不锈钢的腐蚀失效分析

一、不锈钢的腐蚀失效分析

1、应力腐蚀：

不锈钢在含有氧的氯离子的腐蚀介质环境产生应力腐蚀。应力腐蚀失效所占的比例高达45%左右。

常用的防护措施：

合理选材

选用耐应力腐蚀材料主要有高纯奥氏体铬镍钢、高硅奥氏体铬镍钢、高铬铁素体钢和铁素体—奥氏体双相钢。其中，以铁素体—奥氏体双相钢的抗应力腐蚀能力最好。

控制应力

装配时，尽量减少应力集中并使其与介质接触部分具有最小的残余应力，防止磕碰划伤，严格遵守焊接工艺规范。

严格遵守操作规程

严格控制原料成分、流速、介质温度、压力、pH值等工艺指标。

在工艺条件允许的范围内添加缓蚀剂

铬镍不锈钢在溶解有氧的氯化物中使用时，应把氧的质量分数降低到1.0×10-6以下。

实践证明，在含有氯离子质量分数为500.0×10-6的水中，只需加入质量分数为150.0 ×10-6的硝酸盐和质量分数为0.5×10-6亚硫酸钠混合物就可以得到良好的效果。

2、孔蚀失效及预防措施

小孔腐蚀一般在静止的介质中容易发生。蚀孔通常沿着重力方向或横向方向发展，孔蚀一旦形成：即向深处自动加速。

不锈钢表面的氧化膜在含有氯离子的水溶液中会产生溶解，最终在基底金属上生成孔径为20μm～30μm小蚀坑：这些小蚀坑便是孔蚀核。只要介质中含有一定量的氯离子，便可能使蚀核发展成蚀孔。

常见预防措施有：

在不锈钢中加入钼、氮、硅等元素或加入这些元素的同时提高铬含量；

降低氯离子在介质中的含量；

加入缓蚀剂，增加钝化膜的稳定性或有利于受损钝化膜得以再钝化；

采用外加阴极电流保护，抑制孔蚀。

3、点腐蚀

由于任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，这些非金属化合物，在Cl-离子的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀，在闭塞电池的作用，坑外的Cl-离子将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移。在不锈钢材料中，加Mo的材料比不加Mo的材料在耐点腐蚀性能方面要好，Mo含量添加的越多，耐坑点腐蚀的性能越好。

4、缝隙腐蚀

缝隙腐蚀与坑点腐蚀机理一样，是由于缝隙中存在闭塞电池的作用，导致Cl-离子富集而出现的腐蚀现象。这类腐蚀一般发生在法兰垫片、搭接缝、螺栓螺帽的缝隙，以及换热管与管板孔的缝隙部位，缝隙腐蚀与缝隙中静止溶液的浓缩有很大关系，一旦有了缝隙腐蚀环境，其诱导应力腐蚀的几率是很高的。

二、几种不锈钢在含氯水溶液中的适用条件

1、304型不锈钢

这是一种最廉价、最广泛使用的奥氏体不锈钢(如食品、化工、原子能等工业设备)，适用于一般的有机和无机介质。例如：浓度<30%、温度≤100℃或浓度≥30%、温度<50℃的硝酸;温度≤100℃的各种浓度的碳酸、氨水和醇类。

在硫酸和盐酸中的耐蚀性差;尤其对含氯介质(如冷却水)引起的缝隙腐蚀最敏感。

2、304L型不锈钢

耐蚀性和用途与304型基本相同。由于含碳量更低(≤0.03%)，故耐蚀性(尤其耐晶间腐蚀，包括焊缝区)和可焊性更好，可用于半焊式或全焊式PHE。

3、316型不锈钢

适用于一般的有机和无机介质。例如，天然冷却水、冷却塔水、软化水;碳酸;浓度<50%的醋酸和苛性碱液;醇类和丙酮等溶剂；温度≤100℃的稀硝酸(浓度≤20%、稀磷酸(浓度≤30%等。但是，不宜用于硫酸。由于约含2%的Mo，故在海水和其他含氯介质中的耐蚀性比304型好，完全可以替代304型。

4、316L型不锈钢

耐蚀性和用途与316型基本相同。由于含碳量更低(≤0.03%)，故可焊性和焊后的耐蚀性也更好，可用于半焊式或全焊式PHE。

5、 317型不锈钢

适合要求比316型使用寿命更长的工况。由于Cr、Mo、Ni元素的含量比316型稍高，故耐缝隙腐蚀、点蚀和应力腐蚀的性能更好。

6、AISI 904L或 SUS 890L 型不锈钢

这是一种兼顾了价格与耐蚀性的高性价比的奥氏体不锈钢，其耐蚀性比以上几种材料好，特别适合一般的硫酸、磷酸等酸类和卤化物(含Cl-、F- )。由于Cr、Ni、Mo含量较高，故具有良好的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀性能。

7、Avesta 254 SMO高级不锈钢

这是一种通过提高Mo含量对316 型进行了改进的超低碳高级不锈钢，具有优良的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能，适用于不能用316型的含盐水、无机酸等介质。

8、Avesta 654 SMO高级不锈钢

这是一种Cr、Ni、Mo、N含量均高于254 SMO的超低碳高级不锈钢，耐氯化物腐蚀的性能比254 SMO更好，可用于冷的海水。

9、RS-2(OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb)不锈钢

这是一种国产的Cr–Ni–Mo-Cu不锈钢。耐点蚀和缝隙腐蚀的性能相当于316型，而耐应力腐蚀的性能更好。可用于80 ℃以下的浓硫酸(浓度90~98%)，年腐蚀率≤0.04mm/a。

10、Incoloy 825( S)

这是一种Ni(40%)–Cr(22%)–Mo(3%)高级不锈钢。Incoloy是the nternational Nickel Co.公司的注册商标。适用于低温下各种浓度的硫酸;在浓度为50%~70%的苛性碱(如NaOH)溶液中，具有良好的耐蚀性，不产生应力腐蚀开裂。但是，对氯化物引起的缝隙腐蚀却很敏感。此外，冲压性能也不太好，故不是板片常用的材料。

11、31合金

这是一种由904L改进后的(提高Mo、N含量)、标准的6%Mo高级不锈钢(31%Ni-27%Cr-6.5%Mo-32%Fe)。在许多介质中的耐蚀性比904L更好;在浓度20%~80%、温度60℃~100℃的硫酸中，耐蚀性能甚至超过 C-276。

12、33合金

这是一种完全奥氏体化的铬基高级不锈钢，其耐蚀性可与Inconel 625等一些Ni-Cr-Mo合金媲美。在酸性和碱性介质(包括硝酸、硝酸与氢氟酸的混合物)中，具有良好的耐局部腐蚀和应力腐蚀开裂的性能;在浓硝酸中的耐蚀性比304L好得多。例如：适用于浓度大于96%~99%、温度≤150℃、氧化硫含量小于200mg/L的硫酸;热的海水;浓度≤50%、沸腾的强腐蚀性溶液;浓度≤85%、温度≤150℃的磷酸等。但是，不适用于还原性介质(如稀硫酸等)。价格与C-276相差不多。

13、C-2000合金

这是一种二十世纪90 年代研发的镍基合金，价格与C-276相近，是以上材料中耐腐蚀性能最好者之一。在中等浓度以下的硫酸、稀盐酸和沸腾温度下，浓度≤50%的磷酸以及热的氯化物等介质中，其耐蚀性比C-276和C-22更好， 有取代C-22合金的趋势。但是，对于浓度≥70%的硫酸，耐蚀性不如C-276。

14、59合金

化学成分与C-2000比较，除了Ni含量稍高(59%)，且低Fe、无Cu或W外，其余基本上相同。这是目前镍基合金中耐蚀性、热稳定性、可冲压性和可焊性最好的一种材料，自1990年商业化以来，已广泛用于硫酸、盐酸、氢氟酸以及含氯、含氧、低pH值的许多介质。