以CaCO3计），mg/L。则：P.S.I. 6腐蚀P.S.I. 6结垢P.S.I. 6不腐蚀不结垢依照稳定指数判断水质状况较为直观，在运营现场运用稳定指数来判断水质状况，使运营控制在较好运营状态，较为科学。但稳定指数与总溶解固含量、温度和pH等关于，同步现场采用用硫酸来控制pH值，计算起来也较为复杂。因此在实验设计时，采用用极限碳酸盐来控制浓缩倍率，使运营控制在较好运营状态。(2) 金属腐蚀原理4、腐蚀影响因素：4.1 pH值：pH值在49范畴内，钢腐蚀率与水pH值无关。由于这时在钢表面覆盖一层氢氧化物保护膜，氧要通过膜才干去极化作用。pH9时，有助于氢氧化物膜生成，随着pH值增长，腐蚀速度减少。当碱度很高，pH值13时，钝化膜重新破坏，铁生成可溶性NaFeO2，腐蚀速度上升。海水pH值在7.58.6之间，表层海水因植物光合伙用，pH值略高，普通为8.18.3。pH值变化幅度不大，不会对钢腐蚀行为产生明显影响。4.2 溶解氧：普通状况下，不锈钢在水中腐蚀都属于氧去极化腐蚀，因此水中溶解氧含量是影响水腐蚀性重要因素。如果完全除去水中氧，金属在水中是不会腐蚀。实验表白，钢在水中腐蚀速度与水中氧含量成正比关系。 28摄氏度水溶解氧饱和度为 8ppm,普通海水中氧浓度约为5mL/L4.3 水中溶解成分影响：水中含盐量增长，电导率增长，局部腐蚀电流也增长，腐蚀速度增大。另一方面，随溶盐量增长，水中氧溶解度减少，又使腐蚀度减小。因而，钢腐蚀速度将随含盐量增长先增后减。大多数盐类约在0.5mol/l浓度时腐蚀性最大。海水不但含盐量高，并且所含盐几乎所有处在电离状态。这就使海水成为一种导电性很强电解质溶液。海水平均电导率为410-2S/cm比河水电导率（210-4S/cm）高出两个数量级。电导率随氯度（盐度）增长而增长。由于普通海水盐度变化不大，因此海水电导率重要受温度影响。下表列出海水含氯量为19（相应盐度35）时，不同温度下海水电导率。4.4 水温水温升高，水电导电率增长，电极反映速度加快，同步随温度升高，水对流和扩散加强，加速了氧向金属表面扩散，从而加速了阳极过程和阴极过程，加速了金属腐蚀。在腐蚀速度受氧扩散控制状况下，在一定温度范畴内，水温每升高10摄氏度，钢腐蚀速度大概提高30%。另一方面，随温度升高，水中含氧量减少，又会使腐蚀速度下降。这样在某一温度下将存在一种腐蚀速度较大值。随温度上升，铁腐蚀速度增长，80摄氏度时腐蚀速度最大，超过80摄氏度，由于水中含氧量减少而使腐蚀速度减慢。而在密闭系统中，随温度上升，由于溶解氧不能放出，水中氧过饱和，腐蚀速度将继续增长。水温升高将使钝性金属钝化困难，局部腐蚀倾向增长，也许发生点蚀和应力腐蚀破坏。江河湖沼等自然水温度在030摄氏度之间变化。随温度升高，钢腐蚀加速。因而，钢腐蚀速度将随纬度和季节而变化。4.5流速影响流速和其她因素相联系对钢在水中腐蚀速度影响是很复杂。开始，随流速增长，增进了氧向金属表面扩散，加速了阴极去氧极化反映，钢腐蚀速度增长。当流速增长到一定限度，氧到达表面速度可建立起强氧化条件，使钢进入钝态，腐蚀速度急剧下降。这种现象只有淡水中浮现，钢铁在海水中是不会建立钝态。对易钝化金属不锈钢，增长流速，改进了氧供应条件，有助于钝化膜稳定，局部腐蚀倾向减小。当流速增长到Vc时，水对金属表面机械作用破坏了金属表面保护层，金属将发生冲刷腐蚀，使腐蚀速度急剧增长。对与不锈钢Vc约为7m/s海水流速对腐蚀速度影响材料不同流速对腐蚀速度影响0.30m/s1.22m/s8.23m/s碳钢3472254奥氏体不锈钢316101附各种水腐蚀数据碳钢介质流速温度/255080100半咸水盐水盐水(充气)去离子水(无空气)蒸馏水(充气)蒸馏水(无空气)(300)回流冷冷凝水O24.6ppm饮用水高纯水海水1.5m/s304不锈钢介质流速温度/255080100自来水半咸水盐水盐水(充气)去离子水(无空气)蒸馏水(充气)蒸馏水(无空气)(300)回流冷冷凝水O24.6ppm高纯水海水1.5m/s工业冷却水(150)316L不锈钢介质流速温度/255080100自来水半咸水盐水去离子水(无空气)(250)蒸馏水(充气)(300)蒸馏水(无空气)(300)回流冷冷凝水O24.6ppm高纯水(ph7-11)(300)海水1.5m/s工业冷却水(150)注：-耐腐蚀性能优良,大多数条件下耐蚀,腐蚀率1.5mm/年;-也许产生孔腐蚀 程伟