腐蚀失效分析

304不锈钢管的点蚀失效案例分析

主要内容1.案例介绍2.宏观形貌3.金相与X射线荧光能谱仪分析4.实验分析对比5.预防方法6.结论1.案例介绍本案例讨论的是某食品机械公司的一套管壳式冷凝器，其中空心冷却管材质均为304不锈钢。使用一段时间后，发现有多根冷却管在焊缝处或者管材本身发生点蚀现象，点蚀孔穿透管材本身，孔的形状为不规则圆形，半径≤3mm。冷却管中所通的冷却液为无色透明状，管材外壁光亮如新，但是管材内壁有大量浅黄色沉积物。经现场用硝酸银溶液（AgNO3）对工作时流经管内的冷却液进行滴定，明显产生大量的白色AgCl沉淀，由此可以证明工作环境中氯离子的存在。为了证明CL-离子对304不锈钢的腐蚀作用进行了一系列的实验。关于304不锈钢

304不锈钢（是一种通用性的不锈钢材料，防锈性能比200系列的不锈钢材料要强。耐高温方面也比较好，一般使用温度极限小于650℃。304不锈钢具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。对氧化性酸，在实验中得出：浓度≤65%的沸腾温度以下的硝酸中，304不锈钢具有很强的抗腐蚀性。对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能力。2.宏观形貌对该304不锈钢管腐蚀样品进行宏观检查，样品表面光亮，直径φ15mm的空心圆柱，但在管材中部以及侧断面有明显的点蚀现象，点蚀孔穿透管材本身，孔的形状为不规则圆形，半径≤3mm。3.金相分析

将该样品切割为20mm的长度的试样，并将圆柱表面压平，方便进行金相显微镜观察，首先借助砂纸除去试样表面的杂物，再使用金相砂纸对试样逐级抛光，用无水乙醇对抛光表面清洗，烘干后，用王水腐蚀。最后用金相显微镜观察样品点蚀孔处的显微组织，并通过对304不锈钢的金相分析，来研究是否也存在应力腐蚀裂纹。图为试样表面所拍金相照片，可以明显的看到试样表面存在多个黑色点蚀孔。4.X射线荧光能谱仪分析简单介绍：X射线荧光能谱仪。是对被测试样中所含元素进行定性定量分析最为准确的仪器之一。能够对样品所含有的从Na—U范围内所有元素进行分析。精确度从0.0001%—100%，具有较强的分析能力。通过XRF对试样的点蚀孔处从近及远等距离分别测定了铬含量。

从表中可以看出，距离点蚀孔越近，则Cr含量越低。从距离点蚀孔最远的3号位置到距离最近的1号位置，Cr含量下降了将近2%。

标准304不锈钢中铬含量应为18％—20％,而试样中的铬含量均低于标准值，靠近点蚀孔的强腐蚀区域甚至少了将近3％。之所以产生这么大的差异，从点蚀孔的生长形态来看，点蚀孔从形槽直至穿孔，此处的的氯离子由于聚集，浓度必然大于非点蚀孔处。而氯离子又易与Cr生成Cr-Cl化合物，所以对不锈钢中铬含量确实会造成相当程度的影响，甚至会有出现“贫铬区”的可能，而铬含量的减少也造成了304不锈钢防腐性能的下降。不锈钢中Cr含量随靠近点蚀孔距离的变化5.实验分析对比

为了验证CL-离子对于304不锈钢的腐蚀作用，我们取两个新的不锈钢管试样，腐蚀实验前先进行形貌照片拍摄和金相照片拍摄，，计算每个试样表面积约为30cm2，，每个试样需要在600ml的腐蚀溶液，配置6％FeCl3＋0.05mol/LHCL的腐蚀液1.8L，在腐蚀溶液中分别浸泡2h、24h，浸泡后取出试样，清水冲洗并烘干后拍摄样品表面形貌照片以及进行金相观察。完好的未被腐蚀304钢金相图已被腐蚀的304钢金相图

进行对比可以发现，腐蚀后的试样出现数量较多的黑色的点蚀，不均匀分布于基体奥氏体间，图（c）（d）中从点蚀孔处延伸出应力腐蚀裂纹，呈人字形；表面为灰暗色，并且在裂纹两边可清楚看到有大量新的点腐蚀孔产生，只有金属表面的保护膜局部破坏后，才能萌生裂纹。膜的局部破坏与金属表面存在的位错露头、晶界、相界等微观缺陷有关。这些微观缺陷可使膜局部产生内应力，当金属受力时，它们还可以引起局部应力集中和应变集中，集中塑变区的滑移台阶能引起表面膜的破裂。对之前我们得出304不锈钢的点蚀孔往往是产生应力腐蚀的腐蚀源提供了有利的证据。点腐蚀孔和应力腐蚀裂纹304不锈钢防腐蚀措施1.镀层防护，在不锈钢上镀适当的金属或合金，则可改善表面状况，抵抗活性阴离子的侵袭，提高其力学性能（如耐磨性，硬度等）以及耐蚀性，从而可延长其使用寿命。2.降低环境的侵蚀性，包括对酸度、温度、氧化剂和卤素离子的控制，其中要特别注意避免氯离子向局部浓缩。3.提高工作环境中溶液的流速或搅拌溶液，使溶液中的氧及氧化剂的浓度均匀化，避免溶液停滞不动，防止有害物质附着在构件表面上。4.添加缓蚀剂或某些缓蚀性离子,如:对不锈钢加入硫酸盐、硝酸盐、高氯酸盐等。5.对材料进行合理的热处理，如对304不锈钢进行固溶处理状态下，可获得最佳的耐点蚀性能。结论1.304不锈钢基于氯离子环境下产生的点腐蚀存在应力腐蚀，最后导致穿孔现象的产生。