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316L不锈钢的抗腐蚀性分析

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316L不锈钢的抗腐蚀性分析_第1页
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1循环水旋转滤网反冲洗系统简介循环水过滤系统(CFI)的主要设备是旋转海水滤网,在其运行中要不断清降通过反冲洗系统来实现反冲洗的水源与主循环水一样引口旋转滤网后的海水;级泵加压和中间过滤输至旋转滤网的特定部位冲洗污物,设计流速2.3m/so反;设计采用公称直径150mm(壁厚7.11mm)的316L不锈钢管输送的海水含氯量尔浓度为0.48mol/L,为防止回路中海生物滋生,注入次氯酸钠溶液,使循环;钠的质量分数控制在1X10-6o2 316L不锈钢管道的使用情况CFI系统于2000-05-17完成安装交付调试,进行单体调试及系统试运2(号机组管道首次出现泄漏,泄漏部位位于管道竖直段与水平段弯头焊口处,泄;透性孔,孔的直径很小,但肉眼可见,管道内壁腐蚀处呈扩展状褐色锈迹,判[锈钢点腐蚀当时的处理措施是切除泄漏的管段,更换同材质的新管段,并在;加了一个疏水阀,目的是在管道停运期间排空管内积水以防止腐蚀的再次发生年9月,1号机管道又发现漏点2001年10月电厂决定将所有反冲洗管道更换:道改造后运行至今未发生泄漏3 316L不锈钢的抗腐蚀性分析316L不锈钢属300系列Fe-Cr-Ni合金奥氏体不锈钢,由于俗、镰含量高,是:锈钢之一,并具有很好的机械性能。

字母“L”表示低碳(碳含量被控制在0.(避免在临界温度范围(430〜900°C)内碳化俗的晶界沉淀,在焊后提供特别好E316L不锈钢抗氯离子点腐蚀的能力较差4不锈钢的点腐蚀机理在金属表而局部地方出现向深处发展的腐蚀小孔,其余表而不腐蚀或腐'种形态成为小孔腐蚀,简称点蚀金属腐蚀按机理分为化学腐蚀和电化学腐蚀,电化学腐蚀中的局部腐蚀一种点蚀是由局部充气电池产生,类似于金属的缝I种更常见的点蚀发生在有钝化表现或被高耐蚀性氧化物覆盖的金属上4.1电化学腐蚀的基本原理通过原电池原理可以更好地说明电化学腐蚀机理当2种活泼性不同的金丿浸入电解质溶液,2种金属间将产生电位差,用导线连接将会有电流通过,在J金属(锌)将被消耗掉,也就是被电化学腐蚀不同于化学腐蚀(如金属在经金属外,绝大多数金属在空气中或水中可以形成具有一定保护作用的氧化膜,;属在口然界就无法存在金属表而膜的性质对其腐蚀发生及腐蚀速度都有着重?4.2不锈钢的耐腐蚀原理不锈钢的重要因素在于其保护性氧化膜是A愈性的(例如它不象选择性?那些保护性薄膜),致使这些材料能够进行加工而不失去抗氧化性合金必须含:以形成基本上由3203组成的表皮,以便当薄膜弄破时有足够数目的(Cr3+)I成薄膜。

如果锯的比例低于完全保护所需要的比例,倂就溶解在铁表而形成的?法形成有效保护膜起完全保护作用所需的倂的比例取决于使用条件在水溶滋的俗产生口钝化作用形成包含大星3203的很薄的保护膜在气态氧化条件下,时,12%的俗有很好的抗氧化性,在高于1000°C时,17%的倂也有很好的抗氧化,铅量不够或某些原因造成不锈钢晶界出现贫絡区的时候,就不能形成有效的保:4.3氯离子对不锈钢钝化膜的破坏处于钝态的金属仍有一定的反应能力,即钝化膜的溶解和修复(再钝化):态当介质中含有活性阴离子(常见的如氯离子)时,平衡便受到破坏,溶解I因是氯离子能优先地有选择地吸附在钝化膜上,把氧原子排挤掉,然后和钝化J结合成可溶性氯化物,结果在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑(孔径彳m),这些小蚀坑称为孔蚀核,亦可理解为蚀孔生成的活性中心氯离子的存在:态起到直接的破环作用图1表征了金属钝化区随氯离子浓度增大而减小A-不存在氯离子;B-低浓度氯离子;C-高浓度氯离子图1对于呈现出钝化性的金属,氯离子对阳极极化曲线的作用[2]图1是对含不同浓度氯离子溶液中的不锈钢试样采取恒电位法测量的电位与电;从中看出阳极电位达到一定值,电流密度突然变小,表示开始形成稳定的钝化丿较高,并在一定的电位区域(钝化区)内保持。

图中显示,随着氯离子浓度的:电流密度增加,初级钝化电位也升高,并缩小了钝化区范围对这种特性的解;位区域内,氯离子与氧化性物质竞争,并且进入薄膜之中,因此产生晶格缺陷:物的电阻率因此在有氯离子存在的环境下,既不容易产生钝化,也不容易维:在局部钝化膜破坏的同时其余的保护膜保持完好,这使得点蚀的条件得以实现;电化学产生机理,处于活化态的不锈钢较之钝化态的不锈钢其电极电位要高许1液就满足了电化学腐蚀的热力学条件,活化态不锈钢成为阳极,钝化态不锈钢,蚀点只涉及到一小部分金属,其余的表而是一个大的阴极而积在电化学反应|和阳极反应是以相同速度进行的,因此集中到阳极腐蚀点上的腐蚀速度非常显匚穿透作用,这样形成了点腐蚀4.4点腐蚀形成的过程点蚀首先从亚稳态孔蚀行为开始不锈钢表而的各种缺陷如表而硫化物夹杂、I蚀孔内金属表而处于活态,电位较负;蚀孔外金属表而处于钝态,电位较正,-外构成了一个活态——钝态微电偶腐蚀电池,电池具有大阴极——小阳极的而;极电流密度很大,蚀孔加深很快孔外金属表而同时受到阴极保护,可继续维:孔内主要发生阳极溶解反应:Fe_>Fe2++2eCr->Cr3++3eNi-Ni2++2e孔外在中性或弱碱性条件下发生的主要反应:1/202+H20+2e—20H-由图可见,阴、阳极彼此分离,二次腐蚀产物将在孔口形成,没有多大保:介质相对孔外介质呈滞流状态,溶解的金属阳离子不易往外扩散,溶解氧亦不;由于孔内金属阳离子浓度的增加,带负电的氯离子向孔内迁移以维持电中性,;属氯化物(如FeC12等)的浓缩溶液,这种富集氯离子的溶液可使孔内金属表]性。

又由于氯化物水解等原因,孔内介质酸度增加,使阳极溶解速度进一步加,力的作用,蚀孔加速向深处发展随着腐蚀的进行,孔口介质的pH值逐渐升高,水中的可溶性盐如Ca(HC03)2将沉淀,结果锈层与垢层一起在孔口沉积形成一个闭塞电池,这样就使孔内外物质?从而使孔内金属氯化物更加浓缩,最终蚀孔的高速深化可把金属断而蚀穿这;引起孔内酸化从而加速腐蚀的作用称为“自催化酸化作用”产生腐蚀反应的金属表而的微环境情况非常重要,在这样的表而上形成的局部丿义上的大环境有很大不同点腐蚀的产生正是在一个与周围环境不同并且逐步:下进行的5影响点腐蚀的因素金属或合金的性质、表而状况、介质的性质、pH值、温度、流速和时间?点腐蚀的主要因素不锈钢性质的影响因素包括:组分、杂质、晶体结构、钝化膜组分、杂质和晶体结构决定着其耐腐蚀性比如不锈钢中加入規和钛可有效防一成,从而提高晶界抗腐蚀能力适量的釦和铭联合作用可在氯化物存在的情况一化膜许多晶界腐蚀是由热处理引起的:不锈钢在焊接等过程中加热到一定温度之后]在晶界上的沉积,因此,紧靠近碳化俗的区域就消耗掉了饼,从而相对于晶内的,如果存在水溶液条件,就形成了以裸露的锯为阳极,以不锈钢为阴极的原电池,间的关系:

实验证明[5],随着溶液pH值的降低,腐蚀速度逐渐增加,并且在pH值相同时子的模拟溶液的腐蚀速度相差不大,这说明溶液的pH值对腐蚀起着决定性的彳不锈钢的点蚀研究发现,当闭塞区内的pH值低于1.3时,腐蚀速度急剧增大,i了从钝化态向活化态的突变由于腐蚀速度与溶液的pH值呈对数关系,因此p化都会对腐蚀速度带来明显的影响闭塞区内除了亚铁离子的水解造成溶液pH值下降外,还由于离子强度的增加,,活度系数增大而降低pH值通过实验可知,随着氯离子浓度的升高,溶液pH,[5]介质温度升高使

已经证明将不锈钢的标准级别,如316L型不彳系统是不成功的[1]另外,在焊接热影响区仍然存在焊后晶界贫鉛发生的可能条件所限,现场焊后无法对焊缝内表而做酸洗钝化处理,其保护膜相对较差,;不平整度增加,这些都为孔蚀核的形成提供了条件6.2介质输送介质为0.48mol/L氯离子浓度的海水,其对不锈钢腐蚀的影响是显著的,-钝化膜,另一方而是不断富集的氯离子直接降低pH值加入质量分数为1X10-61对氯离子含量的提升可忽略不计但次氯酸钠的存在,对提高介质含氧量,加,起到了促进作用,因此加快了点蚀速度6.3温度和pH值环境温度和海水整体的pH值变化不大,对反冲洗管道点蚀的影响很小6.4流速7对反冲洗管道可采取的防护措施通过分析影响点蚀的因素可以看出,材质、介质、流速和时间是造成反P不锈钢点蚀的主要因素介质是无法改变的,长期滞流现象的存在也是无法避〔冲洗管道泄漏的处理和改造中,曾经加装了疏水管线,但没有实际作用,因为:有海水并充分干燥,即使存在极少量海水腐蚀仍可在管道底部沿重力方向进行:液中含氧量的增加和海水的蒸发浓缩会加快腐蚀参考控制腐蚀的5种基本方法,即:改用更适当的材料、改变环境、使用保护,阴极保护或阳极保护、改进系统或构件的设计[1]。

其中,可釆纳的是改用材料;涂层采用外加阴极电流保护可以抑制不锈钢点蚀,但是所需费用较昂贵,而_有保护的金属部件加重腐蚀因此,解决反冲洗管道点蚀的有效方法就是,从提高管道内壁抗腐蚀性方而考丿际改造中,采用了使用广泛的碳钢管道加硫化橡胶衬里的方法1)拆除所有不锈钢管道,参照原管线路径现场设计为法兰联接碳钢管道(衬丿用焊接)2)现场加工制作碳钢管道后送交专业衬胶厂家3)在衬胶厂对碳钢管段进行内外表而喷砂处理然后外表而涂防锈底漆,内f橡胶皮4)对衬胶进行电火花检验,以保证衬胶的连续性,对个别缺陷点采用环氧秋(5)对橡胶进行硫化熏蒸处理,使衬胶硬化6)女装时法兰连接采用橡胶垫,连接螺栓采用镀锌螺栓加防腐涂层安装后“腐而漆近年来由于钢铁生产技术的不断提高,使用耐氯离子腐蚀的双向不锈钢已成为;双向不锈钢是在不锈钢中添加一定含量的钥,并加入较奥氏体不锈钢更高含量I钻、钥含量组合能获得良好的抗氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能这是第一代双相:相不锈钢中再加入氮促进奥氏体的形成并改善拉伸性能和耐点蚀性能,这就是:锈钢奥氏体不锈钢和双相不锈钢(不能用于铁素体不锈钢)的耐点蚀性能可以用耐点'预测:PREN二Cr+3.3(Mo+0.5W)+xN[l]其中Ct、Mo、W和N等于材料中钻、铝、餌、氮的含量,这些合金化元素都对i着正而的作用。

对于双相不锈钢,x二16,对于奥氏体不锈钢,x=30o在田湾核电站的设计中,其核岛重要丿•用水管道就采用了2507双相不锈钢来输实际运行良好9对电厂防腐的建议据统计,在电站整个运行期内,由于腐蚀和磨损而损失掉的金属约占其原而个别部件和部位的腐蚀引起的失效,更是给电厂运行带来巨大损失电站防丿而又广泛的工作,需要从设计、监造、施工、运行各个环节加以控制本文所迓钢管道孔蚀失效事件就是一个从选材到施工以及运行各种因素综合影响的结果:害是显而易见的另外电站运行中低压给水系统的二氧化碳腐蚀、高压加热器I备停用阶段的氧腐蚀、核岛蒸发器传热管的晶间腐蚀与应力开裂、凝汽器泄漏:侧的腐蚀等问题,都给电站安全带来很大危害因此,建议成立一个专门的危从专业角度对设计、制造、储运、施工、运行全过程进行监控,以避免和减少丿另外,加强全体技术人员的腐蚀与防护基木知识培训,使大家从原理上了解,;有意识地加以防护。

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