不銹鋼的“不銹”是動態的、有條件的。在化工設備的嚴苛環境中,它時刻面臨著一場微觀世界的腐蝕戰爭。理解其失效機理,是制定有效防護策略、延長設備壽命的根本。本文將從原子尺度出發,揭示不銹鋼的腐蝕秘密。
當介質環境的侵蝕性過強(如高溫濃鹽酸),或pH值過低,很出Cr?O?鈍化膜的穩定區間時,膜會發生全面、均勻的溶解。腐蝕以近似恒定的速率進行。
防護策略: 根本性策略是重新選材。選擇更耐還原性介質的含鉬不銹鋼(316L)、高合金(904L)或鎳基合金(哈氏合金)。
設備失效更多源于局部腐蝕,其隱蔽性和突發性危害很大。
點蝕:
機理: 在含有鹵素離子(尤其是Cl?)的介質中,這些離子會競爭性地吸附在鈍化膜的薄弱點(如夾雜物、晶界),破壞局部區域的氧化膜,露出活潑的基體金屬,形成“陽很”。周圍大面積的完好鈍化膜成為“陰很”,構成大陰很-小陽很的腐蝕電池,導致陽很電流高度集中,迅速穿孔。
防護策略:
選材: 提高材料的抗點蝕當量值。PRE = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N。PRE值越高,抗點蝕能力越強。如316L的PRE約25,2205雙相鋼約35,抗點蝕能力顯著提升。
設計: 避免死角、縫隙,采用全焊透結構,保證焊縫光滑平整。
操作: 提高介質流速(避免沉積物下的閉塞腐蝕),或定期用硝酸鈍化處理,修復膜缺陷。
縫隙腐蝕:
機理: 在法蘭面、墊片下、螺栓連接處等縫隙內,介質滯流,氧濃度低于外部。縫隙內外形成“氧濃差電池”,縫隙內為陽很而腐蝕。其發生門檻Cl?濃度比點蝕更低,更為危險。
防護策略:
設計上消除縫隙: 采用對接焊代替螺栓連接;使用實心金屬墊片或纏繞墊;保證法蘭面平整。
焊后處理: 對焊縫進行磨光、拋光處理,消除焊接缺陷形成的縫隙。
應力腐蝕開裂:
機理: 在特定腐蝕環境(含Cl?、OH?的溶液)與拉伸應力(殘余應力或工作應力)的共同作用下,材料發生脆性開裂。它是局部腐蝕中較具破壞性的形式。
防護策略:
應力消除: 對設備進行整體退火處理,消除制造和焊接產生的殘余應力。
環境控制: 嚴格控制介質中Cl?和OH?的濃度、溫度。對水系統進行脫氧處理。
選材: 選用耐SCC性能更優的雙相不銹鋼或高鎳合金。奧氏體不銹鋼的鎳含量>45%時,抗SCC能力大幅增強。
陰很保護: 對于在電解質中使用的儲罐等,可通過施加外加電流或連接犧牲陽很(如鋅、鎂),使設備電位很化至免蝕區。
陽很保護: 對于濃硫酸等鈍化性介質,通過外加電流使設備電位主動維持在鈍化區,從而抑制腐蝕。
表面涂層/襯里: 在惡劣環境下,可在不銹鋼表面施加更耐蝕的涂層(如PTFE、PVDF)或襯里(如橡膠、磚板),形成物理屏障。
與不銹鋼腐蝕的斗爭,是一場在微觀尺度上進行的、永不停歇的防御戰爭。勝利的關鍵在于:精準識別潛在的腐蝕類型,從材料、設計、制造到操作維護的全流程中,采取系統性的、有針對性的防御措施,構筑起一道堅實的防線。