氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀机理.docx

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氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀机理

氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀机理？

氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀主要使点蚀。

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路氯化物，结果在露出来的机体金属上腐蚀了一个小坑。

这些小坑被成为点蚀核。

这些氯化物容易水解，使小坑能溶液PH值下降，使溶液成酸性，溶解了一部分氧化膜，造成多余的金属离子，为了平很腐蚀坑内的电中性，外部的Cl-离子不断向空内迁移，使空内金属又进一步水解。

如此循环，奥氏体不锈钢不断的腐蚀，越来越快，并且向孔的深度方向发展，直至形成穿孔。

由于Cl离子是水中经常含有的物质，又是引起若干合金局部腐蚀的所谓“特性离子”（破钝剂），它进入缝隙或蚀孔内还会与H+生成盐酸，使腐蚀加速进行。

氯离子被认为是304不锈钢发生局部腐蚀的主要原因之一，由于氯离子半径小，穿透钝化膜的能力强，其电负性又很大，氯离子的存在加速了304不锈钢的腐蚀。

另外，应力的存在也加速了氯离子对304不锈钢的腐蚀，降低了304不锈钢抗氯离子应力腐蚀的临界浓度。

在氯离子存在的情况下，多发生的是孔蚀也叫点蚀，属于电化学腐蚀。

点腐蚀多发生在上表面生成钝化膜的金属材料上或表面有阴极性镀层的金属上，当这些膜上某点发生破坏，破坏区下的金属基体与膜未破坏区形成活化—钝化腐蚀电池，钝化表面为阴极，而且面积比活化区大很多，腐蚀就向深处发展而形成小孔。

点腐蚀发生于有特殊离子的介质中，例如不锈钢对含有卤素离子的溶液特别敏感，其作用顺序为Cl—>Br>1—。

这些阴离子在合金表面不均匀吸附导致膜的不均匀破坏。

氯离子具有很强的穿透本领，容易穿透金属氧化层进入金属内部，破坏金属的钝态。

同时，氯离子具有很小的水合能，容易被吸附在金属表面，取代保护金属的氧化层中的氧，使金属受到破坏。

点腐蚀发生在某一临界电位以上，该电位称为点蚀电位（或击破电位），用Eb表示。

如把极化曲线回扫，又达到钝态电流所对应的电位Erb，称为再钝化电位（或叫保护电位）。

大于此值，点蚀迅速发生、发展；在Eb～Erb之间，已发生的蚀孔继续发展。

此种形态的腐蚀决定于阳极和阴极的面积比。

若阳极的位置不随时间而变化，且阳极的面积远小于阴极，则阳极的电流密度（currentdensity注二）甚大，因此腐蚀速率较快而产生孔蚀，点蚀虽然失重不大，但由于阳极面积很小，所以腐蚀速率很快，严重时可造成设备穿孔，使大量的油、水、气泄漏，有时甚至造成火灾、爆炸等严重事故，危险性很大。

点蚀会使晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等加剧，在很多情况下点蚀是这些类型腐蚀的起源。

氯化物应力腐蚀开裂简介

  氯化物应力腐蚀开裂是一种十分常见的奥氏体钢炉管破裂形式。

不同材质的奥氏体钢炉管发生开裂时介质中的氯化物浓度差别很大，一般在30ppm以上，但少数比较敏感的钢，如304钢可能几个ppm甚至更低的浓度就会腐蚀开裂。

在某些情况下，虽然介质中氯化物浓度较低，但由于在某些不规则表面的局部浓缩，也会造成应力腐蚀开裂。

在有溶解氧的情况下会加速腐蚀。

大多数奥氏体钢应力腐蚀开裂均发生在75℃以上，低于50℃时，材料不发生应力腐蚀开裂。

一般情况下，氯化物应力腐蚀开裂为穿晶开裂，但由于热处理不当使材料敏化或材料长期处于敏化温度工作时，也会发生沿晶开裂。

氯离子使钝化金属转变为活化状态的机理大致可分为两种观点。

（1）成相膜理论的观点认为,由于氯离子半径小,穿透能力强,故它最容易穿透氧化膜内极小的孔隙,到达金属表面,并与金属相互作用形成了可溶性化合物,使氧化膜的结构发生变化,金属产生腐蚀。

（2）吸附理论则认为，Cl－离子是一种活性非常强的阴离子，有很强的可被金属吸附的能力,会优先被金属吸附,并从金属表面把氧排掉。

因为氧决定着金属的钝化状态,氯离子和氧争夺金属表面上的吸附点,甚至可以取代吸附中的钝化离子,与金属形成氯化物,氯化物与金属表面的吸附并不稳定,形成了可溶性物质,氯离子的存在对金属的钝态起到直接的破坏作用。

这样导致了腐蚀的加速。

1.点腐蚀

任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物，如硫化物、氧化物等等，这些在材料表面的非金属化合物，在Cl—的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀形态。

而一旦形成坑点以后，由于闭塞电池的作用，坑外的Cl—将向坑内迁移，而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移，从而形成电化学腐蚀。

由于Cl—的原子半径非常小，金属当中的任何非金属夹杂物以及焊接缺陷都将成为Cl—渗透的腐蚀源头。

对于合金含量较低且不含钼的不锈钢材料，虽然表面具有较致密的氧化膜，但在Cl—的作对于合金含量较低且不含钼的不锈钢材料，虽然表面具用下很容易发生坑点腐蚀，继而诱导应力腐蚀。

在不锈钢材料中，加Mo的材料比不加Mo的材料在耐点腐蚀性能方面要好，Mo含量添加的越多，耐坑点腐蚀的性能越好。

而点腐蚀是诱发应力腐蚀的起源，当钢中的Mo含量≥3%时，就能达到充分阻止Cl—向材料基体渗透的作用。

在奥氏体不锈钢中，Ni的主要作用是形成并稳定奥氏体，使钢获得完全奥氏体组织，提高材料的韧性，同时可以起到很好的抗氧化腐蚀能力。

但普通奥氏体钢中的Ni在有Cl—腐蚀的环境中起不到抗点腐蚀的作用。

2.缝隙腐蚀

缝隙腐蚀与坑点腐蚀机理一样，是由于缝隙中存在闭塞电池的作用，导致Cl—富集而出现的腐蚀现象。

这类腐蚀一般发生在法兰垫片、搭接缝、螺栓螺帽的缝隙，以及换热管与管板孔的缝隙部位，缝隙腐蚀与缝隙中静止溶液的浓缩有很大关系，一旦有了缝隙腐蚀环境，其诱导应力腐蚀的几率是很高的。

3.应力腐蚀

Cl—对奥氏体不锈钢的应力腐蚀破坏性极大。

奥氏体不锈钢应力腐蚀的重要变量是温度、介质、非金属夹杂物的形态/大小和分布以及加工应力的影响。

应力腐蚀的破裂方向一般与应力的作用垂直，并呈树枝状扩展。

应力来源于冷变形、焊接和金属钝击后的残余应力等，这些应力的产生使金属内部稳定的组织得到了破坏，导致晶粒在应力方向的作用下位错而形成滑移台阶，这些滑移台阶的构成给Cl—带来了吸附和渗透的机会。

耐氯化物应力腐蚀性能试验【1】

在上述腐蚀环境中，超纯铁素体不锈钢和双相不锈钢的试验时间均超过1000小时而不发生断裂。

由此可见，普通奥氏体不锈钢是不耐氯化物应力腐蚀的。

钝化膜一般都是金属被氧化形成的致密的氧化物，致密的氧化物可以阻止金属内部继续被腐蚀，铝的氧化物是氧化铝（Al2O3），铁的氧化物是四氧化三铁（Fe3O4）