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氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀机理及特点

一、概述

不锈钢材料因其表面形成的Fe/Cr氧化物钝化膜,使其具有良好的耐均匀腐蚀性能而得到广泛应用,其钝化膜的完整性决定了不锈钢的耐腐蚀能力。然而在含有卤族阴离子(如Brˉ、Clˉ)的环境中,不锈钢钝化膜极易发生点蚀,从而严重影响应用。

氯离子(Clˉ)是广泛存在于自然界的氯的负一价离子,特别是在海边的盐雾环境中。在化学反应中,氯原子得到电子,从而使参加反应的氯原子带上电荷。氯离子有很高的极性,能促进腐蚀反应,又有很强的穿透性,容易穿透金属表面的保护膜,造成缝隙和点蚀等局部腐蚀。特别是对奥氏体不锈钢造成的应力腐蚀开裂危害很大,可以使换热器管束在短期内泄漏报废。氯离子对不锈钢常见的腐蚀类型为点蚀。

另外氯离子又是引起金属点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和选择性腐蚀的主要原因。当氯离子含量达2%时,大多数不锈钢已不能使用。

二、不锈钢材质耐氯离子腐蚀标准

奥氏体不锈钢材质耐氯离子腐蚀标准可参照规范《GB 50235-2010 工业金属管道工程施工规范》、《GB 50184-2011 工业金属管道工程施工质量验收规范》,液压试验应符合下列规定:液压试验应使用洁净水。当对不锈钢、镍及镍合金管道,或对连有不锈钢、镍及镍合金管道或设备的管道进行试验时,水中氯离子含量不得超过25mg/L(25ppm)。

三、氯离子的腐蚀特点

1、 Clˉ对金属腐蚀的影响表现在:

降低材质表面钝化膜形成的可能或加速钝化膜的破坏,从而促进局部腐蚀。

氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀机理及特点

机理:Clˉ具有离子半径小、穿透能力强,并且能够被金属表面较强吸附的特点。Clˉ浓度越高,水溶液的导电性就越强,电解质的电阻就越低,Clˉ就越容易到达金属表面,加快局部腐蚀的进程;酸性环境中Clˉ的存在会在金属表面形成氯化物盐层,并替代具有保护性能的FeCO3膜,从而导致高的点蚀率。

2、氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀主要是点蚀

氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀机理及特点

机理:氯离子容易吸附在钝化膜上,把氧原子挤掉,然后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物,结果在露出来的机体金属上腐蚀了一个小坑。这些小坑被称为点蚀。不锈钢的抗腐蚀能力主要基于铬镍元素在表面形成的致密的氧化膜,氧化膜能够降低不锈钢在氧化性介质的腐蚀速度,也称钝化膜。钝化膜有一定的自愈性,处于溶解和再钝化的动态平衡中。当存在氯离子时,这种平衡被打破,氯离子占据优势排挤掉氧原子。参考吸附理论,氯离子具有与金属的强吸附能力,其可以优先有选择的吸附在钝化膜上,同时替代氧原子与钝化膜中的阳离子形成可溶性氯化物,这样导致了腐蚀的加速,并且向孔的深度方向发展,直至形成穿孔。

3、Clˉ对缝隙腐蚀具有催化作用

氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀机理及特点

腐蚀开始时,铁在阳极失去电子。随着反应的不断进行,铁不断的失去电子,缝隙内二价铁离子大量的聚积,缝隙外的氧不易进入,迁移性强的Clˉ即进入缝隙内与铁离子形成高浓度、高导电的FeCl2,FeCl2水解产生H+,使缝隙内的pH值下降到3~4,从而加剧腐蚀。

四、奥氏体不锈钢防氯离子腐蚀的控制

防腐控制的源头应追溯到设计层面,设计合理的选材、合理的工艺控制参数设置、合理的管道布置将从源头上减少点蚀情况的发生。

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