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304L不锈钢管点蚀腐蚀特性及失效原因分析

时间:2021-11-20  来源:不锈钢现货超市网  作者:不锈钢现货网
 

对304L不锈钢管失效样品进行取样,通过化学成分、金相分析、低倍观察并结合SEM+EDS等手段分析样品失效的原因,阐述点腐蚀的形貌特征及形成原因,为广大用户提供借鉴和警示。不锈钢在大气环境中能在其表面自发形成一层致密的钝化膜,钝化膜的隔离作用使不锈钢具有较好的耐腐蚀特性;304L不锈钢管被广泛应用于工程建设项目中,其中在核电、海洋工程和船舶、石油、化工、煤化工和LNG工程等方面的应用非常广泛,在经济建设中占有举足轻重的地位。为了满足更多领域的使用要求,具有不同性能的不锈钢材料被不断开发并被推广应用,从而适应不同腐蚀环境的应用需要。但由于用户对不锈钢材料选择、应用环境和腐蚀机理的认知缺乏系统了解,造成在实际选材过程中,因选材不当而过早地引起腐蚀破坏。不锈钢材料表面的钝化膜赋予其优良的抗均匀腐蚀能力;然而,在抗均匀腐蚀的同时,金属的局部点状腐蚀(即“点蚀”)却难以避免。点蚀的发生起始于材料表面,最终向材料表面以下的纵深方向迅速扩展。因此,点蚀破坏具有极大的隐蔽性和突发性,特别是在石油、化工、核电等领域,点蚀容易造成金属管壁穿孔,使大量油、气泄漏,甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。


点腐蚀的发生起始于钝化膜的局部破损,其多数发生在氯离子环境下,由于氯离子与金属表面吸附能力强,且半径小,穿透力强,所以极易穿透钝化膜上的空隙,与金属阳离子结合,形成强氯化盐发生溶解,并继续向深处发展,最后形成蚀孔。点腐蚀隐蔽性强,往往在不锈钢的表面仅会观察到极小的孔洞,但其内部金属已被大量腐蚀。作为典型的不锈钢点腐蚀诱发因素,氯离子对不锈钢的点蚀行为被人们广泛研究。因此,分析研究不锈钢在富有卤素离子的点蚀腐蚀特性,对降低经济损失、提高材料利用率、提高使用过程中的安全性具有重要意义。


一、采样分析


1. 样品信息


某公司生产的022Cr19Ni10(304L)不锈钢管在富有卤素离子的环境中发生点状腐蚀失效,其样品基本信息如表所示。


据了解,该泄漏样管内部介质为蒸汽,外部介质主要成分为冰醋酸;漏点多位于两无缝管对接焊的焊缝附近。


2. 宏观形貌观察


样管左、右两侧远离焊缝位置处表面质量良好,近焊缝处存在较多焊接结疤、划痕;右侧样管近焊缝处发现多个腐蚀麻点。


3. 检测内容


在腐蚀麻点附近取样,进行化学成分、非金属夹杂物、晶粒度等测试,并采用SEM+EDS对腐蚀产物进行分析。


a. 化学成分


304L不锈钢管样管左、右两侧化学成分如表所示,符合标准要求。


b. 非金属夹杂物、晶粒度


样管非金属夹杂物、晶粒度测定结果如表所示。样管左、右两侧非金属夹杂物等级、晶粒度等级均未见异常。


c. 低倍形貌


样管右侧管壁存在多个孔洞,尺寸较大,贯穿管壁,而外表面腐蚀孔洞尺寸小。


d. 显微组织(纵截面)


样管左、右两侧基体组织均为单一奥氏体,组织均匀。图所示为右侧样管腐蚀孔洞的显微形貌。在样管外壁,发现多个小型点腐蚀孔洞;腐蚀孔洞附近未发现大尺寸非金属夹杂物,且组织均匀。


e. SEM + EDS


样管外表面腐蚀孔洞附近氯、氟元素含量较高。


二、结果分析


样管右侧(Ф76mm×3.5mm)化学成分满足 GB/T 14976-2012 要求,非金属夹杂物和晶粒度等级均未见异常,组织均匀;表面大部分区域保持钝态,呈银白色,焊缝附近存在结疤、划痕、麻点;在纵截面,腐蚀孔洞呈囊形或楔形,尺寸较大,贯穿管壁;右侧样管外壁存在多处小型点腐蚀坑,尚未贯穿管壁;表面麻点附近腐蚀产物中氯元素含量较高。


不锈钢点腐蚀是腐蚀仅仅集中在某些特定点域,并在这些点域形成向深处发展的腐蚀小坑,而不锈钢的大部分表面仍保持钝态的腐蚀现象。不锈钢发生点腐蚀时,其外观形貌有如下特征:


1. 大部分表面腐蚀极其轻微,保持钝态,仅局部呈现腐蚀小孔;


2. 表面看上去不是蚀坑,凹痕本身仍有金属光泽,但其内部严重腐蚀,呈现囊形、楔形或椭圆形等孔洞;


3. 蚀坑表面尺寸很小,被腐蚀产物覆盖;


4. 仅在特定腐蚀介质中才会发生。当介质中卤素离子(尤其是氯离子)和氧化剂同时存在时,容易发生点腐蚀。


由宏观照片中打磨的痕迹可知,使用方在进行无缝管体对接焊后,人为去除了管端的表皮,破坏了管端表面的钝化膜,并且焊后未进行适当的热处理消除焊接应力,导致该部位的腐蚀倾向增加。再加之,使用者在含有卤素离子(氯离子等)的介质环境中使用不耐点腐蚀的普通奥氏体不锈钢,导致发生了点腐蚀。


三、结束语


1. 泄漏304L不锈钢样管失效形式是卤素离子引起的“点腐蚀”失效。


2. 通过优化焊后热处理工艺,可以有效改善304L不锈钢管焊接处抗晶间腐蚀和点腐蚀的性能,从一定程度上增强钝化膜的稳定性。


3. 304L不锈钢管表面的银白色物质为钝化膜,能在一定程度上阻止晶间腐蚀和点腐蚀的发生,不应轻易去除。


4. 304L不锈钢管并非在所有环境条件下均具有良好的耐腐蚀性能,使用者应结合自身使用的环境条件选择合适的材质,以免蒙受不必要的损失。

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