别锈钢管道腐蚀分析

千里之行，始于足下。第2页/共2页精品文档推荐别锈钢管道腐蚀分析No.14044

别锈钢管道

ArthurH.Tuthill

别锈钢用作自来水管具有成本效益。

自六十年代中期以来，别锈钢已广泛用于饮用水工业，包括在水淡化厂用于处理加工淡水；在饮用水处理厂用于沉淀过滤装置和管道；在XXX东京，别锈钢小口径管用家用自来水连接管。在纽约市，别锈钢大口径管用于立柱管和其它管道。别锈钢最为人们所熟悉的应用是喷嘴式饮水龙头。本文给出了304（UNS30400）和316（S31600）别锈钢的背景资料和普通数据，并报道了目前别锈钢在饮用水方面的应用。对别锈钢在原水、氯化处理的水和纯净水中的行为以及埋在土壤里的管道的状态举行了评述，并论述了制作后清理以及外观的维护和保持清洁的办法。提出了成功应用别锈钢的指导方针。

别锈钢的别锈特性归结于其表面附着的一层厚度仅为几埃的牢固的铬氧化膜，这层铬氧化膜在空气或水中马上形成，同时能在划伤或损坏后自行修复。别锈钢易于焊接，虽然其焊接技术与一般碳钢的焊接技术稍有别同。316、316L（S31603）、304、304L（S30403），以及相应的铸钢钢号CF8M（J93000）、CF3M（J92800）、CF8（J92600）、CF3（J92700）是应用最广的锻造和铸造牌号。

表1给出了这些钢种的化学成分和机械特性。

表1锻造和铸造别锈钢的化学成分%

牌号UNS编号C（最大）CrNiMo

锻造

304S304000.0818.0~20.08.0~11.0

8.0~13.0

18.0~20.0

304LS304030.035

2.0~

3.0

11.0~14.0

316S31600

16.0~18.0

0.08

2.0~

3.0

11.0~15.0

316LS316030.035

16.0~18.0

铸造

CF3J925000.0317.0~21.08.0~12.0

CF8J926000.0818.0~21.08.0~11.0

CF3MJ928000.0317.0~21.09.0~13.02.0~3.0

CF8MJ929000.0818.0~12.09.0~12.02.0~3.0

别锈钢管在饮用水工业中大量使用的一具事例是用于美国、加勒比和中东的水淡化处理加工管道，304L和316L别锈钢用于水处理的收集水槽和混合厂的管道，生产出的高纯净水和当地可用的地下水在混合厂举行混合。

1化学成分对性能的妨碍

别锈钢的化学成分有两个要紧差不。一些牌号含有2%~3%的钼，而另一些则没有。牌号316/316L和CF8M/CF3M含有2%~3%的钼，大大提高了它们耐局部腐蚀的性能。当别锈钢发生腐蚀时，其腐蚀是局部的即呈现一具或多个小坑。在天然水中，别锈钢不可能像碳钢那样受到全面腐蚀。爱护别锈钢别受腐蚀薄而顽强耐久的铬氧化膜有时会有一些缺陷，当环境条件对爱护膜上的薄弱点有脚够的腐蚀性时，别锈钢正是在这些缺陷处发生腐蚀。除了制作和装运过程中铁粒嵌入表面引起的生锈事情外，别锈钢曝露在空气中非常少发生腐蚀，但在特别条件下暴露于水中或埋入土壤中有时会发生腐蚀。在304/304L别锈钢会发生局部腐蚀的

那些环境条件中，钼大大提高了材料在这些介质中耐局部腐蚀的性能。含钼别锈钢的耐腐蚀性比标准别锈钢稍好一点，所以它们常常用作某些未来腐蚀性有也许增加的环境中的防腐材料。

用户应当了解到别锈钢成分的第二个差异是碳含量的别同。304L、316L、CF3和CF3M的含碳量（见表1）最高为0.03%，而304、316、CF8和CF8M的含碳量最大为0.08%。锻造的低碳牌号用于管道等焊接创造，当预料未来某个时候要举行修理或重建时，铸造的低牌号常被指于泵的铸造。采纳低碳牌号保证了焊接热量将不可能使焊缝的热妨碍区（HAZ）敏化而产生晶间腐蚀。敏化这一术语描述了某些环境下，老牌的高碳别锈钢（含碳（0.08%）由于在焊接过程中焊缝身边热妨碍区发生碳化物的析出而导致的耐腐蚀性的下落。在大多数空气和淡水环境下敏化别大也许导致晶间腐蚀，但在化学清洗操作中，它会导致严峻的腐蚀。对所有的焊接创造包括制管指定采纳低碳牌号以幸免晶间腐蚀已成为标准化的做法。

高碳钢种的强度略微高一些（见表2），当稍高的强度是有利因素而焊接别是重要因素的事情下，泵和阀门创造商常常采纳高碳钢种创造泵轴和阀杆。

表2锻造和铸造别锈钢和机械性能

钢种UNS编号抗拉强度屈服强度延长率（%）

最小(ksi)最小(ksi)2英寸的管304S30400753035

304LS30403702535

316S31600753035

316LS31603702535

CF3J92500703035

CF8J92600703035

CF3MJ92800703030

CF8MJ92900703030

2．别锈钢在东京和纽约配水系统中的应用

东京供水局通过十年试验，首创了从街道的辅助干线到住宅的测量仪表间的连接管道（管接头）使用了别锈钢，从全然上落低了渗漏率（见图1）。东京市打算到1997年所有住所区全部安装别锈钢的管道连接。东京也开创了在公路桥上采纳别锈钢管道代替易出故障的河底管线。

纽约市在对备选材料举行了15所评估的基

础上，开始在都市配水系统3号输水管道一期的

大口径立柱管大规模采纳304L别锈钢，并已于

1993年投入使用。在建的二期工程更加大量地

采纳了别锈钢管道。别锈钢管道正在有挑选性被

用于那些难于更换和要求最长使用寿命的区段。

别锈钢用于水处理厂的大型中央操纵常沉

淀过滤装置始于1965年，从那往后已在75个以

上的水处理厂推广应用。图2是一具典型的水处理厂的中喘操纵和过滤装置，创造商报告讲，所安装的75个以上的别锈钢中央操纵装置立柱性能良好，至今没有举行更换或大修的需要。

3别锈钢节省成本

差不多有30多个饮用水处理厂采纳别锈钢管道代替了球墨铸铁管道，要紧的缘故是节省了成本。马萨诸塞州Taunton水处理厂由于采纳了别锈钢管道，比采纳球墨铁节约费用恐怕约为5万美元。

4腐蚀非常少成为咨询题

别锈钢在空气、水或其它含氧介质中几乎能马上形成一层铬氧化物薄膜，从而使别锈钢具有耐蚀性。酸洗除去了爱护膜和上面的所有缺陷，当别锈钢从酸洗液中移出时，爱护膜重

新形成。妨碍别锈钢腐蚀行为的要紧是水中的

溶解氧，这种妨碍是非常有利的。对碳钢、铸铁

和球墨铸铁非常别利的因素如水的搅动、涡流和

高流速，而对别锈钢的寿命和性能却非常有利。

清洁的别锈钢在洁净、透气、含氯化物低的水

中，其寿命没有限制。

造成缝隙腐蚀的操作因素是清洁度和氯

化物含量。若氯化物含量脚够高，含泥沙的水

和缝隙（如那些由于环形焊缝没有彻底融合形

成的）的在某些条件下会导致局部点状腐蚀。

氯化物含量在200毫克/升以下时，304别锈钢

在天然水中非常少发生缝隙腐蚀，氯化物含量在

1000毫克/升以下，316别锈钢同样非常少发生

缝隙腐蚀。但是，在氯化物含量低的水中假如

水垢及沉积或人为的缝隙能吸留和浓缩了水

中的氯化物也也许发生缝隙腐蚀。

尽管别锈钢不可能发生损坏，但也许有一具例外，据报道，在一些地点处理厂过量地用

氯消毒，使别锈钢设施造成损坏，这种埋伏惊险是存在的，必须加以认识。中东的水淡化厂由于严峻地用氯消毒，别锈钢淡水管线已发生过一些损坏。

表3给出了氯气对碳钢、铸铁和别锈钢妨碍的有关数据。这些先前从未发表过的数据是国际镍公司依照安放在安大略湖的三个位置和一处井水的试验架得出的。每一种情形都与未用氯处理的水中的基础数据作了对照。

当氯含量在1~2毫克/升的正常范围时，碳钢和铸铁的普通腐蚀速度增加了一倍，当残留氯含量达到3~5毫克/升时，碳钢的腐蚀速度是其在未经氯化处理的原水中腐蚀速度的7.6倍。

若别锈钢发生任何可测量出的金属损失，其金属损失也仅限于局部。所以，必须对坑的深度而别是腐蚀速度举行比较。对敏化试样举行了试验以确定焊缝热妨碍区是否比基体金属耐腐蚀性差。表3的数据表明，在通常所遇到的残留氯含量为1~2毫克/升的饮用水中，必须使用低碳别锈钢304L和316L，以幸免焊缝热妨碍区的腐蚀。

表31010碳钢、铸铁和304、316别锈钢在四种采纳氯气消毒，

具有别同残留氯含量的淡水中的行为

腐蚀速度(密耳/年)最大腐蚀深度－基板(密耳)最大腐蚀深度－缝隙(密耳)

残留氯

含量敏化处理敏化处理

碳钢铸铁304306304316

316

304

（毫克/升）304

316

0<1

00

1.4

1.700

0<1

<1

00

0.8-1.02.5

3.000

1

00

035

2

3.4

3.40030

3–510.7NT*<10NTNT

4~141~

5NTNT

*NT—未试验

这此数据讲明，在某些水处理厂，残氯含量为3~5毫克时，304/304L基体已开始浮现点蚀（<1密耳），缝隙腐蚀（4~14密耳）已明显发生。316/316L基体可耐受的残氯含量最高为5毫克/升。

这些数据和作者的经验表明，为了更好地抵御一些水处理厂某些部位所遇到的高浓度残留氯的腐蚀，与304L相比，316L是更加慎重的挑选。这些数据也讲明，加氯消毒应当注意保证氯气和水混合良好，幸免高残留氯。

有两个水厂报道了别锈钢管道发生了多处点蚀，这要紧归结于潮湿氯气在管内聚拢。在其中的一例中，别用的回洗水管打开放置，结果氯蒸气进入并在管道中集聚。另一例由于水流量过低，水在水管内仅充满一半，使溶解在水中的氯聚拢在管道上半部的空间。含有潮湿氯气的封闭气氛对304L和316L别锈钢管道都有非常强的腐蚀性。

虽然饮用水举行标准的氯化处理能有效地防止细菌引起微生物腐蚀，但大概仍然有如此的腐蚀发生。

水处理厂的管道系统常常用当地的

水举行水压试验。假如用于水压试验的水

没有及时、安全地排净而留在了待用管道

里，就成为细菌生长和生殖的理想环境。

由于水压试验的水滞留在管内，差不多有两

个水处理厂的304L别锈钢管道焊缝处受

到微生物引起的腐蚀。

一些净水管线和配水管线存在着死

端或封闭的部分，水在那儿也许滞留一具

月甚至更长时刻。据报道在一具净水管线中，有一段用来存留过期水的别锈钢管道发生了微生物腐蚀。据以为管道滞留水中的氧和残氯被自然的过程所消耗，如生物或化学耗氧，使得细菌再生并导致微生物腐蚀。

在某些含有较高浓度锰的淡水冷却系统中存在发生微生物腐蚀的情形。Tver-berg等人提供的资料证明，由于向含锰较高的水中加入氯气，冷却系统管道上覆盖了一层黑群含锰的沉积物，结果管道和热交换器发生了微生物腐蚀。假如别存在可以将锰离子氧化成锰的氧化细菌，同时别加氯气的话，沉积物本身通常危害别大。当氯添加到含锰的水中，同时存在诸如盖氏铁柄杆菌如此的氧化细菌，自生的腐蚀反应便开始了，导致别锈钢发生严峻的点蚀。虽然这种类型的腐蚀在饮用水厂还未见报道，但当生水中含有大量的锰时，这种腐蚀是有也许发生的，应当予以思考。

作者调查了如此一具案例，在别存在氧化细菌的条件下，锰沉积物导致了环形焊缝的热妨碍区的缝隙腐蚀。点蚀发生在热妨碍区，而别发生在同样覆盖了黑群锰沉积物的基体或焊接金属。经过注入氯而形成的黑群锰沉积物附着力非常强，是非常好的缝隙形成物。在含有或别含有氧化细菌的含锰水中，假如在水厂的出口而别是进口注入氯，就能够幸免所发生的腐蚀。

对东京土壤中举行的长达十多年的广泛试验使XXX公用事业部门的人员肯定，316L别锈钢管道无需外加爱护就能埋藏在土壤中。别锈钢管道自从10年前开始广泛采纳以来，至今未见发生损坏的报道。其它的测试和经验表明，别锈钢在排水良好、回填土清洁的土壤中性能良好。但在排水别良的土壤如河底交叉处以及劣质回填土的存在下，就有也许发生底层沉积物和微生物所引起的腐蚀。最好似处理碳钢那样对埋藏的别锈钢管举行包覆或阴极爱护。

当两种别同的金属在有电解质存在的事情下联接在一起时，与它们别联接在一起时各自的腐蚀速度相比，其中一种金属的腐蚀速度增加，另一种金属的腐蚀速度减小。Schole和Rowland给出了海水中相同面积的碳钢与316别锈钢相联接时的加速系数为3（即未联接时碳钢的腐蚀速度被提高了3倍）。Schole和Rowland给出，未联接的钢在没实用氯处理过的水中，其腐蚀速度为大约2密耳/年，在残氯含量为2毫克/升的水中，其腐蚀速度为3.5密耳/年。连接在一起的钢在上述两种水质中的腐蚀速度分不为6密耳/年和10.5密耳/年。虽然没有像研究海水那样研究过淡水，但相信在淡水中的加速系数也是同样的。与在海水中相比，在淡水中碳钢增加的腐蚀往往发生在离两种金属的接合处更近的部位。在XXX，街道之下的别锈钢管道接头与球墨铸铁辅助干线相绝缘，住所的别锈钢管道接头与测量仪表绝缘。别锈钢管河底交叉处也在两端举行绝缘以幸免电蚀。水处理厂的别锈钢管道上采纳铸铁和球墨铸铁阀门，没有发觉别利的妨碍。电蚀在管道系统中别常见，通常别是一具重要的咨询题。

由于制作过程中铁屑嵌入别锈钢管（与钢辊和工作平台接触引起的）和搬运（钢丝吊钩）及焊接缝热妨碍区的生锈（碳钢钢丝刷）所造成的外表面锈斑是人们常常抱怨的。在质量保证书中包含最后喷水检验的要求，将有助于消除嵌入铁屑，几乎没有水管创造商会为一具简单的、证明没有嵌入铁鳞沾污表面的水检验而收取额外费用。检验非常简单，弄湿表面，翌日检查生锈点。也能够要求最后清洗之后将管端紧紧塞住，并要求承包商在管道安装之前向来将塞子塞好，甚至在现场储存时也如此要求。

美国自来水厂协会C2203.8节要求钢管没有氧化皮（焊缝热妨碍区的回火群是氧化皮）和沾污表面的铁鳞。这是一具严格的要求，应当毫无例外地坚持。

美国自来水厂协会C2203.2.1节规定了环形对缝焊接的标准。这一节应当被严格执行，因为许多钢管创造商感到，为了保持产品的竞争力，他们被迫按照商用质量交货（而别是美国自来水厂协会的新规范所要求的彻底焊透的焊接）。美国材料与试验学会技术条件中没有

包含在钢管创造车间举行的环形对缝焊接方面的内容，这意味着每个用户必须制定和执行内部规范，否则就会经常发生商用质量要求的环形对缝焊接别合使用要求的事情。大多数的标准要求焊缝必须彻底焊透，而商用质量标准没有这种要求。

人们早就懂焊缝身边的回火群会增加高纯净水的渗漏和使高纯净水的水质变坏。对微生物腐蚀所作的研究也清晰地表明，经过酸洗或电解抛光除去回火群，可以提高耐缝隙腐蚀和微生物腐蚀的能力。当制定环形焊接规范时，用户应当思考防止或去除环形焊接的回火XXX。经过防止或去除回火群，恢复别锈钢全部固有的耐腐蚀性能。