不銹鋼硝酸輸送管道的腐蝕行為及特性研究.pdf

1、304和304L不銹鋼在硝酸介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性，因此，被廣泛地應(yīng)用在硝酸生產(chǎn)裝置和管道中。但是不銹鋼管道的焊縫腐蝕失效和局部的沖刷腐蝕失效，一直是困擾我國硝酸生產(chǎn)裝置的問題。本文針對(duì)晶間腐蝕和流動(dòng)腐蝕這兩個(gè)問題，探究了不同條件下304不銹鋼在硝酸中的腐蝕機(jī)理。首先，分析了不銹鋼硝酸輸送管道的焊縫發(fā)生腐蝕失效的原因，并利用熱處理方法模擬不銹鋼焊接過程中的受熱過程，研究了加熱溫度和時(shí)間對(duì)不銹鋼在硝酸中的耐蝕性影響規(guī)律，解釋不銹鋼焊縫熱影

2、響區(qū)金屬的敏化行為。通過極化曲線、電化學(xué)阻抗譜、Mott-Shottky曲線和浸泡失重實(shí)驗(yàn)，研究了304不銹鋼在硝酸中腐蝕特性隨硝酸濃度、溫度和浸泡時(shí)間變化規(guī)律。此外，通過自主研制的管流式流動(dòng)腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)不銹鋼在流動(dòng)條件下腐蝕電化學(xué)行為進(jìn)行了研究。通過以上研究和實(shí)驗(yàn)，主要得出以下結(jié)論:
　　(1)三通母材和直管母材表面發(fā)生較為均勻的晶間腐蝕。三通母材和直管母材的Cr和Ni含量基本相同，且各自的腐蝕電流密度和阻抗值差別不大，兩種母

3、材的耐蝕性良好。但三通母材的碳含量是直管母材碳含量的1.8倍，在焊接的熱影響區(qū)，兩種材料的耐蝕性差別較大，熱影響區(qū)的材料的腐蝕速率明顯大于母材，三通一側(cè)熱影響區(qū)的腐蝕速率顯著大于其他區(qū)域。碳含量是影響304不銹鋼焊接接頭在硝酸中耐蝕性的關(guān)鍵因素。碳含量越高，焊接過程中熱影響區(qū)的不銹鋼越容易發(fā)生敏化，導(dǎo)致耐蝕性顯著降低。
　　(2)當(dāng)加熱溫度處在500-900℃時(shí)，即使短暫時(shí)間的加熱也會(huì)導(dǎo)致304L不銹鋼晶間腐蝕敏化度的顯著增大。當(dāng)

4、加熱溫度在650-750℃區(qū)間時(shí)，304L不銹鋼的晶間腐蝕敏化度達(dá)到最大值。加熱溫度低于500℃或者高于900℃時(shí)，不銹鋼在硝酸中的晶間腐蝕敏化度的變化很小，耐蝕性不會(huì)顯著降低。通過電化學(xué)阻抗譜的變化可以區(qū)分經(jīng)過不同敏化度的不銹鋼試樣，晶間腐蝕敏化度高的試樣的反應(yīng)電阻Rct變小，不銹鋼鈍化膜的完整性和保護(hù)性降低。電化學(xué)阻抗測試和DL-EPR測試得到的熱處理對(duì)304L不銹鋼耐蝕性的影響規(guī)律基本吻合。304和304L不銹鋼在經(jīng)650℃熱處理

5、后，鈍化膜表面界面電容和雙電層電容達(dá)到最大，在硝酸介質(zhì)中其鈍化膜的保護(hù)能力變差，耐蝕性明顯下降。且隨保溫時(shí)間的增大，其在硝酸中的腐蝕裂紋內(nèi)的溶液電阻與腐蝕界面的電荷轉(zhuǎn)移電阻也逐漸減小。
　　(3)304不銹鋼在不同溫度和濃度硝酸中的腐蝕機(jī)理基本相同。隨著硝酸溫度和濃度的增大，304不銹鋼在硝酸中的自腐蝕電位呈逐漸增大的趨勢，鈍化區(qū)的范圍逐漸減小，維鈍電流密度逐漸增大，腐蝕速率逐漸增大，不銹鋼在硝酸中的腐蝕越趨于活化腐蝕，不銹鋼發(fā)生

6、過鈍化的趨勢越明顯。硝酸溫度越高，維持304不銹鋼鈍化膜的穩(wěn)定狀態(tài)越困難。隨著硝酸濃度的增大，反應(yīng)電阻逐漸減小，鈍化膜的溶解速度增大，鈍化膜對(duì)不銹鋼基體的保護(hù)作用逐漸減弱。Mott-Schottky曲線分析發(fā)現(xiàn)，不銹鋼表面的鈍化膜呈現(xiàn)P型半導(dǎo)體特性。隨著硝酸濃度的增大，線性區(qū)的斜率逐漸增大，載流子的濃度先減小后增大。隨著溫度的升高，線性區(qū)的斜率逐漸變小，載流子濃度逐漸增大，平帶電位負(fù)移。隨著浸泡時(shí)間的增加，304不銹鋼容抗弧半徑逐漸減小

7、，鈍化膜對(duì)金屬基體的保護(hù)性能逐漸降低。不銹鋼表面的鈍化膜在硝酸中的溶解速度在浸泡初期較小，隨著浸泡時(shí)間的增大，鈍化膜的溶解速度先以較快的速度增大，最后達(dá)到穩(wěn)定值。304不銹鋼的表面在硝酸中形成的鈍化膜的成分主要為Fe-Cr-Ni等金屬化合物，即σ相。
　　(4)不銹鋼在流動(dòng)硝酸中存在鈍化行為，在浸入流動(dòng)硝酸后不銹鋼表面的鈍化膜不斷發(fā)展，4h后鈍化膜逐漸趨于穩(wěn)定。在流動(dòng)硝酸中，不銹鋼的腐蝕速率隨著溫度、流速和沖擊角的增大而逐漸增大。

8、隨著溫度的升高，鈍化膜的厚度逐漸減小，致密和完整程度變低。硝酸溫度增大，鈍化區(qū)范圍變窄，過鈍化電位變小，不銹鋼在流動(dòng)硝酸中的鈍化行為不穩(wěn)定，更容易發(fā)生過鈍化，導(dǎo)致晶間腐蝕的發(fā)生。隨著流速的增大，鈍化膜的厚度逐漸減小，鈍化膜對(duì)不銹鋼的保護(hù)作用逐漸減弱。速度對(duì)不銹鋼的自腐蝕電位、鈍化區(qū)間范圍和過鈍化行為影響不大，流速增大，鈍化電流密度增大，說明流速增大，鈍化膜的溶解速率增大。不銹鋼在流動(dòng)硝酸中的耐蝕性，隨著沖擊角的增大逐漸變小。沖擊角的變化