304L不锈钢管点蚀腐蚀特性及失效原因分析

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。