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『案例分享』不锈钢钢管腐蚀泄漏原因分析

发布时间:2022-05-20 访问量:852次 来源:隐石检测

不锈钢钢管是一种中空的长条圆筒状钢材,由于其具有相对良好的机械性能、耐蚀性能、经济性能,在众多行业领域得到了广泛应用。但不锈钢钢管仍然存在腐蚀泄漏的问题,影响着不锈钢钢管的正常使用。因此,我们需要对腐蚀泄漏的原因进行认真分析,以解决不锈钢钢管的腐蚀渗漏问题。以下就是隐石检测对某公司不锈钢钢管腐蚀泄漏原因分析

金属腐蚀检测

一、不锈钢材料特点分析

1.材料特点

不锈钢全称为不锈耐酸钢,有非常好的耐腐蚀性能,在大气中年平均腐蚀率≤0.01mm。不锈钢中主要的合金元素是铬和镍,在普通的低碳钢中只要加入≥12%分子量的铬整个钢材就有了抗腐蚀性能。冷凝器换热管的使用材料一般

为00Cr18Ni10(即通常所说的304L),是一种超低碳不锈钢,其中,Cr的含量为18%左右,Ni的含量为10%左右,也是在工业应用中最常规的不锈钢品种。不锈钢外表面的有一层氧化膜,称为钝化膜,这层膜使材料中的金属元素与空气中的氧隔离,从而起到防腐作用。

2.加工特点

不锈钢管的性能除了与材料本身有关外,还与其加工方式有着密切的关系。无缝管的制作过程是用合格的坯料冷拔成形,然后进行固溶处理(即高温回火+淬火),接着静置于强酸环境中酸洗钝化,使之形成一层钝化膜,整个处理过程是与不锈钢板材相同的。由于体积小、易处理,其机械性能优于板材。而其加工工艺决定了它的厚度比焊管厚。焊管是由冷轧成的钢带(经固溶处理)经模具后挤压成钢管形状,然后由自动氩弧焊自熔焊接而成成形并经校直后低温消应力回火,最后进行酸洗钝化。由于生产的钢带厚度可控制得比较薄,且生产的成本也较低,因此,焊管的价格相对便宜。

在局部机械性能及化学成分分析上,焊管的性能与无缝管并无明显差别,但焊管的焊缝是一个薄弱环节,其并不体现在力学上,而是体现在耐腐蚀性能上。由于在焊接的高温环境中,奥氏体中固溶的碳化物在奥氏体晶间沉淀析出,即可产生敏化现象,造成碳化物邻近部分形成贫铬区,又因是自熔焊接,所以,合金元素Cr得不到有效补充,使其抗晶间腐蚀的能力降低。

不锈钢腐蚀原因分析

二、宏观检查分析

1.外观检查

宏观检查发现,腐蚀是局部的。泄漏部位管外壁有穿透型腐蚀小孔,周围有黄色的腐蚀凹坑,此外,还有多处黄色腐蚀斑渍。剖开管子发现,内壁除有1处从外壁腐蚀穿透的小孔,无其他缺陷与腐蚀迹象。由此可见,腐蚀是从管外壁开始的。

2.涡流检测

5号机凝汽器共有21494根TP304L不锈钢管,现场100%涡流检测共发现10个批次265根不锈钢管存在超标缺陷,占检测数量的1.23%.主要缺陷为面积型腐蚀和点蚀,部分存在裂纹缺陷。


三、微观试验分析

1.金相组织分析

凝汽器穿孔管的组织为奥氏体,其孔洞具有腐蚀的特征,见下图

不锈钢晶间腐蚀

2.化学成分分析

对不锈钢管的C、S、P、Cr、Ni等5种元素的含量进行检测,结果显示,不锈钢管的上述5元素含量满足ASTMA213/213M标准要求


3.腐蚀部位成分分析

利用电子探针对TP304L不锈钢管完好部位与穿孔部位进行成分检测,具体检测部位如图2所示,典型腐蚀部位电子探讨检测结果如表2所示。试样直接从失效钢管上用钢锯截取,表面未清洗处理,以保证腐蚀产物的完整。

区域是不锈钢管完好部位的电子探针测量图,测量结果没有显示CI和S元素;而b~d区域(穿孔部位)的CI含量较高,最高可以达到1.96%,S的含量可达到1.21%


4.腐蚀印证试验分析

配制6种含S、CI溶液对完好的TP304L钢管进行腐蚀印证试验。这6种腐蚀溶液分别为H2sO4、CuSO4、Na2S、Na2S+H2SO4、Na2S+HCI和HCI,腐蚀时间为6h,试验结果为:CuSO4、Na2S溶液与不锈钢管不反应,H2SO4

溶液与Na2S+H2SO4溶液与不锈钢管的反应产物呈黑色,Na2S+HCI溶液和HCI与管子的腐蚀特征与穿孔钢管的特征非常相似。


5.包装塑料水浴脱CI-试验分析

为了寻找腐蚀源CA,对某电厂TP304L不锈钢管包装塑料在一定的温度和时间下进行了水浴脱CI-试验。其试验条件为:在200mL的纯净水(60℃)中加热30min,内层塑料尺寸为15.3cm×10.6cm,外层塑料尺寸为13.0cm×12.4cm。试验结果表明,内层塑料脱C-致水中C-的质量浓度为24.1mg/L,外层塑料脱C-致水中C-的质量浓度为5.3mg/L。

四、原因分析

奥氏体不锈钢表面钝化膜有一定的反应能力,在一般的介质中钝化膜的溶解和修复处于动平衡状态。但只要介质中含有活性阴离子时,自钝化的平衡态就会被破坏。此时,溶解就占优势,其原因是CI-吸附在钝化膜表面,把氧原子排挤掉,使钝化膜上钝化比较薄弱的点域被击穿,腐蚀仅仅集中在设备的某些特定点域,并在这些点域形成深处发展的腐蚀小坑,而金属的大部分表面仍保持钝性。CI-对不锈钢的腐蚀在极端情况下可在24h内穿透,在这种情况下,材料的厚度不起主导作用。


通过对钢管腐蚀部位的成分分析发现,失效部位CI和S含量较高,不符合ASTMA213/213M标准要求。同时,也说明C|和S有可能是腐蚀产生的主要元素。CI主要的作用是降低点蚀电位,促进不锈钢钝化膜的破坏,导致点蚀产生,而S对点蚀电位影响不大,主要是增加钝态电流,改变钝化膜的性能,降低其防腐性能,二者腐蚀机制理不一样。腐蚀穿孔与酸性环境下的CI和S腐蚀有关且CI对不锈钢腐蚀的影响更大,因为在HCI酸性环境下,不锈钢管的腐蚀特征与穿孔不锈钢管子特征非常相似;而在Na2S+H2SO4酸性环境下,与不锈钢管的腐蚀特征明显不同,因此,CI-是腐蚀的关键因素。

腐蚀不锈钢管的塑料膜包装经塑料水浴脱CI-试验分析结果表明,内层塑料CI-浓度较高。而钢管包装按照《钢管的验收、包装、标准和质量证明书》(GB/T2102-2006)的要求,不锈钢抛光管捆扎前应逐根用塑料薄膜包裹,冷拔或冷轧不锈钢管捆扎前,应用不少于2层的麻袋布、编织袋或塑料布紧密包裹。在潮湿环境下,塑料布由于有支撑,不与不锈钢管壁紧贴,而使用塑料膜则会紧贴不锈钢管壁形成水膜。一般使用的塑料膜为聚氯乙烯PVC,其分子链和助剂中含有CI-离子,在南方春夏潮湿的环境中,阳光照射促使塑料断键,其C-离子会游离出来并在水膜中局部浓缩,从而形成腐蚀源。

经涡流检测发现,该批次的不锈钢管还存在裂纹等缺陷,说明该批管子材质存在质量控制不到位的情况。


五、结束语

综上所述,虽然不锈钢钢管有着相对良好的机械性能、耐蚀性能,但是其仍然会出现腐蚀泄漏的问题,需要我们及时对问题进行分析,并采取有效的解决措施,以减少腐蚀泄漏问题的出现,从而保障不锈钢钢管的正常使用。


相关标签: 晶间腐蚀检测 , 金属腐蚀检测 , 金属金相检测

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