不銹鋼鋼管腐蝕泄漏原因分析

陳紅軍

摘 要：主要針對不銹鋼鋼管腐蝕泄漏的原因展開了分析，對不銹鋼材料的特點作了說明，詳細闡述了宏觀檢查和微觀試驗，并對腐蝕泄漏的原因作了深入研究，以期為相關(guān)單位的需要提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：不銹鋼；鋼管；腐蝕泄漏；機械性能

中圖分類號：TG142.71 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.08.064

不銹鋼鋼管是一種中空的長條圓筒狀鋼材，由于其具有相對良好的機械性能、耐蝕性能、經(jīng)濟性能，在眾多行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但不銹鋼鋼管仍然存在腐蝕泄漏的問題，影響著不銹鋼鋼管的正常使用。因此，我們需要對腐蝕泄漏的原因進行認(rèn)真分析，以解決不銹鋼鋼管的腐蝕滲漏問題。

1 不銹鋼材料特點分析

1.1 材料特點

不銹鋼全稱為不銹耐酸鋼，有非常好的耐腐蝕性能，在大氣中年平均腐蝕率≤0.01 mm。不銹鋼中主要的合金元素是鉻和鎳，在普通的低碳鋼中只要加入≥12%分子量的鉻，整個鋼材就有了抗腐蝕性能。冷凝器換熱管的使用材料一般為00Cr18Ni10（即通常所說的304L），是一種超低碳不銹鋼，其中，Cr的含量為18%左右，Ni的含量為10%左右，也是在工業(yè)應(yīng)用中最常規(guī)的不銹鋼品種。不銹鋼外表面的有一層氧化膜，稱為鈍化膜，這層膜使材料中的金屬元素與空氣中的氧隔離，從而起到防腐作用。

1.2 加工特點

不銹鋼管的性能除了與材料本身有關(guān)外，還與其加工方式有著密切的關(guān)系。無縫管的制作過程是用合格的坯料冷拔成形，然后進行固溶處理（即高溫回火+淬火），接著靜置于強酸環(huán)境中酸洗鈍化，使之形成一層鈍化膜，整個處理過程是與不銹鋼板材相同的。由于體積小、易處理，其機械性能優(yōu)于板材。而其加工工藝決定了它的厚度比焊管厚。焊管是由冷軋成的鋼帶（經(jīng)固溶處理）經(jīng)模具后擠壓成鋼管形狀，然后由自動氬弧焊自熔焊接而成成形并經(jīng)校直后低溫消應(yīng)力回火，最后進行酸洗鈍化。由于生產(chǎn)的鋼帶厚度可控制得比較薄，且生產(chǎn)的成本也較低，因此，焊管的價格相對便宜。

在局部機械性能及化學(xué)成分分析上，焊管的性能與無縫管并無明顯差別，但焊管的焊縫是一個薄弱環(huán)節(jié)，其并不體現(xiàn)在力學(xué)上，而是體現(xiàn)在耐腐蝕性能上。由于在焊接的高溫環(huán)境中，奧氏體中固溶的碳化物在奧氏體晶間沉淀析出，即可產(chǎn)生敏化現(xiàn)象，造成碳化物鄰近部分形成貧鉻區(qū)，又因是自熔焊接，所以，合金元素Cr得不到有效補充，使其抗晶間腐蝕的能力降低。

2 宏觀檢查分析

2.1 外觀檢查

宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，腐蝕是局部的。泄漏部位管外壁有穿透型腐蝕小孔，周圍有黃色的腐蝕凹坑，此外，還有多處黃色腐蝕斑漬。剖開管子發(fā)現(xiàn)，內(nèi)壁除有1處從外壁腐蝕穿透的小孔，無其他缺陷與腐蝕跡象。由此可見，腐蝕是從管外壁開始的。

2.2 渦流檢測

5號機凝汽器共有21 494根TP304L不銹鋼管，現(xiàn)場100%渦流檢測共發(fā)現(xiàn)10個批次265根不銹鋼管存在超標(biāo)缺陷，占檢測數(shù)量的1.23%.主要缺陷為面積型腐蝕和點蝕，部分存在裂紋缺陷。

3 微觀試驗分析

3.1 金相組織分析

凝汽器穿孔管的組織為奧氏體，其孔洞具有腐蝕的特征，見圖1.

3.2 化學(xué)成分分析

對不銹鋼管的C、S、P、Cr、Ni等5種元素的含量進行檢測，結(jié)果顯示，不銹鋼管的上述5元素含量滿足ASTMA213/213M標(biāo)準(zhǔn)要求，具體見表1.

3.3 腐蝕部位成分分析

利用電子探針對TP304L不銹鋼管完好部位與穿孔部位進行成分檢測，具體檢測部位如圖2所示，典型腐蝕部位電子探討檢測結(jié)果如表2所示。試樣直接從失效鋼管上用鋼鋸截取，表面未清洗處理，以保證腐蝕產(chǎn)物的完整。圖2中a區(qū)域是不銹鋼管完好部位的電子探針測量圖，測量結(jié)果沒有顯示Cl和S元素；而b～d區(qū)域（穿孔部位）的Cl含量較高，最高可以達到1.96%，S的含量可達到1.21%.

3.4 腐蝕印證試驗分析

配制6種含S、Cl溶液對完好的TP304L鋼管進行腐蝕印證試驗。這6種腐蝕溶液分別為H2SO4、CuSO4、Na2S、Na2S+H2SO4、Na2S+HCl和HCl，腐蝕時間為6 h，試驗結(jié)果為：CuSO4、Na2S溶液與不銹鋼管不反應(yīng)，H2SO4溶液與Na2S+H2SO4溶液與不銹鋼管的反應(yīng)產(chǎn)物呈黑色，Na2S+HCl溶液和HCl與管子的腐蝕特征與穿孔鋼管的特征非常相似。

3.5 包裝塑料水浴脫Cl-試驗分析

為了尋找腐蝕源Cl-，對某電廠TP304L不銹鋼管包裝塑料在一定的溫度和時間下進行了水浴脫Cl-試驗。其試驗條件為：在200 mL的純凈水（60 ℃）中加熱30 min，內(nèi)層塑料尺寸為15.3 cm×10.6 cm，外層塑料尺寸為13.0 cm×12.4 cm。試驗結(jié)果表明，內(nèi)層塑料脫Cl-致水中Cl-的質(zhì)量濃度為24.1 mg/L，外層塑料脫Cl-致水中Cl-的質(zhì)量濃度為5.3 mg/L。

4 原因分析

奧氏體不銹鋼表面鈍化膜有一定的反應(yīng)能力，在一般的介質(zhì)中鈍化膜的溶解和修復(fù)處于動平衡狀態(tài)。但只要介質(zhì)中含有活性陰離子時，自鈍化的平衡態(tài)就會被破壞。此時，溶解就占優(yōu)勢，其原因是Cl-吸附在鈍化膜表面，把氧原子排擠掉，使鈍化膜上鈍化比較薄弱的點域被擊穿，腐蝕僅僅集中在設(shè)備的某些特定點域，并在這些點域形成深處發(fā)展的腐蝕小坑，而金屬的大部分表面仍保持鈍性。Cl-對不銹鋼的腐蝕在極端情況下可在24 h內(nèi)穿透，在這種情況下，材料的厚度不起主導(dǎo)作用。

通過對鋼管腐蝕部位的成分分析發(fā)現(xiàn)，失效部位Cl和S含量較高，不符合ASTMA213/213M標(biāo)準(zhǔn)要求。同時，也說明Cl和S有可能是腐蝕產(chǎn)生的主要元素。

Cl主要的作用是降低點蝕電位，促進不銹鋼鈍化膜的破壞，導(dǎo)致點蝕產(chǎn)生，而S對點蝕電位影響不大，主要是增加鈍態(tài)電流，改變鈍化膜的性能，降低其防腐性能，二者腐蝕機制理不一樣。腐蝕穿孔與酸性環(huán)境下的Cl和S腐蝕有關(guān)，且Cl對不銹鋼腐蝕的影響更大，因為在HCl酸性環(huán)境下，不銹鋼管的腐蝕特征與穿孔不銹鋼管子特征非常相似；而在Na2S+H2SO4酸性環(huán)境下，與不銹鋼管的腐蝕特征明顯不同，因此，Cl-是腐蝕的關(guān)鍵因素。

腐蝕不銹鋼管的塑料膜包裝經(jīng)塑料水浴脫Cl-試驗分析結(jié)果表明，內(nèi)層塑料Cl-濃度較高。而鋼管包裝按照《鋼管的驗收、包裝、標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量證明書》（GB/T 2102—2006）的要求，不銹鋼拋光管捆扎前應(yīng)逐根用塑料薄膜包裹，冷拔或冷軋不銹鋼管捆扎前，應(yīng)用不少于2層的麻袋布、編織袋或塑料布緊密包裹。在潮濕環(huán)境下，塑料布由于有支撐，不與不銹鋼管壁緊貼，而使用塑料膜則會緊貼不銹鋼管壁形成水膜。一般使用的塑料膜為聚氯乙烯PVC，其分子鏈和助劑中含有Cl-離子，在南方春夏潮濕的環(huán)境中，陽光照射促使塑料斷鍵，其Cl-離子會游離出來并在水膜中局部濃縮，從而形成腐蝕源。

經(jīng)渦流檢測發(fā)現(xiàn)，該批次的不銹鋼管還存在裂紋等缺陷，說明該批管子材質(zhì)存在質(zhì)量控制不到位的情況。

5 結(jié)束語

綜上所述，雖然不銹鋼鋼管有著相對良好的機械性能、耐蝕性能，但是其仍然會出現(xiàn)腐蝕泄漏的問題，需要我們及時對問題進行分析，并采取有效的解決措施，以減少腐蝕泄漏問題的出現(xiàn)，從而保障不銹鋼鋼管的正常使用。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕