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压力容器不锈钢防腐处理技术


时间:2019-03-14 10:48  来源:未知   作者:admin  点击:

不锈钢构件的腐蚀机理

201不锈钢板厂家无锡鑫晟荣不锈钢2019年3月14日讯  不锈钢的抗腐蚀机理:元素Cr极易氧化,可以迅速地在钢表面形成Cr2O3致密氧化膜,从而提高钢的电极电位及在氧化介质中的耐蚀性。不锈钢表面覆盖的一层极薄(约1nm)且致密的Cr2O3钝化膜是不锈钢耐腐蚀性能的主要因素,不锈钢依靠这层Cr2O3钝化膜与腐蚀介质隔离,因此,Cr2O3钝化膜是不锈钢防护的基本屏障。当钝化膜不完整、有缺陷或被破坏,不锈钢仍然会被腐蚀。实际使用过程中通常要通过酸洗钝化,去除贫铬层以及表面氧化物,从而使不锈钢表面富含Cr元素。然后,再通过氧化剂钝化作用使不锈钢表面产生完整稳定的Cr2O3钝化膜。这种富含Cr元素钝化膜的电位可达+1.0V(SCE),可与金、银等贵金属的电位相媲美,使得不锈钢的抗腐蚀稳定性提高。根据不锈钢的腐蚀机理以及实际使用过程中的表现,不锈钢的腐蚀主要来源于化学腐蚀、应力腐蚀以及电化学腐蚀[5]。

1.1化学腐蚀表面

表面污染主要是指附着在不锈钢部件表面的油污、灰尘以及酸碱盐等介质在一定条件下转化为腐蚀介质,特别是具有侵蚀性的Cl-更容易产生化学腐蚀。表面划伤会破坏不锈钢构件表面钝化膜,降低不锈钢的抗腐蚀性能。由于清洗不充分而导致的残留酸液则是不锈钢化学腐蚀的又一重要原因。

1.2应力腐蚀

不锈钢的耐腐蚀性能源于特殊的金相组织和表面钝化膜。但是,表面钝化膜被破坏后会发生化学腐蚀或者电化学腐蚀,局部组织会发生变化,导致残余应力。应力腐蚀通常表现为脆性破坏,发生时间短,产生的危害比较严重。焊接部位的组织变化或应力集中也是不锈钢应力腐蚀的重要因素,并以焊接残余应力最为严重。1.3电化学腐蚀不锈钢电化学腐蚀的主要原因有:不锈钢内部成分不均匀或化学缺陷,在加工过程(如切割,焊接等)中导致的划伤或杂质附着形成原电池,有化学腐蚀形成的生成物与不锈钢之间也可能形成原电池。

2不锈钢构件的生产工艺和表面处理技术

2.1不锈钢生产工艺要求

不锈钢中的碳质量分数不得高于2%,室温状态下不锈钢中碳的溶解度约0.02%。在生产过程中要减少钢材含碳量,防止多余的碳形成Cr23C6。与此同时,添加稳定化元素,如,Ti、Nb,使多余的碳形成TiC或NbC析出,以达到稳定化处理的目的。同时,要进行固溶处理,即,加热到溶解温度以上,让所有碳化物全部溶于奥氏体,然后水淬快冷,避免Cr23C6析出在敏感温度(450℃~850℃)长期保温,不让奥氏体在冷却过程中有析出或发生相变。如此,在室温状态可获得单相奥氏体组织[6]。

2.2不锈钢表面处理

表面处理主要是表面钝化,主要有2种方式:化学钝化和电解钝化[7]。化学钝化前首先要进行表面侵蚀,去除表面残留物;之后,立即进行钝化处理。常用的化学钝化处理方式有:硝酸300g/L~400g/L,重铬酸钠20g/L~30g/L,室温钝化时间30min~40min。电解钝化一般采用铬酐5g/L,钼酸铵20g/L,硫酸铵30g/L,硼酸15g/L,阳极电流0.3A/dm2~0.4A/dm2,15℃~20℃,10min~20min。近年来,也有一些新的钝化措施,如,4%柠檬酸在65℃钝化15min[8-9]。

3不锈钢加工要求

奥氏体不锈钢是应用最广泛的不锈钢,以高Cr-Ni型最为普遍。奥氏体不锈钢在一般情况下能很好地适用于熔化焊接,包括手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、等离子焊等。焊接接头在焊态下具有良好的塑性和韧性。但由于奥氏体不锈钢导热系数小、熔点低、线膨胀系数大、焊缝金属高温停留时间长,容易形成粗大的铸态组织,并产生较大的应力和变形。在凝固结晶过程中,若硫、磷、锡、锑、铌等杂质元素含量较高,就会在晶间形成低熔点共晶,在焊接接头承受较高的拉应力时易在焊缝中形成凝固裂纹。降低钢及焊材中易产生低熔点共晶的杂质元素和使铬镍奥氏体不锈钢中含有4%~12%的铁素体组织,是防止产生热裂纹的最有效途径。在无裂纹的前提下,焊材的选择应保证焊缝金属的耐蚀性能及力学性能与母材基本相当或高于母材,一般要求其合金成分与母材成分大致匹配[10]。铁素体不锈钢分为普通铁素体不锈钢和超纯铁素体不锈钢。铁素体不锈钢成本低、抗氧化性好,尤其是抗应力腐蚀开裂性能强于奥氏体不锈钢。铁素体不锈钢在熔点以下的加热过程中几乎始终是铁素体组织,不能通过热处理强化,在焊后冷却过程中不会出现奥氏体向马氏体转变的淬硬现象,但在加热温度达到1000℃以上的热影响区,特别在近缝区的晶粒会急剧长大,明显降低接头的韧性,产生较高的晶间腐蚀倾向。铁素体不锈钢本身含铬量较高,有害元素碳、氮、氧等也较多,脆性转变温度较高,缺口敏感性较强。因此,焊后脆化现象较为严重[11]。马氏体不锈钢的焊接冶金性能主要与碳含量和铬含量有关。常见马氏体不锈钢均有脆硬倾向,并且含碳量越高,脆硬倾向越大。超低碳马氏体钢无脆硬倾向,并具有较高的塑韧性。马氏体不锈钢一般经调质处理,显微组织为马氏体,焊缝和热影响区表现出明显的淬硬倾向。焊缝以及热影响区焊后的组织通常为硬而脆的马氏体组织,淬硬倾向特别大,在空冷条件下焊接接头便可得到硬脆的马氏体,在焊接拘束应力和扩散氢的作用下,很容易出现焊接冷裂纹。当冷却速度较小时,热影响区及焊缝金属会形成粗大铁素体及沿晶析出碳化物,显著降低接头的塑性和韧性。低碳及超级马氏体不锈钢的焊缝和热影响区冷却后,虽然全部转变为低碳马氏体,但没有明显的淬硬现象,具有良好的焊接性能[12]。所以,在不锈钢中,马氏体不锈钢可以利用热处理来调整性能[13]。双相不锈钢由于具有奥氏体+铁素体双相组织,且两相组织的含量基本相当,所以,同时具有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点,既不像铁素体不锈钢焊接时热影响区易脆化,也不像奥氏体不锈钢易产生焊接热裂纹[14],屈服强度可达400MPa~550MPa,是普通奥氏体不锈钢的2倍。但是,由于双相不锈钢含有大量的铁素体,当焊缝含氢量较高或刚性较大时,有可能产生氢致冷裂纹,因此,必须严格控制氢的来源。为了保证双相钢的特点,关键就是确保焊接接头组织中奥氏体及铁素体比例合适。

4结论

在不锈钢生产过程中,提高不锈钢的纯度以及引入钼、铌等元素,可进一步提高不锈钢的耐腐蚀性能和加工性能。但是,不锈钢中铬的质量分数不得低于12%,也不应高于30%。在加工过程中,避免表面切割时产生的氧化物附着以及清洗过程中残留酸液等介质,以提高不锈钢的使用寿命,减少化学腐蚀、应力腐蚀和电化学腐蚀,提高压力容器的安全。

作者:刘姜利 单位:山西省化工设计院

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