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        不銹鋼的腐蝕類型及其原因
        Time:2012-11-10 10:14:32

          20世紀初,“鈍化理論”為開發工業不銹鋼打下了堅實的理論基礎,隨后馬氏體、奧氏體、鐵素鐵不銹鋼相繼發明,不銹鋼進入了快速發展時期。最初的不銹鋼印染機械大約產生于1927年,這些機械主要是絞盤染色機和絞砂染色機。不銹鋼主要應用部件為染槽,染槽由不銹鋼薄板制成,極大地提升了染槽的使用壽命。但是由于染劑種類的繁多和工藝的發展,開始出現各種應力腐蝕、縫隙腐蝕、電化腐蝕、點蝕等現象。不銹鋼理論的完善使人們了解到通過添加各種元素以及采用適當的熱處理可以改善不銹鋼的使用性能,通過改善焊接工藝提高焊縫的質量,減少焊縫腐蝕。近年來,新型不銹鋼進入人們的視野,耐蝕性鐵素體、雙相不銹鋼替代傳統的奧氏體不銹鋼,可以有效防止應力腐蝕。

          印染工業中最常用的不銹鋼為316L、304鋼種,其次為304L、321、316等,近幾年新型鐵素體443、444、雙相鋼2304、2205也得到一定范圍的應用。鈍化理論的核心是鉻元素通過氧化形成致密的鈍化膜保護層。印染行業中,鉻元素含量要求在18%-30%之間。由于印染行業對不銹鋼防腐性能要求高,因此經常使用添加其他元素的不銹鋼,鎳是穩定奧氏體元素,鎳可將奧氏體應用范圍擴大到低溫區,鎳還可以提高韌性和延展性,使之更易于加工、制造和焊接,增加抗酸的腐蝕能力,保護鈍化膜的能力及在腐蝕介質中的抗腐蝕能力。鉬元素可提高鈍化膜的強度,增強耐局部腐蝕性,如點蝕、縫隙腐蝕特別是在鹵鹽或水中有氯離子的情況下。鉬也可提高對氯化物應力腐蝕斷裂的抵抗能力。利用固溶強化的方法,鉬可提高奧氏體牌號的高溫強度和馬氏體牌號的抗回火能力。鈦和鈮能優先于碳和氮結合形成碳化物和氮化物,改善高溫強度并阻止鉻碳化物的形成,防止晶間腐蝕。鈮可提高高溫蠕變斷裂強度。其典型的合金元素含量是8-12%的鎳、1-3%的鉬、為碳含量4-10倍的鈦(鈮)等。

          一般情況下,不銹鋼能夠滿足設備的使用壽命要求,但是在不同的使用條件下,不銹鋼的適用性是不同的。因此,需要印染機械的制造人員分析不銹鋼的應用環境并加以防范。
         
          一、腐蝕類型及其原因
          影響不銹鋼發生各類腐蝕的原因及其最佳的預防方法敘述如下:
          1.全面腐蝕

          這種類型的腐蝕通常均勻地發生在與腐蝕性介質接觸的整個金屬表面。基本上是由于不銹鋼的性能不足以抵抗化學溶液的腐蝕,通俗地講,就是不銹鋼的“牌號”不夠。要想防止這樣全面腐蝕,只能更換這種接觸介質,但是對于一個成熟的工藝,這是不現實的。因此,一般都是使用較高“牌號“的不銹鋼,順序一般為304、304L、321、316、316L。
          2、晶間腐蝕

          這種形式的腐蝕最典型實例是焊接區晶間腐蝕。在金屬焊接處開始破裂并呈龜裂紋樣。
          奧氏體在焊接中被加熱到450-900°C時,晶間內的鉻容易與碳一起沉淀出來形成碳化鉻。由于碳和鉻的親和力很大,要占用含碳量17倍的鉻形成碳化物,從而顯著降低不銹鋼的耐腐蝕性。為達到耐腐目的,必須控制不銹鋼中的含碳量。隨著不銹鋼冶煉技術的提高,可控的碳含量越來越低,一般情況下,304、316的含碳量在0.08%以下;304L、316L的含量在0.03%以下。目前國內知名的不銹鋼加工中心,可以實現對304L、316L的更精細檢測,篩選出碳含量可達0.02%的材料,大幅度提升抗晶間腐蝕能力。另外也可以使用添加對碳的親和力比鉻更強的鈦(鈮)的不銹鋼如321,以增強鉻元素的穩定性,從而提高抗晶間腐蝕能力。

          3、應力腐蝕裂紋

          應力腐蝕裂紋在印染機械上并不常見,但是如果有一定的腐蝕性成分及適當的溫度條件,那么在受到應力時或者殘余的拉伸應力作用時,在不銹鋼表面產生應力腐蝕開裂的風險就非常大了。原因之一是大部分高溫設備的內表面在加工制造后尚有一些殘余內應力。如果僅有拉伸應力而無壓應力,那么隨著應力的存在就會發生腐蝕裂紋。氯化物、燒堿溶液及硫酸鈉、含有一定氯離子含量的自來水都是工業上常用的溶劑,也是不銹鋼的常見“殺手”。不高于60°C的氯化鈉溶液就足以在應力區域引起裂紋,而燒堿溶液中只需要20%的氫氧化鈉溶液在130°C便可促使裂紋出現。

          對于機械制造而言,特別是在壓力容器上完全消除拉伸應力是不可能的。因此在實際操作過程中,控制臨界溫度是極其重要的,消除或不使用產生氯離子的高溫印染助劑是防止應力腐蝕裂紋的重要措施。

          這幾年,雙相鋼的冶煉技術突飛猛進,具備了與奧氏體同樣優秀的防腐特性,已經在印染行業中加以利用。由于雙相鋼具有優于奧氏體天然的強度高、應力低的特性,在某些環境下,應用雙相鋼可以大幅度減少應力腐蝕現象的發生,同時由于雙相鋼的強度較高可以降低材料的使用厚度。

          4、點腐蝕

          點腐蝕是在不銹鋼材料與腐蝕介質直接接觸的情況下,最為常見的腐蝕類型,因此也是印染機械中最為常見的腐蝕類型。它總是始于有氯元素存在的100°C以上溫度中不銹鋼鈍化膜的細小破損。一旦在不銹鋼表面形成點腐蝕,隔絕了氧與金屬的接觸,阻止了鉻的再鈍化。然后腐蝕就迅速擴散到不銹鋼內部,點隨之慢慢擴大,如果不加以控制,就是演變為全面腐蝕。

          只要在130°C時,多達0.1克/升的氯化鈉,點腐蝕就會在316不銹鋼上發生。目前國內的在染布過程中仍然會添加較多的工業氯化鈉,這成為印染設備壽命較短的重要原因之一。據筆者走訪,國內采購的印染設備壽命一般為2-5年(核心部件損害),懸殊比較大,這個主要為設備使用環境不同所致。

          5、縫隙腐蝕

           縫隙腐蝕是由最初形成的縫隙所引起的。例如用螺栓將兩片金屬板栓接在一起,當接觸到電解質溶液時,借助毛細管作用使電解質溶液吸附與兩金屬板之間,進而排斥了氧氣。最后腐蝕發生在縫隙之間。如果電解質是氯化鈉并被加熱,那么腐蝕過程就會明顯變快。因此,在設備設計時就要避免采用存在縫隙的聯結方式。

          6、電化腐蝕

          當兩種不用的金屬接觸在一起,并侵入電解質溶液中的時候,惰性較小的金屬就成為陽極,惰性較大的金屬成為陰極,而且陽極金屬會不斷產生離子移向陰極,使陽極金屬本身被腐蝕。

         

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