304 L管道酸洗中腐蝕情況的分析

魏文澤，戴傳波

(吉林化工學(xué)院化工與生物技術(shù)學(xué)院，吉林吉林132022)

304 L不銹鋼是一種通用性的不銹鋼材料，我國的牌號(hào)為00Cr19Ni10.304 L不銹鋼的碳含量很低，在焊接后或者消除應(yīng)力后，其抗晶界腐蝕能力優(yōu)秀，在未進(jìn)行熱處理的情況下，亦能保持良好的耐蝕性，一般應(yīng)用于抗晶界腐蝕性要求高的化學(xué)、煤炭、石油產(chǎn)業(yè)的機(jī)器部件.山東某紙漿廠于2009年在設(shè)備檢修中對(duì)304 L材質(zhì)的管道進(jìn)行了化學(xué)清洗，化學(xué)清洗工作由專業(yè)公司進(jìn)行，化學(xué)清洗藥劑主要物質(zhì)為鹽酸和硝酸之一.化學(xué)清洗初期發(fā)現(xiàn)管道滲漏，滲漏從局部開始，逐步擴(kuò)大到整個(gè)管道，造成了大面積泄露.為了確定事故責(zé)任，避免類似事件的發(fā)生，需要查找管道泄露的原因.工廠提供的清洗介質(zhì)為腐蝕性較強(qiáng)的鹽酸和硝酸中的一種，因此實(shí)驗(yàn)需要測(cè)定兩種酸在不同情況下的腐蝕率，通過掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)腐蝕形貌進(jìn)行分析，以確定腐蝕產(chǎn)生的原因［1-4］.

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

日本電子株式會(huì)社的掃描電子顯微鏡(SEM，JSM-6490LV)，F(xiàn)A2104A電子分析天平(上海精天電子儀器公司).

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑與材料

鹽酸(天津市大茂化學(xué)試劑廠)，硝酸(遼陽市源豐化工有限公司)，LAN-826緩蝕劑(蘭州藍(lán)星清洗有限公司)，腐蝕前后的304 L管道(山東某紙漿廠提供).

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

(1)5%鹽酸與0.3%的 LAN826 緩釋劑［1］混配后，將待測(cè)的304 L管道放入混合液中，腐蝕時(shí)間為3 d，測(cè)定腐蝕率和腐蝕后的管道表面［2］;

(2)5%硝酸與0.3%的 LAN826 緩釋劑［3］混配后，將待測(cè)的304 L管道放入混合液中，腐蝕時(shí)間為3 d，測(cè)定腐蝕率和腐蝕后的管道表面;

(3)準(zhǔn)備好5%鹽酸，將待測(cè)的304 L管道放入鹽酸溶液中，腐蝕時(shí)間為1 d，測(cè)定腐蝕率和腐蝕后的管道表面;

(4)準(zhǔn)備好5%硝酸，將待測(cè)的304 L管道放入硝酸溶液中，腐蝕時(shí)間為1天，測(cè)定腐蝕率和腐蝕后的管道表面.

1.4 腐蝕率的計(jì)算

由于所測(cè)的樣品不是標(biāo)準(zhǔn)試片，形狀亦不規(guī)則，所以無法測(cè)出單位時(shí)間、單位試片面積上的腐蝕量，因此，本研究的腐蝕率測(cè)定時(shí)，將樣品加工成外形尺寸大小相同、質(zhì)量相近的試樣，計(jì)算出針對(duì)該腐蝕過程中單位時(shí)間的腐蝕量占樣品腐蝕前質(zhì)量的百分比(本方法僅針對(duì)具體工程過程的分析，不適用于通用的理論分析).

用分析天平稱量腐蝕前后的干燥的管道質(zhì)量，用下式計(jì)算腐蝕率:

2 結(jié)果與討論

2.1 腐蝕率

把腐蝕前后的試樣分別測(cè)定3次質(zhì)量，取平均值后計(jì)算腐蝕率.腐蝕率，見表1.

由表1可見，無論在有無緩蝕劑的情況下，鹽酸對(duì)304 L的腐蝕都大于硝酸對(duì)304 L的腐蝕，加入緩蝕劑后，鹽酸對(duì)304 L的腐蝕率下降明顯，表明加入LAN-826緩蝕劑后可有效控制酸對(duì)304 L的腐蝕速度.

表1 腐蝕率測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.2 腐蝕形貌分析

沒有使用過的金屬管與現(xiàn)場(chǎng)已腐蝕過的金屬管的焊縫形貌比較，見圖1.

圖1(a) 未使用過的金屬管焊縫掃描圖像

圖1(b) 已腐蝕過的金屬管焊縫

從圖1掃描形貌可以看出，沒有使用過的金屬管焊縫表面圖像清晰，棱角分明，保持了焊縫的原貌;現(xiàn)場(chǎng)已腐蝕過的金屬管焊縫表面棱角已經(jīng)基本被腐蝕，腐蝕痕跡明顯.

沒有使用過的金屬管與現(xiàn)場(chǎng)已腐蝕過的金屬管的表面形貌比較，見圖2～3.

圖2(a) 未使用過的金屬管表面掃描圖像

圖2(b) 已腐蝕過的金屬管表面掃描圖像

圖3(a) 未使用過的金屬管表面掃描圖像

從圖2與圖3形貌比較可以看出，沒有使用過的金屬管表面圖像清晰，棱角分明，沒有明顯腐蝕的痕跡;現(xiàn)場(chǎng)已腐蝕過的金屬管表面已經(jīng)出現(xiàn)腐蝕所形成的凹坑，腐蝕痕跡明顯，掃描電子顯微鏡(SEM)從40倍放大到200倍時(shí)可以看出有點(diǎn)蝕的跡象.

加入緩釋劑的鹽酸和硝酸對(duì)沒有使用過的金屬管焊縫的腐蝕，見圖4～5.

圖4(a) 鹽酸對(duì)焊縫的腐蝕掃描圖像

圖4(b) 硝酸對(duì)焊縫的腐蝕掃描圖像

圖6 未使用過的金屬管焊縫掃描圖像

從圖6可以看出，沒有使用過的金屬管焊縫從80倍放大到400后金屬結(jié)構(gòu)依舊是致密的，沒有出現(xiàn)明顯的空洞結(jié)構(gòu).由圖4和圖5可以看出，加入緩釋劑的鹽酸對(duì)沒有使用過的金屬管焊縫具有腐蝕，且腐蝕表面同硝酸的腐蝕相比較可以看出，鹽酸的腐蝕具有點(diǎn)蝕的特點(diǎn)，腐蝕后的金屬管焊縫出現(xiàn)明顯空洞，鹽酸腐蝕為穿晶腐蝕［4］，而硝酸腐蝕后的金屬管表面形態(tài)與沒有使用過的金屬管的焊縫表面形態(tài)相近，所以硝酸的腐蝕是均勻腐蝕.

加入緩釋劑的鹽酸和硝酸對(duì)沒有使用過的金屬管表面的腐蝕

由圖7和圖8的兩組圖片可以看出，鹽酸對(duì)金屬表面的腐蝕呈現(xiàn)透過性坑狀結(jié)構(gòu)，具有點(diǎn)蝕的特征，造成了金屬表面的深度腐蝕，而硝酸對(duì)金屬表面的腐蝕則呈現(xiàn)出比較均勻的絲網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是在金屬表面形成的均勻腐蝕.

圖7(a) 鹽酸對(duì)金屬表面的腐蝕掃描圖像

圖7(b) 硝酸對(duì)金屬表面的腐蝕掃描圖像

圖8(a) 鹽酸對(duì)金屬表面的腐蝕掃描圖像

圖8(b) 硝酸對(duì)金屬表面的腐蝕掃描圖像

3 結(jié) 論

通過鹽酸和硝酸對(duì)金屬焊縫和金屬表面的腐蝕情況分析，說明鹽酸和硝酸對(duì)304 L均具有腐蝕作用，兩種酸對(duì)金屬不同位置的腐蝕情況是一致的.鹽酸的腐蝕可以形成點(diǎn)蝕，并具有穿晶的特征，說明鹽酸具有穿晶腐蝕的能力，可以造成金屬管泄露，符合泄露從局部開始并逐步擴(kuò)大到整個(gè)管道的腐蝕特征，而硝酸的腐蝕為均勻腐蝕，腐蝕程度和腐蝕后的表面基本均勻.由此可以判定該304 L管道腐蝕為鹽酸所造成的腐蝕，因此，在對(duì)304 L的管道進(jìn)行清洗時(shí)建議使用硝酸或其他弱酸.

［1］ 陶映初，畢剛，陳思農(nóng).鋼鐵材料鹽酸酸洗的緩蝕與抑霧研究，材料保護(hù)［J］.1991，24(8):14-19.

［2］ 陸韶華，魏振祖.化學(xué)清洗劑的腐蝕試驗(yàn)［J］.化學(xué)清洗，1987(10):12-18.

［3］ 張利平.不銹鋼清洗劑中緩蝕劑的選擇［J］.陰山學(xué)刊:自然科學(xué)版，2003(6):89-91.

［4］ 魏振祖.鋼鐵酸洗腐蝕與三價(jià)鐵離子的關(guān)系［J］.化學(xué)清洗，1989(12):10-12.