奥氏体不锈钢的腐蚀与焊接

1、奥氏体不锈钢的腐蚀与焊接编著 目录一 、奥氏体不锈钢设备腐蚀破坏事例4 1某厂几十台储罐的腐蚀破坏4 2 我国曾发生数起电站热交换器等腐蚀案例.4 3 台湾积体电路（上 海 ）有限公司冲身洗眼器不锈钢管道腐蚀破坏。 5 4 岭澳核电站反冲洗316L不锈钢管道点腐蚀. 5二 、氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀机理 1 不锈钢的耐腐蚀性. 2 氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀. 3 孔蚀的机理. 4 应力腐蚀的机理三、自来水中的氯离子和水的流动速度 1一般自来水中氯离子的来源 2自来水的流动速度与腐蚀的关系.四、奥氏体不锈钢焊接接头的腐蚀 1焊缝和热影响区的晶间腐蚀. 2焊缝接头各部分被腐蚀的原因 2、1焊缝

2、金属被腐蚀的原因. 2、2熔合线上被腐蚀的原因 2、3热影响区被腐蚀的原因. 2、4现场施工焊接接头的薄弱环节. 2、5 SUS304奥氏体不锈钢管件被腐蚀原因.五、进一步做好奥氏体不锈钢的焊接工作 1必须力求获得优质的焊缝. 2奥氏体不锈钢管道氩弧焊时管内必须冲氩保护 3对管内焊缝的质量要求. 4采用单道一次焊完避免重复加热. 5奥氏体不锈钢焊丝的选择.六、参考资料. 奥氏体不锈钢不仅有良好的耐腐蚀性能，而且有良好的力学性能、工艺性能、焊接性能、低温性能和没有磁性。漂亮美观，是最理想的金属材料。所以人们一听到奥氏体不锈钢管用在自来水工程上，在施工中采用氩弧焊焊接，总是万无一失没有问题的。其实

3、恰恰相反，原因是一般自来水中都含有氯离子（Cl一），微量的Cl一和O2一般影响很大,几个ppm Cl一加上微量O2,可以引起18/8铬镍不锈钢孔蚀和引力腐蚀的破坏.一、 据有关资料介绍，奥氏体不锈钢腐蚀破坏事例。 1、某工厂几十台不锈钢储罐，分别用板厚46mm的SUS304、304L、316、316L不锈钢板焊接而成。在安装后充水，水源来自消防龙头，仅34个月放水检查时，就发现严重的点蚀，最多一个罐达200多个蚀孔，最深达45mm，储罐已不能正常使用，只好报废，造成巨大的经济损失。其原因是水中含有氯离子（76 1152uug.g-1 CL一），加之焊接酸洗 、等工艺控制不严，造成不锈钢表面钝化

4、膜局部弱化或破坏所致。 2、腐蚀点孔极易成为应力腐蚀破裂或腐蚀疲劳的裂纹源。例如：我国曾发生数起电站锅炉高温过热器和再热器管在投入运行前出现严重泄漏的重大事故。这些炉管的材料是TP304H不锈钢，在制造中曾在敏化高温区加热，此后在水压试验时，采用了含有少量氯离子（约40ug.g一的自来水，或虽末试泵，但在海滨大气条件下堆放了很长时间。结果由于残留在水中的氯离子或海洋大气中氯化物的作用，在管内外表面发生了点腐蚀，并进而导致晶间型氯化物应力腐蚀破坏。 3、台湾积体电路（上海）有限公司冲身洗眼器系统，SUS304不锈钢管道，使用介质为自来水，验收运行34个月，焊接接头泄漏率高达14.99%、其中焊缝

5、上泄漏占4.48%、热影响区泄漏占10.5%、（热影响区熔合线上泄漏占8.19%、管材上泄漏占0.93%、管件上泄漏占1.39%）原因是自来水中含有氯离子95.9mg/L，（属正常自来水水质），水流速度基本为静态。从而导致了对SUS304不锈钢管道焊接接头的孔蚀和应力腐蚀破坏。 4、岭澳核电站循环水过滤系统，反冲洗海水管道，设计流速2.3m/S，设计采用DN150×7.11mm的316L不锈钢管。输送的海水含氯量为17g/L。2000年5月17日安装完工，交付调试后系统运行，2001年4月1号机组管道，首次出现弯头焊口处泄漏点，表现为穿透性孔，孔的直径很小，但肉眼可见，管道内壁腐蚀呈

6、扩展状褐色锈迹，判断为典型的不锈钢点腐蚀，（即孔腐蚀）。316L不锈钢有很好的抗氧化性能，由于含碳量在0.03%以下，减少了焊后碳化铬的沉淀，在焊后有较好的耐腐蚀性。但316L不锈钢在氯化物（尤其是氯离子）环境中，对应力腐蚀最为敏感，不具备耐氯离子腐蚀的功能。 二、氯离子对不锈钢的腐蚀机理。 以上四个事例告诉我们：氯离子是奥氏体不锈钢的克星，其腐蚀机理如下： 1、不锈钢的耐腐蚀性能 通常把能够抵抗大气及弱酸腐蚀的含铬量12-14%的钢称不锈钢；把能够抵抗较高浓度酸腐蚀的含铬量16-18%以及更多的的钢称耐酸钢。但习惯上都叫不锈钢。 不锈钢正因为有足够含量的铬，其保护性氧化膜是自愈性的。当其薄膜

7、破坏时，有足够的铬（Cr3+）阳离子重新形成新的保护性氧化薄膜。致使它能进行机械加工也不失去抗氧化性能；当金属含铬量不够或某些原因造成不锈钢晶界出现贫铬区的时候，就不能形成有效的保护性氧化膜；另一方面，在非氧性介质中，金属即使有足够的铬，由于缺氧，其氧化膜的保护效果会下降；缺氧也不会行成新的保护性氧化膜。 这说明不锈钢之所以能不锈， 关键在于：一、 有足够的铬，二、有足够的氧，两者只要有一方不足，就不能形成有效的保护性氧化膜，这时的金属就不耐腐蚀了，就会锈了。 不锈钢中含钼可以增加钝化作用，提高耐腐蚀性能，特别是提高在非氧化性介质中耐腐蚀的稳定性，阻止点腐蚀倾向有良好的作用。2、氯离子对奥氏体

8、不锈钢的腐蚀 对于奥氏体不锈钢来说，氯化物溶液（主要是氯离子）是克星奥氏体不锈钢不仅容易发生孔蚀、也容易发生应力腐蚀、缝隙腐蚀、在热作用下也能发生晶间腐蚀，以下是孔蚀和应力腐蚀的机理：2、1孔蚀是在金属表面上产生1毫米左右达几毫米深的穿孔腐蚀（也有坑状碟形浅孔）它是破坏性和隐患最大的腐蚀形态之一。孔蚀发生在容易钝化的金属（如不锈钢、铝合金等）因为钝态金属仍有一定的反应能力，即钝化膜被溶解和在钝化处于动平衡状态。当自来水中含有活性阴离子（Cl、Br）时，平衡便受到破坏，溶解占优势。其原因是氯离子能有先地选择地吸附在非金属夹杂、划伤痕等缺陷的钝化膜上，把氧元子排挤掉。然后和钝化膜中的氧离子结合，合

9、成可溶性的氯化物。从而使钝化膜溶解出微小的破坏口，新露出的基底金属上生成小蚀坑，成为电池的阳极，周围大面积的膜成为阴极，阳极电流高度集中，使腐蚀迅速向内发展，形成孔蚀。孔外部为腐蚀产物阻塞，内外的对流和扩散受到阻滞，孔内形成独特的闭塞区（亦称闭塞电池），孔内的氧迅速的耗尽，只剩下金属腐蚀的阳极反应，阴极反应氧离子化完全移到孔外侧进行。因此孔内很快积累了带正电的金属离子，为了保持电中性，带负电的Cl从孔外移到孔内，Cr增浓；金属离子水解产生H+，孔内的PH值H+和Cl一形成腐蚀强烈的盐酸，如下公式： M+ Cl+H2O=MOH+H+Cl图示：孔蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀发展阶段示意图图示孔蚀、缝隙腐

10、蚀和应力腐蚀发展阶段，a-钝化膜局部破裂；b-膜破口腐蚀闭塞区内金属离子增浓；c-阴离子进入闭塞区，金属离子水解，pH下降；d-裂纹内产生自催化加速腐蚀过程，H在尖端析出，渗入裂缝前缘，使金属脆化。闭塞区内溶液组成（H+，Cl）和区外过然不同。图中显示了这个变化的各个阶段。当PH值下降到某临界值，腐蚀率突然上升，形成加速腐蚀，孔内产生阴极放氢反应，孔蚀由闭塞区酸性电池控制。蚀孔形成后，是否深入发展直至穿孔，一般如孔少，电流集中，深入发展的可能性大；如孔多又较浅，闭塞程度不大，危险性也小。2、2、2合金在腐蚀和一定方向的拉应力同时作用下产生破裂，称为应力腐蚀破裂。它是最危险的腐蚀形态之一。应力腐

11、蚀破裂的发生和发展可分为三个阶段： （1）、金属表面生成钝化膜或保护膜。 （2）、膜局部破裂，产生蚀孔或裂缝源。 （3）、裂缝内发生加速腐蚀，在拉力作用下，以垂直方向深入金属内部。产生应力腐蚀必须满足上述三个阶段的生成环境。以奥氏体不锈钢Cl系为例：环境中必须含有Cl和氧，因为奥氏体不锈钢在含有氧的环境内很容易钝化，满足了条件1；Cl是破钝剂，在应力作用下，膜的局部缺陷处很容易破裂，满足了条件2 ；裂缝内形成闭塞区，PH值下降，Cl从外部迁入增浓，PH值下降到1.3以下腐蚀加速，这和孔蚀相同，裂缝尖端产生了氢，引起局部脆化，在拉力作用下发生脆化破裂，然后裂尖又进入酸性溶液，裂缝在腐蚀和脆裂的作

12、用下迅速发展。（见图）3、自来水中的氯离子和水的流动速度3、1一般自来水中氯离子的来源氯是一种强氧化性杀菌剂。用于水处理过程的杀菌、消毒。氯由于其有杀菌力强、价廉、来源方便和使用简单等优点，而是应用最广泛的杀菌剂。消毒的原理，氯消毒以液态、漂白粉或次氯酸钠为消毒剂，通过其氧化作用来杀灭微生物。为了防止残余微生物在配水管网中再度繁殖，自来水的管网水中必须保持尚没用完的一定浓度的剩余消毒剂 ，来确保消毒完全进行，获得满意 的消毒效果。为此我国生活饮用水卫生标准GB5749-85规定：对于水中“余氯含量、用氯消毒时，接近水厂或加压站附近的游离氯的含量不得小于0.3 mg/L；在管网末梢游离氯的含量不

13、得小于0.05 mg/L；氯化物不超过250 mg/L”。这说明一般自来水中都含有氯离子，最少含量也不会少于0.05 mg/L。3、2自来水的流动速度与腐蚀的关系自来水的流动速度一般应保持在0.72.6 m/ S之间.高速下的腐蚀常为低速的数倍.应为水的流速过大,会冲刷保护膜,产生旋涡、滞流、空泡、引起严重的冲击、磨损和空泡腐蚀。液体进口和出口、管道的转折点、阀兰的接头等处都容易发生滞流，破坏钝化膜，使暴露的金属面成为容易被腐蚀的阴极，从而加速腐蚀。然而对于容易钝化的不锈钢，水的流速过小或甚至停流，在氧浓度很低的自来水中（生活饮用水水质卫生规定：耗氧量（以O2计）限值3 mg/L，特殊情况下不

14、超过5 mg/L）。有限的氧与铬生成微弱的（Cr2 O3）后,氧很快被消耗,铬就不能形成有效的钝化保护膜,利于氯离子吸附腐蚀。由于水的流速小或停流，缺乏冲刷力，使氧化物、游离氯等腐蚀产物，在不锈钢表面的缺陷如硫化物夹杂，晶界碳化物沉积、表面划痕和焊缝不平整等地方聚集沉积，其中的氯离子正好优先地吸附在这些有缺陷的钝化膜上，用孔蚀相同的机理对不锈钢进行腐蚀。随时间的延长，直至腐蚀透穿孔泄漏。所以自来水处于静止状态不锈钢的孔蚀速度比处于流动状态时大。水的流速对减缓孔蚀起双重作用，加大流速，一是有利于溶解氧向不锈钢表面输送，使钝化膜容易形成；二是可减少腐蚀产物在不锈钢表面聚集和沉积的机会，从而减少发生

15、孔蚀。4、奥氏体不锈钢焊接接头的腐蚀奥氏体不锈钢焊接接头的腐蚀，都与焊缝和热影响区，在焊接过程中 的析出相和化学偏析有关。多数情况下，焊接接头的耐腐蚀性能都低于基体金属的耐腐蚀性能。所以在整个奥氏体不锈钢管路系统中，焊接接头的耐腐蚀性能是最薄弱的环节。4、1焊缝和热影响区的晶间腐蚀奥氏体不锈钢在450850温度范围内加热或缓慢冷却时，碳化铬在晶界析出，造成晶界附近贫铬，从而在腐蚀介质中，产生晶间腐蚀倾向。SUS304奥氏体不锈钢，含碳量在0.08%以下，不含钼元素，也不含稳定元素钛、铌，属于非稳定化奥氏体不锈钢，在焊接热循环过程中，处于450850敏化区，其晶界会析出碳化铬，造成晶界附近贫铬，

16、在含有氯离子和氯化物等腐蚀产物的自来水中，会产生晶间应力腐蚀倾向。4、2焊接接头各部分被腐蚀的原因本文第三个不锈钢被腐蚀破坏事例中；SUS304不锈钢管道在交付使用34个月，焊接接头的泄漏率高达14.99%其中焊缝上泄漏占4.48%；热影响区泄漏占10.51%，（热影响区中：熔合线上泄漏占8.19%；不锈钢管件及管件上泄漏占2.32%）。现将焊接接头各部分被腐蚀的原因分析如下；1、焊缝金属主要是由填充金属和少量基本金属组成。填充金属（焊丝）选择的正确与否对焊缝金属的质量起决定性作用。奥氏体不锈钢焊丝的选择，其含合金元素铬（Cr）镍（N）的含量，一般都高于基本金属。例如：SUS304奥氏体不锈钢

17、，相当于我国的0 Cr19Ni奥氏体不锈钢,选用TGS308(H0Cr21Ni10)焊丝,按规定是正确的。但在含有氯离子的自来水中，焊缝被腐蚀破坏，泄漏率高达4.48%。其原因是在氩弧焊焊接过程中，会有碳化铬析出造成合金元素损失，也会发生夹杂质、合金元素分布不均匀的偏析。焊缝金属的这些缺陷，给氯离子吸附、腐蚀创造了条件。2、热影响区中的不完全熔化段，俗称融合线。尺寸非常小，焊接时被加热到开始熔化和熔化终了的温度是由固相和液相的混合物组成。这就促使明显的 颗粒更加发展和析出碳化铬，造成晶界附近贫铬。，又焊接盖面，焊缝进一步加剧；熔合线处于焊缝金属到基本金属 的过度部位，是焊接后应力集中点；又是管

18、内焊缝不平整度与管连接的地方，容易聚集沉积氯化物，游离氯等，腐蚀产物。这些都有利于氯离子吸附进行孔蚀和应力腐蚀。所以熔合线上被腐蚀焊口泄漏率高达8.19%，占整个泄漏的54.64%。3、不锈钢氩弧焊时，由于热的影响，热影响区会生成一层氧化薄膜，根据加热温度和时间不同，膜的厚度也不同，呈不同的颜色。这层氧化膜主要由铁和铬的氧化物构成，膜中缺陷较多，存在内应力，膜下方的金属基本往往贫铬。当不锈钢表面温度为600700时，形成的氧化膜的孔蚀电位最底，铁和铬的氧化膜增厚，膜下方的金属基本贫铬加剧。耐腐蚀性降低，特别是在含有氯离子的自来水，及容易发生孔蚀和应力腐蚀。4施工现场，奥氏体不锈钢氩弧焊，氩气纯度为99.99%。按规定只需99.9%这样纯度的氩气，用于焊接时不锈钢管内充氩保护，管内焊缝的热影响区肯定是要变颜色氧化，造成晶间附近贫铬，又无法用不锈钢丝刷或酸洗钝化，其保护膜相对较差；管内焊缝增加了不平整度，加上焊接残余应力的存在，现场焊缝有无法进行固处理，只能让保护膜差、不平整、残余应力自然存在，留给氯离子吸附、腐蚀、破坏的机会。综合以上种种问题的存在，使焊接接头在含有氯离子的自来水中被腐蚀就不可避免了。此外从基本金属过度到焊缝金属时电极电位的资料显示；热影响区及焊缝金属具有较高的负电极电位，也将腐